핵폐기물이 부담이 아닌 자산일 때

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핵폐기물이 부담이 아닌 자산일 때

루시 애쉬튼

러시아 벨로야르스크 원자력발전소에는 고속로 2기가 있다. (사진: Rosenergoatom)

원자력 발전소에서 발생하는 고준위 핵폐기물이 에너지 부문의 순환 경제를 촉진할 수 있다면 어떨까요? 폐쇄형 연료주기에서 작동하는 고속 중성자로는 이를 실현할 수 있습니다.

핵분열 연쇄 반응을 유지하기 위해 물과 같은 감속재에 의해 느려지지 않는 중성자를 사용하는 고속 중성자로는 기존 열 원자로에 비해 장점을 제공합니다. 핵연료를 재활용하고 재사용하는 완전 폐쇄형 핵연료주기로 운전할 경우 고속로는 열로에 비해 같은 양의 천연 우라늄에서 60~70배 더 많은 에너지를 추출할 수 있어 고준위 우라늄 양을 크게 줄일 수 있다. 방사성 폐기물.

 국가들은 청정 경제에 전력을 공급하기 위해 사용후 핵연료와 같은 자원을 재활용하는 방법을 점점 더 많이 모색하고 있습니다. Vladimir Kriventsev, IAEA 고속로 기술 개발 팀 리더

“폐쇄 연료주기에서 고속 원자로를 사용하면 모든 우라늄이 사용되고 수천 년 동안 방사성 상태로 남아 있는 악티나이드가 연소될 때까지 1kg의 핵 폐기물을 여러 번 재활용할 수 있습니다. 그러면 남은 것은 200~300년 동안 방사성 물질을 함유할 약 30그램의 폐기물이다”라고 IAEA 부국장이자 원자력 에너지부 국장인 미하일 추다코프(Mikhail Chudakov)는 말했다.

고속 원자로는 우라늄 자원이 부족하다고 인식되던 원자력 발전 초기에 배치된 최초의 기술 중 하나였습니다. 그러나 기술적, 물질적 문제로 인해 개발이 방해되고 새로운 우라늄 매장지가 확인되면서 경수로가 산업 표준이 되었습니다. 그러나 소형 모듈형 원자로(SMR) 및 마이크로 원자로(MR) 형태를 포함하여 고속 원자로 기술을 발전시키려는 노력이 여러 국가에서 진행 중입니다. 

현재 5개의 고속로가 가동 중입니다. 즉, 러시아 연방의 작동 원자로 2기(BN-600 및 BN-800)와 시험로 1기(BOR-60), 인도의 고속 증식 시험로, 중국의 실험용 고속 원자로입니다. 유럽연합, 일본, 미국, 영국 등에서는 SMR과 MR을 포함하여 다양한 목적과 기능에 맞춰진 고속로 프로젝트를 진행하고 있습니다.

일부 국가에서는 완전 폐쇄형 연료주기에서 고속로를 운영하는 것이 원자력의 장기적인 지속가능성을 보장하는 경로로 간주됩니다.

Seversk에 건설 중인 러시아의 시험 시범 에너지 단지에는 납냉각식 BREST-OD-300 고속 원자로, 연료 제조 및 재가공 공장, 혼합 질화물 우라늄-플루토늄 사용후 핵연료 재처리 공장이 통합되어 있습니다. 심지층 폐기물 처분장도 건설될 예정이다. 이 파일럿 프로젝트의 중요성은 새로운 연료를 만들고 조사한 후 재활용하는 것뿐만 아니라 이 모든 작업을 한 현장에서 수행한다는 것입니다.

IAEA의 핵 연료 주기 기술 책임자인 Amparo Gonzalez Espartero는 "한 현장에서 전체 폐쇄형 핵 주기 프로세스를 갖는 것은 핵 안전, 보안 및 보호에 좋습니다."라고 말했습니다. "현재 일부 국가에서처럼 핵 폐기물과 물질을 위치 간에 이동할 필요가 없으므로 경제적으로 더 합리적이어야 합니다. 이를 통해 운송 및 물류 문제가 최소화됩니다."

어떤 규모에서든 폐쇄형 연료주기를 운영하려면 재처리 및 재활용을 위한 고속 원자로와 인프라가 필요합니다. 무엇보다도 경제적인 측면과 보호 측면에서 모든 국가에 재처리 시설을 갖추기가 어렵습니다. 비용을 낮추기 위해 재처리 시설은 다른 국가에 서비스를 제공하거나 국가가 시설을 공유합니다.

러시아는 또한 경수로와 함께 자립형 시스템의 일환으로 2035년 이후 차세대 1200MW(e) 고속로를 배치할 계획이다. 고속 원자로의 도움으로 열 원자로에서 나온 사용후 연료는 재처리 및 재사용되어 일반 핵 연료 주기보다 최대 10배 작은 최종 폐기물 발자국을 생성합니다.

다른 나라에서도 프로젝트가 진행되고 있습니다. 중국은 푸젠성 샤푸현에 나트륨냉각고속로(CFR-600) 2기를 건설하고 있다. 첫 번째 호기는 시운전 중이며 2024년에 전력망에 연결될 것으로 예상됩니다. 미국에서는 마이크로소프트(Microsoft) 공동 창업자 빌 게이츠(Bill Gates)가 지원하는 고속로 프로젝트가 개발 중입니다. 비록 국가가 폐쇄된 핵연료주기에 대한 노력을 재개하고 기존 핵폐기물을 사용하여 자체 연료 공급을 개발하고 있지만 폐쇄된 연료주기에서는 작동하지 않을 것입니다. 유럽에서는 벨기에의 MYRRHA 프로젝트가 2036년까지 납-비스무트 냉각 가속기 구동 시스템을 구축하여 미래 완전 폐쇄형 연료 주기의 일부로 마이너 악티나이드 분해 능력을 테스트하는 것을 목표로 하고 있습니다.

IAEA 고속로 기술 개발 팀장인 Vladimir Kriventsev는 "국가들은 자국 경제에 청정 전력을 공급하기 위해 사용후핵연료와 같은 자원을 재활용하는 방법을 점점 더 많이 모색하고 있습니다"라고 말했습니다. "이것은 재료 과학, 원자로 물리학 및 엔지니어링 분야의 기술 혁신으로 인해 안전 기능이 향상되고 건설 및 운영 비용이 절감되어 고속 원자로로 구동되는 원자력 발전소의 경제성이 향상되는 더 나은 설계가 가능해졌습니다."

IAEA는 조정된 연구 프로젝트, 기술 간행물, 기술 실무 그룹 및 회의를 통해 정보와 경험을 공유함으로써 고속로의 개발 및 배치를 지원하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 혁신적인 원자로 및 연료 주기에 관한 IAEA의 국제 프로젝트는 또한 국가의 계획 및 협력을 지원함으로써 고속 원자로 및 관련 핵 연료 주기의 발전을 돕습니다