킬로파워

3. 기술적 특징

킬로파워는 다음과 같은 기술적 특징을 가진다.

• 핵연료 및 원자로 코어: 93% 우라늄-235와 7% 몰리브덴 합금을 핵연료로 사용하며,^[10][6] 고체 주조 합금 구조의 원자로 코어는 산화 베릴륨 반사체로 둘러싸여 있다. 이는 중성자가 빠져나가는 것을 막아 연쇄 반응을 지속시키고, 감마선 방출을 줄여 탑재된 전자 장치를 보호한다.^[7] 또한, 방사성 동위원소 열전 발전기(RTG)에 사용되는 플루토늄-238과 같은 다른 방사성 동위원소의 공급 불확실성을 피할 수 있다는 장점이 있다.^[8]
• 무게: KRUSTY 1kWe 모델은 134kg이며, 우라늄-235 28kg을 포함한다. 화성용 10kWe 모델은 총 1500kg(코어 226kg 포함), 우라늄-235 43.7kg을 포함할 것으로 예상된다.^[4][9]
• 반응 제어 및 안전성: 핵반응 제어는 중성자 흡수체인 붕소 탄화물 막대 하나로 이루어진다.^[10] 원자로는 차갑게 발사되어 고도로 방사성인 핵분열 생성물이 생기는 것을 막도록 설계되었다. 원자로가 목적지에 도착하면 중성자 흡수 붕소 막대를 제거하여 핵 연쇄 반응이 시작되도록 한다.^[10] 제어봉 삽입 깊이는 우라늄 핵분열 속도를 조절하여 열 출력이 부하에 맞도록 하는 메커니즘을 제공한다. 킬로파워는 광범위한 환경과 시나리오에서 본질적 안전을 확보하도록 설계되었으며, 여러 피드백 메커니즘을 통해 핵융해를 완화한다. 수동 냉각 방식을 채택하여 냉각수 순환을 위한 기계적 메커니즘이 불필요하다. 원자로 설계는 음의 연료 온도 반응도 계수를 생성하는 설계 기하학을 통해 자체 규제된다.^[12] 전력 수요가 증가하면 원자로 온도가 감소하고, 이는 수축을 유발하여 중성자 누출을 방지한다. 결과적으로 반응성이 증가하고 전력 출력이 증가하여 수요를 충족시킨다. 이러한 방식은 전력 수요가 낮을 때에도 동일하게 작동한다.^[9]
• 열 전달 및 발전: 액체 나트륨으로 채워진 수동 열 파이프가 원자로 코어 열을 자유 피스톤 스털링 엔진으로 전달하며, 이 엔진은 왕복 운동을 생성하여 선형 전기 발전기를 구동한다.^[11] 액체 나트륨은 약 400°C에서 700°C 사이의 고온에서 자유롭게 흐르며, 핵분열 코어는 일반적으로 약 600°C에서 작동한다.

3. 1. 핵연료 및 원자로 코어

3. 2. 반응 제어 및 안전성

3. 3. 열 전달 및 발전

4. 활용 분야

킬로파워는 다음과 같은 분야에서 활용될 수 있다.

• 우주 탐사: 2018년 5월, 미국 로스앨러모스 국립연구소(LANL)와 미국 항공우주국(NASA)은 우주용 초소형 원자로(킬로파워) 개발에 성공했다고 발표했다.

• 잠수함 (대한민국 관점): 대한민국은 북한의 SLBM 개발로 인해 핵추진 잠수함에 대한 국민적 관심이 높다. 로스앨러모스 국립연구소(LANL)는 킬로파워 기술을 바탕으로 2 MW 전기출력의 메가파워 원자로 개념도 개발했다. 메가파워는 트레일러로 이동 가능하며, 전력이 필요한 지역에 도착 후 3일(72시간) 안에 운영 가능하다.

4. 1. 우주 탐사

4. 2. 잠수함 (대한민국 관점)

참조

_[1] 간행물 Demonstration Proves Nuclear Fission System Can Provide Space Exploration Power https://www.nasa.gov[...] NASA 2018-05-02
_[2] 웹사이트 Kilopower Small Fission Technology (KP) https://techport.nas[...] NASA 2011-08-09
_[3] 웹사이트 Powering Up NASA's Human Reach for the Red Planet https://www.nasa.gov[...] NASA 2017-11-13
_[4] 논문 Space Nuclear Reactor Development http://permalink.lan[...] 2017-03-06
_[5] 웹사이트 Kilopower Project media slides https://www.nasa.gov[...] NASA and Los Alamos 2018-01-26
_[6] 뉴스 NASA's Kilopower nuclear reactor would be a space exploration game changer https://thehill.com/[...] 2019-05-10
_[7] 뉴스 NASA successfully tests next-generation space reactor https://newatlas.com[...] GIZMAG PTY LTD 2018-05-02
_[8] 웹사이트 Plutonium supply for NASA missions faces long-term challenges - SpaceNews.com https://spacenews.co[...] 2017-10-10
_[9] 웹사이트 A small fission reactor for planetary surface and deep space power http://fiso.spiritas[...] 2019-07-08
_[10] 논문 Development of NASA's Small Fission Power System for Science and Human Exploration https://ntrs.nasa.go[...] 2015-06-01
_[11] 뉴스 NASA KRUSTY Nuclear Reactor Could Power Outposts on Mars for Years https://www.autoevol[...] SoftNews NET 2018-05-03
_[12] 웹사이트 KRUSTY: First of a New Breed of Reactors, Kilopower Part II https://beyondnerva.[...] beyondnerva 2017-11-19
_[13] 논문 The DUFF experiment - What was learned? https://www.research[...] 2013-01
_[14] 뉴스 NASA to Test Fission Power for Future Mars Colony https://www.space.co[...] 2017-06-29
_[15] 웹사이트 Kilowatt Reactor Using Stirling TechnologY (KRUSTY) Experiment Update Marcy 2017 https://ncsp.llnl.go[...] 2017-03
_[16] 보고서 NASA's Kilopower Reactor Development and the Path to Higher Power Missions https://ntrs.nasa.go[...] 2017-03-04
_[17] 웹사이트 KRUSTY: We Have Fission! Kilopower part III https://beyondnerva.[...] beyondnerva 2018-05-02
_[18] 뉴스 원전은 위험?…이젠 트럭에도 싣고 다닌다, 초소형 원자로 혁명 매일경제 2021-07-16