현재 원자력은 우리나라를 비롯한 대부분의 나라에서 주요 에너지원으로 활용되고 있습니다. 소듐 열유체 종합효과시험시설 STELLA-1 구성도
그러나 이 원자력 역시 연료인 우라늄 매장량 등을 토대로 볼 때 앞으로 약 60년 가량 밖에 사용할 수 없는 유한 에너지원입니다.
그럼에도 원자력에 대한 기대가 사라지지 않는 것은 현재 원자로 가동 방식과 다른 고속증식로에 대한 기대 때문입니다.
이는 고속중성자를 이용하여 핵분열반응을 일으켜 에너지를 생산함면서 동시에 비핵분열성 물질인 우라늄238을 핵분열성 물질인 플루토늄 239로 변환시키는 것이 핵심입니다.
기존 방식은 우라늄23를 분열시키는 것으로 중성자 속도가 저속이지만, 고속증식로는 중성자 속도가 고속인데다 우라늄238이 보다 많은 플루토늄239를 생성시키기 때문에 우라늄 이용 효율을 60~100배까지 높일 수 있습니다.
즉 현재 사용연한 60년인 매장 우라늄을 6000년까지 사용할 수 있는 것입니다.
그러나 고속로는 냉각재 등 기술적 난제가 있어 실용화를 위해 세계 원자력 선진국들이 연구 중에 있습니다.
이 제4세대 원자력 시스템은 현재 가동 중인 3세대 원전보다 지속가능성과 안전성, 경제성, 핵비확산성을 획기적으로 향상시킨 미래형 원자력 시스템으로, 각국이 2030년대 상용화를 목표로 개발 중입니다.
□ 소듐냉각고속로(SFR)는 제4세대 원자력 시스템 중에서도 가장 실현 가능성이 높은 것으로 평가되는 노형으로, 열 중성자를 이용하는 경수로와 달리 고속 중성자(fast neutron)를 이용해서 핵분열을 일으키고 이 때 발생하는 열을 물이 아닌 액체 소듐으로 전달해서 증기를 발생시키고 이 증기로 전기를 생산하는 원자로입니다.
소듐냉각고속로(SFR)는 경수로 사용후핵연료를 재활용하는 기술인 파이로프로세싱(pyroprocessing, 건식처리공정) 기술과 연계해서 독성이 높은 장수명 핵종을 반감기가 짧거나 안정된 핵종으로 변환시킴으로써 사용후핵연료의 방사성 독성 감소 기간을 1000분의 1로 줄이고, 소모한 핵연료보다 더 많은 핵연료 물질을 생산함으로써 경수로보다 100배 이상 우라늄을 활용할 수 있는 '꿈의 원자로'입니다.
□ 한국원자력연구원이 제4세대 소듐냉각고속로 기술을 실증하기 위한 종합효과시험시설(ITL) 1단계를 건설했습니다.
소듐냉각고속로(SFR; Sodium-cooled Fast Reactor)는 현재 사용되고 있는 원자로보다 우라늄 홀용도를 100배 이상 높일 수 있어 꿈의 원자로로 불리웁니다.
종합효과시험시설(ITL)은 실제 원자력 발전소의 주요 계통을 축소 모사한 것으로, 원자로에서 사고와 고장 발생시 일어날 수 있는 상황들을 시뮬레이션함으로써 신형 원전의 안전성을 실증하는 대형 실험시설입니다.
한국원자력연구원은 오는 2028년 원형로 건설을 목표로 개발 중인 소듐냉각고속로(SFR)의 성능을 종합적으로 실증하는 소듐 열유체 종합효과시험시설 STELLA-1(Sodium Integral Effect Test Loop for Safety Simulation and Assessment-1)을 최근 구축했습니다.
STELLA는 SFR 원형로의 원자로계통 및 핵심 안전계통인 잔열제거계통의 열용량을 1/9로 축소 제작한 것으로, 실제 원자로에서 일어날 수 있는 다양한 현상을 약 600 ℃이 실제 온도와 압력으로 모의할 수 있는 종합 효과시험 시설입니다.
STELLA는 실제 핵연료 대신 전기를 이용해서 고속로 내부와 같은 조건을 구현함으로써 방사성 물질의 유출 위험 없이 고속로에서 일어날 수 있는 각종 현상 및 사고들을 정밀하게 모의할 수 있습니다.
이번 소듐 열유체 종합효과시험시설(STELLA)의 구축으로 '제4세대 원자력 시스템'의 핵심 노형인 소듐냉각고속로(SFR)의 특정설계인가 획득에 필요한 실험 데이터를 생산, 그동안 설계 중심의 SFR 기술개발 능력을 하드웨어적인 검증 단계로 발전시킬 수 있게 됐습니다.
STELLA는 SFR 설계기술 및 전산체제, 소듐기술 등 지난 1997년 본격적으로 SFR 연구개발에 착수한 이래 축적해온 연구결과들을 종합적으로 실증함으로써 SFR 원형로 건설을 위한 경험과 기반기술의 수준을 향상시키는 역할을 수행하게 됩니다.
□ 1단계로 구축된 STELLA-1은 잔열제거 계통의 주요 열교환기기 성능 검증과 1차계통 기계식 펌프의 열유체 성능 시험 등 개별효과 실험을 수행할 수 있는 시험시설입니다.
한국원자력연구원은 이어 2단계로 STELLA-1을 확장한 STELLA-2를 2016년까지 구축하고 SFR 안전계통의 성능검증과 안전계통과 1차 열전달 계통과의 상호영향에 의한 잔열제거성능 종합효과시험을 수행할 예정입니다.
한국원자력연구원은 지난 2001년 고유 개념의 150 MWe 급 소형 소듐냉각고속로 KALIMER-150의 개념설계를 완료하고, 2006년 600 MWe 급의 중형 KALIMER-600 개념설계를 완료했습니다.
이어 2008년 12월 22일 제255차 원자력위원회에서 국가 정책으로 확정된 '미래 원자력 시스템 개발 장기 추진계획'에 따라 2020년까지 SFR 원형로의 특정설계인가를 획득하고, 2028년까지 원형로를 건설할 계획입니다.
용 어 설 명종합효과시험시설(ITL) :
실제 원자력 발전소의 주요 계통을 축소 모사, 원자로에서 사고와 고장 발생시 일어날 수 있는 상황들을 시뮬레이션함으로써 신형 원전의 안전성을 실증하는 대형 실험시설.
한국원자력연구원은 우리나라 상용 원전의 대부분을 차지하는 경수로의 종합효과시험시설인 '가압경수로 열수력 종합효과실험장치'(ATLAS)를 2007년 구축, 신형 경수로 APR1400의 안전성을 실증함으로써 APR1400의 UAE 원전 수출에 기여한 바 있다.
잔열제거계통 :
소듐냉각고속로(SFR)에서 원자로의 열을 식히는 기능이 상실되는 정상 열 제거 기능 상실사고 발생시 노심에서 발생하는 잔열을 자연순환 유동 특성을 이용해서 공기 중으로 제거하는 계통.
'노심→원자로 풀→잔열제거계통→대기'로 이어지는 비상 열 제거 경로를 통해 자연적으로 열을 공기 중으로 제거함으로써 SFR의 안전성을 획기적으로 향상시키는 핵심 안전계통이다.
개별효과실험(Separate Effect Test) :
단독 기기나 부품의 기능이나 성능을 검증하는 실험
종합효과시험(Integral Effect Test) :
다수의 기기와 부품으로 구성된 계통 내에서 기기나 부품 상호간의 영향이나 계통 차원의 성능을 검증하는 시험
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