[단독] 드디어 자연냉각 ‘소형 모듈식 원자로’ 규제 당국 승인

뉴스케일파워 소형 모듈식 원자로 발전소. [출처: NuScale Power]

자연냉각으로 안전하게 운용할 수 있는 ‘소형 모듈식 원자로’가 마침내 미국 규제 당국으로부터 승인을 받았다.

미국 원자력발전 전문회사 뉴스케일파워(NuScale Power)이 개발한 소형 원자로가 미국 원자력규제위원회(NRC) 승인을 받았다고 8월 28일(현지시각) 밝혔다. 이 소형 원자로가 실제 현장에 투입되면 기존보다 확장성과 안전성이 높은 원자력발전소를 설계할 수 있다.

뉴스케일파워(NuScale Power)가 개발한 소형 원자로 모듈. [출처: NuScale Power]
원자력 발전소에는 거대한 원자로가 필요하다. 하지만 최근에는 소형 원자로를 여러 개를 사용하는 설계 개념이 등장하고 있다. 원자로를 소형화함으로써 원자력 발전소 확장성이 높아지고 만성적인 재정 문제가 해결되는 동시에 원자로 운용의 안전성을 담보할 수 있다.

뉴스케일파워가 개발한 소형 모듈식 원자로는 직경 5미터, 높이 23미터 원통형으로 5만 킬로와트(Kw) 발전이 가능하다. 뉴스케일파워는 이 원자로를 최대 12기를 조합해 기존 원자력 발전소 출력에 맞먹는 발전소를 건설할 수 있다는 것이다.

소형 원자로 설계 자체는 기존과 거의 같다. 먼저 우라늄 연료봉의 핵분열 반응열을 이용해 내부 가압 루프에서 물을 가열한다. 그다음 그 열을 열 교환 코일을 통해 외부 증기 루프에 전달한다. 공장 내부에서는 생성된 증기가 발전 터빈으로 흘러 냉각되어 원자로로 돌아간다.

이 원자로는 ‘수동 냉각시스템’을 채택하고 있다. 뜨겁게 달군 물이 열교환 코일을 통해 상승하고 냉각 후 연료봉 쪽으로 하강하도록 배치돼 있다. 따라서 원자로를 안전하게 운전하기 위한 펌프나 가동 부품이 필요치 않다.

또 소형 모듈식 원자로 장점 중 하나는 각 유닛이 보유한 방사성 연료 양이 적기 때문에 만일 문제가 발생해도 열을 쉽게 제거할 수 있다. 원자로도 마찬가지로 자동으로 열을 관리할 수 있도록 설계되어 있다.

예를 들어 제어봉은 연료봉을 감싸 중성자를 차단함으로써 핵분열 연쇄 반응을 정지시킬 수 있는 장치다. 뉴스케일파워 소형 원자로는 제어봉이 모터에 의해 연료봉 위로 항상 끌어올려 져 있으며, 정전이 발생하거나 전원이 꺼지면 자체 중량에 의해 연료봉 위로 떨어진다. 

또한 내부 밸브에 의해 가압된 증기가 원자로 내에 배기되어 냉각 물탱크에 가라앉은 강철 외장에서 열이 방출되는 구조로 되어 있다.

뉴스케일파워가 이 소형 모듈식 원자로 설계를 당국에 제출한 것은 2016년 말이다. 하지만 새로운 유형의 원자로가 승인되는 것은 매우 까다롭다. 뉴스케일파워는 추가로 총 200만 페이지 자료를 제출했다. 

뉴스케일파워가 그간 지속해서 대응한 결과, NRC는 “소형 모듈식 원자로 수동 냉각 기능은 필요에 따서 원자력 발전소가 안전하게 정지하고 긴급 시에도 안전을 유지하는 것이 보증된다는 결론 내렸다”며 소형 모듈식 원자로를 승인했다.

뉴스케일파워는 2020년 후반까지 이 소형 모듈식 원자로를 실제 원자력 발전소에 배치하는 것을 목표로 하고 있다.

김민중 기자 science@