세계 17개국에서 70여기가 개발될 정도로 SMR(Small Modular Reactor·소형모듈원전)이 세계적 관심속에 기후위기 대안으로 떠오르고 있다. 울산시도 UNIST와 함께 다양한 SMR 노형 가운데 납냉각고속로(LFR) 방식을 선택하고 관련 기술을 개발하고 있다.
◇4세대 비경수로형 대세
SMR은 냉각재의 종류에 따라 경수로형과 비경수로형으로 분류된다.
물을 냉각재로 사용하는 경수로형은 2·3세대인 대형 원전의 출력을 낮추고 가압기·증기발생기·펌프 등 주요 기기를 원자로 안에 일체화해 냉각재의 외부 누출을 방지하는 형태다.
비경수로형은 물 대신 금속·기체·용융염 등의 냉각재를 활용한다. 이에 비경수로형 SMR은 냉각수를 사용하는 이전 원전과 구분해 4세대 원전으로 분류된다. 4세대 원전은 2030년 상용화를 목표로 개발이 추진 중이다. 세계 원전 시장은 우리나라가 개발한 APR1400 등 3.5세대 경수로형에서 4세대 비경수로형으로 진화 중이다.
◇LFR 단점 해소 단계
원전 국제협의체인 4세대 원자력시스템 국제포럼(GIF)은 100여개의 미래형 원전 후보 가운데 6개의 유망 원자로형을 선정하고 2030년 상용화를 목표로 기술 로드맵을 작성해 공동 연구를 추진하고 있다.
GIF가 선정한 6개의 원자로는 납냉각고속로(LFR), 소듐냉각고속로(SFR), 용융염원자로(MSR), 가스냉각고속로(GFR), 초고온가스로(VHTR), 초임계압수냉각로(SCWR) 등이다.
시와 UNIST가 개발 중인 원자로는 안정성과 효율성이 좋은 납냉각고속로(LFR)로 납이나 납-비스무스 합금 액체금속을 냉각재로 활용한다.
LFR은 소형화·모듈화가 쉽고 고속 중성자를 이용해 한 번 핵연료를 장전하면 원자로 안에서 핵연료를 자체 생산하며 연소하기 때문에 핵연료를 교체할 필요가 없어 사용후 핵연료 발생을 최소화한다. 원자로를 분해하지 않는 한 핵연료를 추출할 수 없어 높은 핵 안보성도 가진다.
특히 납이나 납-비스무스 냉각재는 물과 반응하지 않고, 해양사고 발생 시 즉시 굳어져 방사능을 원천 차단할 수 있어 조선해양용에 가장 적합하다는 평가를 받고 있다.
반면 LFR은 납의 무게에 따른 지진 충격으로 인한 구조 건전성 문제, 납 냉각 고화 문제, 납 환경에서 발생하는 금속 부식 문제 등은 단점으로 지적된다.
하지만 납 환경에서의 재료 부식은 신소재 개발로 부식 억제에 성공했고, 높은 비중으로 인한 지진 및 충돌 시 충격 문제는 소형화와 면전 설계로 해결할 수 있다. 납을 고온 액체로 유지하는 운용상 문제 역시 인덕션 가열장치 설치로 해결이 가능하다.
이에 따라 러시아는 이미 내륙 지역에 납 냉각 실증용 원자로를 건설하고 있으며, 중국도 납 냉각 연구로를 건설해 가동 중이다.
이춘봉기자 bong@ksilbo.co.kr
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