더 안전한 원자력, 제4세대 원자로

원자력 시스템은 시대 변화에 따라 기술적 진보를 거듭하였으며, 더 안전하고 경제적인 원자로를 향해 세대를 진화시켰다. 과거의 군사용 원자로를 상업용으로 이용하면서 제1세대가 시작되었으며, 향상된 기술력과 함께 2세대와 3세대로 진화하였다. 제4세대 원자로(GenIV)는 기존 3세대(Gen III)로 대변되는 경수형 원자로보다 더 진보한 개념으로서 비(非)경수형 원자로로 불린다. 
경수형 원자로가 냉각재로  물(water)을 사용하는 반면 4세대 원자로는 냉각재로 물 외 다양한 물질(액체금속, 가스 등)을 사용한다. 냉각재를 물 이외의 다양한 물질을 사용함으로써 얻을 수 있는 이득은 높은 안전성과 경제성이다. 

제4세대 원자로의 경제성과 안전성

4세대 원자로는 물을 사용하지 않아 3세대 보다 월등히 높은 온도에서 운전이 가능하다. 이는 곧 높은 발전효율로 이어진다. 또한 대기압에서 운전이 가능하여 가압이 필요한 3세대 원자로보다 안전성이 뛰어나 사고 시 대처에 유리하다. 그리고 3세대 원자로에서는 활용하지 못하는 고속중성자를 사용함으로써 더 높은 효율을 기대할 수 있으며, 핵연료의 재순환이 가능하여 폐기물 저감 측면에서 이점이 크다. 4세대 원자로의 또 다른 특징은 대형원전에서부터 소형모듈형(SMR), 그리고 초소형에 이르는 다양한 설계가 가능하다. 따라서 다목적 활용성을 극대화 할 수 있다. 

국내 제4세대 원자로의 개발현황

우리나라의 4세대 원자로 개발은 지속성, 안전성, 경제성, 핵확산저항성 측면에서 가장 기술개발이 앞선 SFR(소듐냉각고속로)과 VHTR(초고온가스로)개발에 집중하여 개발을 추진하였다. 한국형 SFR 모델인 PGSFR의 개발은 2008년 본격화되어 2020년에 공학적 설계를 완료하였다. 
이는 추후 건설인허가 신청이 가능한 수준이다.

한미 연료주기공동연구(JFCS)의 성과

특히 ‘SFR’ 기술은 ‘파이로’ 기술과 연계하여 국내 사용후핵연료 문제를 해결할 수 있는 최적의 기술적 해법으로 제시되었다. 파이로는 사용후핵연료로부터 재활용 가능한 물질을 분리하는 기술로서 순환형 핵연료주기의 핵심 기술이다. 
우리나라는 파이로 기술개발을 위해 미국과 10년간의 ‘한미연료주기공동연구(JFCS)’를 추진하였으며, 10년간의 공동연구가 마무리된 2021년 양국 승인 하에 파이로의 기술타당성을 입증하는 ‘JFCS 10년 보고서’를 발행하였다.

우리나라는 JFCS의 성과를 통해 그동안 국내에서 다루지 못했던 사용후핵연료의 처리기술 실증을 기대할 수 있게 되었다. 
이는 국내 사용후핵연료에 대한 환경부담을 저감할 뿐만 아니라 국가 에너지 자립에 한 발 더 다가설 수 있는 계기가 될 것이다.

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