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고순도저농축우라늄을 이용한 마블 원자로의 혁신적인 기술

마블 원자로는 핵분열을 통해 열에너지를 생성하는 노심, 냉각봉으로 열을 식히는 부품, 그리고 열에너지를 전력으로 변환하는 변환기로 이루어진다. 핵분열 연쇄반응을 유도하기 위해 우라늄과 플루토늄과 같은 핵연료를 중성자와 충돌시키는 노심은 원자로의 심장이다. 이 과정에서 발생한 열에너지는 원자로 상단의 스털링 엔진을 통해 전기 에너지로 변환된다.

마블 원자로에서는 고순도저농축우라늄(HALEU)이 핵연료로 사용된다. HALEU는 작은 크기에서도 일반 원전에 비견되는 성능을 발휘하는 핵심 기술이다. 일반 핵연료인 우라늄-235 농축도가 5% 미만이지만, HALEU는 우라늄을 네 배인 19.5%까지 농축한 것이 특징이다. 이는 핵확산금지조약(NPT)에서 규정하는 비군사적 용도 한계치인 20% 바로 아래에 해당한다.

노심에서 발생한 열은 배관을 통해 열 교환기로 이동하여 스털링 엔진을 작동시킨다. 원자로의 가동은 핵분열에 못지 않게 중요한 냉각 기술을 필요로 한다. 달궈진 노심을 적절하게 식히지 않으면 큰 사고로 이어질 수 있다. 따라서 마블 원자로는 안전한 냉각 체계로 액체 금속인 나트륨-칼륨을 사용하며, 외부 통제가 필요하지 않은 것이 특징이다.

액체금속을 이용한 마블 원자로는 4세대 원자로로 분류된다. 2~3세대 원자로에서는 물을 냉각재로 사용했으나, 냉각수 공급에 문제가 생기면 사고가 발생할 수 있었다. 후쿠시마 원전 사고가 대표적인 사례이다. 그러나 마블 원자로는 외부 냉각재를 필요로 하지 않고, 나트륨-칼륨의 대류 순환을 통해 자체적으로 연료를 식히기 때문에 전력 상실로 인한 사고 가능성을 원천 차단할 수 있다.

액체금속을 이용한 원자로는 대기압 환경에서도 운영할 수 있는 장점이 있다. 이전 세대의 가압경수를 사용하는 원자로에서는 물이 300도의 높은 온도를 유지해야 했지만, 마블 원자로에서는 이러한 제약이 없다. 따라서 마블 원자로는 고순도저농축우라늄과 안전한 냉각 체계를 활용하여 혁신적인 기술을 구현한 것으로 평가받고 있다.

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