원자력 및 원자로의 역사 알아보기

원자력 발전의 역사는 길지는 않습니다. 특히 우리가 잘 아는 아인슈타인의 등장 이후 관련 해석이 가능해지면서 원자력의 발견도 이루어질 수 있었습니다. 현재 상용화되어 있는 원전은 3세대 원전이며, 4세대 원전에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 

 

방사능의 발견  및 원자로의 시작

1895년 뢴트겐이 X선을 발견하였습니다. 이후에 퀴리부인으로 알려진 마리퀴리, 피에르 퀴리, 베크렐이 자연적인 방사능 물질을 발견해 노벨 물리학상을 수상하였습니다. 이후 많은 물리학자들에 의한 실험이 시작되었고, 1942년 인류 최초의 우라늄 핵분열 연쇄반응이 이루어졌습니다. 핵분열 연쇄반응이 확인된 이후 풀루토늄 생산목적의 생산로가 건설되고 생산된 풀루토늄은 핵무기의 원료로 사용되었습니다. 1945년 우리나라의 해방 직전에 일본 나가사키에 투하된 원자폭탄이 바로 플루토늄 원자 폭탄입니다. 

 

이후 1951년부터 원자력의 평화적인 이용을 위한 연구로 확대되며, 1957년 국제 원자력 기구(IAEA)가 신설되었습니다. 현재도 각종 자료가 출시되며, 영향력을 가지고 있습니다. 미국은 이후 대규모 자원이 투입되어 핵잠수함 연구 개발이 활발히 진행되었고, 발전용 원자로는 경수로 기술과 중수로로 나뉘어 발전하게 되었습니다. 캐나다는 농축기술 부재로 천연우라늄 및 중수감속의 중수로를 개발하였는데, 우리에게 잘 알려진 CANDU입니다. 미국의 대규모 자원 투자가 이루어진 핵잠수함용 원자로는 경수로 기술을 기반으로 하고 있기 때문에, 현재까지도 가장 운전실적이 많은 것은 가압경수로기술입니다. 

 

원자로의 개발 역사 

경수로는 미국에서 개발이 집중적으로 이뤄졌습니다. 경수로는 WH, B&W, CE사가 개발한 가압경수로 노형이 대표적이며, 비등경수로는 GE가 가장 대표적입니다. 약 60% 이상이 PWR 노형이며, 20% 정도가 BWR입니다. 우리나라의 대부분의 원자력발전소는 PWR이며, BWR은 후쿠시마에 적용된 것으로 유명합니다. 

 

제1세대 원자로

1950~1970년대에 건설된 비교적 적은 출력의 발전소에 해당하며, 우리나라에 건설된 고리 1호기도 여기에 해당합니다. 다만 급진적인 발전을 거듭했기 때문에 비교적 후기에 건설된 1세대 원자로는 출력이 눈에 띄게 향상되었습니다.

 

제2세대 원자로 

1970~1995년에 개발된 원자로입니다. 후쿠시마의 원자력발전소 및 국내 다수의 발전소가 해당합니다. 대형화되며 경제성이 향상되었고, 핵연료 피복재에 Zr 합금이 표준화되었습니다. 원자로의 설계수명은 40년, 노심손상빈도는 10^-4 미만으로 설계되었습니다. 우리나라의 경우 OPR1000 원자로등이 여기에 해당합니다. 

 

제3세대 원자로 

미국 TMI-2 원자력발전소 사고 이후, 원자로의 안전성 확보가 가장 중요한 항목으로 변경되었습니다. 2세대 원자로는 경제성이 발전했다면 3세대 원자로부터는 안전성 기술이 확보되었습니다. 노심손상빈도는 10^-5 미만으로 설계되었으며, 출력도 증가되었습니다.  제3+세대 원자로는 Passive Cooling 기술을 접목하여, 사고 빈도를 줄이고 안전성을 확보하는데 주안이 되었습니다.  대표적인 노형으로 APR1400, AP1000, BWR-6등이 있습니다. 현재 상용화 개발중인 대부분의 SMR 원전 은 3+세대에 속한다고 볼 수 있습니다.  

 

 

중수형 원자로

일반적인 물 대신에 D2O (중수)를 사용하는 원자력 발전으로, 캐나다에서 주력으로 개발해 온 가압 중수형 원자로입니다. 우리나라에도 CANDU (Canadian Deuterium Uranium) 형 발전소가, 설치되어 운전하고 있습니다. 우리나라에 설치된 월성 1~4호기가 CANDU형 중수로입니다. 

 

여기까지는 현재 상용화된 원자로이고, 4세대 원자로는 지속적으로 연구가 진행 중입니다. 다른 글에서는 4세대 원자로, 즉 차세대 원자로에 대해 다루어 보도록 하겠습니다. 

 

원자로의 역사