SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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출처:
http://www.todayhumor.co.kr/board/view.php?table=humorbest&no=878984&s_no=878984&page=4
원자력발전소 문제를 이야기할때 주요 화제로 대두되는것 중 하나가 고준위핵폐기물입니다.
그 대다수는 사용후핵연료이죠.
10만여년동안 .. 그 장구한 세월동안 인류문명이
이를 봉인해야한다고 말하곤 하는 그 골치덩어리 말입니다.
하지만 모든 문제에 있어서 그렇든 사실
인간이란 숙명과 같이 그러한 숙제를 풀어내고자 해왔습니다.
이건 그것에 관한 이야기입니다.
핵연료의 가장 문제시 되는건 장반감기 방사성
핵종입니다.
자연상태로 생명에 영향을 주지 않을 정도까지
보관하려면 막대한 세월이 소모된다는게 큰 문제를 안겨주었죠.
사실 이러한 핵종들에 대해서 학계는 원자력발전
초기부터 이들을 비방사선핵종으로 전환시키는
"마법" 을 연구해 왔습니다.
하지만 초창기 연구는 주로 핵병기를 위해서
사용되었죠.
사실 수많은 물질 중 우라늄이 원자력발전의
연료로 사용된것도 핵병기 때문입니다.
최근에 와서야 다시 토륨과 같은 물질들이
수면위로 부상하고 있는거죠.
그렇지만 핵병기가 인류의 생존을 위협할
정도에 이르러서야 이 공포의 무기가 인류에게 다른 길을 알려주게 됩니다.
1970년대 미국이 핵확산에 대한 우려 때문에 가속기 핵파쇄반응을 이용한 장반감기 방사성
핵종을 소멸시키고자하는 연구가 시작되었던거죠.
물론 지금껏 상용화가 되지 않았다는것에서
알다시피 이는 현실적인 많은 문제에 봉착하였습니다.
그러다
1970년대말 이러한 문제를 극복하기 위해 가속기와 미임계원자로를 결합한
"가속기구동미임계핵변환기술"이 미국의 PHOENIX 프로젝트를 시작으로
제기되기 시작했습니다.
기술의 개념과 각국의 개발사항은
물리학과 첨단기술에 실린 박창규박사의 "가속기구동 핵변환기술 개발 현황과 전망" 1998 을
참고로 해주세요.
http://blog.naver.com/mathic/120009536091
[국회도서관의 자료가 링크가 안돼서 블로그를 링크해 드립니다.]
미국, 유럽, 일본 등의 선진강국이 각각 해당 기술에 대한 연구를 진행했지만 시작 당시 속 뜻은 서로 달랐습니다.
미국은 핵확산 저지를 위한 플르토늄과 같은
핵종의 소멸을 우선시 했습니다.
일본은 사용후핵연료에 대한 재처리를 통한
재활용을 중점으로 하였습니다.
유럽은 환경친화적 에너지 생산장치 개발을
중점으로 하였습니다.
뭐 곧 각국의 고준위폐기물이라는 현실적인
문제때문에 고준위핵폐기물에 대한 적용방법을 연구하게 되는건 시간문제였지만요.
아 물론 우리나라도 HYPER 프로젝트를 통한 연구를 진행했습니다.
그렇게 시작된 프로젝트가 미라 MYRRHA 프로젝트입니다.
미라프로젝트는 벨기에 원자력연구원이 정부의
승인을 얻어
국제적인 컨소시엄을 구성해 진행 중인 사용후핵연료의
처리기술을 연구하는 사업입니다.
13년 동안 1조5천억원을 투입될 예정이며
50MW 급 대형 가속기 구동 핵변환 시스템을 2016년까지
건설 하여
가까운 미래 해당 기술의 실증에 나설 계획입니다.
해당 기술이 실용화에 이른다면 고준위 폐기물을 상대적으로 안전한 중·저준위
폐기물로 변환 하게 될것이고
핵폐기물 독성은 1000분의 1, 부피는 100분의 1, 안전
감시기간은 300년 정도로 줄어드는 차세대 핵처리 기술로 기대를 모으고 있습니다.
국내에 이 프로젝트가 화제를 모았던건 2010년 10월 18일
한국원자력연구원 국정감사에서
당시 한나라당 의원이 미라프로젝트에 반드시
참여해야 한다고 주장함으로서 입니다.
국내에서는 5%의 지분으로 참여를 검토했었는데.
결과론적이지만 우리는 참여하지 않았습니다.
이유가 몇가지 있는데..
1. 해당 기술은 습식재처리 기술로 사용하기에 따라 플루토늄 추출이 가능합니다. 일본에 연구 중인것 처럼요.
그래서 핵에 대해 강도높은 감시는 받는
우리나라로서는 곤란한 처지에 놓여있지요.
2. 가속기 구동 미임계 핵변환 시스템
외에 연구 중인 기술이 하나 더 있는데 "파이로프로세싱"
입니다.
이미 파이로프로세싱에 자금과 인력을 쏟아넣은
우리나라로서는 타 기술에 인력과 자금을 쏟을 여유도 이유도 없었던 겁니다.
우리나라가 시도 중인 파이로프로세싱
그리고 미라프로젝트
어느게 더 옳은 선택이었는지는 미래에서야
알수 있는 사실이지만
어느 것이 되었든 고준위핵폐기물에 대한
기술의 실증이 곧 이루어집니다.
올해 일본 경제산업성 자원에너지청 전문가위원회는
영구봉인해야할 일본의 고준위폐기물을 100년간 봉인치 않는 내용의 보고서를 마련했습니다.
과학계의 위대한 도전이 성공했을때 고준위폐기물에
지하 깊숙히 영구봉인되어 버려있다면 곤란하기 때문이죠.
아직은 갈길이 많은 험난한 길이지만
끝없는 투자와 관심이 있다면
과학은 언제나 인류의 미래를 밝게 빛내줄겁니다.
...
해당 기술이 상용화된다면 골치아픈 핵폐기물 문제를 어느 정도 덜 수 있겠네요.
앞으로는 핵폐기물이 소중한 에너지원으로 각광받는 시대가 올지도 모르겠다는 생각이 듭니다.
하지만 자가핵분열이 일어나지 않고 외부에서 가속기를 돌려 빔을 쏴주어야 한다는 점에서 수지타산이 맞을지 의문입니다.
뭐, 핵폐기물이 계속해서 쌓이다 보면 언젠가는 수지타산이 맞게 되겠죠 ( -_-)
가속기 방식에서 보통 사용될 연료는 토륨인데, 토륨의 경우 중성자를 안 뱉어서 아예 중성자를 배출해주는 것이 필요로 합니다. 원 연료 옆에 블랭킷 연료(병풍)을 깔아둔다던가, 저렇게 말이죠... 현재 여기서 말하는건 가속기 기반, 즉 에너지 증폭기 방식이겠군요. 사실, 다르긴 하지만 원래 드립하던 원자로의 경우 실증은 끝났습니다. 미국이 50년도에 개발한 원자로에다가 아 우리 양성자 가속기좀 박아볼까? 해서 박는거죠
대충 이놈의 그림(위키백과에서 가져왔습니다. DOE 그림이라 퍼블릭 라이선스.)은 이렇습니다. 연료를 용융염(리튬-불소 합금)에다가 녹여서 높은 온도를 얻을수 있게 만들었죠. 아 물론 여기서 보이는 건 우라늄을 넣은 원자로이고, 저기에서 말하는건 가속기를 장착한 것이지요...
저 그림의 용융염 원자로는 금속 우라늄을 사용하기 때문에, 파이로 프로세싱(건식 재처리)이 없으면 원자로 구동이 힘듭니다. 습식 재처리 방식은 현재 쓸만한건 PUREX밖에 없고, 덤으로 일본이 개발한게 아니라 배워온겁니다. 영국과 프랑스가 미국기술을 배워서(물론 미국 특허도 있습니다. 특허번호 2,924,506, Solvent extraction process for plutonium) 일본에게 알려준거죠.
덤으로 파이로 프로세싱을 도입하려는 대한민국으로썬 땡잡는 원자로이죠. 문제는 저 가속기 용융염 원자로를 한번도 만들어본적이 없다는 것입니다. 그래서 돈 쓰기 좀 뭐했겠죠. 원자로 자체는 미쿡에서 어찌 돌아가는지 실험 다 마쳤지만 여기에 양성자 가속기를 동반하는게 뭐하죠... 일단, 토륨 원자로를 구동하면 여러가지 쓸모없는 잡다구리한 분열 생성물(그 고준위 방사성 폐기물)들을 태워버릴수 있지만, 현재 우라늄이 남아 도는 상황에서 별로 진척도 되지 않았고, 이 분야의 탑이라고 할수 있는 인도는 우라늄이 적고 토륨만 왕창이라서 어쩔수 없이 나간것이죠... 아 덤으로, 저거 용융염 유출되면 꽤나 무서울겁니다. 습기가 있으면 용융염이 불산이 되거든요(...) 그렇지만, 작은 크기로 만들수 있기에 한 100MWe 정도로로 모듈화 할수 있다는 게 저 원자로의 장점아닌 장점이 되겠습니다. 뭐 하면 자리 비좁은 서울에도 박아놓을수 있죠(정 하고 싶다면야) - 사실 저 용융염 원자로가 핵 비행기에 실을 물건이었다는건 기억안해두시면 편합니다(?)
아 그리고 덤으로, 저 미라 프로젝트는 납을 냉각재로 쓰는데, 현재까지 납을 냉각재로 사용하는 원자로는 거진 없었죠... 액체 금속은 둘째치고, 폴로늄을 더 뿜어낼수 있습니다 :) 또한 액체금속로의 경우엔 좀 무서운게 굳으면 원자로가 파괴되죠. 러시아 해군이 전력회사에 돈을 못내 알파급 원자력 잠수함의 원자로(액체 나트륨을 사용하는 원자로)가 부서질려고 하자 전력회사에 병력보내서 바로 송전보낸건 유명한 이야기죠 :) 거기다가 농축도도 꽤나 높네요... 부럽네요 35%라니 ㄷ..(대전에 박혀있는 하나로 농축도가 18%인가 그럴겁니다) 한국에서 지을려는 칼리머가 액체금속로죠 부들부들
또한 MOX(플루토늄과 우라늄을 섞어서 만든 산화물 연료)는 저기도 있지만, 가속기 구동에 올인하는게 아닌 다른 목적에서도 사용할려고 MOX 연료를 사용한게 아닌가 그리 보입니다. MOX 연료는 처음 시동시 중성자 원만 넣어주면 그후엔 문제없이 돌아갈텐데, 그러면 가속기가 필요가 없죠... 그냥 실험용으로 가속기를 붙인거 같아보이네요
그리고 한국 / 미국 / 캐나다 등에서 개발중인 또다른 재처리 방식이 있습니다. DUPIC 이라고 하는 방식이죠. 방법도 매우매우 간단합니다.
1. 고리, 한빛, 한울등에서 사용후 연료봉을 가져온다
2. 사용후 연료봉 클레딩(덮개)를 제거한후에 CANDU 연료봉에 집어넣는다
3. 넣은 CANDU 연료봉을 월성 2~4호기에 장전해서 전기를 뽑아먹는다.
물론, 미국에선 뭐라 하지만, 저런거 안거치고도 잘 먹힐수 있습니다. 심지어 월성 효율이 오른다고 하더군요 :) 사실 오를수 밖에 없는게, 중수 감속재의 경우 천연우라늄을 넣어도 동작되며, 농축 우라늄을 넣으면 더 효율이 높아집니다. 어쨌든 경수로 3개 분량의 사용 후 연료로 CANDU 1기를 구동할수 있다니 한국으로선 시도볼만 하지만, 현재 상업적 가동은 안하고 있죠. 어쨌든 현재 CANDU를 만들어 팔아먹는 CANDU 에너지 측은 브로슈어에 이런것도 넣고, 심지어 토륨, MOX 등도 몽땅 태울수 있다고 드립하며 놀고 있죠(...)
가속기 관련으로 찾아보니 https://canteach.candu.org/Content%20Library/20041209.pdf CANDU에서 벌써 생각해둔게 있긴 하군요... 일단은 아무리 날고기어도 아직은 상용으로 구동된적이 없고 연구중인 원자로이긴 하니, 전 빨리 DUPIC(Direct Use of spent PWR fuel In CANDU) 이나 상업화 되었으면 좋겠습니다(?)
처치곤란 쓰레기를 우주로 날려보낸다면 이론상 매우 클린하게 처리가 될 텐데, 발사 중에 사고라도 나면 대참사가 발생하기 때문에 고려하지 않고 있다는군요. 궤도 엘리베이터처럼 안정적으로 지표와 우주를 오가는 기술이 개발되면 레일건에 실어서 태양을 향해 슝 날려버리는 식으로 고민을 해결할 수 있을지도 모르겠다는 생각이 듭니다.