📌 오늘의 국제 원자력 동향 2026년 9월 9일 (수)
- US Department of Energy가 NextEra Energy의 아이오와주 Duane Arnold 원전(비등경수로 1기, 615 MWe) 재가동을 위해 최대 19억 USD 대출을 종결해, Google과의 25년 전력구매계약과 함께 2029년 초 재가동 목표의 자금구조가 확정 단계로 진입함
- 태국 에너지부가 PDP 2026 초안 공청회에서 2050년까지 소형모듈원자로 최대 9,000 MW를 도입하고 Electricity Generating Authority of Thailand가 첫 300 MW 사업을 주도하는 계획을 공개해, 원전 도입이 국가 전력개발계획 반영 단계로 진입함
- China National Nuclear Corporation이 Hainan성 Changjiang 원전 4호기(Hualong One)의 상온기능시험을 최대 22.3 MPa까지 완료해 시운전 단계에 진입했으며, 2026-08-01 전력망에 연결된 3호기와 함께 2027년 초 2기 완전가동 일정이 구체화됨
- Korea Hydro & Nuclear Power와 Orano가 한국·프랑스 정상 임석 아래 우라늄 농축 장기협력 의향서를 체결해, 2026-04 핵연료주기 협력 MoU가 KHNP의 서방 농축원 접근 확대와 Orano 신규 농축사업 기반 강화를 위한 후속 계약 단계로 구체화됨
- IAEA가 중재한 7번째 국지 휴전 아래 우크라이나 기술진이 3일간 송전선을 수리해 Zaporizhzhia 원전의 외부전원을 18일 만에 복구했으며, 디젤 비축 감소로 커지던 발전소 정전 위험이 해소되고 비상디젤발전기는 대기모드로 전환됨
임계와 연쇄반응
임계(Criticality)란 핵분열 반응이 일정한 비율로 유지되는 현상을 말한다. 핵분열이 일어나면 핵분열 중성자가 생성되며 이들 중성자들이 새로운 핵분열을 일으키는 반복현상을 연쇄반응(Chain Reaction)이라고 한다. 임계와 연쇄반응은 원자로 설계에서 가장 중요한 물리적 변수이며 다음과 같은 주요 물리적 정의와 연계시켜 설명할 수 있다.
임계상태(Critical State)
임계는 핵분열 반응이 일정한 비율로 유지되는 물리적 상태를 일컫는다. 즉, 시간에 따라 핵분열 수가 감소하거나 증가하지 않고 항상 일정하게 핵분열이 일어나는 상태로서, 핵분열을 일으키기 위해 소멸되는 중성자 수와 핵분열로 생성되는 중성자 수의 비율(이를 유효증배계수, Effective Multiplication Factor라고 한다)이 1을 유지하는 상태를 말한다. 원자로가 일정 기간 동안 계속 같은 에너지양을 생산하기 위해서는 그 기간 동안 임계상태를 유지해야 한다.
임계질량(Critical Mass)
임계상태가 지속되는데 필요한 핵분열 용이물질의 양을 임계질량이라 한다. 만일 임계질량 이하이면 임계가 이루어져도 시간이 지나면서 핵분열 연쇄반응은 감소하게 되고 종래는 멈추게 된다. 반대로 임계가 이루어진 계(系)에 임계질량 이상 핵분열 용이물질이 있으면 핵분열은 계속 증가하게 된다.
생성시간에 따른 핵분열 중성자
- 즉발중성자(Prompt Neutron) : 핵분열에 일어나서 핵분열파편과 동시에 생성되는 중성자를 즉발중성자라 하며 에너지는 평균 약 2MeV이다. 에너지가 매우 높아 고속중성자(fast neutron)라고 부르며 경수로 및 중수로에서는 이들 중성자의 에너지를 매우 낮은 에너지(0.1eV 이하)로 감속시켜 핵분열 연쇄반응을 일으키도록 한다.
- 지발중성자(Delayed Neutron) : 핵분열파편 중 일부는 에너지가 높아 불안정하므로 베타붕괴를 통해 에너지를 방출하면서 안정된 상태가 되는데 이때 중성자가 방출되기도 한다. 이러한 중성자를 지발중성자라고 한다. 지발중성자는 생성시간의 지연에 따라(0.1초~1분) 여러 개의 군(群)으로 나눈다. 핵분열 중성자 중 지발중성자 비율은 아주 낮지만 원자로의 안전운전에 매우 중요하다, 경우 그 비율은 0.65%에 불과하다.
임계의 종류
- 즉발임계(Prompt Criticality) : 지발중성자 기여 없이 즉발중성자만으로 임계에 도달하는 것을 말한다. 즉발중성자의 수명(또는 생성시간)은 매우 짧으므로(10-4~10-7초) 유효증배계수가 1보다 큰 특정조건 이상에서 즉발임계 상태가 되면 핵분열 연쇄반응이 폭발적으로 증가하여 에너지폭주(energy excursion) 현상이 발생하게 된다. 핵폭탄이 이 경우이다.
- 지발임계(Delayed Critical) : 즉발중성자와 지발중성자가 함께 기여하여 임계상태를 이루어 핵분열 연쇄반응이 이루어지는 것을 말하며 통상 임계상태라 한다. 특정조건에 이르기 전까지는 원자로가 임계에 이르고 연쇄반응이 지속되기 위해서는 반드시 지발중성자가 필요하다는 것을 강조하는 의미이다. 원자로는 절대적으로 지발임계상태에서 운전하도록 설계·제작되어 있다.
핵분열 연쇄반응(Fission Chain Reaction)
외부에서 중성자를 공급하지 않아도 핵분열 반응이 지속적으로 유지되는 상태를 말한다. 연쇄반응은 핵분열 용이물질 양과 핵분열반응 전후의 중성자 수 사이의 상관관계에 따라 결정된다. 즉, 핵분열성 물질系(원자로 등)가 임계질량 이상을 유지하고 핵분열에 기여할 수 있는 중성자가 계(系) 내에 항상 존재하여야 한다.