원자력선
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1. 개요
원자력선은 원자력 에너지를 동력으로 사용하는 선박을 의미하며, 군함과 민간 선박 모두에서 활용되었다. 군사적으로는 원자력 잠수함과 항공모함에 주로 사용되며, 장기간 잠항 능력과 연료 보급의 용이성 등의 장점을 제공한다. 반면, 높은 건조 비용과 유지 관리의 어려움, 폐기 비용 등의 단점도 존재한다. 민간에서는 미국, 독일, 일본 등이 원자력선 개발을 시도했으나, 경제성, 기술적 문제, 정치적 요인 등으로 인해 상업적 성공을 거두지 못했다. 현재는 러시아가 북극해 항로 개척을 위해 쇄빙선과 컨테이너선을 운용하고 있으며, 중국도 원자력 컨테이너선 설계를 발표하는 등 원자력 선박 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
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| 원자력선 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 기본 정보 | |
| 유형 | 선박 |
| 추진 방식 | 원자력 |
| 동력원 | 원자로 |
| 용도 | 군함 상선 쇄빙선 해양 조사선 우주 왕복선 수송선 |
| 특징 | |
| 장점 | 장기간 항해 가능 연료 보급 불필요 높은 출력 |
| 단점 | 건설 비용 높음 방사능 안전 문제 유지보수 어려움 |
| 역사 | |
| 최초 원자력 선박 | 레닌 (소련, 1959년) |
| 최초 원자력 여객선 | 사바나 (미국, 1962년) |
| 최초 원자력 상선 | 무츠 (일본, 1970년) |
| 주요 원자력 선박 | |
| 원자력 추진 군함 | 항공모함 잠수함 순양함 |
| 원자력 민간 선박 | 쇄빙선 컨테이너선 여객선 우주 왕복선 수송선 |
| 해체된 원자력 선박 | 사바나 무츠 |
| 기술적 특징 | |
| 원자로 종류 | 가압수형 원자로 비등수형 원자로 |
| 핵연료 | 농축 우라늄 |
| 안전 장치 | 비상 노심 냉각 장치 격납 용기 자동 정지 장치 |
| 논란 및 문제점 | |
| 안전 문제 | 원자로 사고 위험 방사능 누출 위험 핵 폐기물 처리 문제 |
| 환경 문제 | 해양 오염 가능성 온배수 문제 |
| 경제성 문제 | 높은 건설 및 유지 비용 연료비 절감 효과 미미 |
| 기타 정보 | |
| 관련 연구 및 개발 | 차세대 원자로 개발 원자력 추진 시스템 효율 개선 안전성 강화 기술 개발 |
| 국제 협력 | 국제 원자력 기구 (IAEA) |
| 관련 법규 | 각국별 원자력 관련 법규 |
| 미래 전망 | 극지방 항해 및 심해 탐사 활용 가능성 친환경 에너지원으로의 잠재력 기술 발전 및 안전성 확보 필요 |
2. 역사
서방 국가에서는 1960년대부터 1970년대에 걸쳐 민간 선박에 원자력 추진 시스템 도입을 추진하였다. 미국, 서독, 일본에서 실증 선박을 겸한 원자력 선박 3척이 건조되었지만, 모두 고도의 기술과 수익성 문제, 정치적 판단, 그리고 사고 등의 이유로 퇴역하였다.
- 미국의 원자력 여객선 사바나는 아이젠하워 대통령의 제안으로 건조되었으나, 승무원 임금 문제, 노사 분쟁, 전용 수리 시설 및 부두 필요 등 여러 문제로 인해 동급 선박보다 매년 200만달러 더 많은 비용이 들었고, 1972년에 폐선되었다.
- 서독의 원자력 광석 운반선 오토 헌은 1968년 취역하여 광석 운반과 함께 연구를 수행했다. 서독 정부는 원자력 잠수함 기술 연구도 고려했으나, 1979년 원자로를 제거하고 디젤 추진 화물선으로 개조되었다. 1980년 녹색당 결성 이후 반핵 운동의 영향으로 새로운 원자력 선박 건조는 중단되었다.
- 일본의 원자력 화물선 무쓰는 1972년 취역했지만, 수산물에 대한 풍평 피해를 우려한 어민들의 반대로 시험 운항에 어려움을 겪었다. 1974년 제1차 석유 파동의 영향으로 일본 정부는 태평양에서 시험을 실시했으나, 방사선 누출이 검출되어 오미나토 항 입항을 거부당했다. 이후 세키네하마 항을 신모항으로 건설하여 수용하였고, 1993년 해양지구 연구선 미라이로 개조되었다.
이러한 원자력 상선의 운항 실적은 원자력 기관의 점검·보수 및 폐로 비용이 예상보다 많이 든다는 것을 보여주었다. 2000년 조사에 따르면, 대형 고속선에서 간신히 수지가 맞는 수준이라고 한다.
2025년에는 용융염로를 동력원으로 사용하는 연구선 """"이 취역할 예정이다.[2][3]
2. 1. 군사적 이용
냉전 시대, 미국과 소련은 핵무기 경쟁과 더불어 원자력 잠수함 개발에 박차를 가했다. 원자력 잠수함은 장기간 잠항이 가능하고 은밀성이 뛰어나 전략적 억지력을 강화하는 데 중요한 역할을 했다. 미국은 세계 최초의 원자력 잠수함 노틸러스함을 개발한 이후, 다양한 종류의 원자력 잠수함과 원자력 항공모함을 건조하여 해군력을 강화했다. 소련 역시 원자력 잠수함 개발에 주력하여 미국에 버금가는 핵전력을 구축했다. 영국, 프랑스, 중국 등도 독자적인 원자력 잠수함 기술을 개발하여 보유하고 있다.2. 2. 민간 이용
미국에서는 아이젠하워 대통령의 제안으로 원자력 여객선 사바나가 건조되었지만, 경제적인 문제로 인해 1972년에 조기 퇴역했다. 서독에서는 1968년 원자력 광석 운반선 오토 한호가 취역했지만, 1979년 원자로를 제거하고 디젤 추진 선박으로 개조되었다. 이후 녹색당의 반핵 운동으로 인해 새로운 원자력 선박 건조는 중단되었다.[2]일본에서는 1972년 원자력 화물선 무쓰가 건조되었으나, 방사능 누출 문제와 어민들의 반대로 인해 시험 운항에 어려움을 겪었다. 결국 일본 정부는 세키네하마 항을 신모항으로 건설하여 무쓰를 수용하였고, 1993년에는 해양지구 연구선 미라이로 개조하였다.[2]
이러한 초기 민간 원자력 선박들은 높은 건조 및 유지 보수 비용, 안전 문제, 그리고 정치적 반대 등으로 인해 상업적으로 성공하지 못했다. 특히, 폐로 비용이 당초 예상보다 훨씬 많이 든다는 사실이 밝혀졌다. 2000년 조사에 따르면, 대형 고속 컨테이너선 정도가 되어야 원자력 추진 시스템이 경제성을 가질 수 있다고 한다.[2]
최근에는 용융염로를 동력원으로 사용하는 연구선 ""이 2025년 취역할 예정이다. 이 연구선은 기후 변화와 해양 환경 문제 연구를 수행할 예정이다.[2][3]
3. 기술적 특징
원자력선은 기존 내연기관 선박에 비해 여러 장단점을 가진다. 우선, 대기에 의존하지 않고 운전할 수 있어 산소 흡입이 필요 없고, 이산화탄소, 질소산화물, 미세먼지, 황산화물 등의 배기가스를 배출하지 않는다.[1] 석유에 의존하지 않아 장기간 연료 보급이 필요 없고, 원유 가격 변동에 따른 경제적 손실 위험도 없다. 특히 석유 수입국의 경우, 함정 연료를 비교적 자급자족할 수 있게 되어 해상교통로 의존도를 낮출 수 있다.[1]
대형 함선의 경우, 원자력 기관은 규모가 클수록 출력 대비 중량 비율이 개선되므로, 연료와 기관의 무게와 부피를 줄여 탑재량을 늘릴 수 있다.
3. 1. 장점
핵연료는 한 번 장전하면 수년간 교체 없이 사용할 수 있어 장기간 운항에 유리하다. 원자로는 작은 크기로도 높은 출력을 낼 수 있어 대형 선박이나 고속 선박에 적합하다. 또한, 화석 연료를 사용하지 않으므로 대기오염 물질 배출이 적다.[1] 잠수함의 경우, 산소 공급 없이 장기간 잠항이 가능하여 은밀성을 극대화할 수 있다.3. 2. 단점
舶用일본어 기관으로서 원자력은 여러 장점과 함께 다음과 같은 단점들을 갖는다.- 기관 취득 비용 고가: 미국 해군 항공모함의 경우 28만 마력(206MW)에서 일반형과 원자력의 취득 가격 차이는 배수량에 비례하여 1782억엔(87만엔/kW, 8만 마력에서 509억엔)이다.[4] 일본의 원자력선 무쓰는 원자력위원회 추산의 2~3배의 비용이 소요되었다.[4] 2만 마력(15MW)의 원자력 기관은 21억엔이 소요되어 동일 출력의 디젤 기관보다 훨씬 고가였다.[4]
- 원자로 점검 인원 비용 발생 및 장기간 운휴: 원자로는 1~2년에 1회 점검이 필요하며, 미국 항공모함의 경우 10~20년에 보수 점검에 간접 운항 인건비가 발생한다.[4] 40년 수명의 20년째에 연료 교체와 현대화 개조를 실시하지만, 동일 배수량의 일반 동력 항공모함보다 1520억엔(1USD = 115JPY 환산) 고가이며, 장기간 운휴가 불가피하다.[4]
- 폐선·폐로 비용 과다: 원자로 폐로 비용은 규모와 사양에 따라 다르지만, 미국 항공모함의 경우 1기당 500억엔이다.[4] 선체가 피폭되어 방사능을 띠면 폐기 비용이 급증한다.[4]
- 원자로 중량으로 인한 소형 선박 부적합: 1만 마력 원자로가 1,000t, 일본원자력연구소의 MRX가 4만 마력으로 1,800t이다.[4] 원자로 중량이 원형 함의 연료+보일러 중량을 상회하면 일반 기관보다 중량적으로 불리해진다.[4]
- 원자로 사고 발생 시 막대한 피해 가능성: 원자력 컨테이너선이 이론상 채산성이 맞아도, 과거 사반나호의 입항을 받아들인 경험이 있는 유럽과 미국의 항만이 여전히 입항을 허가할지는 미지수다.
- 핵 납치 우려: 민간 원자력 상선은 고농축 핵연료를 사용할 수 없다.[4] 현재 상용 원자로는 경찰관이 경비하고 있지만, 원자력 상선도 그와 동등 이상의 경비 체제가 요구된다면 비용 증가 요인이 된다.[4]
- 높은 수준의 유지 관리 필요[4]
4. 주요 원자력 선박
서방 국가에서는 1960년대부터 1970년대에 걸쳐 민간 선박에 원자력 추진 시스템 도입을 추진하였다. 미국, 서독, 일본에서 실증 선박을 겸한 원자력선 3척이 건조되었지만, 모두 고도의 기술과 수익성 문제로 인한 높은 비용, 정치적 판단, 그리고 사고(미미한 수준이었으나) 등의 이유로 퇴역하였다.
- Savannah영어 사바나: 미국에서는 아이젠하워 대통령의 제안으로 원자력 여객선 「사바나」가 건조되었지만, 1962년 첫 항해에서 승객과 화물이 적었고, 승무원 임금 문제와 전용 시설 필요 등 운항 제약이 따랐다. 「사바나」의 운항에는 동급 선박보다 매년 200만달러 더 많은 비용이 들었고, 1972년에 폐선되었다.
- Otto Hahnde 오토 헌: 1960년부터 원자력 상선을 검토한 서독에서는 1968년 「오토 헌」이 취역했다. 「오토 헌」은 광석 운반과 함께 연구원 36명이 승선하는 실험선이었고, 원자력 잠수함 기술 연구도 고려되었다. 1979년 「오토 헌」은 디젤 추진 화물선으로 개조되었지만, 1980년 녹색당 결성으로 새로운 원자력 선박 건조는 중단되었다.
- むつ일본어 무쓰: 일본에서는 1963년부터 원자력 선박 계획이 시작되었고, 나카소네 야스히로가 이를 추진하였다. 1963년 「무쓰」 건조비는 36억엔으로 추산되었으나, 이는 미국의 「사바나」 건조비보다 과소 추산된 것이었다. 1967년 60억엔으로 건조 계약이 체결되었고, 1972년 취역했지만 어민들의 반대로 시험 운항에 어려움을 겪었다. 1974년 태평양에서 시험 중 미량의 방사선 누출이 검출되어 모항 입항을 거부당했다.
- Earth 300영어: 2025년 취역 예정인 연구선이다. 용융염로를 사용하며, 지구 과제 연구를 수행한다. AI, 로봇 등 최첨단 연구실 22개가 탑재되어 있으며, 과학자 160명, 학생 20명, 승무원 165명, VIP 손님 40명이 승선할 예정이다.[2][3]
이러한 원자력 상선의 운항 실적과 군함의 운용 실적을 통해 원자력 기관은 당초 예상보다 점검·보수 및 폐로 비용이 많이 든다는 사실이 밝혀졌다.
4. 1. 군용
| 국가 | 함종 | 함명 및 현황 |
|---|---|---|
| 미국 | 항공모함 | 니미츠급 항공모함 (10척) |
| 항공모함 | 제럴드 R. 포드급 항공모함 (현재 1척, 1척 건조 중, 1척 건조 예정) | |
| 잠수함 | 로스앤젤레스급 잠수함 (공격형, 62척 중 33척 현역) | |
| 잠수함 | 오하이오급 잠수함 (전략형/순항미사일형, 18척) | |
| 잠수함 | 시울프급 잠수함 (공격형, 3척) | |
| 잠수함 | 버지니아급 잠수함 (공격형, 현재 14척, 5척 건조 중) | |
| 순양함 | 엔터프라이즈 (세계 최초 핵추진 항공모함), 롱비치 (CGN-9), 베인브리지 (CGN-25), 트럭스턴 (CGN-38), 캘리포니아급 핵추진 미사일 순양함 (2척), 버지니아급 핵추진 미사일 순양함 (4척) | |
| 잠수함 | 노틸러스 (세계 최초 핵추진 잠수함) | |
| 잠수함 | 시울프, 털리비, 너월, 그레나다 P. 립스컴 (이상 시험용 공격형) | |
| 잠수함 | 할리벗 (시험용 순항미사일형) | |
| 잠수함 | 스케이트급 핵추진 잠수함 (공격형, 4척), 스킵잭급 핵추진 잠수함 (공격형, 6척), 트라이턴 (공격형), 퍼밋급 핵추진 잠수함 (공격형, 14척), 스터전급 핵추진 잠수함 (공격형, 37척) | |
| 잠수함 | 조지 워싱턴급 핵추진 잠수함 (전략형, 5척) | |
| 잠수함 | 이선 앨런급 핵추진 잠수함 (전략형, 5척) | |
| 잠수함 | 라파예트급 핵추진 잠수함 (전략형, 5척), 제임스 매디슨급 핵추진 잠수함 (전략형, 10척), 벤자민 프랭클린급 핵추진 잠수함 (전략형, 12척) | |
| 러시아 | 순양함 | 키로프급 미사일 순양함 (4척 중 1척 현역, 1척 개조 중) |
| 잠수함 | 빅터급 잠수함 (공격형, 49척 중 5척 현역) | |
| 잠수함 | 델타급 잠수함 (전략형, 43척 중 15척 정도 현역) | |
| 잠수함 | 타이푼급 잠수함 (전략형, 6척 중 2척 현역, 1척 예비) | |
| 잠수함 | 오스카급 잠수함 (순항미사일형, 13척 중 6척 현역, 4척 예비역) | |
| 잠수함 | 시에라급 잠수함 (공격형, 4척 중 3척 현역) | |
| 잠수함 | 아쿠라급 잠수함 (공격형, 14척 중 8척 정도 현역) | |
| 잠수함 | 세베로드빈스크급 잠수함 (공격형, 1척 건조 중), 보레이급 잠수함 (전략형, 3척 건조 중) | |
| 영국 | 잠수함 | 뱅가드급 잠수함 (전략형, 4척) |
| 잠수함 | 트라팔가급 잠수함 (공격형, 7척 중 3척 현역) | |
| 잠수함 | 어슈트급 잠수함 (공격형, 3척, 3척 건조 중) | |
| 프랑스 | 잠수함 | 뤼비급 잠수함 (공격형, 6척) |
| 잠수함 | 르 트리옹팡급 잠수함 (전략형, 현재 3척, 1척 추가 건조 중) | |
| 항공모함 | 샤를 드 골 | |
| 중국 | (자료 부족) | |
4. 2. 민간용
서방 국가에서는 1960년대부터 1970년대에 걸쳐 민간 선박에 원자력 추진 시스템 도입을 추진했다. 미국, 서독, 일본에서 원자력 선박 3척을 건조했지만, 높은 기술력과 수익성 문제, 정치적 판단, 사고 등으로 모두 퇴역했다.| 국가 | 선박명 | 종류 | 비고 |
|---|---|---|---|
| 미국 | Savannah영어 사바나 | 원자력 화물 여객선 | 퇴역 후 박물관선으로 공개 |
| 서독 | Otto Hahnde 오토 헌 | 광석 운반선 | 1968년~1979년 원자력 운항, 이후 원자로 제거 및 컨테이너선 개조, 2009년 해체 |
| 일본 | むつ일본어 무쓰 | 화물선 | 원자로 제거 후 해양지구연구선 미라이로 재취항 |
러시아는 현재 다음과 같은 원자력 민간 선박을 운용하고 있다.
- 아르크티카급 쇄빙선 (6척 중 2척 운항 중)
- 타이미르급 쇄빙선 (하천용, 2척)
- 세브몰푸치 (쇄빙 화물선 겸 컨테이너선)
참조
[1]
웹사이트
世界における原子力船研究開発と運航実績
http://www.rist.or.j[...]
[2]
웹사이트
なんじゃこりゃ!? 巨大「原子力船」度肝抜くデザインで計画中 目立ってナンボな目的
https://trafficnews.[...]
[3]
웹사이트
原子力スーパーヨットの旅は300万ドル…2025年に出航予定。科学者と学生は無料で招待
https://www.business[...]
[4]
웹사이트
中国船舶集団、世界初にして最大の原子力コンテナ船の設計を正式に発表―中国メディア
https://news.biglobe[...]
[5]
text
[6]
text
[7]
text
[8]
text
[9]
웹사이트
Cost-Effectiveness of Conventionally and Nuclear-Powered Aircraft Carriers
http://www.fas.org/m[...]
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