원전사고로 늘 조마조마… 폭발위험 없는 ‘토륨 원전’ 뜬다

외부서 불 안붙이면 핵분열 안하고… 우라늄원전보다 폐기물 적게 발생
플루토늄도 안생겨 핵확산 방지 효과

스위스 파울 셰러 연구소(PSI)에서 만든 고리형 양성자 가속기. 지금까지 만든 가속기 가운데 가장 높은 전류를 발생시키는 입자를 만들 수 있지만, 아직 토륨 원전에 사용할 수 있을 만큼 강하지는 않다. PSI 제공

2년 전 일어났던 일본 후쿠시마 원자력발전소 사고는 원전의 안전성 문제를 전 세계에 알리는 계기가 됐다. 우리나라는 최근 잇따른 원전 비리 사건으로 원전의 안전 문제에 대중의 관심이 높아지고 있는 상황이다. 이 같은 분위기에서 이달 중순 다소 생소한 미래형 원전인 ‘토륨 원전’에 대해 논의하기 위해 서울 홍릉 고등과학원에 중국, 인도, 벨기에, 스위스, 일본, 한국 등 각국의 원자력공학자와 핵물리학자들이 모였다.

토륨 원전은 우라늄 대신 토륨이란 물질을 사용한다. 현재 쓰이고 있는 우라늄 원전보다 고준위 핵폐기물이 적게 나오고, 핵무기 원료인 플루토늄이 부산물로 나오지 않아 핵 확산을 막을 수 있다.

그렇지만 토륨 원전이 주목받는 가장 큰 이유는 안전성이다. 후쿠시마 원전 사태는 원전 가동이 중단됐음에도 원자로 내부에 남아 있던 약한 방사성 에너지가 노심을 녹이고, 냉각재인 물에서 나온 수소 가스가 폭발을 일으켜 방사성 물질이 외부로 유출된 사고다.

하지만 토륨은 외부에서 ‘불쏘시개’를 공급하지 않으면 스스로 핵분열을 하지 못하고 금세 식는다. 잔열이 있더라도 고온에서 열과 수소가 발생하지 않아 폭발 위험이 없다. 워크숍에 참가한 야신 카디 유럽입자물리연구소(CERN) 연구원은 “원자로에 불을 붙이는 장치와 원자로가 각각 분리돼 있는 셈이라서, 근본적으로 안전하다”고 말했다. 고등과학원 김재완 계산과학부 교수도 “토륨 원전은 소규모 지역 발전을 가능하게 해 장거리 송전선이 필요 없어지는 등 장점이 많다”고 강조했다.

현재 각국은 토륨에 지속적으로 ‘불을 붙이는’ 기술에 연구 역량을 집중하고 있다. 가장 유력한 후보가 입자 가속기. 가속기로 에너지가 높은 입자를 만든 뒤 베릴륨 등 금속에 충돌시켜 중성자를 만들고, 이 중성자가 핵분열을 일으키는 토륨 원전의 성냥 역할을 하게 만드는 것이다. 성균관대 홍승우 물리학과 교수는 “아직 토륨 원전에 이용할 수 있는 입자 가속기를 개발한 나라는 없지만, 조만간 나올 것”이라고 예상했다. 이와 관련해 중국은 중국과학원과 중국원자력과학연구원 등에서 1000여 명이 가속기와 토륨 연구에 매달리고 있다.

그러나 우리나라를 포함한 주요 원전 개발국들은 소듐냉각고속로(SFR)로 대표되는 4세대 우라늄 원전 개발에 주력하고 있다. SFR는 원자로를 식히는 냉각제로 소듐을 사용하는 원자로다. 외부에서 전력 공급이 끊기더라도 공기로 소듐을 식힐 수 있기 때문에 안전한 차세대 원전으로 평가받는다.

미래형 원전의 1인자 자리를 차지하기 위해 SFR와 토륨 원전이 치열하게 경쟁하고 있지만 실제로 토륨 원전 연구는 한발 늦다. 우리나라의 경우도 서울대 황일순 원자핵공학과 교수가 우라늄과 토륨 원전에 모두 이용할 수 있는 ‘납-비스무스 냉각 고속로’를 연구 중이며, 성균관대 에너지과학과 교수팀이 가속기와 중성자 발생 및 토륨 핵연료에 대한 기초 연구를 진행하고 있는 것이 토륨 원전 연구의 전부다. 이 때문에 이들은 4세대 우라늄 원전 연구뿐만 아니라 토륨 원전 기술도 함께 연구해 원전 기술의 다양성을 높여야 한다고 주장하고 있다.

윤신영 기자 ashilla@donga.com