핵연료의 가공분야

핵연료는 “Yellow Cake/Urania”라고 하는 것에서 출발한다. 옐로케이크의 우라늄은 거의(>99%) 대부분이 U-238 이며 여기에는 방사능이 매우 낮은 물질이 포함되어 있다. 이를 가공해서 용도에 맞게 농축한다.

저렇게 손으로 만져도 그리 위험하지 않은 것을 보면, 여기에서 방사능만 안 나온다면, 그냥 곱디고운 노란 염.안료 같다. 

말린 파프리카 가루 같은 이것을 지금도 널리 사용하고 있는 핵연료로 가공하거나 농축하는 길은 다음의 3가지 방법이 있다.

① 1세대의 방법으로 가스확산법이 있는데 지금은 거의 사용하지 않는다. 

② 그 다음의 2세대 방법으로 현재에도 북한이나 이란 등에서 널리 사용되는 원심분리법이 있다.

그리고 여기에서 더욱 발전된 최첨단의 방법으로 

③ 3세대의 레이저 추출법(Laser Excitation)이 있다. 레이저 추출법은 원심분리에 비하여 그 효율이 20배나 높다. 농축효율이 높아 공정이 간단하며 전력소모 등의 농축공정비용이 매우 저렴하다.

이 농축방법은 일전에 가생이에 발제한 글에서 소개한 것과 같이, 우리의 생산기술연구소에서 이미 확보하고 있는 공정기술이다.

https://www.kitech.re.kr/webzine/view.php?idx=166&m=13

http://www.gasengi.com/main/board.php?bo_table=military&wr_id=645993&sca=&sfl=wr_name%2C0&stx=singularian&sop=and

이렇게 농축된 원전연료 중에서 경수로 분야의 핵원료 시장은 4개의 다국적 회사가 공급을 지배하고 있다. :

① 프랑스의 Areva/Orano,

② Global Nuclear Fuel(GNF a GE and Hitachi),

③ TVEL Russia and

④ Westinghouse(Uranium Asset Management, Ltd).

이 외에는 그냥 이 물건에 손대면, 쥐도 새도 모르게 제임스 본드한테 그냥 뒤진다.

이중 미국의 원전관련 회사로 위에서 두 번째로 GE-Hitachi(GEH)가 있다. 영어로의 회사 사훈은 “provider of advanced reactors and nuclear services”이다. 2007년에 설립되었으며 전세계 3,000명의 인력을 보유하고 있다. 60% owned by GE and 40% by Hitachi. 왕성했던 전성기 때와 비교하여 무지하게 쪼그라들었다. 사장은 GE의 원전 담당이 하고 있다.

Ref : https://nuclear.gepower.com

GEH는 미국 정부의 허가를 얻어 핵주기를 완성한 회사이다. GEH는 BWRX-300이라고 하는 소형 모듈러 발전을 개발하고 있으며, 원전연료의 수급 및 전력의 생산(원자력 서비스)을 하고 있다.

여기에 원전연료를 채굴, 가공 및 공급하는 협력회사로 ;

www.cameco.com 세계 최대 우라늄 생산업체가 있다. 두 개의 캐나다 Candu 연료 제조업체 중 하나이다. 우라늄 농축 능력 보유. 우라늄 정제 및 연료 제조 서비스 공급업체. 참고로 1999년 해체된 러시아 핵무기에 포함된 고농축 우라늄(HEU)에서 추출한 천연 우라늄을 국책으로 구매계약을 체결도 했다. 중국 광동 원자력 발전소 및 중국 원자력 에너지 산업 공사에 원전연료 공급중이며, 일본의 도쿄전력에도 공급중이다.

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본 글을 쓰려고 한 이유는 GEH의 방계사인 Cameco와 이의 자회사로서 다음의 회사가 있다는 것을 이야기 하고 싶어서 이다. 즉 www.silex.com.au라고 하는 회사인데, 최근 미국이 호주에 원잠을 공급하는 것과 아울러 우리가 눈여겨 볼 핵연료 농축, 사용 후 연료 재처리 등의 공정기술을 가진 회사이다. 회사이름이 Silex인 것은 Separation of Isotopes by Laser EXcitation(레이저를 통한 동위원소 분리)에서 추출하였다.

Silex의 판매 상품은 세 가지가 있는데, U-nat이라고 하는 U235 0.7%, LEU라고 하는 U235 3~5% 그리고 HALEU(High Assay LEU)로 U235 19.9%가 있다.

Silex는 최근 미국 정부와 미국에 보관되어 있는 사용 후 연료를 레이저 추출법으로 처리하는 계약을 체결 하였다. 그간 미국은 폐 연료의 자력 추출을 하지 않았다. 이미 플루토늄을 충분히 확보하고 있는 부자이니까.

이렇게 된다면 호주는 미국의 지원으로서 덩달아 핵주기를 완성할 수도 있다는 이야기가 된다. 이것은 분명 작은 일이 아니다. 이로서 핵확산 뚝은 터져버렸다, 즉 좋은 표현으로서 Ice Breaking. 이것으로 당연히 타 핵보유국이 자신의 동맹국에게도 같은 지원을 할 수 있다는 명분을 줄 수 있게 되는 것이다. 공식 핵보유국 모두 자신들도 자신의 동맹국 하나쯤은 핵무장 뒷배를 봐줘도 된다는 생각이 들지 않을까. 

왜 나만 가꾸 그려, 나도 조커 카드하나 쯤은 쥐구있다구. ^^

동시에 한국에게도 외교적으로 논쟁을 개시할 수 있는 명분을 준 것이다.

이처럼 미국은 핵비확산을 빌미로 전 세계 핵연료 시장을 좌우하고 있으며 이 꿀을 빠는 것과 같은 일은, 현재의 국제 정치적 상황 쭈욱 이어진다면, 앞으로도 수 십 년을 넘어 우리의 자손 만대로 이어지지 않을까 생각한다.

핵연료 주기의 도표이다. 한국의 경우 모두가 다 알다시피 협정에 의하여 녹색부분은 금지이고 청색 부분만 할 수 있도록 강제되어 있다. 

미국은 그동안 자국내에서 폐연료 재처리를 하지 않고 있었던 것으로 알려졌다. 그러나 이로서 호주는 미국에 축적된 폐연료 잔존물 정제산업에 참가할 수 있었으며, 자가 소요분 핵원료의 획득에 한걸음 앞서있음이다. 즉 호주는 미국의 배려로 잠수함용 핵연료를 확보했다.

참고로 한전원자력원료는 세계에서 유일하게 경수로용 연료와 중수로용 연료(봉)를 모두 생산하고 있다. 한국의 경우 옐로케이크를 산 다음, 다른 국가에 맡겨 농축을 한 후에 다시 들여와 성형/가공하여 원자로에서 사용한다. 중동에 수출된 연료도 한국이 만들어 공급하고 있다. 이렇게 발생된 사용 후 연료는 노지에 보관하고 있다.

그러나 주위 국가들은 정광을 수입만 한다 뿐이다(이것도 일본만). 한국은 이렇게 발생된 사용 후 연료를 파이로프로세싱이란 재처리 기술을 도입하여 처리하려고 미국과 낑낑대며 협상중이다.

중수로용 원자력연료는 우라늄-238이 99.29%, 우라늄-235가 0.71%로 구성돼 있는 천연우라늄을 그대로 사용하지만 경수로용 원자력 연료는 우라늄-235의 구성을 2~4%로 높인 저농축우라늄을 사용한다. 향후 Silex에서 생산된 연료는 다음 그림의 SMR 등에서 사용될 것으로 보인다.

IAEA에서 발표한 현존 SMR 개발 project 현황이다. 이중 가장 빠른 것은 차이나의 HTR-PM이 있다.

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참고 여담으로 한국은 2015년 이후 원자력 발전소용 연료(정제된 것)를 러시아와 중국에서 더 싸게 구할 수 있기 때문에 미국으로부터의 농축 우라늄 구매를 중단했다.

이 구매 중단을 본 워싱턴의 한 언론은, 한국은 미국과의 공동의 목표를 기반 한 비확산 정책을 견고하게 지키고 있지만, 한국의 원자력 수출 동의 이후(아마도 중동원전연료의 수출 건 협상?) 발생된 미국으로부터의 농축 우라늄 구매를 중단은, 상업적 이유에서는 충분히 이해할 수 있는 일이지만, 한미간 새로운 협상이 완료된 뒤 나온 결정으로 이를 배신으로 여긴다. ^^

그런데 한국의 오래된 속담에 “외할미 떡도 커야[싸야] 사 먹는다”라는 말이 있다. 다만 한국에서는 “오래되고 낡은 빨대를 잠시 치웠다”고 볼 것이다. 왜냐하면 값 내리면 또 올 거니까.

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말미에 하고 싶은 이야기 ;

요즘 미국 언론에서도 핵핵 거리며 방귀를 냅다 뀌고 있는데, 방귀도 잦으면 결국에는 ... 건디기도 나...오 ...

그리고 뭐시 중한가 하면, 뭣보다도, 재처리여... 그리고 이 글이 좀 중구난방이라 이해하기 복잡혀... 

한국이 국제 정치에 좀 늦어서 글치 돈이 읍냐 기술이 읍냐 ...