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등록자	운영자	날짜	2015-03-04
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제 목 : 스마트(SMART) 원자로와 미래 원전 기술
스마트(SMART) 원자로 1. 개 요 스마트(SMART) 원자로는 한국이 러시아 OKBM사로부터 핵잠수함용 원자로 기술을 도입하여 중.소형 원전(System-integrated Modular Advanced Reactor)용으로 자체 개발한 다목적 원자로이다. 기존의 1000MW 상용 분리형 가압경수로와는 달리 가압기와 기수 분리기,냉각수펌프가 원자로(Reactor) 내부에 일체형으로 구성되어 있는 것이 특징이다. 즉, 1차 계통을 구성하는 일체형 원자로 내부에 핵연료 및 노심, 12대의 증발기, 1대의 가압기, 4대의 냉각수펌프가 원자로 내부에 설치된다. 2차 계통으로 터빈, 복수기, 급수가열기, 탈기기, 급수펌프, 복수기 펌프로서 기존의 상용 원전과 유사한 계통으로 구성된다. 원자로 크기는 길이 10.6미터, 직경 4.6미터 크기이며, 원자로 평균 벽체 두께는 265mm, 설계압력은 17Mpa이다. 2. 스마트 원자로의 열출력 총 열출력은 기존 상용 1000Mw의 1/10 수준으로 한국에서 개발한 모델은 330Mw를 스마트 원자로라고 불리며, 여기에 실증용(Pilot)으로 개발한 원자로는 총 열출력이 65 Mw이며 이것은 SMART-P라고 불리운다. 스마트 원자로 전체 열출력의 80% 수준은 해수 담수화용으로 사용이 가능하고, 나머지는 전력을 생산하여 인구 10만명의 중소 도시에 적합하게 설계되어 중동지역과 같은 물이 부족한 국가에서 전력과 해수 담수화가 가능한 다 목적용으로 개발한 신형 원자로이다. 3. 스마트 원자로의 주요 개발 계획 한국형 스마트 원자로의 개발은 1999년도 한국원자력연구소에서 개발하여 현재까지 수 천억의 예산을 투입하여 개발하고 있으며, 2007년도에는 경제성의 문제로 한 때 좌초 위기를 맞기도 하였다. 현재 계획하고 있는 스마트 원자로의 시험 가동 일정은 다음과 같다. 1) 2016년-SMART-P (65mw) 시험 가동 2) 2017년-SMART (330Mw) 시험 가동 3) 2018년-KSS-III 핵잠수함 1번 진수 4. 세계 원전의 기술 개발 방향 스마트 원자로의 기술 원천은 러시아 핵잠수함용 원자로라고 볼 수 있으며, 한국은 이것을 중소형으로 개발과 동시에 핵잠수함용으로 개발하는 것이 그 목적이다. 하지만, 세계 원전 시장의 미래는 열중성자로가 아닌, 이미 인도는 소듐냉각고속로의 상용화 단계에 접어 들었으며, 그 중에서도 인도는 이미 소듐냉각고속로 개발을 완료한 단계에 있다. 특히, 세계 원전 4 대 컨소시엄 중 3개사가 이미 일본이며(웨스팅하우스-도시바, GE-히다치, 아레바-미쓰비씨), 나머지 1개, ASE사가 러시아 이다. 또한, 세계 원전 역사의 개발 기간이 5~7년으로 볼 때 한국의 스마트 원자로의 개발 기간과 세계 원전의 안전성 및 핵연료 재처리 기술과 차세대 고속원자로(핵연료 재처리 연료 사용)의 개발 추세 등을 비추어 본다면, 한국의 스마트 원자로의 기술 개발 실적을 과거 1957년 12월 웨스팅 하우스사가 가압경수로를 개발하여 현재 한국의 고리 원전 1호기의 상업 운전(1978년 4월)이 되기까지는 20년이 걸렸으며, 그것도 원전의 원천기술을 보유한 선진국의 기술개발 기간이다. 사실 1942년 12월 페르미가 핵분열 연쇄 반응을 발견한 이후 구 소련은 이것을 불과 12년만인 1954년 6월에 5Mw 핵자수함용 원자로를 개발하였으며, 미 GE사는 핵분열 연쇄 반응 발견 이후 불과 8년 만에 비등수형 원전을 개발하였다는 사실을 고려한다면 한국의 원전 개발 기간은 선진국의 미래형 원전 개발에 상당히 뒤쳐져 있는 상태이다. 1) 1942년 12월: 페르미(이) 핵분열 연쇄 반응 발견 2) 1950년 1월 : GE사 비등수형 개발 완료(일본형 원전) 3) 1954년 6월 : 러시아 세계 최초 핵잠수함용 가동(5Mw) 4) 1956년 10월 : 영국 기체 냉각 원자로 시험 가동(60Mw) 5) 1957년 12월 : 미국 웨스팅하우스사 가압 경수로 개발(한국형 원전) 6) 1962년 3월 : 한국 연구용 원전 100kw 가동 7) 1978년 4월 한국 고리 원전 1호기 가동 (웨스팅하우스사로부터 수입)-587mw 5. 소듐 냉각 고속로 원전의 핵 연료는 U235(농축우라늄, 경수로형), U238(천연우라늄, 중수로형)를 사용하는데 원료의 95%를 차지하는 U238은 기존의 열중성자로에서는 핵분열을 하지 않지만, 핵분열 과정에서 중성자로 인해 플로토늄 U239로 바뀐다. 이 플로토늄은 U235와 같이 핵분열을 하기 때문에 U238 천연우라늄을 원료로 해서 U239를 재 사용하는 것이 소듐냉각고속로 이다. 이 경우 U238이 핵분열하면 원자로 내부에서 U239가 지속적으로 발생하여 원전 72기를 60년간 운전이 가능하다. 천연 우라늄 U238에는 U235가 0.72% 밖에 함유되지 않아 2~5%로 농축시켜 사용하는데 이마져도 연소 효율이 4.8%에 불과하여 전체 효율은 0.6%에 불과하다. 하지만, 소듐냉각고속로는 천연우라늄 이용율를 76%까지 올릴 수 있다. 또한 기존의 U235의 재처리는 반감기가 10만년인데 반하여 소듐냉각고속로에서 재 활용하게 되면 그 반감기는 300년으로 줄어들게 된다. 6. 스마트 원자로의 미래와 경제성 1990년 후반부터 한국에서 독자적으로 스마트원자로(열중성자로) 개발을 시작할 때, 세계 원전의 개발 방향은 원전의 안전성과 핵연료의 재처리비용 및 사용 수명이 다한 원전의 폐기비용 등에 대한 미래에 부담해야 하는 간접비용을 고려하여 유럽 및 미국 등의 선진국등에서는 이미 원전 건설을 중단하거나, 일본, 인도에서는 고속로로 상용화 단계에 접어 들었다. 특히, 미국의 GE사와 웨스팅하우스, 유럽의 아레바(플라마툠)는 원전의 기술을 일본으로 넘겨주면서, 더 이상 독자적 원전 개발에서 손을 땐 상태이다. 더욱이 지난 1986년 소련의 체르노빌 원전 사고와 2011년 3월 일본의 후쿠시마 원전 사고 이래, 원전에 대한 미래 불안감은 한층 더 가중되고 있기 때문에 세계 원전 시장은 결코 기대 만큼 크지 않을 것이라 판단된다. 특히, 엔지니어로서의 필자가 바라보는 한국의 스마트 원전 수출은 독자적 원천 기술이 부족한 상태에서 과연 스마트 원전 1기에 7000억이나 하는 비용을 부담하면서 기술을 개발할 가치가 있는가에 대해서는 아직도 의구심이 많은 상태이다. 특히, 오늘날 원전 수출은 핵연료 재처리 기술이 선행되지 않으면 원전 수출이 현실적으로 어렵다는 것과 원전폐기 기술과도 밀접한 상호 관계가 맞물려 있어 자치 국익보다는 일부 관료 집단의 이해 관계가 우선하게 된다면 국가로서는 큰 손실을 초래 할 수도 있다는 것을 강조하고 싶다. 출처 : 피이에스기술사사무소(http://www.pes21.com)

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