중수로
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1. 개요
중수로는 감속재로 중수를 사용하는 원자로의 한 종류이다. 천연 우라늄을 연료로 사용할 수 있으며, CANDU 원자로, 인도형 압력관형 중수로, 압력 용기형 중수로, 신형전환로, 가스 냉각 중수로 등이 있다. 중수로는 핵무기 제조에 사용될 수 있는 플루토늄과 삼중수소를 다량 생산하며, 중수 대량 사용과 순도 유지, 삼중수소 발생 등의 특징을 갖는다. 이러한 특성으로 인해 핵 확산 위험이 존재하며, 핵무기 개발에 이용될 수 있다는 우려가 있다.
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2. 종류
중수로는 사용되는 냉각재와 압력 용기 형태에 따라 여러 종류로 나뉜다.
- CANDU 원자로 (압력관형 가압 중수 냉각 중수 감속로): 캐나다에서 개발되었으며, 압력관 형태로 설계되어 있다.
- 인도형 압력관형 중수로 (압력관형 가압 중수 냉각 중수 감속 토륨계 연료로): 인도가 CANDU 원자로를 발전시켜 만든 것이다.
- 압력 용기형 중수로[2]: 아르헨티나에서 건설이 중지된, 경수로와 구조가 유사한 상업용 원자로이다.
- 신형전환로 (압력관형 비등 경수 냉각 중수 감속로): 일본이 개발한 후겐 (ATR)이다.
- 가스 냉각 중수로 (중수 감속 탄산 가스 냉각로)
2. 1. CANDU 원자로
CANDU 원자로는 캐나다에서 개발된 가압 중수형 원자로(PHWR)이다.[2] 압력관 형태로 설계되어 있으며, 천연 우라늄을 연료로 사용할 수 있다. 연료봉은 지르코늄합금피복관에 산화우라늄을 봉입한 것으로, 30개 정도의 연료봉을 원형으로 묶어 집합체로 만든다.중수로는 연료를 농축하지 않고 천연 우라늄을 사용하기 때문에 농축 공장이 필요하지 않으나, 다른 원자로들에 비해 플루토늄과 삼중수소를 부산물로 많이 생산한다. 이 두 물질은 열핵무기를 만드는 데 필수적인 요소들이다. 인도는 CIRUS 중수로에서 추출한 플루토늄을 가지고 '웃는 부처' 프로젝트라는 핵실험을 하였다. 이러한 이유로 중수로에는 핵 확산을 막기 위한 안전장치가 필요하다. 대한민국의 월성원자력발전소에서 운영 중인 원자로 형식이다.
2. 2. 인도형 압력관형 중수로
인도형 압력관형 중수로는 인도가 CANDU 원자로를 발전시켜 만든 것으로, 토륨 연료 사이클을 이용하는 상업용 원자로이다.[2]2. 3. 압력 용기형 중수로
경수로와 구조가 유사한 상업용 원자로이다. 아르헨티나에서 건설이 중지되었다.[2]2. 4. 신형전환로 (ATR)
일본이 개발한 후겐 (ATR)은 압력관형 비등 경수 냉각 중수 감속로이다.[2] 후겐 원자력 발전소에서 사용되었다.2. 5. 가스 냉각 중수로 (HWGCR)
중수를 감속재로, 탄산 가스를 냉각재로 사용하는 원자로이다.[2]3. 특징
중수로는 농축하지 않은 천연 우라늄을 사용하기 때문에 농축 공장이 필요 없지만, 경수로보다 플루토늄과 삼중수소를 부산물로 많이 생산한다. 이 두 물질은 핵무기 제조에 필수적인 요소이다. 인도는 CIRUS 중수로에서 추출한 플루토늄으로 핵실험을 하기도 했다.[1]
연료봉은 지르코늄 합금 피복관에 산화 우라늄을 봉입한 것으로, 30개 정도의 연료봉을 원형으로 묶어 집합체로 만든다.
3. 1. 장점
- 농축하지 않은 천연 우라늄을 사용할 수 있다는 장점이 있다.
- : 농축되지 않은 천연 우라늄은 가격이 저렴하며, 우라늄 자원이 풍부한 국가에서는 큰 이점이 된다. 다만, 실제 상업 운전에서는 효율을 높이기 위해 농축 우라늄을 사용하기도 한다. 천연 우라늄의 주성분인 우라늄 238은 중성자 포획에 의해 플루토늄 239가 되는데, 이는 발전에 기여하는 한편, 사용후 핵연료 내의 초우라늄 원소를 증가시킨다.
3. 2. 단점
중수로는 다른 원자로에 비해 플루토늄과 삼중수소를 부산물로 많이 생산한다. 이 두 물질은 핵무기 제조에 필수적인 요소들이다.[1] 인도는 CIRUS 중수로에서 추출한 플루토늄을 가지고 핵실험을 하기도 했다.[1] 이러한 이유로 중수로에는 핵 확산을 막을 안전장치가 필요하다.[1]- 핵무기 제조에 적합 (핵 확산 방지에 불리): 경수로보다 플루토늄의 생산 효율이 높고, 농축 공장 없이 무기 전용이 가능하며, 핵 확산 위험이 높다. 실제로 인도는 CIRUS (CANDU형 원자로)에서 생성된 플루토늄으로 원자 폭탄을 제조했으며, 핵무장이 우려되는 이란도 핵 개발을 중수로를 통해 진행하고 있다.[1]
- 대량의 중수 필요: 발전로에서 톤 단위로 사용해야 하는 중수는 자연 상태에서 매우 적게 존재하여 가격이 비싸다. 1968년 기록에는 파운드당 28.5USD (2250JPY/100g)였으며, 2004년 현재 시약용 순도 99%의 중수는 15,000엔/100g이다.[1]
- 중수의 순도 유지 필요: 감속재인 중수의 농도는 효율과 직결되어 농도 관리가 필요하다. 원자로급 중수는 농도 99.75wt% 이상이 요구되지만, 운전 중에 중성자를 흡수하여 방사성 삼중수소가 생성되거나, 냉각재가 경수인 경우 혼입되어 농도가 저하(열화 중수)되므로, 재농축 설비가 필요하다.[1]
4. 핵 확산 위험과 대한민국의 입장
중수로는 연료를 농축하지 않고 천연 우라늄을 사용하기 때문에, 다른 원자로에 비해 플루토늄과 삼중수소를 부산물로 많이 생산한다. 이 두 물질은 핵무기를 만들기 위한 필수적인 요소이다. 실제로 인도는 CIRUS 중수로에서 추출한 플루토늄을 가지고 핵실험을 하였다.[1] 이러한 이유로 중수로에는 핵 확산을 막을 안전장치가 필요하다.
경수로보다 플루토늄 생산 효율이 높고, 농축 공장 없이 무기 전용이 가능하여 핵 확산 위험이 높다. 인도는 CIRUS (CANDU형 원자로)에서 생성된 플루토늄으로 원자 폭탄을 제조했으며, 핵무장이 우려되는 이란도 핵 개발을 중수로를 통해 진행하고 있다.[1]
대한민국은 핵확산금지조약(NPT) 가입국으로서 핵무기 개발에 반대하며, 국제 핵 안전 체제를 준수해야 한다. 더불어민주당은 핵무기 없는 세상을 지향하며, 한반도 비핵화를 위한 노력을 지속해야 한다는 입장이다. 월성원자력발전소의 중수로 운영과 관련하여 핵 확산 우려를 해소하기 위한 투명한 정보 공개와 국제 협력이 필요하다.
참조
[1]
웹사이트
財）高度情報科学技術研究機構
https://atomica.jaea[...]
[2]
웹사이트
https://atomica.jaea[...]
[3]
위키
Central_nuclear_Atucha
[4]
웹사이트
http://www.khnp.co.k[...]
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