용융염 원자로의 부활

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-28

노후화된 원자로 설계에 대한 새로운 해석은 원자력을 더 깨끗하고 안전하게 만들어서 화석연료보다 더 경쟁력이 있도록 하는 것이다. 캐나다 온타리오주에서 창업한 Terrestrial Energy는 미국 테네시주에 위치한 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)에서 과거에 수행된 설계를 기반으로 하는 신형 원자로 설계를 상업화하는 중이다. Terrestrial Energy는 2015년 후반 캐나다에 이 원자로 설계에 대한 인허가에 들어갈 계획을 가지고 있다. Terrestrial Energy는 냉각재로서 물보다 더 나은 용융염(molten salt)을 사용하는 원자로를 설계하고 있다. 오크리지 국립 연구소의 연구원들은 과거 수십 년 동안 다양한 용융염 원자로를 실증하고 시험해왔다. Terrestrial Energy는 저렴하게 상업화할 수 있는 방법으로 이들 원자로 설계 중 하나를 수정했다. 기존 원자로는 중복 펌프, 격납용기 구조물 및 기타 부품을 요구하는 안전성 규제로 인하여 화력발전소보다 더 많은 건설비용이 든다. Terrestrial Energy CEO인 Simon Irish는 용융염 원자로설계가 단순화하고 안전계통의 비용을 감소할 수 있다고 말한다. 용융염 원자로 설계에서 만약 전원이 차단되거나 원자로가 손상되면 원자로는 방사능 누출 없이 스스로 냉각된다. 기존 원자로는 연속적으로 펌핑되는 물을 이용하여 능동적으로 냉각되어야 한다. 만약 그 펌프가 중단되면 핵연료는 과열되어, 방사능 물질이 환경으로 방출될 가능성이 존재한다. Transatomic Power를 포함하는 다른 소수의 기업들 역시 용융염 원자로를 상업화하려고 한다. 용융염 원자로 기술은 중국에서 연구개발 아이템으로 집중되고 있다. (“Leslie Dewan: 35세 이하 혁신가들(Innovators Under 35)” 및 “절반의 비용으로 더 안전한 원자력(Safer Nuclear Power, at Half the Price)” 참조) Terrestrial Energy의 원자로 설계는 Transatomic Power에 의해서 개발 중인 원자로보다 더 전통적인 방식이다. Terrestrial Energy는 오크리지 국립 연구소에서 시험한 원자로에서 사용된 동일한 재료를 사용할 계획이지만 Transatomic Power의 원자로 설계는 일부 새로운 재료를 사용한다.T errestrial Energy의 원자로에서 우라늄은 액체 용융염 냉각재로 섞여있다. 만약 핵연료가 매우 뜨거우면 혼합물이 팽창해서 핵분열이 천천히 발생하고 핵연료의 열이 감소된다. 이는 자동적으로 원자로의 온도를 조절하고 과열을 방지한다. 또한 냉각재가 매우 높은 온도에서 비등하기 때문에 물과 달리 펌프가 작동하지 않더라도 냉각재는 증발되지 않는다. 추가적으로 만약 그 원자로가 손상되고 핵연료 및 냉각재 혼합물이 누출된다면 핵분열 반응이 천천히 발생되고 용융염 핵연료는 고화되어 방사능 물질의 확산을 제한한다. Simon Irish CEO는 이 원자로 설계가 기존 원자로보다 2배 정도 더 높은 온도로 운전되기 때문에 효율이 향상되고 필요한 핵연료 양이 감소되므로 약 2/3까지 핵폐기물을 감소시킬 것이라고 말한다. 또한 그는 핵폐기물을 감소시킬 수 있는 핵연료 리사이클이 기존 원자로보다 더 단순화된다고 말한다. 오크리지 국립 연구소의 원자로 설계를 보다 실제적으로 만들기 위해서 Terrestrial Energy는 그 원자로 설계를 수정했으며, 그래서 그 원자로를 공장에서 제작할 수 있으며, 부지까지 트럭으로 선적이 가능했다. Terrestrial Energy 원자로 설계의 다른 특별한 특징은 주요 부품이 일회용이라는 것이다. 오크리지 용융염 원자로 설계에서의 문제점 중 하나가 필수적인 재료인 탄소가 매우 장기적으로 사용할 수 없다는 것이었다. 이는 원전 운영사가 주기적으로 설비를 교체해야 한다는 의미이다. 새로운 원자로 설계는 탄소를 포함하여 원자로의 주요 기기들이 일체형으로 설계된다. 이 일체형 원자로는 7년에 한 번씩 교체되므로 이론적으로 원전 운영이 더 쉬워진다. Terrestrial Energy는 예비 설계를 생산했으며, 오크리지 국립 연구소와 함께 엔지니어링 회사가 청사진을 생산할 수 있는데 사용할 수 있도록 상세 설계를 생산하기 위해서 업무를 수행하고 있다. Terrestrial Energy는 최초 상업용 원자로가 2020년대 초반에 가동되기를 희망한다. 사진 1: 오크리지 국립 연구소의 용융염 원자로의 1970년대 버전의 내부도 사진 2: Terrestrial Energy의 용융염 원자로 설계의 렌더링 reactorx299.jpg reactor_2x299.jpg http://www.technologyreview.com/news/534366/resurrecting-a-meltdown-proof-reactor-design/