원자로 유형4 - GCR(기체냉각원자로)

원자로 유형4 - GCR(기체냉각원자로)

 

GCR은 기체냉각원자로(Gas Cooled Reactor)의 약자입니다. 즉, 기체를 냉각재로 사용하는 방식의 원자로입니다.
지금까지 본 원자로 유형(PWR, BWR, PHWR)들과는 다른 유형입니다.

 

냉각제로서 이산화탄소나 헬륨은 취급이 쉽고 방사선에 안정하고, 특히 열중성자를 흡수할 확률이 적기 때문에 천연 우라늄을 핵연료로 사용할 수 있습니다.
기체 냉각재는 저압에서도 고온상태의 냉각재를 유지할 수 있어, 열전달계통을 고압용기로 제작할 필요가 없습니다.

 

하지만, 기체는 열전달 특성이 좋지 않기 때문에 원자로 용기 및 열 교환기가 크고 기체펌프의 용량도 커야하는 단점이 있습니다.
따라서 이러한 장단점을 고려해 기체 냉각원자로에서는 핵연료 및 냉각재 온도를 가능한 높임으로써 발전효율을 좋게할 수 있지만, 고온에서 건전성을 유지할 수 있는 핵연료를 개발해야하는 필요가 발생합니다.

 

GCR에 쓰이는 핵연료는 초기에 사용했던 봉형 대신, 작은 구슬형으로 제조하여 핵연료집합체를 만들거나 구슬자체로서 노심을 구성하기도 합니다.

 

<MAGNOX>
초기의 GCR은 1955년 영국에서 개발되었습니다.
금속의 천연 우라늄을 마그네슘 합금으로 피복한 핵연료봉을 흑연 감속재 사이에 장전하여 노심을 구성하였습니다.
이런 형태의 원자로를 마그네슘 합금인 핵연료 피복재의 이름을 따서 MAGNOX라고 불렀습니다.

 

1960년대에는 주로 군사적인 목적으로 Pu-239 생산에 이용하였습니다.
MAGNOX의 냉각재는 대부분 이산화탄소를 사용하였습니다.
핵연료를 천연 우라늄으로 사용하고 특수합금을 원자로 재료로 사용하지 않기 때문에, 전력생산단가가 저렴한 장점이 있습니다.
하지만, 증기 온도 및 압력이 화력발전소보다 낮아 효율이 좋지 않은 단점이 있습니다.

대표적으로 영국의 Calder Hall 발전소가 있고(최초의 MAGNOX형 원자력 발전소), 더 이상 건설되지 않습니다.

 

운전 중인 MAGNOX형 원자료 발전소에서 생산되는 전기출력은 전 세계 원자력발전소의 약 1.1%에 해당됩니다.