자연 냉각으로 보다 안전하게 운용 가능한 "소형 모듈형 원자로" 승인

2020년 8월 28일, 미국의 민간 원자력 기업 NuScale Power가 개발 한 소형 원자로가, 미국 원자력 규제위원회(NRC)의 승인을 받았다. 이 소형 원자로가 현장에 투입되게되면, 기존보다 확장성과 안정성이 높은 원자력 발전소가 설계 가능하게되는 것이다.



원자력 발전소에는 원자로가 필요하지만, 최근에는 "하나의 거대한 원자로가 아니라, 소형 원자로를 여러개 사용"이라는 디자인 개념이 등장하고있다. 원자로를 소형화하는 것으로, 원자력 발전소의 확장성이 높아지게되고, 만성적 인 재정 문제가 해결됨과 동시에, 원자로 운용의 안전성을 향상시킬 수 있다.


NuScale Power가 개발 한 소형 모듈형 원자로는 직경 5미터, 높이 23미터의 원통형으로, 5만 kw의 발전이 가능하다. NuScale Power는 이 원자로를 최대 12기를 조합하는 것으로, 기존의 원자력 발전소와 같은 출력이 가능한 발전소를 건설 할 수있다고한다.





NuScale Power의 소형 모듈형 원자로의 시스템을 시각화 한 것이 다음의 동영상이다.




소형 원자로의 설계 자체는 기존과 거의 같고, 우라늄 연료봉의 핵분열 반응열을 이용하여, 내부의 가압 루프에서 물을 가열한다. 그 열을 열교환 코일을 통해 외부의 증기 루프에 전달한다. 플랜트 내부에서 생성 된 증기가 발전 터빈으로 흘러들어가고, 냉각되어 원자로로 돌아간다.




이 원자로는 "수동 냉각 시스템"을 채용하고 있으며, 가열 된 물이 열교환 코일을 통해서 상승하고, 냉각 후 연료봉을 향해 하강하도록 배치되어 있기 때문에 원자로를 안전하게 운전하기 위한 펌프와 가동 부품은 필요 없다는...



소형 모듈 형 원자로의 장점 중 하나는, 각 유닛이 유지하는 방사성 연료의 양이 적기 때문에, 만일 문제가 발생해도 열을 제거하는 양이 적다는 것이다. 따라서 원자로도 마찬가지로 자동으로 열을 관리 할 수 있도록 설계되어있다.


예를 들어 제어봉은, 연료봉을 감싸고 중성자를 차단함으로써 핵분열의 연쇄 반응을 정지 할 수있는 장치이다. NuScale Power의 소형 원자로에서는, 제어봉은 모터에 의해 연료봉에 항상 올려져있는 상태가 되고, 정전이 발생하거나 전원이 꺼지거나하면, 자중 그대로 연료봉 위에 낙하한다. 또한 내부의 밸브에 의해 가압 증기가 원자로 내에 배기되고, 냉각 풀에 잠긴 강철제 외장으로부터 열이 방출되는 구조로되어있다.


NuScale Power가 이 소형 모듈형 원자로의 설계를 당국에 제출 한 것은 2016년 말. 그러나 새로운 유형의 원자로가 승인되는 것은 매우 어렵고, NuScale Power는 추가로 총 200만 페이지나 되는 자료를 제출했다고 한다.



그리고 NuScale Power가 참을성있게 지원을 계속 한 결과, NRC는 "소형 모듈형 원자로의 수동적 냉각 기능은 필요에 따라 원자력 발전소가 안전하게 중지하고, 긴급시에도 안전을 유지하는 것이 보증된다는 결론을 내렸다"라며 소형 모듈형 원자로를 승인 한 것.


NuScale Power는 2020년 후반까지 이 소형 모듈형 원자로를 실제 원자력 발전소에 배치하는 것을 목표로하고있다고 말했다.