美 규제당국 승인 받은 ‘소형 모듈형 원자로’

미국 민간 원자력 기업인 뉴스케일파워(NuScale Power)가 개발한 소형 원자로가 지난 8월 28일(현지시간) 미국원자력규제위원회 NRC 승인을 받았다. 이 소형 원자로가 현장에 투입되면 기존보다 확장성과 안정성이 높은 원자력 발전소가 설계 가능하게 될 것이라고 한다.

원자력발전소는 원자로가 필요하지만 최근에는 거대한 원자로 하나가 아니라 소형 원자로를 여럿 사용하는 디자인 개념이 등장하고 있다. 원자로를 소형화해 원자력 발전소 확장성이 높아져 만성적 재정 문제가 해결될 때 원자로 운용 안전성을 향상시킬 수 있다.

뉴스케일파워가 개발한 소형 모듈형 원자로는 직경 5m, 높이 23m 원통형으로 5만kW 발전이 가능하다. 뉴스케일파워는 이 원자로를 최대 12개 조합해 기존 원자력발전소에 늘어선 출력이 가능한 발전소를 건설할 수 있다고 한다.

소형 원자로 설계 자체는 기존과 거의 같고 우라늄 연료봉 핵분열 반응 열을 이용해 내부 가압 루프에서 물을 가열한다. 그 열을 열 교환 코일을 통해 외부 증기 루프에 전달한다. 공장 내부에서 생성된 증기가 발전 터빈으로 흘러 냉각되어 원자로로 돌아간다.

이 원자로는 수동 냉각 시스템을 채택하고 있으며 가열된 물이 열교환 코일을 통해 상승하고 냉각 이후 연료봉을 향해 하강하도록 배치되어 있기 때문에 원자로를 안전 운전하는 펌프와 자동차 부품은 필요 없다.

소형 모듈형 원자로의 장점 가운데 하나는 유닛별 유지 방사성 연료량이 적기 때문에 만일 문제가 발생해도 열을 제거할 양도 적다. 따라서 원자로도 마찬가지로 자동으로 열을 관리할 수 있도록 설계되어 있다.

예를 들어 제어봉은 연료봉을 감싸고 중성자를 차단해 핵분열 연쇄 반응을 정지시킬 수 있는 장치다. 뉴스케일파워 소형 원자로에서 제어봉은 모터에 의해 연료봉에 항상 올라 있는 상태가 되고 정전이 발생하거나 전원이 꺼지면 그대로 연료봉 위에 낙하한다. 또 내부 밸브에 의해 가압 증기가 원자로 내에 배기된 냉각조에 잠긴 강철 톱니에서 열이 방출되는 구조다.

뉴스케일파워가 소형 모듈형 원자로 설계를 당국에 제출한 건 2016년 말이다. 하지만 새로운 유형 원자로 승인이 상당히 어렵고 뉴스케일파워는 추가로 200만 페이지에 이르는 자료를 제출했다고 한다. 그리고 뉴스케일파워는 참을성 있게 지원을 계속한 결과 소형 모듈형 원자로의 수동 냉각 기능은 필요에 따라 원자력발전소가 안전하게 중단하고 긴급할 때 안전을 유지하는 게 보증되는 결론을 내렸다며 소형 모듈형 원자로를 승인했다.

뉴스케일파워는 2020년 후반까지 소형 모듈형 원자로를 실제 원자력 발전소에 배치하는 걸 목표로 하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.