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2017년 8월 27일 일요일

토륨 원자로에 다시 도전하는 유럽 연합의 SALt Irradiation ExperimeNT (SALIENT)



(This is the first thorium salt experiment since the 1970s(Credit: Thorium Energy World))


(The custom built test equipment showing the thorium salt in the center(Credit: Thorium Energy World))


( The custom built test equipment showing the thorium salt in the center(Credit: Thorium Energy World))


 토륨 (thorium)은 우라늄을 대신할 수 있는 핵물질로 흔히 언급되는 원소입니다. 토륨 - 232 를 이용한 핵반응은 다음과 같은 토륨 핵연료 사이클 (thorium fuel cycle)을 통해 에너지를 방출하면서 우라늄 - 233 을 얻는 과정입니다. 



 토륨 원자력 발전은 우라늄보다 훨씬 흔한 토륨을 원료로 발전이 가능하며 핵반응의 결과물이 플루토늄처럼 위험한 방사성 물질이 아니라는 점에서 이점이 있습니다. 토륨 원자력 발전의 핵폐기물은 98-99%가 우라늄 - 233 혹은 235 로 핵연료로 다시 사용할수도 있고 사용하지 않을 수도 있습니다. 나머지 폐기물 역시 플루토늄과 다른 위험한 방사성 동위원소가 많은 우라늄 기반 원자로와 달리 수명이 짧은 것이 대부분이어서 핵폐기물의 양과 위험도가 크게 감소하는 것입니다. 

 이렇게 이야기하면 왜 토륨 원자로가 현재 널리 사용되지 않는지 의문을 품을 수 있습니다. 여기에는 초기 원자력 상업화 시절에 핵무기 생산이 가능한 플루토늄 생산이라는 잿밥에 관심이 많았던 것도 이유지만, 사실 가장 중요한 이유는 토륨 핵연료 반응을 유지하기 위해서는 중성자를 계속해서 공급해야 한다는 점입니다. (위의 표 참조) 

 좀 더 쉽게 이야기하면 우라늄 기반 원자로처럼 자체적으로 핵분열 반응이 유지되지 못하기 때문에 지속적으로 중성자를 공급해 핵반응을 유지시켜야 합니다. 이를 위해서 우라늄이나 플루토늄을 일부 혼합하거나 혹은 가속기 등을 이용해서 중성자를 공급해야 합니다. 이는 꽤 복잡한 과정입니다. 다만 반대로 그렇기 때문에 순수한 토륨 원자로는 쉽게 반응이 중지되어 멜트다운의 위험도가 매우 낮습니다. 



 최근 네덜란드에 위치한 유럽 연합의 Nuclear Research and Consultancy Group (NRG)의 과학자들은 토륨을 이용한 실험용 원자로 모델인 SALt Irradiation ExperimeNT (SALIENT)를 공개했습니다. 이는 상업용 토륨 용융로 Thorium Molten Salt Reactors (TMSR) 개발을 위한 것입니다. 토륨의 또 다른 단점이 산화토륨의 녹는점이 높아 우라늄처럼 가공이 어렵다는 점인데, 이는 토륨 용융로 방식으로 극복이 가능합니다. 

 이번에 개발된 실험용 토륨 용융로는 거의 40년만에 시도되는 상업용 토륨 용융로로 앞으로 토륨 원자로 개발에 중요한 분수령이 될 것으로 예상됩니다. 최근 탈핵화 경향에도 불구하고 여전히 원자력이 경제적이고 가능성 높은 대안이라고 생각하는 사람도 적지 않습니다. 이분법적으로 문제를 해결하기 보다는 제3의 대안도 고려할 필요가 있을 것입니다. 만약 원자력을 더 사용해야 한다면 지금보다 안전하고 지속 가능한 대안이 필요할 수 있습니다. 


 참고






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