일체형 설계ㆍ지진에도 끄떡없는 `안심 원자로`

하루 9만㎾ㆍ4만톤 담수 10만명 도시에 공급
표준설계인가 연말 획득 전망 … 수출 탄력
■ 미래 원자력시스템 ‘원전 안전’ 지킨다
(1) 중소형 원자로 '스마트'

지난 3월 일본 후쿠시마 원전사고는 원전의 안전성 확보가 얼마나 중요한 지를 전 세계에 여실히 보여줬다. 원자력 르네상스 시대가 도래했다던 장밋빛 전망과 함께 원전기술 강국으로 원전의 안전운영에 있어 국제적 신뢰도를 쌓아온 일본에서 터져 나왔다는 점에서 충격은 쉽사리 가라앉지 않았다. 국내에서도 일본 원전사고를 계기로 국내 원전 안전성을 둘러싼 논란이 거세졌다.

전문가들은 국민들로부터 원전 안전에 대한 신뢰를 회복하기 위해서는 안전을 보다 강화한 미래 원자력시스템에서 해법을 찾아야 할 것이라고 지적한다. 원자력을 이용하는데 있어 모든 사람들이 안심하고 선택할 수 있으면서 안전을 담보할 수 있는 미래 지향적인 원자력에너지 기술개발이 절실하다는 얘기다. 이에 향후 원전의 안전을 지켜줄 미래 원자력시스템인 스마트(SMART), 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR) 등의 안전성에 대해 알아보고자 한다.

◇일체형으로 안전성 한층 높여=원자로 개발에 있어 안전성 확보는 필수적이다. 일본 원전사고를 계기로 더더욱 그렇다. 우선 새로운 원자로를 개발하는데 있어 적용된 기술 검증은 개발 과정에서 매우 중요한 부분을 차지한다. 우리나라는 새로 개발하는 원자로의 안전성과 성능을 객관적으로 검증하기 위해 표준설계인가와 관련한 규정을 마련해 시행하고 있다.

우리 고유의 모델로 개발된 중소형 일체형 원자로인 '스마트(SMART)'는 지난해 12월 표준설계를 마치고 인가를 신청해 인허가를 진행하고 있다. 연말쯤 인허가 여부가 결정될 전망이다.

SMART 표준설계에는 한국원자력연구원과 국내 13개 기업이 참여하는 한전 컨소시엄이 참여하고 있다. 표준설계인가를 획득하기 위해서는 표준설계 완성은 물론 설계에 사용되는 새로운 설계자료, 설계코드, 설계방법론, SMART 고유기기 및 계통의 성능과 안전성에 대한 검증이 요구된다.

SMART는 전력기반이 취약한 개도국과 분산전원 및 물부족 지역을 대상으로 소규모 전력생산과 해수담수화를 위한 에너지를 동시에 공급할 수 있도록 우리 고유의 기술로 개발됐다. 현재 개발된 SMART의 열출력은 330㎿, 9만㎾의 전력과 하루 4만톤의 담수를 인구 10만의 도시에 동시에 공급할 수 있는 규모다.

SMART 원자로는 핵연료 및 노심, 8개의 증기발생기, 1개의 가압기, 4대의 사류형 냉각재 펌프, 원자로 내부구조물이 한 개의 원자로 압력용기 내에 설치된 신개념의 일체형 원자로라 할 수 있다. SMART는 일체형 원자로 개념을 도입함으로써 안전성을 한층 강화했다. 대형배관을 제거해 대형배관 파손에 따른 사고 위험을 줄였고, 캔드모터 원자로냉각재 펌프를 사용함으로써 펌프밀봉의 파손에 의한 사고 위험을 원천적으로 제거했다.

또 낮은 원자로 출력밀도와 큰 용량의 가압기는 사고 시 원자로 스스로가 사고에 대응할 수 있도록 능력을 향상시켰다. 이러한 SMART 고유의 안전성과 함께 피동잔열제거계통과 능동안전계통을 도입하고 디지털 원자로 감시 및 보호계통, 비상전원계통 등을 갖춰 안전성을 획기적으로 높였다는 평가를 받고 있다.

◇강력한 자연재해에도 안전성 확보=이렇듯 최고의 안전성 확보를 위해 개발된 SMART이더라도 일본 후쿠시마 원전처럼 대규모 지진과 함께 강력한 쓰나미가 밀려온다면 안전을 확보할 수 있을까? 최악의 자연재해가 발생하더라도 SMART는 여전히 높은 안전성을 확보할 수 있다는 게 원자력연 측의 설명이다.

우선 지진이 발생해 모든 전원이 상실되면 SMART 역시 당연히 정지된다. 이어 2대의 비상디젤발전기가 동작해 안전주입계통이 작동한다. 이와는 별개로 전원 없이도 순수한 자연현상인 자연대류에 의해 작동하는 피동잔열제거계통이 자동으로 동작해 원자로의 잔열을 제거하게 된다. 후쿠시마 원전처럼 쓰나미에 의해 비상디젤발전기의 작동이 멈춘다고 해도 피동잔열제거계통에 의해 원자로의 안전 정지상태는 지속적으로 유지된다.

여기에 발생확률이 10- /년 이하인 피동잔열제거계통도 작동하지 않게 되면 원자로 압력용기 내의 냉각재 재고량이 많아 62시간 동안은 운전원이 아무런 조치를 취하지 않아도 원자로를 안전하게 유지할 수 있다. 62시간 이후에는 원자로의 핵연료피복관이 수증기와 모두 반응해 수소가 발생한다 하더라도 원자로 격납건물 내의 수소농도가 폭발농도에 이를 수 없다. 원자로 격납건물 내에는 수소를 자동으로 제거할 수 있는 피동형 수소재결합기가 적정 위치에 설치돼 있어 수소폭발은 절대로 일어날 수 없는 설계 구조를 갖추고 있다.

SMART는 핵연료장전량이 상대적으로 적어 비상계획구역의 설정도 기술적으로 불필요하고, 주민이 동의할 경우 생활지 인근에도 건설할 수 있을 정도의 안전성을 확보하고 있다.

김학노 한국원자력연구원 SMART개발본부장은 "SMART는 심층방어 원칙과 입증기술을 바탕으로 일체형 원자로의 장점을 최대한 살려 설계ㆍ개발한 '안심 원자로'라고 표현할 수 있다"면서 "현재 SMART의 설계수준이 세계에서 가장 앞서 있고 개도국을 중심으로 SMART 도입에 큰 관심을 갖고 있는 만큼 표준설계인가 획득하는데 주력, SMART의 수출 성공신화를 이뤄나가겠다"고 말했다.

대전=이준기기자 bongchu@