Technical Review on Thorium Breeding Cycle

The production of nuclear energy from thorium which is non-fissile material was a main issue until the middle of 1970's, because of the thorium's abundance as energy resources, its capability of breeding fissile material U233, and the reduction of long-lived actinides. However, to use thorium as nuclear fuel, some obstacles such as the necessities of external neutron source and long-term neutron irradiation for effective breeding, and the production of high radioactive isotopes in the course of thorium breeding cycle should be overcome. The difficulties to resolve these cons of thorium cycle became the reason of interruption of the related researches in the middle of 1970's. But in the 21st century, the change of societal perspective regarding nuclear energy and the appearance of accelerator-driven nuclear reactor shift those cons into pros and rehabilitate the study of thorium. The high activity of thorium cycle turned out to be a good option as higher resistance and easier detectibility of nuclear proliferation and the employment of subcritical accelerator-driven reactor as external neutron sources is considered to enhance the nuclear safety. In this study we compare the thorium cycle with the currently-used uranium cycle and analyze the technical status and perspective of thorium researches which use accelerator-driven reactors.

토륨 핵연료 주기 기술동향

토륨은 우라늄에 비해 풍부한 자원으로서의 가치와 핵분열 물질인 U233을 증식하고, 장주기 액티나이드 핵종 발생이 감소하는 특성으로 인해 원자력 연구개발 초기부터 우라늄 주기와 함께 주요 연구대상이었다. 하지만 토륨은 자체적으로 핵분열이 불가능하므로 에너지원으로 활용하기 위해서는 별도의 외부 중성자원이 필요하고, 토륨 주기 과정에서 고방사성 물질이 발생하며, 효과적인 증식을 위해서는 긴 시간의 중성자 조사가 필요했다. 이에 따른 기술적 어려움과 연구개발 필요성의 감소로 1970년대 중반 이후 토륨 관련 연구가 거의 중단되었다. 하지만 1990-2000년대에 에너지 자원에 대한 사회적 시각 변화와 외부 중성자 공급원으로 이용하는 가속기 구동 원자로의 출현으로 과거 토륨주기의 단점으로 지목되었던 성질들이 오히려 핵확산 저항성과 감시성을 높이고, 가속기 구동 원자로의 미임계 운전 특성에 의한 원자력 안전성 증대라는 장점으로 부각되어 토륨에 관한 연구가 세계적으로 활발히 추진되고 있다. 본 연구에서는 토륨주기의 장단점을 우라늄주기와 비교, 분석하고 가속기 구동형 원자로를 이용한 토륨 연구의 기술 현황을 분석한다.