용융염 원자로로 원자력 발전을 절약할 수 있다

Nov 12, 2023

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1950년대에 처음 연구된 원자로 유형인 용융염 원자로는 반세기 이상 동안 이를 방해했던 문제를 극복할 수 있다면 청정 에너지의 미래가 될 수 있습니다.

핵분열은 중성자가 원자핵에 부딪혀 원자가 분열할 때 발생합니다. 이는 엄청난 양의 에너지뿐만 아니라 더 많은 원자를 분할할 수 있는 추가 중성자를 방출하여 자립적인 핵분열 반응을 생성합니다.

원자로는 열로 방출되는 에너지가 물을 끓이는 데 사용될 수 있도록 핵분열 과정을 제어하여 발전 터빈을 회전시킬 수 있는 증기를 생성합니다.

이 과정은 탄소 배출을 발생시키지 않으며 태양이 빛나거나 바람이 부는 것과 관계없이 발생할 수 있으므로 원자력은 잠재적으로 청정 에너지 미래를 위한 중요한 요소가 됩니다.

우리가 이미 갖고 있는 것과 같은 원자력 발전소를 건설하는 데는 약 7년과 100억 달러가 소요됩니다.

그러나 오늘날 원자력은 전 세계 발전량의 10.3%만을 차지하고 있으며, 폐쇄되는 원자로의 수가 건설 중인 원자로의 수를 앞지르고 있습니다.

그 이유 중 하나는 우리가 이미 갖고 있는 것과 같은 새로운 원자력 발전소를 건설하는 데 약 7년과 100억 달러가 소요된다는 점이며, 일부 예비 운영자는 특히 천연 가스와 재생에너지는 점점 저렴해지고 있다.

동시에 원자력 에너지가 역사적으로 석탄이나 천연가스보다 훨씬 안전하다는 사실에도 불구하고 체르노빌이나 후키시마와 같은 핵 재난의 가능성을 우려하는 대중의 반발에 직면해 있는 많은 잠재 건설 프로젝트가 있습니다.

핵분열로 생성되는 전기의 양을 늘리려면 이를 활용하는 방법을 다시 생각해야 할 수도 있습니다.

오늘날 대부분의 원자력 발전소에서는 금속 막대에 싸인 연료 알갱이가 핵분열되는 원자로 노심으로 물이 고압으로 펌핑됩니다. 이것은 물을 약 600F까지 가열하지만 높은 압력으로 인해 물이 끓는 것을 방지합니다.

그런 다음 초고온의 액체 물은 더 많은 물이 들어 있는 챔버를 지나 펌핑됩니다. 그 열로 인해 물이 끓고 터빈을 회전시키는 데 필요한 증기가 생성됩니다. 그런 다음 냉각수는 연료실로 다시 흘러 재가열되어 사이클이 계속될 수 있습니다.

초고온수를 액체로 유지하는 데 필요한 높은 압력은 누출 가능성을 높이고, 물이 누출되면 연료가 과열되어 격납봉이 녹아 잠재적으로 방사성 물질이 물과 환경으로 방출될 수 있습니다.

이를 방지하기 위해 원자로에는 많은 백업 시스템과 중복성이 필요하며 이로 인해 비용과 복잡성이 더욱 증가합니다.

용융염 원자로는 오늘날의 원자력 발전소보다 건설 비용이 저렴하고 신뢰성이 훨씬 더 높을 것으로 예상됩니다.

하지만 이 디자인이 우리의 유일한 선택은 아닙니다.

1950년대에 미국 연구자들은 열을 전달하고 연료를 안정적으로 유지하는 물질로 물 대신 용융염(실온에서는 고체이지만 고온에서는 액체인 소금)을 사용하는 용융염 원자로 개념을 탐구하기 시작했습니다. 온도.

이러한 원자로에 제안된 염 유형은 가압 없이도 2,500F의 높은 온도에서 액체 상태로 유지됩니다. 온도가 높아지면 원자로의 효율이 높아지고 더 많은 전기를 생산할 수 있으며, 가압이 부족하면 누출 위험이 줄어듭니다.

핵연료는 이미 액체 상태라면 녹을 수 없습니다.

열을 전달하는 물과 분리된 고체 연료봉 대신 일부 용융염 원자로 설계에서는 연료가 용융염 자체에 용해되도록 요구합니다.

이는 연료가 이미 액체인 경우 녹을 수 없는 용해 위험을 제거하고, 누출이 있는 경우 빠져나온 염분과 연료가 냉각되면서 빠르게 암석으로 응고될 것입니다. 이는 가압수형 원자로에서 누출이 발생하면 방출되는 방사성수나 증기보다 청소가 더 쉬울 것입니다.