경수로

원자력발전에 사용되는 원자로 중 감속재와 냉각재로 보통의 물(천연물, 경수)을 사용하는 경수형 원자로의 줄임말로 현재의 동력용 원자로의 대부분이 경수로이다.

원자로란 우라늄 연료가 핵분열을 일으키는 곳으로 감속재는 핵분열 연쇄반응이 적절하게 일어나도록 우라늄 235가 핵분열 하여 튀어나오는 고속의 중성자의 속도를 통재하는 역할을 한다. 감속재로 사용하는 물의 종류에 따라 경수로와 중수로로 나누고, 감속재로 흑연을 사용하면 흑연로라고 한다. 중수는 일반 수소보다 중성자 1개가 더 있는 수소와 산소가 결합해 생긴 물이다. 경수로와 중수로의 차이는 다음 표와 같다.

그림 1. 작은 모듈의 경수형 원자로 ()

[경수로의 동작 원리] 1) 핵연료가 담겨져 있는 reactor core에서 핵분열이 일어나면 질량 결손에 의해서 에너지가 발생한다. 2) 발생된 에너지는 감속재인 경수를 가열하게 된다. 그리고 가압하여 높은 온도로 가열된 물은 증기 발생기(steam generator)로 보내져 물과 열 교환을 통해 증기로 만들어진다. 3) 열에너지를 받은 물이 수증기로 변하여 터빈(turbine)을 돌리고, 터빈은 다시 같은 축에 연결되어 있는 발전기(generator)를 돌려 전기를 발생시킨다. 4) 터빈을 돌리고 난 후 수증기는 외부로부터 유입된 냉각수에 의하여 온도가 낮아져서 물로 응축된 후에 또다시 증기 발생기로 물이 공급되는 순환 과정을 반복한다.

경수로는 중수로에 비하여 중성자의 흡수가 많은 반면, 핵연료로는 농축 우라늄만을 쓸 수 있다. 이는 미국에서 개발되어 실용화된 동력로이며 원자력발전소, 원자력잠수함, 원자력선 등의 동력원으로 사용하고 있다. 냉각 방식에 따라 비등수형 (boiling water reactor, BWR)과 가압수형 (pressurized water reactor, PWR) 2종류가 있다.

경수로의 연료는 농축우라늄인데 농축우라늄 중에서 핵분열을 일으켜서 에너지를 발생시키는 우라늄235가 포함된 비율은 3%이다. 97%의 나머지는 발전 후에 폐기 처리되거나 또는 재처리되어 사용된다. 경수로에서도 핵폭탄의 연료가 되는 플루토늄이 나오지만 그 양이나 순도가 많이 떨어져 핵무기의 원료로 전용될 가능성이 거의 없다. 이와 같이 순수하게 발전용으로 개발된 경수로는 상대적인 안전성으로 전 세계 상업용 원자로의 대부분인 85% 이상을 점유하고 있다.