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원자력발전의 빛과 소금 ‘소듐냉각고속로’를 아시나요?

  • 2014.06.10.
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물과 소금은 생명유지를 위해 우리가 매일 먹고 있고, 또 매일 먹어야만 하는 필수성분입니다.

여름철 뜨거운 불 앞에서 구슬땀을 흘리며 일하는 사람들은 생소금을 입에 물고 기도 합니다. 몸에서 땀으로 빠져 나간 염분을 섭취하기 위해서입니다.

이처럼 소금은 인간의 생존에 꼭 필요한 성분입니다.

그런데 소금은 인간에게만 필요한 것이 아니라 원자력발전에도 필요합니다.

소금에 들어 있는 ‘소듐’ 성분이 원자력발전의 미래 에너지원이기도 하기 때문입니다.

소듐을 냉각재로 사용하는 소듐냉각고속로는 방사성 폐기물 발생량을 1/20, 방사성 폐기물 관리기간은 1/1000, 폐기물 처분장 부지를 1/100 로 줄여주고, 우라늄의 활용률은 100배 이상으로 높여줍니다.

새롭게 떠오르는 소듐냉각고속로에 대해 알아보겠습니다.

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소듐은 원자번호 11번의 알칼리금속입니다. 소듐은 지구상에서 6번째로 풍부한 원소로, 지구 껍질 무게의 약 2.6%를 차지합니다.

소듐을 원소상태로 분리한 사람은 영국의 데이비(H. Davy)입니다.

소듐은 공기 중의 산소와 빠르게 반응해 산화물질을 만들고, 물과는 격렬히 반응해 폭발적으로 반응하는 성질이 있습니다.

따라서 이 원소는 액체 탄화수소처럼 비산화성 물질에 보관해야 합니다.

소듐은 나트륨이라고 부르기도 합니다. 이는 고대 이집트에서 ‘Natron’이라고 불렀던 탄산소듐 성분의 광석 이름에서 온 것입니다.

‘Sodium’은 라틴어 ‘Sodanum’에서 나온 것으로 ‘두통치료제’라는 의미를 갖고 있습니다.

소듐은 자연 상태에서는 화합물형태로 존재하는데, 소듐 화합물은 소금과 소다로 구성되어 있습니다.

반면 금속 상태에서는 소듐은 이온성 화합물의 양이온으로 존재해 환원제, 소듐등(나트륨등), 고속증식로의 냉각제, 합금재 등으로 사용됩니다.

 

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소듐냉각고속로(Sodium-Cooled Fast Reactor, SFR)는 소듐을 냉각재로 사용하는 원자로를 말합니다.

앞에서 말씀드린 금속상태의 소듐을 원료로 사용하는 원자로입니다.

소듐냉각고속로는 기존 원전에서 나온 폐연료봉(사용 후 핵연료)을 재활용할 수 있고, 고속중성자를 이용해 반감기가 긴 핵종을 반감기가 짧은 핵종으로, 방사성 독성이 큰 핵종을 방사성 독성이 적은 핵종으로 변환시킬 수 있습니다.

쉽게 말해, 기존의 원자로(경수로, 중수로)는 5%가량의 핵연료만을 연소시킬 수 있었다면, 소듐냉각고속로는 핵연료의 95%까지 싹싹 긁어 사용할 수 있다는 이야기입니다.

이처럼 소듐냉각고속로는 재활용을 통해 핵폐기물을 줄여주고, 수십만 년 지속되던 방사성 독성을 수백 년으로 단축시켜주는 기특하고 놀라운 차세대 에너지원입니다.

또한, 소듐냉각고속로는 경수로 발전에서 버려지던 U-238을 플루토늄으로 전환시켜 제2의 에너지원으로 활용할 수도 있습니다.

 

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원자력 선진국들은 소듐냉각고속로의 상용화를 서두르고 있습니다.

러시아는 현재  ‘BN-600’이라는 소듐냉각고속로를 20년째 무사고 운전 중이며, 2020년에는 BN-1200을 시작으로 소듐냉각고속로를 지속적으로 늘려갈 계획이라고 합니다.

중국은 2050년까지 약 200GWe의 소듐냉각고속로를 건설할 계획이며, 인도는 2020년까지 5기의 600MWe 소듐냉각고속로와 2050년 350GWe 규모의 소듐냉각고속로를 건설할 계획이라고 합니다.

우리나라는 2028년까지 150MWe의 소듐냉각고속로 건설 운영을 목표로, 2017년까지 특정설계 인가를 신청, 2020년 건설에 착수할 예정이라고 합니다.

국내 소듐냉각고속로 개발은 1997년 착수해 지난 2001년 소형 소듐고속냉각로 KALIMER-150, 2006년 중형 소듐냉각고속로 KALIMER-600 등의 개념설계를 완성한 바 있습니다.

 

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소듐냉각고속로는 후쿠시마를 강타한 동일본 대지진처럼 자연재해로 인한 불시의 정전 상황에도 안전합니다. 소듐과 공기의 자연대류 현상만으로 원자로에 남아 있는 열을 안정적으로 냉각시킬 수 있는 ‘피동잔열제거계통’을 갖추고 있기 때문입니다.

하지만 냉각재로 쓰이는 소듐은 고온 상태에서 물이나 공기와 만나면 격렬한 화학반응이 일어나 폭발과 화재가 발생하기 때문에 물, 공기와의 접촉을 원천 차단해야 할 필요성이 있습니다.

따라서 소듐냉각고속로는 이중벽 전열 및 이중배관으로 처리해 소듐의 누출  우려 없이 설계됩니다.

 

방사성 폐기물의 양을 줄여주고, 우라늄의 활용을 100배 이상 늘려주는 소듐냉각고속로. 우리가 먹는 ‘소금’만큼이나 원자력 발전에도 소중한 자원인 ‘소듐’이 하루빨리 상용화되었으면 좋겠습니다.

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