차세대원전 소듐냉각고속로용 핵연료 집합체 완성

원자력연 "SFR원형로용 핵연료 집합체 러시아서 시험 예정"

국내 연구진이 사용후핵연료를 파이로프로세싱으로 처리해 다시 핵연료로 사용하는 제4세대 원자로인 소듐냉각고속로(SFR) 원형로용 핵연료 집합체 시제품을 완성했다.

한국원자력연구원(KAERI)은 6일 차세대핵연료기술개발부 연구진이 SFR원형로(PGSFR)에 장전할 핵연료 집합체 시제품을 완성, 6월부터 러시아 고속 연구용원자로 'BOR-60'에서 핵연료봉 조사(照射)시험을 한다고 밝혔다.

SFR은 현재 가동 중인 3세대 원전보다 지속가능성, 안전성, 경제성, 핵비확산성이 향상된 제4세대 원전 중 가장 실현 가능성이 큰 것으로 평가되는 노형으로 고속중성자(fast neutron)를 이용해서 핵분열을 일으키고 이때 발생하는 열을 액체 소듐으로 전달해 증기를 발생시킨다.

SFR은 사용후핵연료 재활용 기술인 파이로프로세싱을 통해 생산되는 우라늄(U),플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 퀴륨(Cm), 넵튜늄(Np) 등 고방사성물질인 초우라늄(TRU)를 원료로 사용할 수 있어 폐기물 저감 및 우라늄 자원 활용률 향상에 기여할 수있다는 장점이 있다.

연구진이 제작한 SFR 핵연료 집합체 시제품은 정부가 2028년 건설할 계획인 SFR원형로에 장전해 사용할 핵연료로 우라늄과 지르코늄(U-Zr) 합금으로 제작됐다. 새로운 원자로는 기초연구부터 실험로→원형로→실증로→상업로 단계를 거쳐 개발된다.

SFR에는 한국과 미국이 현재 공동 연구 중인 파이로프로세싱이 실현되면 사용후핵연료에서 추출한 초우라늄을 핵연료로 사용하게 된다. 이 경우 사용후핵연료 폐기물량은 20분의 1로 줄고 우라늄 자원 활용률은 현재 경수로보다 100배 이상 향상될것으로 기대된다.

파이로프로세싱은 500∼650℃의 고온 용융염을 이용해 전기화학적 방법으로 사용후핵연료에서 우라늄과 플루토늄 등 유용한 핵물질을 분리해 내는 기술로 공정 특성상 핵무기에 사용될 수 있는 플루토늄을 단독으로 회수하는 게 불가능해 핵확산저항성이 뛰어난 것이 특징이다.

연구진은 2007년 PGSFR 장전 핵연료 개발에 착수해 9년간 370억원을 투입해, 핵연료 설계, 연료봉 및 집합체 제조공정 등 10개 이상의 단위 공정, 피복관 등 소재·부품 기술을 완성하고 품질검사와 국내 연구로 조사시험을 수행했다.

원자력연은 이번에 완성된 핵연료를 2020년까지 러시아 고속로에서 조사시험을해 성능과 안전성을 확인하고 실험실 규모 공정도 장차 공학 규모로 확대해 개발을지속할 방침이다.

또 2020년까지 PGSFR 특정설계 승인을 획득하고 한·미 공동연구를 통한 파이로프로세싱 공정으로 사용후핵연료 재활용 기술의 신뢰성과 안전성을 강화해 2028년까지 PGSFR을 건설하고 핵연료를 장전할 계획이다.

이찬복 원자력연 차세대핵연료기술개발부장은 "국내 기술로 내구성이 우수한 PGSFR 핵연료를 개발함으로써 향후 사용후핵연료 문제 해결에 기여하게 됐다"고 말했다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>