원자로의 유형7 - THTR(토륨고온냉각로)

토륨고온냉각로(THTR - Thorium High Temperature Reactor)

 

GCR 중 한 유형입니다.
현재까지 독일에서 운전되고 있습니다.
열출력은 760MW이고, 전기출력은 306MWe로, 열효율 40.5%입니다.
원자로에서 생산된 열은 냉각재인 헬륨 기체에 의해 제거됩니다.
원자로 상부로 주입되 250℃의 헬륨이 750℃까지 가열되어 원자로 하부로 나옵니다.
고온의 헬륨은 6개의 증기발생기에 열을 전달합니다.

 

 

1. 원자로 노심
2. 흑연 중성자 반사체
3. 철 차폐체
4. 증기발생기
5. 냉각기체 송풍기
6. 콘크리트 압력건물
7. 제어봉
8. 핵연료 출구
9. 핵연료 입구
10. 헬륨 냉각기체
11. 기체누설방지 강철 쉘
12. 증기
13. 급수 예열기
14. 급수 펌프
15. 고압 터빈
16. 저압 터빈
17. 발전기
18. 여자기
19. 복수기
20. 순환수
21. 순환수 펌프
22. 냉각탑
23. 공기

 

 

 

 

일반적으로 GCR 1차계통 압력은 2차계통의 압력보다 낮아, 2차계통의 물이 새어나와 노심으로 들어갈 경우 흑연과 반응하여 압력용기의 압력을 증가시킬 수 있습니다.
그러므로 증기발생기를 여러 개의 작은 용량으로 설치하며, 만일 어느 1개의 증기발생기의 물이 전부 노심으로 들어가 흑연과 반응하여 압력용기의 압력을 증가시키더라도 압력용기가 파손되지 않도록 증기발생기의 용량을 설계합니다.

원자로를 제어하거나 정지시킬 때 51개의 제어봉이 원자로 상부로부터 핵연료 구슬 사이로 삽입됩니다.

이런 형태로 제조된 핵연료는 가압경수로의 핵연료와 같이 완전히 밀폐된 구조 속에 있는 것이 아닙니다.
이런 이유로 핵분열 기체 일부가 핵연료 구슬에서 새어나와 노심 속의 냉각재와 섞일 수 있습니다.
그래서, 이에 대한 안전성을 고려하여 AGR에서와 같이 노심과 1차계통의 냉각배관, 그리고 증기발생기까지 용기내부에 설치할 수 있도록 대형의 구조물이어야 합니다.

 

 

THTR에는 원자로 용기에 핵연료 재정잔 장비가 설치되어 있어, 운전 중에도 신연료로 교체할 수 있습니다.
THTR에는 매일 약 620개의 신연료가 교체되며, 핵연료 구슬은 원자로에서 3년간 연소됩니다.
이 기간동안 핵연료 구슬은 6번 노심을 통과합니다.

 

 

THTR의 핵연료는 지름 6Cm의 구슬형태입니다.
이 구슬은 지름 0.5~0.7mm의 더 작은 구슬 35,000개로 구성되어 있습니다.
이 작은 구슬들은 각각 U-235와 Th-232로 구성되어 있으며, 이 중 Th-232는 U-235의 10배가 포함되어 있습니다.
Th-232는 중성자를 흡수하여 U-233으로 변환되는 증식물자인데, U0233은 저속의 중성자에 의해 핵분열이 가능한 물질입니다.
따라서, 운전 중 원자로에서는 핵연료의 일부가 생성되게 됩니다.
감속재는 흑연을 사용하는데, 작은 구슬들 사이에 층을 이루고 있습니다.