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[IT뉴스]600도서 소듐으로 사고 재현…테라파워도 반한 韓 원자로 시험실

온카뱅크관리자

2026-07-29 17:57:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> ■원자력硏 SFR 종합시험동 가보니 125분의 1 크기로 만든 ‘스텔라-2’ 소듐냉각고속로와 동일 환경 구현 설비 고장 등 반복해 안전성 검증 지난해 美테라파워에 기술수출도 물 대신 소듐 쓰는 차세대 원자로 상용화 위해 인력·예산 확보 과제 
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 이달 24일 대전 한국원자력연구원 소듐냉각고속로(SFR) 원형로 종합효과시험동. 연구원들이 높이 30m의 거대한 녹색 철제 구조물을 오가며 분주하게 시험 준비를 하고 있었다. 여러 층으로 얽힌 구조물 안에는 물 대신 액체 소듐이 흐른다. 배관과 펌프, 열교환기, 원자로 모의용기가 연결된 이 시설은 SFR의 사고 상황을 재현하는 종합효과시험시설 ‘스텔라-2(STELLA-2)’다. 핵연료와 방사성물질을 사용하지 않지만 실제 원자로와 유사한 온도와 냉각재 흐름을 구현한다. 펌프를 멈추거나 열을 외부로 방출하는 설비를 고장 내는 등 실제 원자로에서는 시도하기 어려운 사고 시험도 반복할 수 있다.
 이제환 원자력연 4세대원자로기술개발부장은 “설계도와 전산해석 결과만으로 원자로의 안전성을 입증할 수는 없다”며 “실제 장치에서 사고 현상을 재현하고 계산 결과가 맞는지 확인해야 인허가에 필요한 신뢰를 확보할 수 있다”고 설명했다.
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 <img alt="스텔라-2 전경" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/29/seouleconomy/20260729175252312exmy.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="5ch4JrDgWK" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/29/seouleconomy/20260729175252312exmy.jpg" width="658">
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 스텔라-2 전경
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 세계 각국이 소형모듈원자로(SMR)를 포함한 차세대 원자로 개발 경쟁에 뛰어들면서 정부도 핵심 기술 확보와 실증 기반 구축에 속도를 낼 계획이다. SMR은 일반 대형 원전보다 출력을 낮추고 주요 설비를 모듈 형태로 제작하는 원자로를 통칭한다. 기존 원전처럼 물을 냉각재로 쓰는 경수로형부터 액체 소듐을 이용하는 SFR, 녹인 소금을 사용하는 용융염원자로(MSR), 헬륨으로 열을 식히는 고온가스로까지 원리와 구조가 다양하다.
 현재 원자력연은 고온가스로와 용융염원자로 등 여러 비경수형 차세대 원자로를 개발하고 있다. 그중 사용후핵연료의 자원 활용도를 높이고 고준위 방사성폐기물의 관리 부담을 줄일 수 있는 SFR 기술을 1997년부터 약 30년간 축적해왔다. 2009년에는 개별 기기의 성능을 검증하는 스텔라-1 설계에 착수했고 이후 원자로 전체 계통의 안전성을 검증하는 스텔라-2로 시험 범위를 넓혔다.
 소듐은 끓는점이 약 883도로 높아 대기압에 가까운 낮은 압력에서도 고온 운전이 가능하고 열전달 성능도 뛰어나다. 빠른 중성자를 이용해 사용후핵연료에 남은 물질을 다시 연료로 활용하거나 장기간 방사선을 내는 물질을 줄이는 데도 유리하다. 반면 내부를 눈으로 관찰하기 어렵고 공기나 물과 접촉하면 격렬하게 반응한다. 스텔라처럼 누설 방지와 순도 관리, 고온 소듐의 온도·수위·유량을 측정하는 별도 기술이 필요한 이유다.
 스텔라-2는 가로 18m, 세로 15m, 높이 30m 규모다. 실제 SFR의 길이는 5분의 1, 부피는 125분의 1로 축소했지만 내부 장치의 높이와 배치 비율, 소듐의 운전 온도는 최대한 비슷하게 구현했다. 약 11톤의 소듐을 넣고 핵연료 대신 500㎾급 전기히터를 이용해 최대 600도 안팎까지 가열한다. 시험의 핵심은 사고가 발생했을 때 원자로가 안전하게 식는지를 확인하는 것이다. 냉각재 펌프가 갑자기 멈추거나 열을 외부로 내보내는 설비가 고장 난 상황, 배관이 파손된 상황 등을 재현한다. 핵분열이 중단된 뒤에도 방사성물질의 붕괴로 잔열이 계속 발생하기 때문이다. 스텔라-2는 전원과 펌프가 끊겨도 뜨거운 소듐이 위로 올라가고 식은 소듐이 아래로 내려오는 ‘자연순환’을 통해 잔열이 제거되는지를 살핀다.
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 <img alt="한국원자력연구원 연구진이 24일 한국원자력연구원에서 스텔라-2의 기본 기능을 설명하고 있다. 사진제공=한국원자력연구원" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202607/29/seouleconomy/20260729175253747yddl.jpg" data-org-width="1200" dmcf-mid="1PDq6NgRhb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202607/29/seouleconomy/20260729175253747yddl.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원 연구진이 24일 한국원자력연구원에서 스텔라-2의 기본 기능을 설명하고 있다. 사진제공=한국원자력연구원
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 연구진은 곳곳에 설치한 온도계와 유량계·압력계로 사고 직후 소듐의 변화를 초 단위로 측정한다. 이 데이터는 원자로 사고를 예측하는 안전 해석 코드의 정확성을 검증하는 데 쓰인다. 실제 시험에서 나타난 현상을 전산 코드가 제대로 예측해야 아직 건설되지 않은 원자로의 사고 상황도 신뢰성 있게 분석할 수 있어서다. 대형 소듐 시험시설의 설계·구축부터 운영, 실험 데이터 생산까지 전 과정을 수행할 수 있는 한국의 역량은 세계적으로도 드물다.
 이 같은 역량은 해외 기술이전으로 이어졌다. 원자력연은 2025년 빌 게이츠가 설립한 미국 테라파워에 스텔라 장치의 설계·제작 노하우와 관련 지식재산권을 500만 달러(약 70억 원대)에 이전했다. 올 5월에는 테라파워 직원 10여 명이 원자력연을 찾아 소듐시설의 설계·운영과 취급에 관한 실무 훈련을 받았다.
 원자력연과 미국 아르곤국립연구소는 2025년부터 스텔라-2의 시험 데이터를 활용해 아르곤이 개발한 SFR 안전해석 코드 ‘SAS4A/SASSYS-1’을 검증하는 공동연구도 진행하고 있다. 과거 미국과의 협력을 통해 SFR 설계·해석 기술을 발전시킨 한국이 이제 미국 기업에 시험시설 구축 기술을 이전하고 미국 국립연구소와 안전해석 코드 검증을 공동 수행하는 단계에 이른 것이다.
 다만 스텔라-2를 통해 안전성을 검증하더라도 이를 실제 SFR 건설과 상용화로 연결하기까지는 상당한 시간이 걸릴 것으로 보인다. 원자로를 설계하고 실증할 연구개발 인력뿐 아니라 안전성을 심사할 규제 전문 인력과 장기적인 예산도 함께 확보해야 하기 때문이다.
 이 부장은 “한국이 SFR의 모든 분야에서 앞선 것은 아니지만 소듐 계통 구축과 원전 기자재 제조, 대형 시험시설 운영과 안전성 검증에서는 세계를 이끌 역량을 갖췄다”며 “축적한 시험 능력이 실제 원자로 건설과 수출로 이어지려면 연구·실증·인허가를 연결하는 장기적인 지원이 필요하다”고 강조했다.
 서지혜 기자 wise@sedaily.com
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