중국, 토륨으로부터 우라늄을 ‘증식’해 에너지 자립의 이정표 달성

 (scmp.com)
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  • 중국 과학원이 고비 사막에서 개발한 실험용 원자로가 토륨을 우라늄으로 전환하는 연료 변환에 성공
  • 이 2메가와트급 액체연료 토륨 기반 용융염 원자로(TMSR) 는 세계에서 유일하게 토륨 연료를 실제로 장전·사용한 사례
  • 실험 결과는 용융염 원자로 시스템에서 토륨 자원의 기술적 활용 가능성을 입증한 초기 증거로 평가됨
  • 중국 과학원은 이번 성과가 청정하고 지속 가능한 핵에너지 기술 발전의 중대한 도약이라고 설명
  • 이 기술은 중국의 에너지 자립과 장기적 핵연료 공급 안정성 확보에 중요한 의미를 가짐

고비 사막의 실험용 토륨 원자로 성과

  • 중국과학원 상하이응용물리연구소가 고비 사막에서 개발한 실험용 원자로를 통해 토륨을 우라늄으로 전환하는 데 성공
    • 이 원자로는 2메가와트급 액체연료 토륨 기반 용융염 원자로(TMSR) 형태
    • 실험은 핵분열 기반 혁신 기술의 성공적 구현으로 평가됨

세계 유일의 토륨 연료 사용 원자로

  • 해당 TMSR은 현재 세계에서 유일하게 토륨 연료를 실제로 장전하고 사용한 원자로로 확인됨
    • 이는 기존 핵연료 체계와 다른 토륨-우라늄 연료 주기의 실증 사례로 주목됨

기술적 의미와 향후 전망

  • 중국과학원은 이번 실험이 용융염 원자로 시스템에서 토륨 자원의 기술적 실현 가능성을 입증했다고 발표
    • 이 결과는 청정하고 지속 가능한 핵에너지 확보를 위한 중대한 기술적 진전으로 간주됨
  • 기사에서는 추가적인 상용화 계획이나 일정에 대한 언급은 없음

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Hacker News 의견

  • 흥분하기 전에 이번 실험이 정확히 무엇을 의미하는지 이해할 필요가 있음
    중국은 토륨을 우라늄으로 변환하는 실험용 원자로를 가동했는데, 변환 비율이 0.1에 불과했음
    즉, 새로운 핵분열성 원자 하나를 만들기 위해 기존 핵연료 10개를 소모한 셈임
    일반 원자로에서도 이런 변환은 일어나며, 경수로는 0.6, 중수로는 0.8 정도의 비율을 가짐
    따라서 중국의 성과는 기술적으로는 기존보다 낮은 수준이지만, 토륨을 사용했다는 점이 새로움임
    경제성은 아직 불확실하지만, 국가 차원에서 장기적으로 투자한다면 30년 뒤쯤에는 의미 있는 결과가 나올 수도 있음
    관련 기사: World Nuclear News, Wikipedia - Breeder reactor

    • 근본적인 문제는 우라늄의 에너지 밀도와 풍부함 때문임
      지금은 우라늄이 충분하므로 복잡한 재활용 시스템을 구축할 경제적 이유가 없음
    • 일반 원자로에서도 시간이 지나면 플루토늄이 생성되어 에너지의 상당 부분을 담당하게 됨
      토륨을 쓰면 토륨 → 우라늄 → 플루토늄 순으로 에너지를 얻을 수 있지만, 변환율이 낮으면 임계 상태 유지가 어려워질 수 있음
    • 중국이 산업 성장 둔화 전에 과학 강국으로 자리 잡으려는 전략을 취하는 것 같다는 인상임

  • 이번 실험의 핵심은 용융염 원자로(MSR) 설계임
    연료를 FLiBe 용융염에 녹여 사용하기 때문에, 고체 연료봉처럼 밀폐된 압력용기 안에서 교체할 필요 없이 실시간 연료 처리가 가능함
    이런 구조 덕분에 토륨 연료 주기도 실험할 수 있음
    이 연구는 과거 Oak Ridge의 실험을 기반으로 함

    • 독특한 점은 MSR 자체가 아니라, 토륨을 연소시킨다는 점임
    • MSR은 매력적인 특성이 있지만, 중성자 노출로 인한 재료 손상이 큰 단점임
      연료가 액체 상태라 방사선이 용기 벽까지 도달하고, 흑연 차폐를 써도 손상과 오염 문제가 생김
      Oak Ridge 실험도 방사선 수명 한계에 도달했었음
      반면 경수로는 물이 완충 역할을 해 구조물의 수명이 훨씬 김
    • “그럼 중성자는 누가 흡수하나?”라는 질문이 나옴

  • 이번 성과의 의미를 잘 설명한 기사: Science and Technology Daily

    • 기사에 따르면, 중국은 2035년까지 100메가와트급 TMSR 실증 원자로를 완공해 가동할 계획임
      상업용 원전(1기가와트)의 10분의 1 규모로, 다음 단계로 가는 중간 실험임

  • 이 글은 SCMP의 29단락짜리 기사 중 앞부분 발췌임
    원문: archive.is 링크

    • 원문 링크를 찾았기에, 상단 출처를 HumanProgress.org 대신 원문으로 교체했다고 함

  • 최근 몇 주간 이 주제가 여러 번 올라왔지만 주목받지 못했음
    이제 서방이 중국 기술을 따라잡아야 할 시점일지도 모름

    • 하지만 토륨 MSR은 우라늄이 풍부한 지역(미국, 유럽, 호주) 에는 경제성이 낮음
      각 지역의 지질 조건에 따라 다른 해법이 나올 것임
    • 사실 이건 미국 기술을 중국이 이어받은 것임
      지난 60년간 기술적 제약이 아니라 정치적 이유로 중단된 것임
    • 1950년대 미국 Shippingport에서도 Rickover가 토륨 번식 실험을 했음
      즉, 중국의 시도는 완전히 새로운 것은 아님
    • 반대로 “중국은 서방의 기술을 베끼는 쪽”이라는 주장도 있음
    • 번식 기술은 결국 경제성이 없는 기술임
      현재 시장에서는 신선한 우라늄을 쓰는 게 훨씬 저렴함

  • 토륨은 희토류 정제 과정의 부산물로 많이 나옴
    중국은 이미 이를 대량으로 확보하고 있으니, 활용 방안을 찾는 셈임

  • 이번 원자로는 물이 필요 없고 내륙에서도 건설 가능하다는 점이 흥미로움
    대부분의 원전은 증기를 이용해 터빈을 돌리는데, 이건 뭔가 다른 구조 같음

    • 이 설계는 초임계 CO₂를 열전달 매체로 사용해 물이 필요 없음
      더 안전하고, 전기 대신 합성연료 생산에도 활용 가능함
      예를 들어, 바닷물에서 CO₂를 추출하고 수전해로 수소를 만들어 합성 탄화수소 연료를 생산할 수 있음
    • 물론 많은 원전은 해안이 아닌 내륙에도 있으며, 인공호수나 강물로 냉각수를 확보함

  • 이 기술은 원래 미국에서 시작된 아이디어였고, 중국이 이어받았다는 이야기를 들었음

    • 실제로 1960년대 미국 Oak Ridge에서 Molten-Salt Reactor Experiment를 진행했음
      당시 우라늄-233을 토륨에서 번식시켜 사용했지만, 경제성이 낮고 폐로 비용이 높아 중단됨
      1994년에는 플루오린 가스 축적 등으로 위험한 상태가 발견되기도 함
    • 토륨 연료 주기가 무기 생산에 부적합해 군사적 매력이 없었고,
      Three Mile Island 사고 이후 미국의 원자력 관심이 급감하면서 연구가 중단됨
    • Bill Gates가 투자한 MSTR 프로젝트처럼 민간 시도도 있지만,
      규제 장벽이 여전히 크고 비효율적임
    • 관련 역사 참고: Wikipedia - Thorium-based nuclear power
    • 인도는 이 분야에 가장 진지하게 투자한 국가 중 하나임

  • 덴마크의 Copenhagen Atomics는 컨테이너 크기의 모듈형 MSR을 개발 중임
    공식 사이트

    • 몇 가지 프로토타입을 만들었고, 2027년 PSI에서 첫 핵연쇄반응을 계획 중임
      2030년보다는 2050년 목표에 맞춰 상용화를 노리는 듯함

  • 스리랑카 서해안의 모래층에는 토륨이 풍부함
    준설선을 이용해 10~100m 깊이에서 채굴 가능함

    • 사실 토륨은 희토류 광산이 있는 곳이면 어디서나 얻을 수 있음
      별도 채굴이 아니라, 기존 광산의 폐광석에서 추출 가능함
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