국가들이 Net Zero를 향해 노력함에 따라 용융염 원자로 기술 개발이 계속됩니다

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국가들이 Net Zero를 향해 노력함에 따라 용융염 원자로 기술 개발이 계속됩니다

Emma Midgley , IAEA 공공정보커뮤니케이션국

Matt Fisher , IAEA 원자력부

용융염 원자로는 용융염을 냉각제 및/또는 연료로 사용할 수 있습니다. (이미지: J. Křepel, Paul Scherrer Institute)

2050년까지 탄소 배출 제로를 달성하는 것은 어려운 과제이며 원자력을 포함한 청정 에너지원의 상당한 확장이 필요합니다 . 단기적으로 신규 원자력 건설 프로젝트의 대부분은 20세기 초기 원자력 발전 붐을 이끈 원자로 유형과 동일한 경수로가 될 것으로 예상됩니다. 그러나 용융염을 연료와 냉각제로 사용하는 설계를 포함하여 개발 중인 다른 설계도 중요한 역할을 할 수 있습니다.

여러 면에서 용융염 원자로(MSR)는 기존 원자력 발전용 원자로와 크게 다르지 않습니다. 원자력 발전 초기부터 업계의 필수 요소였던 가압 및 비등수형 원자로와 마찬가지로 MSR은 제어된 핵분열 반응을 활용하여 전기를 생산합니다. 그러나 수냉식 원자로와 달리 MSR 노심은 염분으로 냉각되는데, 이는 효율성 측면에서 많은 이점을 제공할 수 있는 설계 특징이며 MSR을 비전기 응용 분야에 특히 적합하게 만듭니다.

MSR의 기원은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL)로 거슬러 올라갑니다. 1950년대 항공기 원자로 실험의 일부로 처음 개발된 ORNL은 1965년부터 1969년까지 용융염 원자로 실험(MSRE)으로 알려진 시험을 실행하여 실험적인 7.34MW(th) MSR을 운영했습니다. 이 프로젝트는 액체 연료로 구동되고 용융염으로 냉각되는 원자로에 대한 개념 증명을 확립했습니다.

IAEA 원자력 기술 개발 부문 책임자 대행인 Tatjana Jevremovic은 "MSR은 수십 년 전에 처음 구상되고 테스트되었지만 이 원자로 유형은 아직 상업적 배치를 보지 못했지만 가까운 미래에 바뀔 수도 있다"고 말했습니다. "용융염 냉각수는 뛰어난 열 흡수 능력을 갖고 있어 MSR이 수소 생산을 포함한 산업 공정을 추진하기 위해 고급 열을 생산하는 데 필요한 매우 높은 온도에서 작동할 수 있게 해줍니다 ."  

MSR은 용융염을 냉각수 및/또는 연료로 사용할 수 있습니다. 대부분의 설계는 용융염 기반 냉각수에 용해된 액체 연료를 기반으로 합니다. 다른 것들은 용융염이 냉각수로만 사용되는 전통적인 고체 연료봉으로 구동됩니다.

IAEA 기술 보고서 ​​시리즈의 새로운 간행물인 용융염 원자로 기술 현황은 전 세계 MSR 기술의 현재 상태를 간략하게 설명합니다. MSR의 역사를 검토하고 현재 진행 중인 연구 개발 활동을 살펴봅니다. 더 작은 고수준 폐기물 발자국 및 수동적 안전 기능을 포함한 이 기술의 장점은 물론 매우 높은 온도 환경에서 작동할 수 있는 구성 요소 개발과 같은 일부 기술적 과제에 대해 자세히 설명합니다.

Paul Scherrer Institute 첨단 원자력 시스템 그룹 수석 과학자이자 MSR Working 의장인 Jiri Krepel은 “충분한 경험이 수집되면 MSR은 폐쇄형 연료주기 작동을 위한 가장 경제적인 원자로 유형이 될 가능성이 있습니다.”라고 말했습니다. 4세대 국제 포럼의 그룹. "토륨-232와 우라늄-238을 활용하는 여러 설계는 안전성과 연료 주기 지속 가능성의 전례 없는 조합을 제공할 수 있습니다."

개발 중인 MSR 설계

여러 MSR 설계가 현재 개발 중이며 배포 준비가 거의 완료되었습니다. 캐나다에서는 용융염 기반 소형 모듈형 원자로(SMR) 개념이 2023년에 중요한 사전 라이선스 공급업체 설계 검토를 통과했으며, 이는 MSR에 대한 첫 번째 검토가 완료되었습니다. 그리고 중국과 미국을 포함한 다른 프로젝트는 빠르면 2030년대 중반에 MSR이 배치되기 시작할 수 있다는 희망을 가지고 계속해서 진전을 보이고 있습니다.

IAEA 연료주기 시설 전문가인 Kailash Agarwal은 “MSR은 핵폐기물 최소화에 기여하고 핵확산 저항성을 강화하는 등 원자력의 지속가능성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.”라고 말했습니다. "MSR, 특히 U-233과 토륨염으로 구성된 연료로 구동되는 MSR은 천연 우라늄 자원 보존에도 도움이 될 수 있습니다."

상대적으로 가까운 미래의 배포에 대한 낙관론이 많지만 해결해야 할 주요 과제가 남아 있습니다. 설계 안전 및 연료염 운송에 대한 표준은 아직 개발되지 않았으며 MSR 특정 원자로 부품에 대한 공급망은 아직 존재하지 않습니다. MSR 고유의 잠재적 사고 시나리오에 대한 분석도 계속 수행되어야 합니다.

Jevremovic은 "우리는 MSR이 원자력 확장 계획을 지원하는 실행 가능한 옵션이라는 것을 알고 있지만 상업적 배치 전에 수행해야 할 작업이 여전히 많이 남아 있습니다"라고 말했습니다. “새로운 원자로 기술을 허가하려면 특히 안전 분석과 관련하여 철저한 평가가 많이 필요합니다. 또한 관심 있는 국가가 에너지 시스템에서 MSR이 수행할 구체적인 역할을 고려하는 것도 중요합니다.”

MSR 개발 지원

출판물 외에도 IAEA는 기술 회의 및 워크샵을 포함한 다양한 다른 계획을 통해 MSR 개발 및 배포를 지원합니다. 지난 10월 IAEA와 경제협력개발기구(OECD-NEA) 원자력청(OECD-NEA)은 비엔나에서 용융염 원자로 기술의 연료 주기 화학에 관한 국제 워크숍을 공동으로 개최했습니다. 2022년에 설립된 IAEA의 NHSI( Nuclear Harmonization and Standardization Initiative )는 규제 접근 방식과 산업 표준화를 조화시켜 MSR을 포함한 첨단 원자로 배치를 가속화하는 방법을 모색하고 있습니다. 또한 기관은 현재 개발 중인 모든 첨단 원자로에 대한 기술 데이터 및 기타 특성을 포함하여 정보를 수집하는 웹 플랫폼인 첨단 원자로 정보 시스템(ARIS)을 유지 관리합니다.