토륨염 원자로 실험, 40년 만에 재개

네덜란드 원자력 연구 및 컨설팅 그룹(NRG)의 과학자들은 미래의 에너지 수요를 충족하기 위해 1970년대를 되돌아보고 있습니다. NRG 팀은 1976년 이후 처음으로 전 세계적으로 에너지를 공급할 수 있는 더 깨끗하고 안전한 원자로를 만들 수 있는 토륨 용융염 원자로 기술 실험을 수행하고 있습니다.

탄소 중립 경제를 만들라는 강력한 정치적 압력이 있는 세계에서 원자력은 이상적인 대안처럼 보입니다. 명성에도 불구하고 원자로는 신뢰성 면에서 놀라운 기록을 보유하고 있으며, 건설, 운영 및 수명 주기를 고려할 때 풍력 및 태양열보다 낮은 탄소 배출량을 생성하며, 경쟁사 중 와트당 사망률이 가장 낮습니다.

그러나 원자력 발전에는 네 가지 주요 단점이 있습니다. 첫째, 원자로에 전력을 공급하는 데 필요한 우라늄은 희귀하고 처리 비용이 많이 듭니다. 둘째, 핵연료 생산 기술을 무기 제작에도 응용할 수 있다. 셋째, 오래된 원자로 설계에는 가능성은 희박하지만 무서운 재앙적 용해가 발생할 위험이 있습니다. 넷째, 누구도 모두가 받아들일 수 있는 장기적인 핵폐기물 처리 전략을 제시하지 못했습니다.

이러한 문제를 극복하는 한 가지 방법은 우라늄과 그로부터 파생된 플루토늄을 다른 핵분열성 물질로 대체하는 것입니다. 1940년대 이후 가장 매력적인 대안은 토륨이었습니다. 우라늄과 달리 토륨은 풍부하고 널리 퍼져 있으며, 우라늄에 필요한 정교한 농축 과정이 필요하지 않으며 쉽게 폭탄으로 만들어지지도 않습니다. 또한, 토륨 원자로는 반응이 통제를 벗어나면 작동을 멈추는 본질적으로 안전한 설계를 갖고 있으며, 토륨에서 나오는 방사성 폐기물은 상대적으로 수명이 짧아서 불과 몇 세기 만에 무해해집니다.

가장 큰 장애물은 토륨이 자체적으로 임계 질량을 달성할 수 없다는 것입니다. 연료 등급으로 정제된 충분한 양의 우라늄을 모아서 쌓으면 방출되는 중성자 방사선의 양에 따라 우라늄 원자가 자립 과정에서 분열되는 연쇄 반응이 시작됩니다. 불행하게도 토륨은 이를 할 수 없기 때문에 토륨 연료는 우라늄과 혼합되거나 외부 중성자 소스에 노출되어 반응 사이클을 시작해야 합니다.

1960년대부터 1976년까지 미국 오크리지 국립연구소는 고체연료 대신 용융염에 용해된 불화토륨을 사용한 원자로 실험을 수행했다. 결과는 유망했지만 그 접근 방식은 포기되었습니다. 그 이후로 인도, 중국, 인도네시아 등에서는 토륨 원자로를 실험해 왔으며 용융염을 연료로 사용하는 아이디어를 생각해 왔지만 NRG가 지휘봉을 잡고 나서야 Oak Ridge 접근 방식이 재개되었습니다.

NRG의 SALIENT(SALt Irradiation ExperimeNT)는 유럽위원회 실험실 공동 연구 센터와 협력하여 토륨 용융염 원자로(TMSR)를 상업적 가능성이 있는 산업 규모의 에너지원으로 전환하는 것을 목표로 하는 다단계 실험입니다.

옹호 단체인 토륨 에너지 월드(Thorium Energy World)에 따르면, 실험의 첫 번째 단계는 토륨 연료 사이클에서 생성된 귀금속을 제거하는 데 중점을 두고 있습니다. 즉, 토륨이 에너지를 방출하기 전에 우라늄으로 변환되는 핵분열 과정의 단계에서 생성된 금속입니다.

이것이 달성되면 다음 단계는 TSRM 구성에 사용되는 일반적인 재료가 부식성 고온 염 혼합물을 얼마나 잘 견디는지 결정하거나 유지 관리 및 운영 비용을 낮추기 위한 대안을 찾는 것입니다. 여기에는 하스텔로이(hastelloy)라고 불리는 니켈 합금 또는 티타늄-지르코늄-몰리브덴(TZM 합금)이 포함될 수 있습니다.

궁극적인 목표는 지역 에너지 수요를 충족할 수 있도록 모듈식이며 확장 가능하면서도 연중 내내 24시간 전력을 공급할 수 있는 TMSR을 만드는 것입니다. 또한, 용융염을 사용한다는 것은 원자로가 작동 중인 동안에도 연료를 재급유할 수 있어 가동 중단 시간을 대폭 줄일 수 있다는 것을 의미합니다.