중국은 세계 최초로 완전 멜트다운 방지 원자로를 성공적으로 건설하고 시연하여 원자력의 가장 큰 위험 요소를 제거했다.

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https://www.newscientist.com/article/2440388-chinese-nuclear-reactor-is-completely-meltdown-proof/

중국, 완전 멜트다운 방지 원자로 시연

비상시 수동적으로 냉각되도록 설계된 원자로의 사상 첫 본격적인 시연이 성공하여 멜트다운 위험 없이 원전을 건설할 수 있음을 보여주었다

By 알렉스 윌킨스

2024년 7월 19일

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중국의 한 대규모 원자력 발전소는 외부 전력이 완전히 차단되더라도 위험한 멜트다운에 완전히 영향을 받지 않는 세계 최초의 원자력 발전소이다. 이 설계는 전 세계의 기존 원자로에 적용할 수는 없지만 미래 원자로의 청사진이 될 수 있다.

모든 현대 원자력 발전소는 원자로에서 과도한 열을 제거하기 위해 동력 냉각 메커니즘에 의존하거나 비상시에는 사람이 개입하여 발전소를 정지시킨다. 냉각제로 물이나 액체 이산화탄소를 사용하는 경우가 많지만, 이는 일반적으로 외부 전원 공급 장치에 의존하여 작동한다.

이 시스템이 고장 나면 원자로가 너무 뜨거워져 폭발이나 과열로 이어질 수 있으며, 말 그대로 과도한 열로 인해 발전소가 녹아내릴 수 있다. 이는 2011년 일본에서 발생한 후쿠시마 원전 사고의 한 요인으로, 표준 및 비상 전원 시스템이 모두 손실되어 멜트다운으로 이어졌다.

비교적 새로운 종류의 원자로 설계인 페블 베드 원자로(PBR)는 수동적으로 안전하다는 장점이 있는데, 이는 냉각 시스템의 전력이 손실되면 원자로가 스스로 안전하게 정지할 수 있다는 것을 의미한다. 다른 많은 원자로 설계처럼 에너지 밀도가 높은 연료봉을 사용하는 대신, 흑연으로 둘러싸인 소량의 우라늄을 포함하는 저에너지 밀도의 "자갈"을 연료로 사용하는 것이 PBR이다. 이는 핵 반응을 늦추고 고온을 견디는 데 도움이 될 수 있다.

에너지 밀도가 낮다는 것은 과도한 열이 모든 자갈에 퍼져 전도 및 대류와 같은 자연 냉각 과정을 통해 쉽게 이동될 수 있음을 의미한다고 중국 청화대학교의 제동은 말한다.

독일과 중국에서 작동하는 소형 프로토타입 원자로가 건설되었지만, 지금까지 본격적인 PBR이 작동하고 수동적으로 안전한 것으로 입증된 사례는 없었다. 동과 그의 동료들은 이 시스템이 본격적인 원자력 발전소인 산둥성의 고온 가스 냉각 원자로 페블 베드 모듈(HTR-PM)에서 작동하는 것을 입증했다.

"지금까지 HTR-PM을 제외한 모든 상용 원자로에는 비상 노심 냉각 시스템이 있었다"라고 동은 말한다. "그러나 고유한 안전성으로 인해 HTR-PM 발전소에는 비상 노심 냉각 시스템이 없다."

2023년 12월에 상업적으로 가동된 이 기술을 테스트하기 위해 동과 그의 팀은 최대 전력으로 작동하던 HTR-PM의 두 모듈을 모두 끄고 그 후 발전소의 여러 부분의 온도가 어떻게 내려가는지 측정하고 추적했다. 그 결과, 전원이 차단된 후 35시간 이내에 HTR-PM이 자연적으로 냉각되어 안정된 온도에 도달하는 것을 확인했다.

국제원자력기구(IAEA)에서 근무했던 맘두 엘 샤나완은 작동 중인 원자력 발전소를 그것의 냉각 전원 공급 장치를 제거하여 완전히 테스트할 수 있는 경우는 드물다고 말한다. 그 비상 냉각 시스템은 복잡한 기술에 의존하지 않기 때문에 매우 안전하다고 그는 말한다.

엘샤나와니는 다른 나라들에서도 이 기술을 자국의 미래 원자로에 체택하는 것을 고려할 수 있지만, 먼저 원자로가 냉각될 때 압력 및 고해상도 판독값과 같은 더 광범위한 측정이 필요하다고 말한다.