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RBMK

RBMK

RBMK는 구소련에서 플루토늄(Pu) 생산을 목적으로 개발한 독특한 원자로로서, 개량형 기체냉각원자로(Advanced Gas-cooled Reactor: AGR)와 같이 흑연을 감속재로 사용하고, 비등경수로(Boiling Water Reactor: BWR)와 같이 냉각재로 사용하는 경수의 비등을 허용하며, CANDU에서와 같이 압력관을 사용한다. 1954년 러시아 Obninsk에 건설된 5 MWe 실증로에서 처음으로 전력을 생산하기 시작하였으며, 1986년 4월 26일에 사고가 발생했던 체르노빌 원자로도 같은 RBMK였다. 현재, 15기의 RBMK에서 전력을 생산하고 있는데 러시아에 11기가 있고 우크라이나와 리투아니아에 각각 2기가 운전되고 있다. RBMK에서 생산되는 전력은 전세계적으로 운전되고 있는 원자력발전소의 전체 출력 중 약 4%를 차지한다.

RBMK 구조도 이미지입니다.

https://www.euronuclear.org/wp-content/uploads/2019/08/rbmk-300x203.jpg
  • (1) 핵연료
  • (2) 압력관
  • (3) 흑연 감속제
  • (4) 제어봉
  • (5) 보호기체
  • (6) 물/증기
  • (7) 습분 분리기
  • (8) 증기
  • (9) 터빈
  • (10) 발전기
  • (11) 복수기
  • (12) 순환수펌프
  • (13) 해수
  • (14) 급수펌프
  • (15) 예열기
  • (16) 급수
  • (17) 냉각재
  • (18) 냉각재펌프
  • (19) 냉각재배분탱크(Water Dispenser Tank)
  • (20) 강철 벽
  • (21) 콘크리트 차폐체
  • (22) 원자로 건물

원자로 노심은 감속재로 사용하는 거대한 흑연 Block과 약 1600개의 수직 압력관(직경 8.89 cm (3.5 in))으로 구성되어 있으며, 흑연 Block은 직경 약 12.8 m (42 ft)의 강철 용기에 둘러싸여 있다. 압력관에는 핵연료집합체가 있으며, 이 핵연료집합체는 직경이 1.27 cm (0.5 in)인 핵연료봉 18개로 구성되어 있다. 흑연 Block과 압력관 사이를 통과하는 약 6.9×106 Pa (1000 psi)의 냉각재(물)는 2 세트의 핵연료집합체로부터 열을 전달받아 BWR과 같이 노심에서 직접 증기로 변환되고, 이 물-증기의 혼합물은 습분분리기로 이동한다. 분리된 건조증기는 터빈을 통과하면서 전기를 생산하고, 이후 응축 및 예열 과정을 거쳐 다시 원자로로 주입된다. 한편, RBMK의 노심에는 흑연에서 냉각재로의 열전달을 향상시키고 흑연의 산화가능성을 감소시키기 위하여 헬륨-질소 혼합기체(보호기체)를 사용한다.

RBMK는 CANDU와 같이 운전 중에도 핵연료를 재장전할 수 있고, 막대한 출력을 얻을 수 있다는 장점이 있다. RBMK의 가압된 냉각재는 압력관 속으로 흐르기 때문에 압력용기가 필요하지 않으며, 다수의 압력관을 원자로 내부에 설치할 수 있으므로 원자로출력의 한계가 이론적으로 존재하지 않는다. 즉, 체르노빌 원자로는 1000 MWe로 설계되었지만, 2000 MWe로도 변경할 수 있다.

한편, RBMK의 단점 중 하나는 노심이 상당히 크기 때문에 제어가 어렵다는 것이다. 체르노빌 원전에는 200개의 제어봉이 있으며, 이는 Paks 원전의 37개보다 5배 많은 수이다. RBMK의 또 다른 단점은 기포계수(Void Reactivity Coefficient)가 특정 경우에 양(Positive)의 값이 될 수 있다는 것이다. 이는 사고가 발생했을 때 냉각재 비등이 반응도를 증가시킬 수 있는 양의 궤환효과(Positive Feedback)로써 체르노빌 사고시 상황을 더 악화시켰던 원인이었다. 즉, 감속재인 흑연보다 중성자를 더 많이 흡수하는 냉각재(물)가 끓기 시작하면 물의 밀도는 감소하고, 밀도가 감소한 물은 중성자를 상대적으로 적게 흡수하게 되므로 전체 중성자의 수는 증가할 것이다. 따라서, 안전성을 향상시키기 위하여 대다수 RBMK 원자로는 기포계수가 0이 되도록 설계하고 있다. 반면, Paks VVER 원자로는 감속재와 냉각재가 모두 흑연이기 때문에 다른 PWR과 같이 기포계수가 항상 음(Negative)의 값을 가진다.

미국에서도 플루토늄 생산을 위해 50개의 흑연감속-경수냉각 원자로를 운전하였지만, RBMK의 단점 때문에 이와 같은 원자로를 건설하지 않았으며, 체르노빌 사고 후에는 운전 중인 흑연감속 원자로를 모두 정지시켰다.


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