[30th 한국원자력연차대회]원자력硏, SFRㆍVHTR 등 핵심기술 조기 실용화 달성 박차

▲ 소듐냉각고속로(SFR)의 성능을 종합적으로 실증하는 소듐 열유체 종합효과시험시설인 STELLA-1(Sodium Integral Effect Test Loop for Safety Simulation and Assessment-1)
2000년 1월 20세기의 마지막 해를 맞아 원자력의 새로운 부활을 모색하는 중요한 모임이 미국 워싱턴에서 열렸다.

20세기 원자력기술 선진국으로서 세계 원자력계를 리드하고 있던 국가들 우리나라, 미국, 일본, 프랑스, 영국, 캐나다 등의 고위정책결정자급 인사들이 21세기의 새로운 환경에서 원자력이 나아가야 할 방향에 대해 진지하게 논의한 결과 “제4세대 원자력시스템(Gen Ⅳ, Generation Ⅳ Nuclear Energy System) 개발을 위해 공동 노력한다”는 취지의 정책선언문을 발표했다.

이 모임을 시발점으로 제4세대 원자력시스템, 일명 ‘Gen IV’라고 불리는 미래 혁신형 원자로의 공동개발을 위한 노력이 가시적으로 추진됐으며, 2000년 8월에는 그 첫 번째 공식적인 모임인 제4세대 원자력시스템 국제포럼(GIF, Generation IV International Forum)이 우리나라 서울에서 개최됐다.

◆韓, Gen IV포럼 등 국제 프로젝트 활동 참여
현재 전 세계에서 가동 중인 원자력발전소는 제2, 제3세대로 분류되기 때문에 제4세대는 지속성, 경제성, 안정성, 그리고 핵확산 저항성의 4대 영역에서 획기적인 기술혁신을 목표로 하는 미래형 원자력 기술이다.

이를 위해 GIF는 전문가그룹을 구성해 각국에서 제안한 Gen IV 후보 개념을 평가해 2002년 7월 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 초임계압수냉각로(SCWR), 가스냉각고속로(GFR), 소형모듈 원자로(SMR) 등 6개 시스템을 개발 노형으로 선정했다. 또 협력 체제를 본격화하기 위해 2005년 2월 GIF 기본협약을 체결했다.

현재까지 기본협약에 서명한 국가는 우리나라를 비롯해 미국, 프랑스, 일본, 캐나다, 스위스, 유럽연합, 남아프리카공화국, 중국 등 9개국이다. 2008년 7월 2개국 이상이 공동연구에 동의해 시스템 약정을 체결한 것은 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 초임계압수냉각로(SCWR), 가스냉각고속로(GFR) 등 4개 시스템이다. 세계의 유수한 원자력 전문들은 제4세대 원자력 기술이 2030년대에 실용화될 것으로 전망하고 있다.

우리나라의 경우 소듐냉각고속소, 초고온가스로, 중소형일체형 원자로(SMART), 선진핵연료주기 시스템 등을 차세대 원자력시스템으로 선정해 기술개발이 진행 중이다.  그러나 후쿠시마 원전사고 이후 “4세대 원전 연구뿐만 아니라 토륨원전, 해양원전 기술도 함께 연구해 원전 기술의 다양성을 높여야 한다”는 주장도 원자력계에 제기되고 있다.

◆안전성 강화 ‘4세대 원전’ 무엇이 좋아지나
후쿠시마 원전사고 이후 인류는 ‘더 안전한 원자력’을 아젠다로 삼고 있으며, 4세대 원전(Gen IV)은 그에 부합되는 시스템으로 다시 주목받고 있다. 과연 4세대 원전은 3세대 이하 원전에 비해 경제성은 물론 안전성이 획기적이며, 근본적으로 향상됐다고 평가할 수 있는가.

박원석 단장은 “우리 정부는 2008년 12월 ‘미래원자력시스템 개발 장기추진 계획’을 확정했다”며 “이 계획에는 미래형 원자력 시스템의 일환인 제4세대 소듐냉각고속로의 장기개발을 일관되고 체계적으로 수행한다는 기본 방향에 오는 2028년까지 150MWe 소듐냉각고속로 원형로 건설, 운영을 목표로 2018년까지 실증로 표준설계를 완료할 것을 제시했다”고 밝혔다.

박 단장은 “제4세대 원전 개발에 주력으로 대표되는 소듐냉각고속로(SFR)는 원자로를 식히는 냉각제로 소듐을 사용하는 원자로다. 외부에서 전력 공급이 끊기더라도 공기로 소듐을 식힐 수 있기 때문에 안전한 차세대 원전으로 평가받는다”고 설명했다.

소듐냉각고속로(SFR)는 지진, 쓰나미 같은 자연재해나 불시 정전 등으로 전력 공급이 완전 중단됐을 경우에도 운전원이 아무런 조치를 취하지 않아도 오로지 액체 소듐과 공기의 자연 대류(convection) 현상만으로 원자로에 남아있는 열을 안정적으로 냉각시킬 수 있는 ‘피동잔열제거계통’을 갖추고 있다. 후쿠시마 사고처럼 전력 상실로 원전 냉각에 실패함으로써 발생하는 중대사고 가능성을 근본적으로 배제한 것이다.

또 SFR의 냉각재인 고온의 소듐은 물 또는 공기 만나면 화제가 발생하므로 원천적으로 소듐이 물 또는 공기와 접촉할 수 없도록 이중 원자로 용기, 이중벽 전열관 증기발생기, 이중배관을 적용해서 소듐의 누출을 원천 차단하도록 설계하고 있다.

한국원자력연구원은 오는 2028년 원형로 건설을 목표로 개발 중인 소듐냉각고속로(SFR)의 성능을 종합적으로 실증하는 소듐 열유체 종합효과시험시설인 STELLA-1(Sodium Integral Effect Test Loop for Safety Simulation and Assessment-1)은 총 사업비 145억원이 투입돼 3년 만인 2012년 2월 1단계 건설이 완공됐다.

또 지난해 11월 소듐냉각고속로 원형로(PGSFR, Prototype Gen-IV Sodium Cooled Fast Reactor)의 고성능 핵연료 피복관(FC92)도 개발을 마쳤다.

박 단장은 “한국이 처한 현실적 상황, 좁은 국토, 높은 인구 밀도, 에너지 자원의 절대적 부족을 감안할 때 사용후핵연료 문제 해결의 최선책은 소듐냉각고속로와 파이로프로세싱(pyroprocessing‧재처리)를 연계한 순환형 시스템”이라며 “2028년 순환형 시스템을 완공하고 그 운영 특성이 성공적으로 확인될 경우 2040년경에는 본격적인 상용화를 위한 국가 정책이 수립될 수 있을 것”으로 전망했다.

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