달 기지를 위한 고효율 소형 원자력 발전소 'MULE' 설계 공개

• 뮌헨 공과대학교 연구진이 달 기지 자원 활용을 지원할 고온 소형 원자력 반응로 'MULE(Microreactor Utilisation for Lunar Exploration)' 개념을 제안함.
• 달의 14일 밤과 극한 기온 문제를 극복하고, 현지 자원 활용(ISRU)을 위한 용융염 전해질 공정에 필요한 대량의 열과 전력을 동시에 공급하도록 설계됨.

열 에너지 캐스케이드 시스템

• MULE은 열 에너지를 단계적으로 활용하여 효율을 극대화함:
  • 1단계(1000°C): 달 먼지에서 산소와 금속 합금을 추출하는 용융염 전해질(MSE) 공정 구동.
  • 2단계(750°C): 닫힌 루프 브레이튼 사이클(Closed-loop Brayton cycle)을 통해 터빈을 돌려 전기 생산.
  • 3단계(150°C): 기지 거주 구역 난방에 활용.
  • 4단계(75°C): 최종 잔열을 우주 공간으로 방출.

기술적 사양 및 설계 특징

• 핵심부: 실리콘 카바이드 소재의 세라믹 코어와 TRISO 연료 입자 사용으로 멜트다운 위험 최소화.
• 연료: 93% 농축 우라늄(U-235) 사용.
• 제어 장치: 기존 제어봉 대신 중성자 흡수재(붕소 탄화물)와 반사재(베릴륨 산화물)가 코팅된 회전 드럼 사용.
• 규격: 길이 2.3m, 폭 0.78m, 무게 2.1톤으로 현대 중량급 로켓 운송 가능.

성능 및 한계점

• Serpent 2 시뮬레이션 결과, 초기 설계 수명 10년을 훨씬 초과하여 최대 95년까지 재급유 없이 운전 가능할 것으로 예측됨.
• 해결 과제: 세라믹 소재의 열충격 내구성 문제와 고온 헬륨 냉각 가스 관리, 방사선 차폐를 위한 달 표면 매립 기술 확보 등이 필요함.