고속로의 breed-and-burn 전략을 위한 초기핵연료 최적화

전문가 제언

○ 화석연료 사용에서 배출되는 이산화탄소로 인한 지구온난화가 세계적인 이슈가 되고 있고 또한 인류에게 새로운 에너지원을 제공할 것으로 믿어졌던 원자력이 방사능과 원자로의 안전성 문제로 어려움을 겪게 있다. 그리고 인류의 난제를 해결하려는 열망을 가진 뜻있는 사람들은 이들 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 방안을 찾고 있다.

 

○ 그러한 방안 중의 하나로 미국의 Bill Gates가 TerraPower사를 통해 제시한 고속로 개념의 진행파 원자로(TWR, Traveling Wave Reactor, 300MWe급)가 있다. 이 고속로는 한번 핵연료를 장전하면 스스로 어미원소를 증식해가면서 마치 담배가 타들어가듯이 차례로 핵연료를 연소시켜나가는 breed-and-burn 개념을 채택하고 있으며 추가적인 핵연료 공급 없이 50-60년 동안 원자로를 운전할 수 있다.

 

○ 특히 감손우라늄이나 천연우라늄 및 토륨을 핵연료로 사용할 수 있어 핵연료자원을 수백 배 이상 늘릴 수 있고 사용 후 핵연료의 저장이나 재처리 및 플루토늄 분리 등이 필요 없다. 이러한 TWR 개념의 고속로는 사실 1950년대에 처음 제안된 후 간헐적인 연구가 이어져왔다. 그리고 2000년대 초에 일본 TIT의 Sekimoto 교수가 CANDLE 원자로 설계개념을 발표한 후 TerraPower사의 TWR 개발계획으로 이어졌다.

 

○ 이 자료는 중국과학원의 상해 응용물리연구소가 breed-and-burn 전략을 채택한 400MWth 출력의 CANDLE 노심모델을 대상으로 중성자 유효 증배계수와 연소특성을 분석하여 핵연료 증식을 통한 초장기간 동안의 운전이 가능한지를 검토하고 있으며 70년간의 운전과 최대 500GWd/톤-HM의 핵연료 연소도가 가능함을 밝히고 있다.

 

○ 우리나라에서도 초장수명 원자로 개념에 대한 검토는 한국과학기술원이나 서울대학교 및 한국원자력연구원 등에서 이루어지고 있으나 가까운 장래에 이를 실현하기 위한 연구개발은 이루어지지 않고 있다. 일본의 경우는 Toshiba사가 소형 TWR 개념의 4S(Super Safe, Small and Simple, 10MWe급) 고속로를 개발하여 미국 원자력규제위원회의 검토를 받을 예정이었으나 원전사고로 인해 중단된 바 있다.

저자

Jinfeng Huang, Jianlong Han, Xiangzhou Cai, Yuwen Ma, Xiaoxiao Li, Chunyan Zou, Chenggang Yu, Jingen Chen

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2015

권(호)

85()

잡지명

Progress in Nuclear Energy

과학기술
표준분류

에너지

페이지

11~16

분석자

김*철

분석물

• 고속로의 breed-and-burn 전략을 위한 초기핵연료 최적화.pdf [480,167 byte]

이미지변환중입니다.