KR20190086885A - 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로 - Google Patents

금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심은, 핵분열 연쇄반응이 일어나기 위한 복수의 핵연료체를 포함하는 핵연료 집합체; 상기 핵연료 집합체의 사이에 배치되어 상기 핵분열 연쇄반응에 의해 방출된 에너지를 흡수하는 냉각재; 및 상기 핵연료 집합체를 둘러싸도록 배치되며 상기 핵연료 집합체로부터 발생되는 중성자의 외부 누출을 저감시키는 반사체;를 포함하며, 상기 핵연료체는 토륨 및 우라늄 금속, 지르코늄 합금 및 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 포함하는 육각형 기둥으로 형성되고, 상기 토륨은 Th-232이며, 상기 우라늄은 상기 토륨 주기의 비증식 저항성을 보장하기 위해 U-233으로 마련될 수 있다.

Description

금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로{Metal fuel based thorium epithermal neutron reactor core and nuclear reactor having the same}
본 발명은 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로에 관한 것으로, 보다 상세하게는 토륨의 우라늄(U)-233화를 가속화할 수 있는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로에 관한 것이다.
원자로(Nuclear Reactor)는 핵분열성 물질의 연쇄 핵분열 반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄 생산 등 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치를 의미한다.
일반적으로 원자로에서 사용되는 핵연료로 가공하기 위해서 농축 우라늄을 원통형 펠릿(pellet)으로 만드는 성형 가공을 한 후, 이 펠릿들을 다발 형태로 묶어 일련의 과정을 거쳐 연료봉을 제조한다. 상기 연료봉은 핵연료 집합체를 구성하며, 원자로 내에서 핵반응을 통해 연소하게 된다.
상기 핵연료 집합체는 상기 연료봉을 다양한 형태의 격자상으로 조립하여 제조할 수 있으며, 봉형 핵연료 외에 판형 핵연료 등 다양한 형상의 핵연료로 제조될 수 있다.
최근 들어, 우라늄 원자로의 단점이 부각되면서 원자력 발전의 안정성에 대한 관심이 높아지고 있으며, 기존의 우라늄 원전의 대안으로서 토륨 원자로가 주목을 받고 있다.
토륨 원자로는 핵연료로 우라늄 대신 토륨을 사용하는데, 토륨은 지구상에서 납 보다 흔한 금속이며 매장량이 풍부하고 우라늄처럼 복합한 가공처리 과정을 거칠 필요가 없어 차세대 원자력 시스템의 주요 연료 원천물질로 관심을 받고 있다.
특히, 토륨은 분열 과정에서 발생하는 중성자 수가 부족하여 외부에서 중성자를 공급해 주어야 핵분열이 일어나며, 중성자 공급을 중단하면 핵분열도 멈추기 때문에 안전성이 보장되는 장점이 있다.
핵 연료성 물질(fertile)인 토륨(Th)-232는 중성자를 흡수하여 핵 분열성 물질(fissile)인 우라늄(U)-233으로 변환되고, 풍부한 매장량, 저렴한 가격, 플루토늄의 생성유무 등 다양한 장점으로 인하여 차세대 원자력시스템의 주요 연료 원천물질로 관심을 받고 있다.
한편, 원자로는 이용하는 중성자의 에너지 영역에 따라 약 100 KeV 이상의 고속중성자를 이용하는 고속로(fast reactor)형 원자로와 약 1 eV 이하의 열중성자를 주로 이용하는 열중성자로(thermal reactor)형 원자로로 분류될 수 있다. 대부분의 토륨 핵연료를 사용하는 원자로의 경우, 대단위 규모의 나트륨 냉각재를 사용한 고속 원자로 개념을 활용하여 설계되어 왔다.
그러나, 고속 원자로의 경우, 규모 및 경비 면에서 쉽게 접근하기 힘들며 사고가 발생하였을 때 냉각재인 나트륨에 인한 2차 사고가 발생할 수 있다는 문제가 있다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
한국등록특허공보 제10-1221569호(2013.01.14.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 종래의 토륨 고속로 개념을 소형화 및 안전성이 확보될 수 있도록 금속핵연료 기반 토륨 육각핵연료집합체에 적용하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로를 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심은, 핵분열 연쇄반응이 일어나기 위한 복수의 핵연료체를 포함하는 핵연료 집합체; 상기 핵연료 집합체의 사이에 배치되어 상기 핵분열 연쇄반응에 의해 방출된 에너지를 흡수하는 냉각재; 및 상기 핵연료 집합체를 둘러싸도록 배치되며 상기 핵연료 집합체로부터 발생되는 중성자의 외부 누출을 저감시키는 반사체;를 포함하며, 상기 핵연료체는 토륨 및 우라늄 금속, 지르코늄 합금 및 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 포함하는 육각형 기둥으로 형성되고, 상기 토륨은 Th-232이며, 상기 우라늄은 상기 토륨 주기의 비증식 저항성을 보장하기 위해 U-233으로 마련될 수 있다.
상기 핵연료체는, 90 중량%의 토륨 및 우라늄 금속과 10 중량%의 지르코늄 합금을 포함할 수 있다.
상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는, 중성자의 에너지 영역이 열중성자 에너지 영역에서 열외 중성자 에너지 영역으로 이동되게 할 수 있다.
상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 0.1중량% 내지 0.7중량%의 수소로 마련될 수 있다.
상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제가 첨가됨에 따라 유효증배계수(Keff)는 1.2 내지 1.6의 값을 가질 수 있다.
상기 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 합금에 대한 우라늄(U)-233의 비는 1.3 보다 크고 1.6 보다 작을 수 있다.
상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 붕소(Boron) 또는 중수(D2O)로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심을 구비한 원자로를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로는 원자로 내부의 핵분열에 의해 생성되는 고속중성자가 수소 수화물에 의해서 에너지가 감속되며 이러한 감속된 에너지를 이용하여 토륨(Th)-232의 우라늄(U)-233으로의 변환을 촉진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로는 나트륨 냉각재가 아닌 납-비스무트 냉각재를 사용하기 때문에 원자로의 안전성을 증진시킬 수 있다.
본 발명에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로는 흑연 반사체를 구비하기 때문에 누설되는 중성자를 핵분열에 다시 활용할 수 있다.
본 발명에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로는 토륨 육각 핵연료 집합체의 개수를 조정하여 노심의 임계도 조정 및 노심의 연소 주기를 연장할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 열외중성자로 노심에 마련된 핵연료 집합체를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 핵연료 집합체를 구성하는 핵연료체를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제에 따른 중성자 에너지 스펙트럼을 나타내는 실험 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제의 유무에 따른 유효증배계수를 보여주는 실험 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 토륨 및 우라늄의 조성비에 따른 유효증배계수를 나타내는 실험 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제의 변형예에 따른 중성자 에너지 스펙트럼을 나타내는 실험 그래프이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심을 나타내는 도면, 도 2는 도 1에 도시한 열외중성자로 노심에 마련된 핵연료 집합체를 나타내는 도면, 도 3은 도 2에 도시한 핵연료 집합체를 구성하는 핵연료체를 나타내는 도면, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제에 따른 중성자 에너지 스펙트럼을 나타내는 실험 그래프, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제의 유무에 따른 유효증배계수를 보여주는 실험 그래프, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 토륨 및 우라늄의 조성비에 따른 유효증배계수를 나타내는 실험 그래프, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심에 있어서 중성자 에너지 영역 천이 첨가제의 변형예에 따른 중성자 에너지 스펙트럼을 나타내는 실험 그래프이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)은, 핵분열 연쇄반응이 일어나기 위한 복수의 핵연료체(120)를 포함하는 핵연료 집합체(110); 핵연료 집합체(110)의 사이에 배치되어 상기 핵분열 연쇄반응에 의해 방출된 에너지를 흡수하는 냉각재(150); 및 핵연료 집합체(110)를 둘러싸도록 배치되며 핵연료 집합체(110)로부터 발생되는 중성자의 외부 누출을 저감시키는 반사체(170)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)은 쇄빙선(Icebreaker ship)에 적용될 수 있고, 임계 원자로 뿐만 아니라 미임계 원자로에도 적용될 수 있다.
핵연료 집합체(110) 및 핵연료 집합체(110)를 구성하는 복수개의 핵연료체(120)는 육각형 기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 핵연료 집합체(110)는 19개의 핵연료체(120)를 포함할 수 있다. 즉, 19개의 핵연료체(120)를 육각형 모양으로 배치함으로써 1개의 핵연료 집합체(110)가 형성될 수 있다.
여기서, 핵연료체(120)는, 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 금속, 그리고 지르코늄(Zr) 합금을 포함하는 금속핵연료(ThUZr)이다. 도 3을 참조하면, 핵연료체(120)는 원기둥 형상으로 마련되고, 핵연료체(120)를 둘러싸는 피복재(130)가 마련될 수 있다. 피복재(130)는 스테인리스 스틸 피복재(Stainless steel cladding)로 마련되는 것이 바람직하다. 피복재(130)의 외측에는 납-비스무트(Pb-Bi) 냉각재(140)가 마련될 수 있다.
핵연료체(120)를 둘러싸는 냉각재(140) 뿐만 아니라 핵연료 집합체(110)의 사이에 배치되거나 핵연료 집합체(110)와 반사체(170) 사이에 마련되는 냉각재(150)도 납-비스무트 냉각재로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)은, 냉각재(140,150)로 나트륨 또는 소듐(Sodium) 대신 납-비스무트를 사용하기 때문에 나트륨 또는 소듐이 물과 반응하여 화재가 발생하는 2차 사고를 방지할 수 있고, 결과적으로 원자로의 안전성을 증진시킬 수 있다. 액체 소듐 냉각재에 비해서 납-비스무트 냉각재가 물과 반응하지 않는 저항성이 커 원자로의 안전성을 높일 수 있다.
핵연료 집합체(110)를 둘러싸도록 배치되며 핵연료 집합체(110)로부터 발생되는 중성자의 외부 누출을 저감시키는 반사체(170)는 흑연 반사체가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열외중성자로 노심(100)은 439개의 핵연료 집합체(110)를 포함하며, 각각의 핵연료 집합체(110)는 19개의 핵연료체(120)를 포함할 수 있다. 이와 같이 형성된 열외중성자로 노심(100)을 구비한 원자로는 100 MWt/h의 출력을 낼 수 있다.
열외중성자로 노심(100)의 직경(D)은 152~161 센티미터(cm)이고, 핵연료 집합체(110)의 크기는 1.4 센티미터(cm)인 것이 바람직하지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 요구되는 원자로의 출력 등에 따라서 노심의 직경 또는 핵연료 집합체의 크기는 달라질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 열외중성자로 노심(100)의 핵연료체(120)는 토륨(Th)-232 금속을 포함하기 때문에, 중성자 에너지 영역이 고속 중성자 스펙트럼에서 열외 중성자 스펙트럼 영역으로 천이되는 장점이 있다.
상기에서 언급한 바와 같이, 핵연료체(120) 및 핵연료 집합체(110)는 모두 육각형 모양으로 형성되며, 핵연료체(120)를 형성하는 우라늄은 토륨 주기(Thorium cycle)의 비증식 저항성을 보장하기 위해 원자가 233의 우라늄(U-233)으로만 마련될 수 있다.
여기서, 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 금속은 90 중량%이고 지르코늄 합금(Zr alloy)은 10 중량%의 조성으로 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)에 사용되는 핵연료체(120)는 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 포함할 수 있다.
상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 불순물의 일종으로서 부드러운 중성자 에너지 스펙트럼을 얻기 위해서 핵연료체(120)에 첨가될 수 있다. 핵연료체(120)에 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 첨가함으로써 열외 중성자 에너지 영역의 스펙트럼을 높일 수 있다.
여기서, 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 0.1중량% 내지 0.7중량%의 수소가 이용되는 것이 바람직하다. 본 발명의 발명자들은 중성자 에너지 영역 천이 첨가제로서 첨가되는 수소의 함유량(즉, 핵연료체에 포함된 수소의 중량%)에 따른 민감도 분석(Sensitivity analysis)을 하였으며, 그 결과는 다음 [표 1]과 같다.
구분 수소의 함유량 (%) 유효증배계수(Keff)
Case 1 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.1 wt%) 1.23505
Case 10 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.2 wt%) 1.34155
Case 11 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.3 wt%) 1.42118
Case 12 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.4 wt%) 1.48058
Case 13 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.5 wt%) 1.52948
Case 14 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.6 wt%) 1.56559
Case 15 ThU 90% and ZrH 10% (H 0.7 wt%) 1.59724
상기 [표 1]을 참조하면, 중성자 에너지 영역 천이 첨가제인 수소가 0.1중량%에서 0.7중량%로 증가함에 따라 유효증배계수도 가파르게 증가함을 알 수 있다.
도 4는 [표 1]에 따른 핵연료체(120)의 중성자 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 중성자 에너지 영역 천이 첨가제인 수소가 0.1중량%에서 0.7중량%로 증가함에 따라 중성자 에너지 스펙트럼이 왼쪽으로 조금씩 이동함을 알 수 있다. 이는 열외 중성자 에너지 스펙트럼이 높아졌음을 의미한다. 다만, 중성자 에너지 스펙트럼이 너무 지나치게 왼쪽으로 이동하면 붙잡히는 중성자가 많아지기 때문에 좋지 않다.
[표 1]을 참조하면, 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제인 수소가 첨가됨에 따라 유효증배계수(Keff)는 1.2 내지 1.6의 값을 가질 수 있다.
도 5는 중성자 에너지 영역 천이 첨가제인 수소의 첨가량이 많아짐에 따라 중성자 에너지 스펙트럼이 열중성자 에너지 영역에서 열외 중성자 에너지 영역으로 이동함을 보여 준다.
도 4 및 도 5에서 알 수 있듯이, 수소와 같은 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 핵연료체(120)에 추가함으로써, 원자로 내부의 핵분열 반응에 의해 생성되는 고속 중성자의 에너지가 감속되며, 이와 같이 감속된 에너지를 이용하여 토륨(Th)-232의 우라늄(U)-233으로의 변환을 촉진시킬 수 있고 중성자 에너지 스펙트럼을 열외 중성자 영역으로 이동시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)은, 핵연료체(120)에 수소와 같은 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 추가함으로써 핵연료체(120)를 장기간 동안 연소시킬 수 있고 높은 반응성을 얻을 수 있다.
본 발명의 발명자들은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심(100)에 대해서 MCNP6.1 코드를 사용하여 임계 계산 및 연소 실험을 하였다. 노심(100)의 유효증배계수(Keff)를 결정하기 위해서 MCNP6.1 코드의 KCODE 카드를 사용하고, 계산을 위해 50회의 비활성 주기(cycle)를 포함하여 총 250회의 활성 주기 동안 10,000개의 중성자를 사용하였다. 또한, 연소 계산을 위해서 MCNP6.1 코드의 BURN 카드를 사용했다.
도 6에는 수소와 같은 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 추가한 핵연료체(ThUZrH0.1)와 추가하지 않은 핵연료체(ThUZr)에 대한 유효증배계수(Keff)가 나타나 있다.
도 6을 참조하면, 수소와 같은 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 추가한 핵연료체(ThUZrH0.1)는 수소의 사용으로 인해서, 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 추가하지 않은 핵연료체(ThUZr) 보다 긴 수명과 높은 유효증배계수를 가진다는 것을 알 수 있다.
도 7은, 핵연료체(120)에 있어서 토륨(Th)-232와 우라늄(U)-233의 최적 조성비를 찾기 위한 실험 결과의 그래프이다. 즉, 도 7은 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 합금에 대한 우라늄(U)-233의 비에 대한 유효증배계수(Keff) 값을 보여 준다. 도 7에 의하면, 열외중성자로 노심(100)을 구비한 원자로가 임계 상태에 있기 위해서는 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 합금에 대한 우라늄(U)-233의 비가 1.3 보다 크고 1.6 보다 작은 것이 바람직함을 알 수 있다.
한편, 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 수소 외에 다른 불순물이 사용될 수도 있다. 예를 들면, 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 수소 수화물 뿐만 아니라 붕소(Boron) 또는 중수(D2O) 등이 이용될 수 있다.
도 8은, 상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제가 붕소(Boron)인 경우에 붕소의 첨가량에 따른 중성자 에너지 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 8을 참조하면, 붕소가 첨가됨에 따라 중성자의 에너지가 감소됨을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심 및 이를 구비한 원자로는, 핵연료 집합체의 개수를 조정함으로써 노심의 임계도를 조정할 수 있고 노심의 연소 주기도 연장할 수 있다. 또한, 수소 수화물 등을 첨가함으로써 보다 큰 반응성, 긴 수명과 함께 고속 중성자의 에너지 감소로 인해 열외중성자 에너지 영역에 도달하여 토륨(Th)-232의 우라늄(U)-233화를 가속화시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심
110: 핵연료 집합체
120: 핵연료체
130: 피복재
140,150: 냉각재
170: 반사체

Claims (8)

  1. 핵분열 연쇄반응이 일어나기 위한 복수의 핵연료체를 포함하는 핵연료 집합체;
    상기 핵연료 집합체의 사이에 배치되어 상기 핵분열 연쇄반응에 의해 방출된 에너지를 흡수하는 냉각재; 및
    상기 핵연료 집합체를 둘러싸도록 배치되며 상기 핵연료 집합체로부터 발생되는 중성자의 외부 누출을 저감시키는 반사체;를 포함하며,
    상기 핵연료체는 토륨 및 우라늄 금속, 지르코늄 합금 및 중성자 에너지 영역 천이 첨가제를 포함하는 육각형 기둥으로 형성되고,
    상기 토륨은 Th-232이며, 상기 우라늄은 상기 토륨 주기의 비증식 저항성을 보장하기 위해 U-233인 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핵연료체는, 90 중량%의 상기 토륨 및 우라늄 금속과 10 중량%의 상기 지르코늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는, 중성자의 에너지 영역이 열중성자 에너지 영역에서 열외 중성자 에너지 영역으로 이동되게 하는 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 0.1중량% 내지 0.7중량%의 수소인 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제가 첨가됨에 따라 유효증배계수(Keff)는 1.2 내지 1.6의 값을 가지는 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 토륨(Th)-232 및 우라늄(U)-233 합금에 대한 우라늄(U)-233의 비는 1.3 보다 크고 1.6 보다 작은 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 중성자 에너지 영역 천이 첨가제는 붕소(Boron) 또는 중수(D2O)인 것을 특징으로 하는 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 금속핵연료 기반 토륨 열외중성자로 노심을 구비한 원자로.
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