영업 실적은 좋은데 성격이 불같아서 한 번 화가 나면 통제가 불가능한 직원과 같이 일을 해야 한다면? 제품을 많이 팔아서 매출 성과는 좋겠지만, 동료들은 마음 한구석으로 늘 불안한 생각을 하며 지내야 할 것이다.

그런데 에너지 중에서도 딱 이런 직원과 비슷한 스타일의 에너지가 있다. 바로 원자력이다. 저렴하면서도 고효율을 낼 수 있다는 점에서 원자력의 경제성을 따라올 에너지가 없지만, 한 번 사고가 나게 되면 걷잡을 수 없는 결과를 초래하는 스타일이 너무나도 닮았다. 그러다 보니 에너지를 만들면서도 늘 조마조마한 마음을 가질 수밖에 없다.

토륨을 이용한 신개념 원자로 개발이 시도되고 있다 ⓒ Thorium Energy World

그러나 원자력을 생산하는데 들어가는 원료를 바꾼다면 이야기가 달라진다. 현재 사용하고 있는 원료인 우라늄(uranium)을 보다 안전한 원료로 변경하게 되면 원자력을 사용하면서 늘 갖고 있었던 두려움에서 해방될 수 있다.

과학기술 전문 매체인 뉴아틀라스(newatlas)는 최근 유럽연합(EU)의 과학자들이 우라늄이 아닌 토륨(thorium)을 사용하는 원자로를 개발하고 있다고 보도하면서, 그동안 경제성이 부족하여 외면당했던 토륨이 보다 안전한 원자력 생산의 주역이 될 날도 멀지 않았다고 전망했다. (관련 기사 링크)

토륨은 핵분열 능력 없어 상대적으로 안전

토륨은 지난 1828년 스웨덴의 화학자였던 야코브 베르셀리우스(Jakob Berzelius)가 처음 발견했다. 토륨이란 이름은 북유럽의 신화에 등장하는 천둥의 신인 토르(Thor)의 이름에서 따왔다.

자연계에서 가장 흔하게 발견할 수 있는 원소 중 하나로서 바닷가 모래 등에 많이 포함되어 있다. 매장 지역이 편중되어 있는 우라늄에 비해 토륨은 거의 모든 대륙에 고르게 분포되어 있고, 우라늄처럼 복잡한 가공처리 과정을 거치지 않아도 되는 물질이어서 활용하기도 쉽다.

우라늄과 비교할 때 가장 큰 차이라면 핵분열 능력을 꼽을 수 있다. 원자폭탄 제조에 사용될 정도로 우라늄은 끊임없이 핵분열을 일으키기 때문에 사용이 끝나더라도 방사능과 고열을 발생시킨다.

토륨은 자연계에서 가장 흔하게 발견할 수 있는 원소 중 하나다 ⓒ wikimedia

원자력 발전소에 설치되어 있는 냉각장치는 바로 핵분열 발생에 따른 열을 식히기 위해 사용된다. 만약 지진이나 사고로 인해 냉각장치가 고장 나게 되면, 그로 인해 노심의 용융이 일어나 방사능이 유출될 수 있다. 유명한 후쿠시마 원전 사고도 바로 그 같은 경우에 해당된다.

반면에 토륨은 핵분열을 자발적으로 일으키지 못하는 특성을 갖고 있다. 분열 과정에서 발생하는 중성자 수가 부족하여 외부에서 중성자를 만들어 공급해 줘야만 핵분열을 일으킨다. 따라서 중성자 공급이 중단되면 핵분열도 멈춰진다.

이는 원자로 스위치를 끄거나 불의의 사고로 인해 정전이 될 경우 핵분열이 자동으로 멈춘다는 것을 의미하는 것이기도 하다. 때문에 토륨 원자로는 우라늄 원자로에 비해 안전성이 보장된다는 것이 무엇보다 큰 장점이다.

이 외에도 토륨 원자로는 생산 과정에서 거의 모든 토륨이 소비되기 때문에 방사성 폐기물이 거의 나오지 않는다는 장점을 갖고 있다. 더군다나 방사능도 많지 않아서 30년 정도면 모두 사라지게 되므로, 아주 오랜 기간 동안 사용 후 핵연료를 관리해야 하는 우라늄 원자로보다는 월등하게 안전하다고 할 수 있다.

어려움 극복하고 새로운 토륨 원자로 개발 중

원자로 개발에 토륨을 활용하는 개념은 지금으로부터 40여 년 전에 이미 검토된 바 있다. 그러나 당시의 기술 수준으로는 상용화가 어렵고 비용도 많이 소요되어 개발 우선순위에서 우라늄 원자로에 밀렸었다.

특히 당시에는 강대국들의 군비 증강이 한창이던 시기였다. 사용 후 핵연료에서 플루토늄이란 핵무기 재료를 얻을 수 있는 우라늄 원자로와는 달리 핵무기를 제조할 수 있는 부산물을 얻을 수 없었던 토륨 원자로에는 강대국들이 관심을 두지 않았다.

그러나 토륨 원자로의 이 같은 단점이 오늘날에는 오히려 장점으로 부상하고 있다. 과거에는 약점으로 지적됐던 부분이 이제는 강점으로 변화하고 있는 만큼, 과학자들은 지금까지의 원자로와는 완전히 다른 개념의 원자로 개발에 도전하고 있다.

토륨 원자로의 핵심 구성품 ⓒ Thorium Energy World

수년 전 영국의 종합 매체인 가디언지는 기후변화 문제를 해결하기 위한 가장 기대되는 20가지 방법을 제시한 적이 있다. 그런데 그 20가지 방법 중 하나가 바로 토륨 원자로였을 정도로 이 신개념 원자로는 안전성 및 경제성, 그리고 환경에 미치는 영향과 지속가능성 등을 평가했을 때 가장 이상적인 원자로로 평가받고 있다.

실제로 네덜란드에 위치한 EU의 원자력연구소(NRG) 소속 과학자들이 최근 공개한 토륨 원자로를 살펴보면 바로 이 같은 신개념 원자로의 기본 모델을 파악할 수 있다. 살리넷(SALINET)이라는 이름의 이 실험용 원자로 모델은 그동안 상용화의 걸림돌이었던 산화토륨 가공을 용융로 방식으로 극복했다.

이에 대해 NRG의 관계자는 “이번에 개발된 실험용 토륨 용융로는 거의 40년 만에 시도되는 상업용 토륨 용융로로서 앞으로 토륨 원자로 개발에 중요한 분수령이 될 것으로 보인다”고 예상했다.

그러면서 “최근 전 세계에 불고 있는 탈핵화 경향에도 불구하고, 만약 원자력을 더 사용해야 할 필요성이 생긴다면 기존 원자로보다 훨씬 안전하고 지속 가능한 토륨 원자로가 하나의 대안이 될 수 있을 것”이라고 전망했다.