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일반적인 원자로의 연료로 사용되는 핵분열물질인 우라늄 또는 플루토늄 대신, 비핵분열 물질인 토륨을 핵연료로 사용하는 원자로. 토륨은 자발적 핵분열을 일으키진 않지만 토륨에 중성자를 조사하면 핵분열물질인 우라늄-233으로 최종적으로 변환되고 이 물질은 핵분열을 일으킨다. 이 우라늄의 핵분열 과정에서 중성자들이 나오고 이는 다시 토륨에게 흡수되어 위의 핵분열 과정이 지속된다

매장량은 각국에 매우 풍부하다(우리나라빼고)

• 장점

  • 토륨은 우라늄에 비해 흔하고 널리 분포하고 매장량도 많아 값이 싸다. 오히려 희토류 생산의 부산물로 너무 많이 나와 방사성 폐기물로 처치가 곤란일 정도.

  • 연료이용률이 우라늄로에 비해 수십배 높아 자원고갈의 염려가 없다.

  • 연료이용률이 높아 설계에 따라서는 연료재장전 없이 완전밀봉상태로 20년 정도 운전도 가능할 수 있다.

  • 기존 우라늄 이용과는 달리 농축이 필요없고 그대로 사용할 수 있어서 사용후 남는 핵연료 폐기물의 양이 획기적으로 줄어들어 고준위 핵폐기물의 보관 부담이 훨씬 적어진다. 농축에 필요한 운영비가 줄어드는건 덤.

  • 핵폐기물의 반감기가 월등히 짧아 폐기물 처리가 쉽다. 우라늄로의 핵폐기물은 위험한 핵연료 재처리를 하거나 10만년 이상 안전하게 보관해야 하지만 토륨로에서 나온 핵폐기물은 불과 300-500년 정도만 보관하면 된다.

  • 자발적으로는 핵분열 연쇄반응이 지속되지 않으므로 상대적으로 원자로를 안전하게 만들기 쉽다. 원자로에서 빼내면 저절로 핵분열이 중단되어 런어웨이나 멜트다운 상황이 발생하지 않는다.

  • 플루토늄이 거의 생성되지 않고 부산물인 우라늄-232가 매우 강한 감마선을 내뿜기에 핵무기 재료로 사용하기 부적합해, 비교적 핵무기 확산 걱정이 적다.

• 단점

  • 토륨연료가 구하기 쉽고 싸다고 해도 어차피 원자로 비용 중 연료가격의 비중은 작아서 큰 이점이 안된다. 우라늄 원자로의 발전 원가 중 우라늄 연료의 원가 비중은 10% 정도 밖에 안되어 토륨이 원자력의 경제성을 크게 높일 수 있는 것이 아니다.

  • 토륨을 분열성물질인 우라늄-233으로 증식시킨 후 사용이 전제이므로 우라늄-233 을 분리하는 재처리 과정이 필요할 수 있다.

  • 중간산물로 강한 감마선을 발생하는 핵종 U-232가 생성되어 재처리가 어려워지고 재처리 비용이 상승할 수 있다.

  • 한번도 실용화/상업화 되지 않은 새로운 방식이라 많은 연구개발이 필요하고 많은 운영경험을 축적해야 한다.

  • 같은 이유로 NRC 등 원자력 규제기구의 건설허가를 얻기가 매우 어렵고 많은 돈과 시간이 들고 (10억 달러, 10년) 결과도 불확실하다.

  • 같은 이유로 각종 부품과 장비 인력 등이 모두 비싸서 기술이 성숙하기 전 까지 초기에는 이미 검증되고 양산되는 기존 우라늄 경수로 보다 건설 비용이 높을 수밖에 없다.

  • 그러니 토륨로가 상용화 된다고 해도 현재의 우라늄 경수로보다 더 나은 경제성을 가지려면 10-20년 가량 걸릴 것이다.

  • 우라늄과 달리 연쇄반응이 지속되지 않고 우라늄에 비해서 증식 정도가 작아서 초기에는 설계에 따라서는 20% 정도 농축도의 우라늄이 필요할 수도 있다.

  • 지속적인 연쇄반응 유지를 위한 조건이 까다로와 연료의 구성이나 설계 여유가 적다. 반응 후 생성되는 핵종들도 오래 가동하면 점차 핵연료의 구성이 바뀌는 데 이에 맞게 생성된 분열생성물을 잘 분리해서 운전조건을 세심하게 조절해야 장기간 원활한 운영이 가능한다.

  • 감속재로 사용되는 흑연도 수명이 있어서 약해지므로 몇년 만에 한번씩 일부를 교체할 필요가 있다. 반응률를 낮추면 흑연의 수명을 늘일 수 있지만 크기가 커지고 크기당 출력도 낮아진다. 그래서 반응로 전체를 통째로 4년마다 교체하는 설계도 있다.

  • 설계나 방식에 따라 가동중 핵종분리를 생략하는 식으로 설계할 수도 있고 그러면 핵 확산등을 막을 수 있어서 장점이 될 수도 있지만 반면 중간 생성물이 계속 축적되므로 크기가 커지거나 연료이용률이 떨어져 연료 교체 주기가 짧아지는 단점도 있다.

  • 냉각재로 물을 사용하면 삼중수소의 발생도 처리해 주어야 하는 문제이다.

  • 현재로는 인도나 중국이 적극적으로 상용화에 나서고 있지만 미국 유럽 등은 아직 실용화 비용이나 허가, 또 반핵 분위기 등 이유로 적극적인 상용화에 나서고 있지않다. 즉 기술문제 뿐 아니라 국제정치나 국내정치 문제의 지뢰밭이다.

가장 큰 장점 : 후쿠시마 원전처럼 녹아서 멜트다운이 되지 않고 그냥 안전한 고체형태로 굳어버린다(폭발X)
                   방사성폐기물 10만년저장을 300년으로 단축 폐기물양이 1/100으로 줄어버림
                   토륨캐면 희토류도 보통 같이 나옴 그리고 납보다 풍부해서 개쌈

                   물 필요X

가장 큰 단점 : 연구는 끝났고 실전 검증이 필요하다