원자로에는 여러 가지 종류가 있는데 그것을 구분하는 방법은 두 가지가 있습니다.

먼저 그 원자로의 사용 목적에 따라 구분하는 방법, 예를 들면 발전용(發電用) 원자로, 실험용 원자로, 연구용 원자로, 동력용 원자로, 난방용 원자로 등으로 구분하는 방법과 그 다음으로는 사용 목적이 같은 원자로인 경우에도 그 원자로의 주요 부품 재료인 핵연료나 감속재, 냉각재 등의 구성과 종류에 따라 구분하는데 대체적으로 감속재와 냉각재의 종류에 의하여 구분되고 있습니다.

예를 들면 발전용 원자로인 경우에도 경수로, 가스냉각로, 중수로 등과 같은 것도 바로 감속재와 냉각재의 종류에 의하여 구분된 것입니다.


1. 발전용 원자로

가. 흑연경수로
이 원자로는 1954년 초 구 소련(현 러시아) 모스크바 교외의 오브닌스크에 세워진 것으로서 비록 크기는 작지만 세계 최초의 발전용 원자로라고 할 수 있습니다. 그 당시만 해도 그보다 작은 연구용 원자로나 실험용 원자로는 선진국 여러 곳에서 많이 세워져 각기 그 목적에 따라 사용되고 있었으나 이 원자로는 5,000KW의 발전을 할 수 있는 것으로서 핵연료는 농축 우라늄이고 감속재는 흑연, 냉각재는 경수를 사용한 원자로였습니다

 

나. 가스냉각로
이 원자로는 1956년에 영국에 세워진 것으로서 ‘캘더홀’발전소에 92,000KW의 현대식 원자력 발전소의 형태를 갖춘 발전용 원자로입니다. 그래서 이 발전소를 세계 최초의 원자력 발전소라고도 합니다.

이 발전소의 원자로는 핵연료로서 천연 우라늄을 사용하였고 감속재로서는 흑연, 냉각재로서는 이산화탄소를 사용하였습니다. 다시 말하면 이산화탄소(가스 형태)에 의하여 원자로 안에 있는 열을 뽑아 내어 그 열을 이용하여 수증기를 만들고 그 수증기의 힘으로 터빈을 돌리고 또 그 힘으로 발전기에서 전기를 일으키게 한 것이므로 이 발전소의 원자로를 “가스냉각로”라고 이름지었으나 다른 표현으로 말하면 “흑연 가스형 원자로” 또는 “흑연 가스로”라고도 할 수 있을 것입니다.

 

다. 경수로
이 원자로는 1957년 미국의 쉽핑포드 발전소에 세워진 것으로써 60,000KW의 용량을 내는 발전용그림 가압경수로 원자로입니다.
이 원자로에서 사용하는 핵연료는 농축 우라늄이고 감속재와 냉각재는 경수 즉, 보통 물을 사용한 것입니다. 그래서 이런 형식의 원자로를 경수로 또는 경수형 원자로라고 합니다.

그런데 여러분도 이미 알고 있다시피 보통 물은 1기압의 대기 중에서 섭씨 100℃에서 끓습니다. 그러나 기압을 높이면 섭씨 100℃가 넘어도 끓지 않습니다. 그래서 이 경수로의 감속재와 냉각재로 쓰는 물의 효율을 높이기 위하여 가능한 한 온도가 올라가도 물이 끓지 않도록 원자로 내부의 압력을 높이는 작용을 하는 구조로 되어 있습니다.

그런데 이 경수로에도 두 가지 형태가 있습니다. 즉, 가압 경수로(加壓輕水爐)와 비등 경수로(沸騰輕水爐)가 바로 그것입니다.

가압 경수형은 원자로 안의 압력을 150~160기압 정도로 올려서 물의 온도를 300℃ 정도로 가열할 수 있도록 만들어 그 열로서 수증기를 만들고 팽창된 수증기의 힘으로 터빈을 회전시켜 발전하는 형식을 말하고 비등 경수형은 원자로 안의 압력을 가압 경수형보다 좀 낮게 하여 원자로 속에 있는 물을 직접 끓게하여 수증기를 만들고 그 힘으로 터빈을 회전시켜 발전하는 형식을 말하는 것입니다.
그런데 우리 나라의 원자력 발전소 가운데 월성 원자력 발전소를 제외한 다른 원자력 발전소(고리, 영광, 울진)의 원자로는 모두 가압 경수형입니다.

그리고 가압형이든 비등형이든 간에 이 경수로의 특징은 다른 노형에 비하면 형태가 작고 또 운전하기도 비교적 쉬운 편입니다.
그래서 우리 나라뿐만 아니고 현재 전세계 여러 나라 중에서 운전 중이거나 건설중인 원자력 발전소의 80% 이상이 경수형 원자로입니다.

 

라. 중수로

발전용 원자로 가운데 또 다른 하나의 대표적인 노형으로 중수로 라는 것이 있습니다. 이 원자로는 캐나다에서 기술 개발한 것으로 1962년에 22,000KW급의 발전용 시험로를 처음 시운전해 본 후에 1968년에는 206,000KW급의 원자로는 ‘더글러스 포인트’라는 원자력 발전소에서 가동하게 됨으로써 이 노형에 의한 원자력 발전소가 본격적으로 시작하게 되었습니다.

이 중수로는 천연 우라늄을 핵연료로 사용하고 감속재는 중수를 사용하는 것이 이 원자로의 특징이기도 합니다.
감속재를 중수로 사용하게 되면 핵연료를 천연 우라늄으로 쓰더라도 핵분열 작용(핵분열 연쇄작용)이 잘 일어나기 때문에 핵연료 우라늄을 농축하지 않아도 되는 장점이 있습니다. 중수(D2O)는 보통 물 가운데 약 6,500분의 1이 포함되어 있습니다. 그래서 중수만을 모아서 사용해야 하는 단점도 있습니다.

캐나다에서 개발한 이 발전용 중수로는 “캔두(CANDU)형 원자로” 또는 가압 중수형 원자로라고 하는데 우리 나라의 월성 원자력 발전소가 바로 이 캔두형 원자로인 것입니다.

다음은 동력용 원자로에 관한 설명입니다.

 

2. 동력용 원자로

동력용 원자로라는 것은 먼 거리를 운항하는 화물선이나 상선(商船)같은 커다란 배, 또는 잠수함 등의 엔진 동력 역할을 하는 것을 말합니다.

이것이 디젤 엔진 대신에 원자력에 의한 엔진으로 추진력을 갖는다는 것으로, 원자로에서 생긴 열로써 수증기를 만들고 그 수증기의 힘으로 터빈을 돌리고 그것을 추진기(스크류)에 연결한 동력용 원자로를 사용한 배를 원자력선(原子力船) 또는 원자력 잠수함이라고 합니다

그 종류로는 원자력쇄빙선, 원자력화물선, 원자력잠수함 등이 있습니다. 이들 배에서 사용하고 있는 동력용 원자로는 지금까지 개발된 것은 거의 모두가 가압 경수형 원자로입니다.

 

3. 다목적용 원자로
원자로에 의한 열을 이용하는 방법에는 앞에서 말한 바와 같이 발전용(發電用)이나 동력용(動力用)뿐만 아니고 뜨거운 수증기를 이용하는 제철(製鐵)이나 화학공업 또는 지역난방(地域暖房), 해수 담수화(海水淡水化)등 여러 가지 부문에 이용할 수 있도록 하는 연구가 세계 여러 나라에서 추진되고 있습니다. 특히, 최근에는 석유를 대체할 에너지원으로 주목받고 있는 수소를 대량 생산하기 위해서 수소생산원자로에 대한 연구가 활발히 진행 중입니다. 러시아나 스웨덴 같은 추운 지방의 나라에서는 원자로에서 발생하는 수증기를 이용하여 인구 4만~5만 정도의 도시에서도 지역별로 난방용 원자로를 가동하고 있으며 노르웨이에서는 원자로의 수증기를 제지 공장용으로 사용하기도 합니다.

이와 같이 원자로에서 발생하는 수증기를 이용하는 방법은 대체적으로 발전용 원자로를 이용하여 발전도 하면서 또 한편으로는 남은 열을 이용하여 수증기를 만들어 그것을 다른 곳에 이용하는 방법이 있습니다