문서의 임의 삭제는 제재 대상으로, 문서를 삭제하려면 삭제 토론을 진행해야 합니다. 문서 보기문서 삭제토론 증식로 (문단 편집) === 냉각방식 === 증식로는 연료 증식이 목적이기 때문에 중성자를 고속으로 유지시켜주는 냉각재를 사용해야 한다. 가장 보편적인 냉각재인 경수(순수한 물)나 [[중수]]는 [[중성자]] [[감속재]]이므로 중성자가 빠르게 움직여 플루토늄을 만들어내도록 하는 고속증식로에는 적합치 않다. 2011년 기준으로 모든 대규모 고속 증식로는 '''액체 금속 냉각 방식'''이다. 초기에는 [[수은]]이 냉각재로 사용되었으나 독성이 강하고 실내 온도에서도 증기압이 높으며 끓는점이 낮고 열을 받으면 유독한 증기를 배출하는 데다가 열전도율이 상대적으로 낮고 [[중성자]] 흡수 단면적이 커서 중성자를 잘 잡아먹으므로 사장되었다. 최초의 고속 중성자 증식로였던 클레멘타인(Clementine)이 이 냉각 방식을 사용했었다. 두 번째는 [[납]]이나 납-[[비스무트]] 합금이 있다. 납은 중성자 흡수율이 낮고 반사가 잘 되는 특징이 있으며 감마선 차폐 능력이 뛰어나다. 또한 끓는 점이 높아서 원자로가 과열되어도 효과적으로 원자로를 냉각시킬 수 있어 안전을 보장해준다. 납-비스무트 합금은 납보다도 녹는 점이 더 낮아서 더욱 유리하며 나트륨이나 나트륨-칼륨 합금과는 달리 공기나 물과 반응하지 않아서 중간 냉각 회로를 만들 필요가 없어서 비용이 적게 든다. 그러나 원자로의 주 재료로 쓰이는 대다수 금속 자재와 일부 연료 혼합물을 부식시킨다. 또한 녹는점이 더 높기 때문에(납 : 327도 납-비스무트 : 123.5도) 원자로가 낮은 온도에서 작동하고 있는 경우 냉각재가 고체화되는 문제가 발생할 수 있다. 납-비스무트 합금 원자로 운영 시에는 [[폴로늄]]이 문제가 된다. [[비스무트]]의 [[동위원소]] 중 가장 안정한 원소인 비스무트-209는 [[중성자]] 포획을 통해 베타 붕괴를 일으켜 [[폴로늄]]-210으로 변한다. 그리고 이 폴로늄-210이 중성자와 반응하면 폴로늄-209가 된다. 폴로늄-210은 반감기가 약 138일이며 폴로늄-209는 120년이다. 냉각재가 작동하는 온도에서 폴로늄은 휘발성이며 생성된 일부가 커버 가스(Cover gas, 냉각재와 공기와의 반응을 막기 위해 원자로 내에 채우는 가스. [[아르곤]]을 주로 쓴다)에 에어로졸 형태로 섞이게 되는데 정상적인 운영 환경에서도 커버 가스가 조금씩 누출될 때도 위험한데 하루에 0.01%씩 발전소 중앙 시설로 누출된다고 할 때 허용 농도를 200배 초과하게 되는 폴로늄이 같이 나오게 되며 시설 운전자와 주변 환경에게 위험을 끼칠 수 있다. 순수하게 납만을 사용한다고 해도 이 폴로늄이 생성된다. 납-208이 중성자와 반응하여 납-209가 되어 베타 붕괴를 거쳐 비스무트-209에서 비스무트-210으로 변한 후에는 폴로늄-210이 된다. 단, 이 경우는 납-비스무트 합금보다는 생성되는 비율이 더 낮다. 또한 잔여방사능이 매우 크다. 납-비스무트 합금에서는 반감기가 매우 긴 비스무트-210(반감기 : 360만 년)과 비스무트-208(반감기 : 36만 5천 년)이 생성되며 납에서는 납-205(반감기 : 1510만 년)이 남아서 수백만 년간 방사능을 띠게 된다. 그리고 냉각재를 재활용하게 되면 잔여 방사능이 더욱 강해진다. 나트륨 대비 밀도가 10배 이상 높다보니 지진 발생시 원자로 시설에 엄청난 부하를 가해, 내진 설계가 극히 까다로워지는 것도 흠이다. 마지막으로 [[나트륨]] 또는 나트륨-칼륨 합금이 있다. 나트륨은 [[비열(물리학)|비열]]이 커서 냉각 효율이 뛰어나다. 또한 물과는 달리 중성자가 통과해도 에너지를 크게 잃지 않는다. 또한 끓는 점이 원자로 작동 온도보다 훨씬 높으므로 원자로를 여압 상태로 유지시킬 필요가 없다. 또한 납-비스무트 합금이나 납과는 달리 반감기가 매우 긴 방사능 물질이 생성되지 않는다. 운영 중에 발생하는 방사능 원소는 나트륨-24인데 반감기가 15시간밖에 안 돼서 짧다. 해체 후에는 나트륨-22(반감기 : 2.6년)이 남는데 이것보다 반감기가 긴 방사능 물질이 생성되지 않는다. 러시아에서 1999년에 내놓은 연구 자료를 보면 50년 동안 강한 중성자에 노출시켜도 나트륨-22 이상의 방사능 물질이 생성되지 않는다고 한다. 그리고 50년간 운전시킨 1기가와트 원자로에 쓴 나트륨 냉각재는 최대 50년까지만 저장해두면 산업용으로 쓰거나 자연으로 되돌려보낼 수 있다고 한다. 단점으로는 나트륨이 공기 및 물과 격렬하게 반응을 일으킨다는 점을 들 수 있다.[* 금속과 물의 반응성에 대해 실험해 본 사람들은 알 것이다. 물론 [[칼륨]]보다는 반응성이 약하다.] 또한 납과는 달리, 1차 계통의 방사성 나트륨이 2차 계통의 냉각수와 반응할 경우 큰일이 나기 때문에, 중간 열교환기 회로가 들어간 3중 루프 구성이 필수적이며 녹는점이 98도이기 때문에 계속 가열을 해주어야 한다(연료 재공급/수리시에는 150~200도까지 높여줘야 한다). 나트륨-칼륨 합금은 주로 실험용 원자로에서 많이 쓰인다. 녹는 점이 '''영하''' 11도라서 상온에서도 액체 상태이므로 자주 운전했다가 정지하는 실험용 원자로에 적합하다. 가스 냉각식 방식도 있으나 연구만 진행되었고 상용화된 것은 없다. 가스 냉각식은 주로 헬륨을 쓰며 중간 냉각 회로가 필요없고 화학 반응이 일어나지 않으며 방사능을 띠지 않아서 폐로 시 폐기물 처리 문제가 덜하다는 장점이 있다. 그러나 고압 상태를 유지시켜줘야 하고 냉각재 펌프도 고출력이 요구된다. 또한 강제 대류 기능이 손실되거나 파이프가 손상된 경우에는 붕괴 열 냉각이 심각한 문제가 된다. 또한 냉각 회로에서 가스가 누출되는 문제가 있으며 헬륨이 아닌 이산화탄소를 사용하는 경우에는 증식율이 낮다. 그리고 현재까지는 상업 규모로 운영한 경험이 전혀 없다. 나트륨과 같은 액체 금속 냉매는 성질상 몇 가지 사고 위험성을 안고 있고, 증기기관 이래로 많은 지식이 축적된 물과는 달리 걸음마 단계나 다름없었기 때문에 고속증식로의 냉각제 연구개발은 시행착오의 연속일 수밖에 없었다. 실제로 고속증식로에서 끊이지 않았던 크고 작은 [[원자력 사고]]는 대부분이 냉각재와 관련되어 발생하였다. 더구나 액체금속 냉각재의 특성은 시설의 무결성을 장담할 수 없게 되는 [[지진]] 등 재난이 발생했을 때 더욱 치명적이다. 단순히 냉각재가 누설되기만 해도 나트륨은 초대형 연쇄폭발을 일으킬 위험이 충분하다. 냉각 순환이 멈추거나 원자로 가동이 멎는다면 상온에서 고체로 어는 금속의 특성상 냉각계통이 전부 동결된다. 당장 어는점이 나트륨(98도), 납-비스무스(125도)다. 이 때문에 원자로를 가동하지 않을 때에도 일부러 난방을 해서 냉각재가 굳지 않도록 유지해야 한다. 즉 배관은 얼어서 막히는 동안 연료봉만 온도가 계속 올라가 [[멜트다운]]이 일어날 수 있다. 게다가 유사시 [[후쿠시마 원자력 발전소 사고]]에서 해수를 썼던 것 같은 대안적인 방법이 전혀 없어서 그런 사고에 대응하기가 더욱 어렵다. 덤으로 일단 이렇게 굳어버린 배관이나 냉각 장비는 재사용이 불가능하므로 사건이 마무리되었다고 해도 그 자체가 방사능 덩어리인 거대한 폐기물이 발생하며 보수공사에 엄청난 시간과 돈이 든다. 그리고 냉각재로서의 성능도 문제이다. 나트륨이나 납 등 금속은 가압수 등 액체물에 비해 냉각성능이 크게 떨어진다. (무게 대비 또는 부피 대비 비열) 물은 극성분자라서 비열이 비상하게 크다. 즉 액체금속을 냉각재로 쓰면 물을 쓰는 경우보다 더 강력한 펌프로 더 빨리 순환시켜야 한다는 거다. 물에 근접하는 냉각성능을 가진 건 헬륨이나 냉각재로 쓰기 곤란한 수소 암모니아 폴리머 등 뿐이다. 나트륨이나 납의 냉각재로서 성능은 용융소금보다 나을게 없다. 굳이 금속 나트륨이나 납을 쓸 이유가 없다. 다만 위에 지적한 사고 위험성은 과장된 부분이 상당히 많으므로 주의해서 받아들여야 한다. 나트륨의 공기 중 자연 발화 위험성은 정작 연소 시의 열량이나 연소 속도 화염 정도는 일반 유류화재보다도 훨씬 작아서 의외로 위험도는 적다고 한다.[[http://sfr.re.kr/sub0202|#]] 또한 자연발화의 위험성이 큰 만큼이나 대응체제도 일찍이 개발되었다. 원리적으로 나트륨 냉각재계통은 냉각수가 고압으로 순환하는 가압수로와는 달리 대기압 조건에서 운전되므로 누출이 발생해도 냉각재가 폭발적으로 뿜어져 나오지 않고 서서히 흘러나오게 된다. 그리고 누출이 감지되었을 경우 해당 순환계통의 나트륨을 나트륨 저장조로 되돌리는 설비가 기본적으로 되어 있고 거기에 더해 산소접촉을 차단하기 위한 질소주입 설비와 연동되었다. 물과의 접촉 시 폭발 우려도 나트륨 자체의 폭발위험보다는 오히려 그 부산물로 발생하는 수소에 의한 수소폭발의 위험성이 크다. 그런데 사실 수소폭발은 이미 2~3세대 경수로 등에서도 피동수소제거계통 등의 대응책이 마련된 것으로 원자로에서 새삼스러운 위험은 아니며 미국의 EBR-II와 아래에 설명하는 러시아의 BN-600 등에서 20년 혹은 30년 동안 수십회의 나트륨-물 누출사건이 있었음에도 불구하고 사고 단계에까지 도달하지는 않고 운전이 가능했다. 심지어 사건사례를 조사하면 나트륨과 물이 접촉할 확률이 높은 열교환기에서 나트륨이 누출되었을 경우 그 즉시 대규모 폭발로 이어지기는 고사하고 소량씩 누출되는 나트륨을 센서가 감지할 수 없어서(...) 한참 동안 그 사실을 모르다가 누출량이 서서히 증가하다가 나트륨-물 반응에 의한 수소를 감지하기 위한 센서에 간신히 감지될 수준이 되어서야 발견되었다고. 즉 나트륨 누출이 대규모 폭발을 야기한다는 주장 자체가 도시전설에 가깝다. 결국 실제 나트륨 유출사건의 경우를 조사하면 대체로 사고 수준까지 발전하는 일 없이 보다 소규모의 일상적인 사건 수준에서 대응이 가능했다고 한다. 그리고 냉각계통 마비에 대한 우려도 과장되었다. 애초에 자연대류에 의한 피동잔열제거계통을 채택한 나트륨 고속증식로의 경우에는 연료봉에 잔열이 남아 있는 한 나트륨이 굳을 우려가 없고 반대로 나트륨이 동결될 상황인 것은 이미 연료봉의 잔열이 다 빠져나갔다는 의미이므로 [[멜트다운]]은 근본적으로 일어날 수 없는 일이다. 나트륨 냉각제가 굳으면서 배관이 파열되는 일 또한 일어날 수 없다. 보통 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 동절기 수도관 동파의 경우, 물은 얼면 부피가 오히려 더 커지는 특성이 있기 때문에 수도관에 높은 압력을 가하면서 동파를 일으키는 것이다. 나트륨은 얼면 밀도가 높아지는 원소이기에 오히려 부피가 줄어 동파가 불가능하다. 게다가 냉각재 상실이나 누출 등에 대비한 저장조의 경우 동결방지를 위한 예열 기능이 있어 동결 방지에 대한 기본적인 대책은 수립되어 있다. 무엇보다도 나트륨 냉각제에 대한 인류의 기술적 성숙도는 2015년 현재 누적 400 원자로-년 수준에 도달하고 있으며 나트륨 냉각제에 대한 지식 역시 그만큼 쌓인 상태이다. 나트륨-물 반응사건과 나트륨 누출사건의 경우 그동안 여러 실험로 및 실증로에서 수십차례 발생했던 사건이지만 멜트다운이나 폭발, 대규모 화재까지 번진 경우는 없으며 심지어는 러시아의 BN-600같이 냉각계통이 3중화 되어있는 사례에서는 한쪽의 열교환 계통에서 나트륨-물 반응사건이 터지자 쿨하게(...) 나트륨과 물을 배출시키고 질소가스를 주입하여 발열을 진압한 후 차기 정기정비 시기에 가서야 사건이 터진 열교환기를 교체했다고 한다. 비상시 해수주입을 할 수 없다는 문제점이 있지만 애초에 해수주입이라는 극단적 조치가 필요한 상황은 1차계통의 냉각재가 아예 상실되는 사고가 발생했을 경우 정도인데 나트륨 냉각재는 근본적으로 가압의 필요성이 없으므로 누출 역시 가압수로처럼 폭발적으로 진행되지는 않고 안전도가 높아 실험용 수준의 원자로에서 많이 쓰는 수조형 원자로 등을 사용하여 수조 내에 충분한 냉각재를 확보하면서 열용량을 동시에 확보하는 방향으로 나아가고 있다.저장 버튼을 클릭하면 당신이 기여한 내용을 CC-BY-NC-SA 2.0 KR으로 배포하고,기여한 문서에 대한 하이퍼링크나 URL을 이용하여 저작자 표시를 하는 것으로 충분하다는 데 동의하는 것입니다.이 동의는 철회할 수 없습니다.캡챠저장미리보기