가스터빈 모듈형 헬륨 원자로
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1. 개요
가스터빈 모듈형 헬륨 원자로는 헬륨 가스를 냉각재로 사용하는 원자로이다. 헬륨은 화학적으로 불활성이므로 핵연료 및 구조물과의 화학 반응이 적어 방사능 오염 위험이 낮고, 700~1,000℃의 고온에서 작동하여 열효율이 높다. 1995년 기준으로 48%의 열효율을 보이며, 사고 시 자연 방열만으로 붕괴열 제거가 가능하다. 핵심부는 흑연 원통으로 구성되며, TRISO 연료 개념을 통해 안전성을 확보한다. 미국 제너럴 아토믹스는 GT-MHR을 개량한 EM2 원자로를 개발 중이다.
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| 가스터빈 모듈형 헬륨 원자로 |
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2. 장점
원자로 냉각재로 화학적으로 불활성인 헬륨가스를 사용하기 때문에 핵연료, 구조물과의 화학반응이 없어 원자로 냉각재속의 방사능도 적다. 고온가스로의 원자로 냉각재 온도가 700∼1,000 ℃로 높기 때문에 광범위한 열이용이 가능하다. 경수냉각형로는 원자로 냉각재 온도가 약 350 ℃로 낮아서 핵열의 직접적인 이용이 매우 한정되어 있다.
1995년 현재 상업용 원자로의 평균 열효율은 32%이다. 1995년 현재 GT-MHR의 열효율은 48%로서, 세계 최고 기록이다. 브레이튼 사이클 터빈 배열을 사용하는 가스터빈 모듈형 헬륨 원자로는 1995년 기준으로 다른 어떤 원자로보다 높은 48%의 효율을 제공한다.[3] 이는 같은 해 상업용 경수로가 랭킨 사이클을 사용하여 평균 32%의 효율을 보이는 것에 비해 높은 수치이다.
사고시에도 자연방열만으로 붕괴열 제거가 가능하기 때문에, 경수냉각형로와 같은 비상노심냉각설비가 필요없다.
미래에는 빌딩 지하에 초소형 원자로를 묻어서 빌딩을 건설하게 될 것인데, 원자로가 매우 안전성이 높아야만 한다. GT-MHR은 이러한 매우 높은 안전성을 갖고 있다.
2. 1. 높은 안전성
GT-MHR은 원자로 냉각재로 화학적으로 불활성인 헬륨가스를 사용하기 때문에 핵연료, 구조물과의 화학반응이 없어 원자로 냉각재속의 방사능도 적다. 고온가스로의 원자로 냉각재 온도가 700∼1,000 ℃로 높기 때문에 광범위한 열이용이 가능하다. 경수냉각형로는 원자로 냉각재 온도가 약 350 ℃로 낮아서 핵열의 직접적인 이용이 매우 한정되어 있다.1995년 현재 상업용 원자로의 평균 열효율은 32%이다. 1995년 현재 GT-MHR의 열효율은 48%로서, 세계 최고 기록이다.
사고시에도 자연방열만으로 붕괴열 제거가 가능하기 때문에, 경수냉각형로와 같은 비상노심냉각설비가 필요없다.
미래에는 빌딩 지하에 초소형 원자로를 묻어서 빌딩을 건설하게 될 것인데, 원자로가 매우 안전성이 높아야만 한다. GT-MHR은 이러한 매우 높은 안전성을 갖고 있다.
2. 2. 높은 효율성
가스터빈 모듈형 헬륨 원자로는 원자로 냉각재로 화학적으로 불활성인 헬륨가스를 사용하기 때문에 핵연료, 구조물과의 화학반응이 없어 원자로 냉각재속의 방사능도 적다.[3]고온가스로의 원자로 냉각재 온도가 700∼1,000 ℃로 높기 때문에 광범위한 열이용이 가능하다. 경수냉각형로는 원자로 냉각재 온도가 약 350 ℃로 낮아서 핵열의 직접적인 이용이 매우 한정되어 있다.[3]
브레이튼 사이클 터빈 배열을 사용하는 가스터빈 모듈형 헬륨 원자로는 1995년 기준으로 다른 어떤 원자로보다 높은 48%의 효율을 제공한다.[3] 이는 같은 해 상업용 경수로가 랭킨 사이클을 사용하여 평균 32%의 효율을 보이는 것에 비해 높은 수치이다.[3]
3. 구조
핵심부는 반경 4m 및 높이 10m의 흑연 원통으로 구성되며, 상단과 하단에 1m의 축 방향 반사판이 포함되어 있다. 이 원통은 각각 36개의 육각형 블록으로 구성된 세 개 또는 네 개의 동심 고리를 할당하며, 각 고리 사이에는 0.2cm의 간극이 있다. 각 육각형 블록에는 108개의 헬륨 냉각 채널과 216개의 연료 핀이 포함되어 있다. 각 연료 핀에는 흑연 매트릭스에 분산된 TRISO 입자의 무작위 격자가 포함되어 있다. 이 원자로는 약 0.2 eV에서 중성자 에너지가 최고조에 달하는 열 중성자 스펙트럼을 나타낸다. TRISO 연료 개념은 원자로가 본질적으로 안전하도록 해준다. 원자로와 격납 구조물은 지면 아래에 위치하여 지면과 접촉하며, 이는 냉각수 고장 시 원자로에서 열을 빼앗아가는 수동 안전 조치로 작용한다.[2]
4. 단점
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5. 파생형
미국 제너럴 아토믹스는 GT-MHR을 개량한 EM2 원자로를 개발중이다. 전기출력 65 MWe, 열출력 500 MWth를 내며, 850 °C 로 운용된다. 빌딩 지하에 묻을 수 있으며, 30년간 핵연료 재장전이 필요없다.[4] 2010년 제너럴 아토믹스는 GT-MHR의 전력 변환 기능을 활용하는 새로운 원자로, 즉 에너지 증폭 모듈 (EM2)을 구상했다.[4] EM2는 고속 중성자를 사용하며, 가스 냉각 고속 원자로로서 핵 폐기물을 핵 변환을 통해 상당히 줄일 수 있게 한다.[4]
5. 1. EM2 (Energy Multiplier Module)
미국 제너럴 아토믹스는 GT-MHR을 개량한 EM2 원자로를 개발중이다. 전기출력 65 MWe, 열출력 500 MWth를 내며, 850 °C 로 운용된다. 빌딩 지하에 묻을 수 있으며, 30년간 핵연료 재장전이 필요없다.[4] 2010년 제너럴 아토믹스는 GT-MHR의 전력 변환 기능을 활용하는 새로운 원자로, 즉 에너지 증폭 모듈 (EM2)을 구상했다.[4] EM2는 고속 중성자를 사용하며, 가스 냉각 고속 원자로로서 핵 폐기물을 핵 변환을 통해 상당히 줄일 수 있게 한다.[4]6. 더불어 보기
7. 각주
참조
[1]
웹사이트
GT-MHR PROJECT
http://www.iaea.org/[...]
IAEA
2018-02-16
[2]
간행물
The Gas Turbine Modular Helium Reactor: A promising option for near term deployment
General Atomics Presentation
2002
[3]
웹사이트
The Fifty Percent Efficiency Nuclear Power Plant
http://www.nuc.berke[...]
[4]
웹사이트
Energy Multiplier Module (EM²)
http://www.ga.com/ad[...]
Ga.com
2013-09-05
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