고속 중성자 원자로 시스템은 기존의 열 원자로에 비해 우라늄에서 60 배 더 많은 에너지를 추출 할 수있는 잠재력을 가지고 있으며 방사성 폐기물의 부담을 크게 줄이는 데 기여합니다. 넓은 진전은 적극적으로 원자로 및 관련 연료 사이클 기술을 개발하는 많은 국가에서 늦게 만들어졌다.
그것은 액체 금속 냉각 된 고속 중성자 원자로였으며,4 개의 전구의 섬광으로 우리의 세계가 원자력에 의해 구동 될 수있는 가능성을 조명했다. 그러나 12 월에 그 선구적인 순간 비록. 1951 년 2 월 20 일,아이다 호에있는 아르곤 국립 연구소의 실험 브리더 원자로 1 에서 원자력 기술의 영역을 기하 급수적으로 확장 한 수많은 돌파구를 낳았고,빠른 중성자 원자로는 상업적으로 애매한 채로 남아 있습니다.
1. 이 원자로에서 전기의 사용 가능한 양을 생성하는 최초의 원자로가되었을 때 실험 개종 원자로 나는(에브르 나는)새로운 시대에 열었다. 그것은 12 월에이 위업을 달성. 20,1951,네 개의 전구를 조명하여. 그 다음날부터 1964 년 해체될 때까지 건물 전력에 필요한 모든 전기를 생산했습니다. 출처:아르곤 국립 연구소
아르곤 혁신 이후 수십 년 동안(그림 1),원자로가 소비되는 것보다 더 많은 연료를”번식”할 수 있다는 개념은 소련,영국,프랑스,독일,일본 및 인도를 포함한 소수의 다른 국가에서 채택한 국가 연구의 주체 대상이되었습니다. 그러나 현재까지 약 20 개의 고속 원자로 만이 운영되었으며,일부는 1950 년대 이후이며,단 하나의 상업용 원자로 만이 운영되었습니다.이 원자는 정치적 이유로 폐쇄 된 1985 년부터 1998 년까지 운영되었습니다.
그러나 최근에는 기술 발전과 운영 경험 증가로 인해 빠른 원자로 기술에 대한 관심이 다시 고조된 것으로 보인다. 2016 년 말,러시아는 벨로 야르 스크 원자력 발전소(2016 년 11 월 전력 최고 공장 우승자)에 온라인 억-800 을 배치했으며,이 프로젝트는”세계에서 가장 강력한 고속 증식 원자로”로 널리 알려져 있습니다.”적어도 16 개의 다른 고속 원자로 프로젝트가 미국,프랑스,벨기에,루마니아,러시아,중국,한국,인도 및 일본이 주도하는 배치에 더 가까워지고 있습니다. 이 프로젝트 중 두 가지—러시아의 1200 억-과 중국의 1200 억-2030 년까지 온라인 상태가 될 때 상업 프로젝트가 될 수 있습니다.
한편,오늘날 세계는 핵 폐기물에 대한 우려로 그 어느 때보다 긴박감을 느끼고 있다. 아르곤은”현재 작동이 거의 없지만 궁극적으로 세계의 우라늄과 토륨 에너지 공급을 수만 년 연장하고 사용 된 핵연료에서 수명이 긴 방사선 독성을 제거하는 데 필수적임을 입증 할 것입니다.”
고속 원자로: 다른 품종
아르곤이 설명 하듯이 원자로의 원자가”분열”하거나 여러 개의 작은 조각으로 나뉘어 질 때 중성자는 높은 에너지(빠른 속도)로 방출됩니다. 물 물 냉각 반응기에서 물,물 냉각 반응기에서 중수 중수소,또는 가스 냉각 반응기에서 흑연에 탄소—열 반응기에서 세계의 원자력 함대의 대부분을 구성하는 열 반응기에서 핵분열 중성자는 반응기 내에서 가벼운 원자와 충돌에 의해 낮은(열)에너지로 둔화된다. 이 원자로의 중성자 대부분은 핵분열 핵과 충돌하여 후속 분열을 일으킬 기회를 갖기 전에 저속으로 느려집니다.
“그러나 빠른 원자로에서는 핵분열 중성자가 느려지지 않고 대신 고 에너지에서 핵분열 핵과 충돌하여 분열을 일으킨다”고 연구소는 말했다. “이것은 열 중성자에 의한 핵분열보다 고 에너지 중성자에 의한 핵분열에서 더 많은 중성자가 방출되기 때문에 중요합니다.”원자로의 각 핵분열 반응은 하나의 핵분열 원자를 파괴하지만,중성자가 비옥 한 원자와의 반응에서 포획 될 때 핵분열 원자가 생성 될 수도 있습니다.”
본질적으로,연구실에서는 빠른 육종 반응기에서 여분의 유-238 이 추가되어 핵분열에 의해 파괴되는 것보다 더 많은 핵분열성 원자가 생성된다고 설명한다. “이것은 본질적으로 원래의 모든 우라늄 광석(99.3%유-238 및 0.7%유-235)이 고속 육종 원자로에서 원자로 연료로 사용될 수 있음을 의미합니다. 대조적으로,원래 우라늄의 약 1%만이 열 반응기에서 소비됩니다.”그 효과는 빠른 원자로가 세계의 우라늄 자원을 약 60 배까지 확장 할 수 있다는 것입니다.
두 번째,더 중요한 이점은 빠른 원자로가”핵분열에 의해 물질(플루토늄,아메리슘,큐륨 등)을 파괴 할 수 있다는 것입니다. 핵연료를 수백 년 이상 방사능으로 만드는 것”이라고 아르곤은 말했다. “이 원소들은 빠른 중성자와 충돌 할 때 아주 잘 분열되는 반면,열 중성자와 충돌 할 때 훨씬 적거나 전혀 분열하지 않습니다. 따라서 이러한 물질은 열 반응기 에서처럼 폐기물로 기능하는 대신 빠른 반응기에서 연료로 작동합니다. 고속 원자로의 이러한 특징은 폐기물의 가장 긴 반감기 부분을 에너지 자원으로 사용함으로써 사용 된 연료 처리 문제를 훨씬 간단하게 만듭니다.”
개발중인 다양한 기술
국제 원자력기구에 따르면,완전 폐쇄 사이클에서 작동하는 고속 원자로 시스템이 핵연료의 효율성과 폐기물 관리 및 지속 가능성에 미치는 영향에 대한 잠재적 인 향상이 널리 인정되고 있으며,많은 국가에서 원자로,냉각제,연료 및 연료 사이클 기술에 대한 적극적인 개발이 계속되고 있습니다. 2017 년 6 월,이 기관이 러시아의 세계 고속 원자로 및 관련 연료 사이클 공동체를 위해 주최 한 회의(지난 12 월에 발표 된 절차)에서 소규모 규모에서 대규모에 이르는 광범위한 시범 프로젝트가 연구,설계 및 건설중인 것으로보고되었습니다.
수바쉬 찬드라 체탈,원자 연구 인도의 인디 라 간디 센터의 전 머리로,그의 개막 연설에서 참석자들에게 말했다,연구의 다양성은 현기증. “고속 원자로 커뮤니티는 고속 원자로를위한 완벽한 냉각수가 없다는 것을 잘 알고 있으며,선택은 개별 국가 내뿐만 아니라 국제 포럼에서 때때로 심의 받는다.”2000 년 4 세대 핵에너지를 발전시키기 위해 설립된 4 세대 국제 포럼은 현재 14 개 회원국을 보유하고 있으며,약 100 개의 기존 개념을 4 개의 빠른 중성자 스펙트럼 카테고리로 분류하여”가장 큰 약속”을 제시하고 있다.”
2. 러시아의”프로리프”또는”돌파구”프로그램의 중추적 인 것은 로사톰의 원자력 공학 팔에 의해 설계된 10 억-800 고속 원자로의 건설이었다. 이 장치는 12 월 2016 에서 작동하기 시작했습니다. 1265>
폐쇄 연료 사이클을 갖는 나트륨 냉각 고속 반응기. 모든 개념 중에서 가장 성숙한 20 개의 시제품 또는 시연이 전 세계에 걸쳐 제작되었으며,이는 400 년 이상의 원자로 작동을 제공했습니다. 2015 년 11 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일-2015 년 12 월 15 일
“재료,설계 옵션 및 나트륨 기술 측면에서 미래 설계에 대한 유지 및 폐기 가치 측면에서 미래 설계에 대한 피드백으로서 운영 고속 원자로에서 매우 귀중한 운영 경험이 축적되었습니다.”라고 체탈은 지적했다. 혼합 산화물 금속과 탄화물 연료의 최근 시험은”우수한 결과를 보여주었습니다,”핵심 구조상 물자에 있는 개선으로 연료 소모량은 체계적으로 증가되었습니다. 그 사이에,”디자인,제조 부족,건축 및 열 줄무늬를 붙이기의 물자를 선발하기에 있는 디자인 부적당 때문에 다른 반응기에 있는 나트륨 누출의 원인은 상당히 잘 이해되고 미래 디자인에서 통합되고 있습니다.”그러나 일부 국가에서는 나트륨 누출과 관련하여 심각한 우려가 여전히 느껴지고 있으며 2 차 회로의 이중 벽 배관은 소수의 설계자가 나트륨 화재를 피하기 위해 선택되었습니다.”라고 그는 말했습니다.
폐쇄 연료 사이클을 갖는 납 냉각 고속 반응기. 용융 납(또는 납 기반 합금)에 의해 냉각되며,이는 물 및 공기와의 빠른 반응을 제공하지 않습니다. 높은 온도와 거의 대기압에서 작동하며,냉각수의 매우 높은 끓는점(최대 1743 기압)과 낮은 증기압으로 인해 조건이 가능합니다. 냉각제는 순수 납 또는 납 합금,가장 일반적으로 공융 혼합물 의 납 과 비스무트,또한~으로 알려져 있습니다. 예를 들면 600 메가 와트의 유럽 대형 원자로와 러시아의 브레스트 -300,그리고 마이크로 리액터,에스 스타,매우 긴 코어 수명을 특징으로합니다. 웨스팅하우스,하이드로민 또는 납냉각과 같은 민간 기업도 기본 리피터 디자인을 개발했습니다.
닫힌 연료 사이클을 갖는 가스 냉각식 고속 반응기. 헬륨에 의해 냉각되는 지압연료는 지압연료에 대한 장기적인 대안으로 제안된다. 지프는 혁신적인 핵 시스템의 몇 가지 매력적인 기능을 강조했다. 그것은”화학적으로 불활성 인 단상 냉각수를 사용하여 해리되거나 활성화되지 않고 투명하며 냉각수 무효 계수는 여전히 양수이지만 작고 도플러 피드백에 의해 지배된다”고 말했다. 한편,반응기 코어는 상대적으로 높은 전력 밀도를 가지며,향상된 검사 및 단순화 된 냉각수 처리를 제공한다. 높은 코어 출구 온도는 750 층 이상이지만,”빠른 원자로 코어에서 좋은 중성자 경제학에 필요한 높은 전력 밀도로 지속적으로 작동하는 연료의 능력에 번거로운 요구를 배치,”그것은 말했다,강력한 연료와 구조적 요구를 필요로하는 단점. 일반 원자학’엠 2 프로젝트. 여전히 따르면,GIF,GFR 개념은 여전히 에서 생존의 위상과 많은 입력하지 않는 성능이 전 2022.
닫힌 연료 사이클을 갖는 열 및 빠른 중성자 개념을 갖는 용융 염 반응기. 1950 년대에 개발 된 개념 인이 개념은 용융 염을 연료 및 냉각수로 사용하고 흑연을 중재자로 사용합니다. 지프에 따르면 이러한 유형의 액체 연료 원자로는 고체 연료 시스템에 비해 주요 이점이 있습니다. 이들은 포함,”연료 조성물의 가능성(비옥/핵분열)조정 및 반응기를 종료하지 않고 연료 재 처리;초 우랄 요소(트루스)의 많은 양의 고체 연료 제조/재 제작의 어려움을 극복의 가능성; 높은 연료 연소(액체 연료에 남아있는 트러스가 핵분열 또는 핵분열 요소로의 변형을 겪음)를 달성함으로써 더 나은 자원 활용 가능성.”빠른 스펙트럼 마이크로소프트는 확장된 자원 활용 및 폐기물 최소화,낮은 압력,높은 비등 온도 및 광학 투명도를 포함하여 최고의 빠른 반응기 및 용융 염 기술을 제공합니다.
예를 들면 토륨 연료 사이클이 있는 스모파르 프로젝트 내에서 프랑스가 개발한 1,400 백만원짜리 국경없는자회의와 러시아의 1,000 백만원짜리 모사르트 프로젝트 등이 있다. 중국은 또한 불소 염 냉각 고온 반응기 및 토륨 용융 불소 염 열 반응기를 조사하고있다. 한편 민간 부문은 전 세계적으로 여러 프로젝트를 시작했습니다. 노트의 회사 중에는 테라 파워,토르 콘,지상파 에너지,플리 베 에너지,원자 간 전력,엘리시움 산업,알파 테크 리서치 코퍼레이션 및 카이로스 파워가 있습니다.
그러나 지프는 또한 연구 개발 과제가 많다고 지적했다. “폐쇄 연료 사이클이있는 액체 연료 옵션의 경우 염 특성(물리적,화학적 및 열역학적 특성)과 염 내 악티늄 및 핵분열 생성물의 용해도;시스템 설계 및 안전성 분석(고급 중성자 및 열 유압 커플 링 모델 개발 포함);첨단 재료 개발(용융 염과의 호환성 및 고온에서 중성자 플럭스 하에서의 거동에 대한 연구 포함);적절한 용융 염 산화 환원 제어에 기반한 부식 및 삼중 수소 방출 방지; 헬륨 버블링에 의한 연료염에서 기체 핵분열 생성물을 추출하는 효율적인 기술 개발;연료염 처리 흐름도(액티나이드/란타나이드 분리에 대한 환원 추출 시험 포함);액체 연료 반응기 전용 안전 보안 접근법(및 확산 저항성)개발.”이 개념은 여전히 타당성 또는 생존 단계에 있으며 성능 단계는 2025 년까지 시작되지 않을 수 있다고 지적했다.
더 나은 경제 추구
이 절차는 고속 원자로의 미래에 대한 일반적인 낙관론을 보여 주었지만,몇몇 연사들은 고속 원자로의 발전을 방해 할 수있는 도전을 인식했습니다. 핵 에너지의 활용에 진정한 돌파구에 도달,빠른 중성자 원자로의 잠재력을 달성하기 위해,연구 및 기술 개발은 경제 경쟁력,엄격한 안전 및 보안 요구 사항,지속 가능한 개발,확산 저항과 공공 수용의 현대적인 기준의 이행을 입증해야합니다.”
체탈에 따르면,더 나은 경제학을 위한 탐구는 정보의 부족으로 인해 방해받고 있다. “기말 연시의 기술 생존 능력은 실험 및 시범 원자로에서 잘 입증되었습니다. 그러나 경제 경쟁력은 아직 잘 입증되지 않았다”고 지적했다. “기말 연시의 인식 높은 비용은 성장을 방해하고있다. 자영업자 대 자영업자의 경제적 비교는 우라늄의 비용과 강한 연관성을 가지고 있으며,이는 현재 자영업자에게 자본 비용,건설 시간 및 용량 요인을 개선 할 수있는 방법과 수단을 찾도록 압력을 가하고있다”고 말했다.
일부 러시아 고속 원자로 프로젝트에서는 이미 상당한 개선이 이루어 졌을 것이라고 로사톰의 프로리프 프로젝트 전문가인 아다모프가 제안했다. 이 연방 프로젝트는 2012 년부터 벨로야르스크 4 호에서 얻은 지식을 사용하여 광범위한 고속 원자로 사용을위한 기술 기반을 구축하고자했습니다. 현재까지,1981 년에 건설된 고속 원자로(벨로야르스크 3)인 10 억-600 은 확장될 수 있다면 러시아 브베르 기술과 경제적으로 비교할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 아다모프는 러시아가 현재 개발 중인 10 억-1200 이 이전 10 억 모델과 크게 다르다는 것을 증명하기 위해 노력하고 있으며,”열 중성자에 관한 최고의 원자력 발전소와 경쟁할 수 있다.”빠른 원자로와 결합 된 사이클 가스 터빈에 대한 에너지의 평준화 비용 사이의 비교는 핵심 통찰력을 얻었다,그는 지적했다. 하나는 열린 연료 사이클을 가진 열 원자로가있는 원자력 발전소는”더 효율적인 경쟁 개발을 보장 할 수 없다.”그러나 억-1200 시설에 대한 확립 된 성능 요구 사항이 달성된다면,빠른 원자로는 재생 가능 에너지 원보다 쉽게 경쟁 할 수 있으며 심지어 재생 가능 에너지 원보다 쉽게 경쟁 할 수 있다고 그는 말했다.
타밀나두의 칼팍캄에서 지연된 500 메가와트 고속형 원자로 시운전을 진행 중인 인도는 재처리 설비의 비용이 고속형 원자로 미래에 중요할 것이라는 점을 인식하였다. “인도의 평가는 반응기와 동일한 장소에서 재 처리 및 재 제조를위한 빠른 원자로 연료 사이클 시설을 공동 배치하는 것이 신중하며 여러 원자로를 위해 설계되어야한다는 것을 보여줍니다.”라고 체탈은 말했다. “이에 비추어 볼 때,고속 원자로 연료 사이클 설비가 화력발전소 현장에 건설 중이며 화력발전소 및 화력발전소 및 각각 600 밀리와트의 두 개의 더 많은 뜸 원자로의 연료 요소를 재처리 및 재가공합니다.”
고속 원자로 둔화 다른 장애물
최초의 고속 원자로 또한 적시에 라이센스를 취득하는 번거로운 도전에 직면 해 있습니다. 국제 연합 회의에서 여러 스피커가 언급 한 바와 같이,규제 환경 내에서 몇 전문가들은 빠른 원자로 문제에 정통한. 빠른 원자로 설비를 위한 부품을 제조하고 부품을 제작,커미션,작동,유지 및 폐기하는 데 필요한 기술적 전문성이 부족한 것은 매우 중요합니다.
개발 중인 다양한 시스템과 관련된 안전 문제를 해결하는 것도 중요합니다. 그러나 이 분야에서도 많은 연구가 진행 중이며,특히 이 분야에 관한 연구도 진행 중이다. 예를 들어 일본에서는 연구자가 평가 방법론을 통해 위험을 연구하고 있습니다. 중국은 붕괴 열 및 나트륨 콘크리트 상호 작용에 대한 기포 매개 변수를 기반으로 명목 조건에 대한 안전 코드를 수립했습니다. 아스트리드는 프랑스가 일본과 협력하여 개발 중인 시범 프로젝트인 안전 설계 가이드를 기본 원칙으로 제시했다. 한편,러시아의 안전성평가는 설계 외 사고의 세 가지 유형을 확인했다:전력 손실(1 차 및 2 차 회로의 펌프가 멈추고 물 공급 공급이없는 곳); 2 개의 제어봉의 철수에 의하여 반응성의 소개;그리고 연료 집합 방해 사고).
이러한 모든 노력이 무엇보다 중요한 것은 연구 개발 및 기술 전문 지식에 대한 정보 공유를 촉진하기 위해 점점 더 복잡한 국제 협력 네트워크입니다. 지프와 함께 2000 년에 설립된 혁신적인 원자로 및 연료 사이클에 관한 국제 프로젝트를 조정합니다. 한편,유럽의 지속 가능한 원자력 산업 이니셔티브는 프랑스의 아스트리드,루마니아의 알프레드,벨기에의 리드 비스무트 조사 프로젝트 인 몰라를 개발하고 있습니다. ■
—소날 파텔은 전원 준 편집기입니다.
