원전 해체니 아니니 싸울 문제는 저도 아니라고 생각은 드네요.

뉴스등을 고려해볼때 신재생에너지 늘리면서 SMR 소형 모듈 원자로가 대세인거 같긴한데요.
하지만 이것도 생각보다 방폐물량이 만만치 않다는 뉴스도 보았고...

한국에서 개발한 SFR원자로가 SMR 원자로랑 같은 나트륨 냉각 방식이고 파이로프로세싱 기술로 폐연료봉 재처리도 가능하다는 뉴스를 본적이 있습니다.

SFR 소형화 해서 한국 독자기술로 한국형 SMR이 국내 원전 기술도 보전하고 방폐물량에서 그나마 낫지 않나 생각이 드네요.

원전과 같은 경직성전원과 재생에너지와 같은 변동성전원은 둘중 어느 한쪽비율이 일방적으로 크면 상관없는데 비율이 비슷해지면 보통의 경우라면 서로 궁합이 맞지 않습니다. 그런 측면에서 SMR이 대응성 좋다고 이야기를 하지만 기존원전도 부하변동성에 따른 대응능력이 없는건 아닙니다. 이건 원전설계에 따른 능력문제나 운영경험여부의 문제이지 단순히 원전타입의 문제는 아닙니다.

SMR을 통해 발전량 대비 사용후핵연료 양을 줄이는 효과는 볼수 없을 것입니다. SMR은 기존원전보다 발전효율이 떨어집니다. 단지 안전문제라든지 수원으로부터 자유로와서 입지조건이 상대적으로 덜 까다롭다는 점, 건설기간 짦고  건설비용이 저렴하다는 점 그리고 언급한 것처럼 부하변동성에서 보다 유연하다는 점등 때문에 그래서 기존화력발전의 대체원으로 주목을 받고 있는거죠.

SMR은 실용화되더라도 기존의 수냉각방식이 가장 먼저 나올것입니다. 가장 많이 연구되고 있고 울나라도 마찬가지입니다. 소듐냉각방식은 실용화만 된다면 발전효율면에선 수냉각방식 보다는 우수할 것입니다.

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파이로프로세싱의 개발목표시기는 핵융합실용로를 목표로 한 2050년과 우연히도 일치합니다.

사실 파이로프로세싱은 재활용을 위해 우라늄,플루토늄을 추출해내는 재처리 기술이지 이 자체로 사용후핵연료양을 줄일수 없습니다. 이것까지 줄이려면 고속연소로처럼 따로 핵변환하는 과정까지 거쳐야 합니다.

파이로프로세싱을 굳이 개발하려는 이유는 기존의 습식 PUREX는 순도높게 플루토늄만을 따로 분리할 수 있기 때문입니다. 분리기술로는 최고지만 핵확산저항성 측면에선 안좋은 기술입니다.  하지만 파이로프로세싱은 높은 수준의 순도로 플루토늄만을 따로 분리해낼 수 없죠. 그래서 재활용을 할수 있으면서도 핵무기 개발은 못하게 되죠.

어차피 울나라에서 고준위 방폐장이 예상대로 건설되더라도 2050년대는 되야 합니다. 재처리와 핵변환을 하지 않는 이상 사용후핵연료는 십만년이라는 보관기간을 염두해야 하기 때문에 그 기간을 상정한다면 사실 파이로프로세싱은 좀 먼 미래까지 내다보셔도 됩니다. 어차피 지하방폐장에 보관하더라도 완전히 봉인하는건 더이상 활용도가 없는 것들만이고,  재처리핵변환을 할수 있는 것들은 수백년뒤라도 다시 꺼내서 활용할테니까요.

주민반대와 같은 정치적인 요인이외에 방폐장건설이 쉽지 않는건 지질학적 요구조건이 까다롭기 때문입니다. 건설하더라도 물이 유입이 되어선 안되고 수십~수천만년 이내에 지각변동으로 인해 인간이 활동하는 영역안에 영향을 주어선 안됩니다. 그럴러면 당연히 주변의 활성단층 여부를 조사해야 합니다. 울나라는 화강편마암 지대가 전체의 2/3이라서 지질조건은 우수하지만 지진특성에 대해선 모르는 바가 아직 많아서 조사하는데 시간이 좀 필요합니다.

https://www.youtube.com/watch?v=xTfFDOPFdkg

폐연료를 사용하는 파이로프로세싱은 2030년 이내에 완공목표입니다.

이미 기본모델(스텔라2) 테스트도 하고 있구여.

물론 2030년을 목표로 한다는 소스도 있기는 합니다만(맨아래 링크) 제가 참고했던 문서들입니다.



1. 파이로-고속로 연계 시스템을 이용한 사용후핵연료 재활용 시나리오(한국원자력연구원, 2015)
https://inis.iaea.org/collection/NCLCollectionStore/_Public/49/108/49108167.pdf

파이로-고속로 도입 시나리오룰 요약하자면, 2050년부터 SFR 상용로 도입을
시작하여, 초기집중 건설 후에 평헝상태 수준으로 설비용량을 축소할 계획이다



2. 파이로프로세싱에 관해 질문드립니다.(한국원자력연구원 Q&A, 2021)
https://www.kaeri.re.kr/env/board/view?pageNum=2&rowCnt=10&no1=271&linkId=9124&menuId=MENU00333

현재 우리나라 파이로프로세싱 기술은 공학규모(회당 kg 처리)로 타당성을 검증하고 있는 단계입니다. 다음 단계인 실용화와 상용화 기술 개발이 순조롭게 이루어진다면, 사용후핵연료의 처분이 시작될 것으로 예상되는 2050년대에는 파이로프로세싱도 상용화되어 있을 것으로 예상합니다.


3. 핵재처리는 원전 수백 년 더 짓자는 것(오마이뉴스, 2017)
http://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0002378095

황 교수에 앞서 진술자로 나선 강정민 미국 천연자원방어위원회(NRDC) 선임연구원은 "지난 60여 년간 세계적으로 110조 원 이상을 투자했는데도 고속로를 상용화(본격 활용)한 나라가 없다"며 "일본과 프랑스조차도 상용화 가능 시기를 2050년 이후로 보고 있다"고 지적했다.


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소듐냉각고속로 개발 현황 및 주요 특성 (한국원자력연구원, 2017)
https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchReport.do?cn=KOSEN000000000000344

핵폐기물 최소화를 통한 지속적인 에너지 생산, 소외 전원이 필요 없는 피동 안전성 확보, 핵확산 방지, 높은 경제성 등의 특성을 지니며, 2030년 실용화를 목표로 선진국을 중심으로 한 국제 공동 연구를 통해 개발되고 있다. 중국은 현재 실험용 소듐냉각고속로를 가동 중이며, 2030년경 상업 운전을 목표로 개발 진행 중이다. 프랑스는 발전출력 600MW급의 ASTRID를 2020년 개발 목표로 연구 진행 중이다. 러시아는 여러 기의 소듐냉각고속로를 운전 중이며, 2020년까지 안전성을 강화하고 사용후핵연료 문제를 해결할 수 있는 소듐냉각고속로 개발을 목표로 연구를 진행하고 있다

좋은글이네요 퍼가도 될까요?

어떻게 계산하든 2만년 동안의 보관비용을 빼면 그건 정확한 외부비용이 아님.

폐연료를 다시 태우는 방식은 2만년에서 3백년으로 줄입니다.

면적도 최소 10분의 1에서 100분의 1까지 생각하고 있구여.

결국 예전에 비하면 추가 관리비는 안들죠.

아직 완성되지도 않았고 완성될지 알지도 못하는 기술입니다.

그게.... 핵융합기술에... 아니 정확히 말하면.

레이저 플라즈마 기술이 개발되면 상당한 경제성이 발생하게 됩니다.

플라즈마 소각 이라는 기술이 상당부분 진행된 상황입니다.


이건 현재 핵융합발전소의 핵심 온도가열방식인데...  일반적인 연료를 태우는 것보다는
레이저를 이용한 플라즈마를 형성해서 이에 대한 소각방식을 가지고 가는 기술을 미국이 현재 개발중이고 상당한 기술적인 노하우를 축척하고 있는 중입니다.

우선적으로 핵융합발전의 플라즈마 생성방식자체가 달라서.
레이저를 이용한 플라즈마에 따른 온도상승  1억도 이상 .. 관련해서 .
충분히 이에 대한 폐연료.. 아니 방폐물에 대한 소각이 가능해지리라고 보여집니다.

레이저가 기타 플라즈마 생성수단과 비교해서 가질 수 있는 장점은 직진성과 집속성으로 주로 좁은영역, 정교한 작업, 원거리 상호작용에서는 쓸모가 높지만 넓은범위의 열처리에선 에너지효율이 그리 좋은편이 아님.

핵융합에서 레이저는 관성봉입(ICF)을 위해 쓰임. 참고로 내폭형 핵폭탄이 관성봉입방식임. 레이저 핵융합에선 레이저 자체 또는 레이저에 의해 발생한 X선이 내폭형 핵폭탄의 기폭을 위한 성형작약과 같은 역할을 해줌.

ICF 핵융합에선 레이저를 매우 작은 영역에서 엄청난 출력의 레이저를 집속시키는 것이기 때문에 폐기물과 같은 대규모 물질을 소각하기 위한 수단으로 사용하려는건 비효율 그 자체임.



사실 플라즈마가 사용후핵연료,관련 폐기물 처리나 소각을 위해 실제 쓰이고 있거나 쓰려고 연구가 되고 있음. 하지만 거기서의 플라즈마 소각은 레이저 방식이 아니라 RF방식이나 아크방전 방식이고 좀 목적도 몇몇 부류로 나누어야 함.

RF파는 토카막핵융합에서 플라즈마 온도를 수천만도에서 1억도 수준으로 올리기 위한 주요한 두가지 방식중 하나로 쓰이기도 하지만 기체를 활용 플라즈마 자체를 만들기 위해서 쓰이기도 함. 단 이 경우엔 고진공내의 저압 플라즈마 가열이 아니라 대기압하에서의 기체가열수준이라서 온도가 수천도정도. 이걸 이용해서 폐기물 처리와  관련 몇가지 쓰임새들이 있음.

하나는 유리화시키는 것으로 고준위의 경우는 차폐를 통한 안정화목적으로 중저준위의 경우 부피축소,일부 휘발성 핵종분리, 안정화목적 으로 사용됨. 단 여기서 고온으로 가열시키는건 레이저가 아니라 플라즈마 토치임.

좀더 발전된 유형은 아예 전부다 기화시켜 플라즈마화 한뒤 핵종까지 분리시키는 것임. 우라늄235와 238울 원심분리기로 분리시키는것과 비슷하지만 여기서는 자기장 또는 전기장X자기장을 활용해서 로렌츠힘을 이용해 질량별로 분리한다는 것이 차이. 다만 이건 아직 연구개념이거나 실용화단계는 아님. 사용된 전력대비 처리율이 너무 낮음. 


결론:

- 레이저는 소범위, 정교한 작업, 원거리 상호작용에서 강점을 보인다.
- 플라즈마 생성을 위한 레이저 활용은 폐기물과 같은 대용량 처리에는 비효율적이다
- 핵융합에서 사용하는 레이저는 엄청난 고출력이 요구되고 핵폭발의 직간접적 기폭장치와 같은 역할을 한다

- 플라즈마 소각에 사용되는건 레이저가 아닌 주로 RF파나 아크방전
- 유리화와 같은 차폐와 부피축소,일부핵종분리 목적으로는 플라즈마 토치형태로 고준위,중저준위 모두 이미 실용화되어 있다
- 중요 핵종분리를 위한 사용후핵연료의 플라즈마 기술(역시나 플라즈마 토치)은 연구중으로 현재까지는 효율은 매우 안좋다.