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[원자력탐험대 13화] 다양한 종류의 원자력 발전소

  • 2014.12.26.
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‘가압’ 경수로(우리나라 원전서 사용) 방식, ‘비등’보다 복잡하지만 더 안전

일본 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 일어난 지 벌써 3년이 지났다. 하지만 그 상처는 아직도 아물지 않고 있다. 더불어 원자력 발전소의 안전에 대한 관심도 어느 때보다 높아졌다.

우리나라의 원자력 발전소 역시 바닷가에 자리한 탓에 한때 제 2의 후쿠시마 사고를 염려하는 목소리가 나오기도 했다. 전문가들은 그럴 가능성은 작다고 말한다. 한국과 일본의 원자력 발전소는 종류부터 다르단 점이 가장 큰 이유다.

△ 종류에 따라 이름도 달라

세계 곳곳에 사용 중인 원자력 발전소는 기준에 따라 여러 종류로 나뉜다. 먼저 핵분열의 부싯돌 역할을 하는 중성자의 충돌 속도를 조절하는 감속재에 따라 크게 3종류로 나눌수 있다.
또 원자로의 구조로 종류를 구분 짓기도 한다. 이처럼 각각 다른 종류로 나뉘는 원자력 발전소는 감속재와 구조에 따라 이름도 다르게 부른다. 그러니 여러 기준에 따른 원전의 이름을 알면 감속재나 연료, 그리고 구조를 짐작할 수 있다.

△ 한국 VS 일본 원전, 비등과 가압?

일본의 후쿠시마 원전과 우리나라 원전은 감속재는 같지만 구조에 있어서 완전히 다른 종류다.

후쿠시마 원전의 경우 원자로 안에서 직접 물을 끓여 수증기를 만들고, 다시 원자로 안에 냉각수를 직접 넣어 열을 식히는 방식으로 만들어졌다. 이를 비등 경수로 방식이라고 부르는데, 비등이란 ‘액체가 끓는다’는 뜻의 한자어이다.

우리나라의 원전도 원자로 안에서 핵분열로 생긴 열로 수증기를 만드는 것은 같다. 그러나 좀더 자세히 살펴보면 냉각수와수증기를 발생하는 곳이 원자로 밖에 위치하며 별도의 통로를 갖는다는 점은 후쿠시마 원전과 큰 차이다. 특히 우리나라 원전에선 물의 압력을 높여(가압) 증기를 만들고, 그 힘으로 터빈을 돌린다. 그래서 이름도 가압 경수로 방식이라고 한다.

△ 구조가 간단한 비등과 복잡한 가압, 안전성 승자는?

이 두 가지 방식을 비교하면, 원자로의 구조는 비등 경수로 방식이 간단하다. 그렇기에 건설 비용도 비교적 적게 든다. 반대로 가압 경수로 방식은 원자로를 중심으로 여러 시설을 갖춰야 하기에 복잡하고 규모도 더 크다. 물론 건설 비용도 훨씬 많이 든다.
그러나 가압 경수로 방식은 원자로와 냉각수, 증기 발생기 등의 장치가 각각 다른 곳에 위치하므로, 비등 경수로보다 더 안전하다. 예컨대 후쿠시마 원전 사고처럼 지진에 의해 전기 공급이 차단되고, 결과적으로 냉각수가 제 역할을 못해 원자로를 식히지 못하는 일이 발생할 가능성은 아주 낮다.

좀 더 쉽게 이해하기 위해 두 원전을 책가방에 비유해 보자. 비등 경수로의 경우엔 책가방 안이 하나의 주머니만 있어 공책과 책, 필통을 모두 같은 곳에 넣어야 한다. 하지만 가압 경수로는 책가방 안이 여러 개의 주머니(벽)로 나뉘어져 공책과 필통, 책을 각기 다른 부분에 넣을수 있다. 이 때문에 지진이 일어난 것처럼 책가방을 마구 흔들면 비등 경수로형 책가방만 책과 공책 그리고 필통이 뒤죽박죽 섞인다.

결국 가압 경수로형 원전은 좀 복잡한 형태를 띠지만 이 덕분에 지진이나 쓰나미와 같은 재난에 더 안전하다. 우리나라 원전의 경우, 냉각수 공급이 제대로 이뤄지지 않는 사고에서도 냉각수 장치와 원자로가 분리돼 있으므로 고장난 부분에 사람이 들어가 신속하게 수리를 할 수도 있다. 이러한 이유로 세계 여러 나라에선 최근 비등 경수로 방식보다는 가압 경수로 방식의 원자력 발전소를 주로 짓는다.

냉각수·증기 발생기 등 각각 다른 곳에 위치해 재난 발생해도 신속하게 수리 가능

후쿠시마 원전구조와 가압경수로형 원전

일본 후쿠시마와 우리나라의 원자력 발전소. 후쿠시마 원전은 설계 방식이 간단한 비등 경수로 방식이다. 우리나라의 원전은 설계와 건설은 복잡하지만 더 안전한 가압 경수로 방식이다.

△ 감속재에 따른 구분은?

핵분열의 연쇄 반응을 일으키는 주인공인 중성자. 이 중성자의 속도를 낮추는 역할을 하는 것이 바로 감속재다. 그리고 많은 원자력 발전소에선 물을 감속재로 사용한다. 물속에선 우리 몸을 빨리 움직이기 어렵다는 것을 떠올리면 이해가 쉽다.
감속재로 수돗물과 같은 보통의 물을 사용하는 경우엔 ‘경수로’라고 부른다. 이밖에 일반적인 물보다 무겁다는 뜻의 중수를 쓰는‘중수로’, 연필심의 원료이기도 한 흑연을 감속재로 쓰는 ‘흑연로’도 있다.
무거운 물에는 수소와 산소 알갱이가 우리가 흔히 쓰는 물보다 더 많이 들어있다. 그래서 물의 무게도 더 많이 나갈 수밖에 없다.
한편, 경수로와 중수로 그리고 흑연로를 사용하는 원전은 각각 사용하는 핵연료도 다르다.
또 이 가운데 핵연료를 이용해 핵무기를 만들 수 있는 원전도 있다. 이같은 차이에 대해서는 다음 시간에 보다 구체적으로 살펴보자.

 

원자력탐험대 13회

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://goo.gl/aPtqlK

 

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