원자로의 유형10 - RBMK(흑연감속 비등경수 압력관형 원자로)

<흑연감속 비등경수 압력관형 원자로(RBMK - Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)>

 

구소련이 개발한 원자로 형식으로, 러시아어 채널형 고출력 원자로의 첫글자를 따서 RBMK라고 부르고 있습니다.

 

원래 구소련에서 Pu 생산을 목적으로 개발한 독특한 원자로입니다.
AGR(개량형 기체냉각원자로)와 같이 흑연을 감속재로 사용합니다.
BWR(비등경수로)와 같이 냉각재로 사용하는 경수의 비등을 허용합니다.
PHWR(가압중수로)와 같이 압력관을 사용합니다.
또한, 1986년4월26일에 사고가 발생했던 체르노빌 원자로도 RBMK였습니다.

 

 

 

현재 러시아에 11기가 있고 우크라이나와 리투아니아에 각각 2기가 있으며, 원자력발전소 전체 출력 중 약 4%를 차지하고 있습니다.
미국에서도 플루토늄 생산을 목적으로 50개의 RBMK를 운전하였지만, 체르노빌 사고 후에는 모두 정지시켰습니다.

 

원자로 노심은 감속재로 사용하는 거대한 흑연 Block과 약 1,600개의 수직 압력관으로 구성되어 있습니다.
수직 압력관은 직경 8.89cm이며, 흑연 Block은 직경 12.8m의 강철 용기에 둘러싸여 있습니다.
압력관에는 핵연료집합체가 있으며, 이 핵연료집합체는 직경 1.27cm인 핵연료봉 18개로 구성되어 있습니다.
흑연 Blcok과 압력관 사이를 통과하는 냉각재(물)는 2세트의 핵연료집합체로부터 열을 전달받아 BWR과 같이 노심에서 직접 증기로 변환됩니다.
이 물과 증기의 혼합물은 습분분리기로 이동하여 분리된 건조증기는 터빈을 통과하면서 전기를 생산하고, 이후 응축 및 예열과정을 거쳐 다시 원자로에 주입됩니다.
RBMK의 노심에는 흑연에서 냉각재로의 열전달을 향상시키고 흑연의 산화가능성을 감소시키기 위해 헬륨-질소 혼합기체(보호기체)를 사용합니다.

 

 

 

 

 

비등경수로처럼 경수의 비등을 허용하기 때문에 운전 중에도 핵연료를 재정전할 수 있습니다.
가압중수로처럼 압력관을 가지고 있어, 가압된 냉각재가 압력관 속으로 흐릅니다. 그래서 압력용기가 필요하지 않으며, 다수의 압력관을 원자로 내부에 설치할 수 있어 원자로 출력의 한계가 이론적으로 존재하지 않습니다.

 

 

노심이 크기 때문에 제어가 어렵습니다. 체르노빌 원전의 경우 200개의 제어봉이 있습니다.
또 다른 단점으로 기포계수(보이드계수라고도 하며, 물질영역 1%의 공간이 보이드화하였을 때의 반응도 변화로 표시)가 특정경우에 Positive 값이 될 수 있습니다. 이 특징 때문에 체르노빌 사고시 상황이 더 악화되었습니다.
감속재인 흑연보다 중성자를 더 많이 흡수하는 냉각재(물)가 끓기 시작하면 물의 밀도는 감소합니다.
밀도가 감소한 물은 중성자를 상대적으로 적게 흡수하여 전체 중성자의 수가 증가합니다.