원자로 유형1 - PWR

원자로 유형1 - PWR

 

PWR은 가압경수로(Pressurized Water Reactor)의 약자입니다. 즉 '압력을 가한 물을 사용한 원자로'라는 의미입니다.

 

PWR의 특징은 4가지로 볼 수 있습니다.
1. 사용 연료로 저농축 우라늄(우라늄-235 2~5%) 사용
2. 냉각재로 경수(물) 사용
3. 감속재로 경수(물) 사용
4. 연료교체 시 운전정지 후 1/3씩 교체

 

PWR 유형은 세계적으로 생산되는 원자력 전력의 약 64%를 차지합니다. 한국도 16년3월 기준으로 총 25대의 원전 중 21기가 가압경수로입니다.
경수(Light Water - H2O)를 감속재 및 냉각재로 사용하여, 경수형 원자로(Light Water Reactor - LWR)로 분류되기도 합니다.

처음에는 군사적인 목적으로 개발하였습니다.(Westinghouse Bettis Atomic Power Laboratory에서 개발)
이후 상업적 목적으로 개발되어 사용되고 있습니다.(Westinghouse Nuclear Power Division에서 개발)

 

<압력을 가한 물을 사용하는 이유>
물이 끓지 않게 하기 위해서입니다.
물은 1기압에서 100℃면 끓습니다.
150기압의 경우 끓는점이 약 340℃입니다.
계산은 Steam Table로 하는데, 증기의 상태량(압력, 온도, 비체적, 엔탈피)을 압력이나 온도를 기준으로 하여 나타낸 표입니다.
계산식은 복잡하지만 결국 압력이 높아지면 끓는점이 높아지고, 압력이 낮아지면 끓는점이 낮아진다는 결론입니다.

좀 딴소리이지만, 우리가 자주 보는 압력밥솥도 이 원리가 이용이됩니다.
솥 속의 증기가 빠져나가지 못하도록 하여 압력을 높입니다. 이렇게 하면 끓는점이 높아져 잘 익지 않는 음식(대표적으로 쌀밥이죠.)을 조리하기가 쉬워지고, 동일 시간에 열을 더 많이 전달시켜 조리시간이 짧아집니다.

본론으로 들어가서 냉각수가 끓으면, 연료봉 표면에 기포가 생깁니다. 수증기로 이루어진 기포는 물에 비해 열을 전달하는 능력이 낮아 기포가 생긴 부분의 온도는 계속 상승하게됩니다. 그러면 원자로의 연료봉이 녹아버려 사고로 이어질 가능성이 높아집니다.

 

<가압경수로 계통>
보통 원자로, 증기발생기 순환 두 계통으로 보지만 복수기 순환까지 3차로 보기도 합니다.

1차 계통(원자로 순환)
격납용기 내의 원자로, 증기발생기, 가압기, 냉각재펌프 및 냉각재 유로를 포함하는 원자로 냉각재 계통입니다.
1차 계통에서 원자로 냉각재에 150기압으로 압력을 가해 유지합니다.
1차 계통에서 핵분열로 이내 발생한 열에너지를 증기발생기를 통해 2차 계통으로 전달합니다.

2차 계통(증기발생기 순환)
2차 계통에서는 1차 계통에서 받은 열로 증기를 만들어 터빈 발전기를 돌려 전기를 생산합니다.

3차 계통(복수기 순환)
2차 계통에서 터빈을 돌리고 난 증기를 다시 물로 만들어 증기발생기로 보냅니다.