영국, 이동형 마이크로 원자로 실증 돌입…물 없이 공기로 냉각

영국, 이동형 마이크로 원자로 실증 돌입…물 없이 공기로 냉각

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핵심 포인트

○ 공랭식·액체 염 냉각재 적용: 고압 수랭식 대신 저압 액체 염을 냉각재로 채택해 무거운 압력 용기 없이도 높은 열에너지를 안정적으로 흡수한다.

○ 공간 효율성 및 소형화 극대화: 핵연료와 중성자 감속재를 동일 단위에 통합 배치해 노심 부피를 대폭 축소하고 운반성을 확보했다.

○ 입지 제약 극복: 주변 공기를 최종 열 방출원으로 활용해 대규모 수원지(강·바다)가 없는 사막 및 외딴 오지에서도 독립 전력망 구축이 가능하다.
○ 피동형 안전 시스템 탑재: 전원 차단 비상 상황에서도 자연 대류와 공기 순환만으로 잔열을 안전하게 배출한다.

영국의 차세대 원자력 기술 개발사인 캠브리지 아톰웍스(Cambridge Atom Works)가 공랭식 이동형 마이크로 원자로 '오딘(ODIN)'의 물리적 실증 장치 제작 및 냉각재 성능 검증 단계에 본격 돌입했다. 이번 연구는 원자로의 초소형화와 안전성을 동시에 구현하기 위한 핵심 엔지니어링 시스템 검증에 중점을 둔다.

29일(현지시각) 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링에 다르면 캠브리지 아톰웍스 연구진은 최근 영국 케임브리지 그란타 파크(Granta Park)에 고층 작업 공간과 화학 분석 실험실을 갖춘 전용 연구 부지를 마련했다. 연구팀은 이 공간에 대형 비핵(Non-nuclear) 프로토타입 장비를 조립하고, 실제 가동 환경을 모사해 원자로의 유체 역학적 거동과 주요 기계 시스템을 정밀하게 분석하고 있다.

오딘 원자로는 뛰어난 이동성과 소형화를 구현하기 위해 기존 수랭식 원자로의 가압수 대신 액체 염(Liquid Salt) 냉각재 시스템을 채택했다. 액체 염은 대기압 수준의 낮은 작동 압력을 유지하면서도 막대한 양의 열에너지를 안정적으로 흡수·전달할 수 있는 물리적 특성을 지닌다.

기존 수랭식 시스템은 높은 작동 압력을 견뎌야 하므로 두꺼운 압력 용기와 무거운 격납 구조물이 필수적이었으며, 이는 제작 비용과 안전성 검증 측면에서 큰 부담으로 작용해 왔다. 반면 저압 염화나트륨 시스템을 적용한 오딘은 거대한 압력 용기가 필요 없어 전체 설비 무게와 제작 복잡성을 획기적으로 낮췄다.
노심 설계의 공간 활용도 역시 극대화했다. 연구팀은 원자로 노심 내부에서 핵연료와 중성자 감속재를 동일한 물리적 단위에 함께 배치하는 일체형 구조를 적용해 노심 부피를 대폭 축소했다. 이는 1950년대 제너럴 아토믹스가 개발해 30여 개국 이상의 연구용 원자로에서 널리 검증받은 핵연료 기술을 현대적으로 재해석한 것이다.

특히 오딘 원자로는 냉각수를 공급받기 위한 대규모 수역 대신 주변 공기를 최종 열 방출원으로 사용하는 공랭식 방식을 도입했다. 강이나 바다가 인근에 전혀 필요하지 않아 지리적 제약 없이 사막, 내륙 건조 지대, 외딴 오지 등 전력망이 닿지 않는 지역에도 유연하게 설치 및 운용할 수 있다.

외부 전원 공급이 완전히 끊기는 비상 상황에서도 자연 대류 현상에 의해 용융염이 내부 배관 회로를 순환하며, 원자로 보조 공기 냉각 시스템이 자연 통풍으로 용기 외벽의 잔여 열을 안전하게 방출하는 피동형 안전 메커니즘을 확보했다.

현재 연구진은 첨단 STA-MS(동시 열분석-질량분석) 시스템을 가동해 고온 냉각재의 열물리학적·화학적 거동을 정밀 측정하고 있다. 연구팀은 향후 부식 시험 설비를 통해 고온 유체에 노출되는 후보 합금 소재의 내구성을 평가하고 최적의 원자로 용기 재료를 확정할 계획이다.

이안 파넌 캠브리지 아톰웍스 최고경영자(CEO)는 "신규 연구 시설은 대형 실증 장치와 정밀 화학 분석 플랫폼을 동시에 제공한다"며 "비핵 실험 데이터를 바탕으로 컴퓨터 모델을 정밀 검증하고 오딘 설계 완성을 한층 가속화할 것"이라고 밝혔다.


이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com