<p>PGSFR 장전 핵연료 집합체 완성… 러시아 고속로 조사시험 수행 예정</p>
<p>사용후핵연료 재활용 기술 연계 미래원자력시스템 개발 박차</p>
<p>사용후핵연료 문제 해결을 위해 국내에서 개발 중인 제4세대 원자로 소듐냉각고속로(SFR) 개발의 첫 단추라고 할 수 있는 핵연료 개발이 완성을 앞두고 있다.</p>
<p>한국원자력연구원(원장 김종경) 차세대핵연료기술개발부는 SFR원형로(PGSFR; Prototype Gen-Ⅳ SFR )에 장전할 핵연료 집합체 시제품을 완성했으며 오는 6월부터 러시아 고속 연구용원자로 'BOR-60'에서 핵연료봉 조사(照射)시험에 착수한다고 6일 밝혔다.</p>
<p>연구진은 미래원자력시스템 개발의 일환으로 지난 2007년 PGSFR 장전 핵연료 개발에 착수해 핵연료 설계, 제조 기술 등 10개 이상의 단위 공정, 소재 및 부품 기술을 완성하고 품질검사와 국내 연구로 조사시험을 수행했다.</p>
<p>사용후핵연료 재활용 기술인 파이로 프로세싱과 연계해 개발 중인 SFR은 사용후핵연료(파이로 공정의 최종 결과물인 TRU)를 원료로 사용할 수 있어 폐기물 저감 및 우라늄 자원 활용률 향상에 기여할 수 있다는 장점을 갖고 있다.</p>
<p>전기화학 공정인 파이로프로세싱을 통해 사용후핵연료에서 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 퀴륨(Cm), 넵튜늄(Np) 등 고 방사성물질인 TRU 원료를 추출할 수 있으며 이를 연료로 활용하는 SFR과 연계해 사용후핵연료 폐기물량을 20분의 1 감소시키고, 우라늄 자원 활용률은 현재 경수로보다 100배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.</p>
<p>SFR 핵연료 제조는 방사능이 높은 물질을 원료로 하는 만큼 신뢰성 높은 제조기술과 재료 및 부품의 안전성 확보가 관건이다. 연구진은 이를 위해 금속연료 주조 장치, 연료봉 및 집합체 제조 공정, 그리고 피복관 등의 핵연료 부품을 9년간 연구비 약 370억원을 투입해 개발하는데 성공했다.</p>
<p>원자로 안전성 유지의 1차 방호벽 역할을 하는 핵연료 피복관의 경우 기존에 해외 사례보다 고온 저항성이 30% 이상 향상된 고성능으로 지난 2014년 개발을 완료했다. 개발된 피복관인 FC92는 고온·고압의 고속로 핵연료 환경에서 견딜 수 있을 뿐 아니라 원자로 열효율을 높여서 전력 생산량 증가에 기여할 것으로 기대된다.</p>
<p>이번에 완성된 핵연료는 2020년까지 러시아 고속로에서 조사시험을 통해 성능과 안전성을 확인하게 된다. 실험실 규모로 완성된 공정도 장차 공학 규모로 확대해 개발을 지속한다는 방침이다.</p>
<p>한국원자력연구원은 2020년까지 PGSFR 특정설계 승인을 획득하는 한편 한·미 공동연구를 통해 파이로 공정을 통한 사용후핵연료 재활용 기술의 신뢰성과 안전성을 강화한 후 2028년까지 PGSFR을 건설하고 핵연료를 장전 할 계획이다.</p>
<p>현재 국내 공학규모 파이로 공정에서는 실제 TRU가 생산되지 않고 있어 개발된 핵연료 시제품은 우라늄 지르코늄(U-Zr) 합금으로 제작됐다. 우리 연구진은 국내 TRU 물질 이용 불가라는 한계를 극복하기 위해 한·미 핵주기 공동 П?프로그램을 통해 미국 INL(아이다호 국립연구소) 파이로 공정을 통해 TRU를 추출, 핵연료 제조 후 INL연구로 ATR에서 조사 시험을 수행할 계획이다.</p>
<p>이찬복 차세대핵연료기술개발부장은 "국내 기술로 내구성이 우수한 PGSFR 핵연료를 개발함으로써 향후 사용후핵연료 문제 해결에 기여하게 됐다"고 말했다.</p>
<p><용어 설명></p>
<p>-제4세대(Gen IV) 원자력 시스템 : 현재 가동 중인 3세대 원전보다 지속 가능성과 안전성, 경제성, 핵비확산성을 획기적으로 향상시킨 미래형 원자력 시스템.</p>
<p>-SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) : 제4세대 원자력 시스템 중에서도 가장 실현 가능성이 높은 것으로 평가되는 노형으로, 열 중성자를 이용하는 경수로와 달리 고속 중성자(fast neutron)를 이용해서 핵분열을 일으키고 이 때 발생하는 열을 물이 아닌 액체 소듐으로 전달해서 증기를 발생시키고 이 증기로 전기를 생산하는 원자로임. 사용후핵연료를 연료로 쓸 수 있는 장점이 있음.</p>
<p>-원형로 : 새로운 원자로를 실용화하기 위한 연구개발 과정에서 기초연구부터 실험로 → 원형로 → 실증로 → 상업로 등의 개발 단계 중 하나.</p>
<p>-파이로프로세싱(Pyroprocessing) : 고온(섭씨 500∼650 ℃)의 용융염을 이용, 전기화학적인 방법으로 사용후핵연료에서 우라늄 등 유용한 핵물질을 분리해내는 기술. 공정 특성상 플루토늄의 단독 회수가 불가능해 핵확산저항성이 뛰어난 선진 핵연료주기 기술.</p>
<p>-TRU(TRans Uranium) : 초우라늄. 우라늄보다 독성이 높은 장수명 핵종으로, 파이로 프로세싱 공정의 최종 결과물은 TRU로 이루어져있으며, 이것을 SFR 핵연료로 제조해 연소하면 반감기가 짧거나 안정된 핵종으로 변환될 수 있음.</p>
양세훈 한경닷컴 QOMPASS뉴스 기자 twonews@asiaee.net
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<p>사용후핵연료 재활용 기술 연계 미래원자력시스템 개발 박차</p>
<p>사용후핵연료 문제 해결을 위해 국내에서 개발 중인 제4세대 원자로 소듐냉각고속로(SFR) 개발의 첫 단추라고 할 수 있는 핵연료 개발이 완성을 앞두고 있다.</p>
<p>한국원자력연구원(원장 김종경) 차세대핵연료기술개발부는 SFR원형로(PGSFR; Prototype Gen-Ⅳ SFR )에 장전할 핵연료 집합체 시제품을 완성했으며 오는 6월부터 러시아 고속 연구용원자로 'BOR-60'에서 핵연료봉 조사(照射)시험에 착수한다고 6일 밝혔다.</p>
<p>연구진은 미래원자력시스템 개발의 일환으로 지난 2007년 PGSFR 장전 핵연료 개발에 착수해 핵연료 설계, 제조 기술 등 10개 이상의 단위 공정, 소재 및 부품 기술을 완성하고 품질검사와 국내 연구로 조사시험을 수행했다.</p>
<p>사용후핵연료 재활용 기술인 파이로 프로세싱과 연계해 개발 중인 SFR은 사용후핵연료(파이로 공정의 최종 결과물인 TRU)를 원료로 사용할 수 있어 폐기물 저감 및 우라늄 자원 활용률 향상에 기여할 수 있다는 장점을 갖고 있다.</p>
<p>전기화학 공정인 파이로프로세싱을 통해 사용후핵연료에서 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 퀴륨(Cm), 넵튜늄(Np) 등 고 방사성물질인 TRU 원료를 추출할 수 있으며 이를 연료로 활용하는 SFR과 연계해 사용후핵연료 폐기물량을 20분의 1 감소시키고, 우라늄 자원 활용률은 현재 경수로보다 100배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.</p>
<p>SFR 핵연료 제조는 방사능이 높은 물질을 원료로 하는 만큼 신뢰성 높은 제조기술과 재료 및 부품의 안전성 확보가 관건이다. 연구진은 이를 위해 금속연료 주조 장치, 연료봉 및 집합체 제조 공정, 그리고 피복관 등의 핵연료 부품을 9년간 연구비 약 370억원을 투입해 개발하는데 성공했다.</p>
<p>원자로 안전성 유지의 1차 방호벽 역할을 하는 핵연료 피복관의 경우 기존에 해외 사례보다 고온 저항성이 30% 이상 향상된 고성능으로 지난 2014년 개발을 완료했다. 개발된 피복관인 FC92는 고온·고압의 고속로 핵연료 환경에서 견딜 수 있을 뿐 아니라 원자로 열효율을 높여서 전력 생산량 증가에 기여할 것으로 기대된다.</p>
<p>이번에 완성된 핵연료는 2020년까지 러시아 고속로에서 조사시험을 통해 성능과 안전성을 확인하게 된다. 실험실 규모로 완성된 공정도 장차 공학 규모로 확대해 개발을 지속한다는 방침이다.</p>
<p>한국원자력연구원은 2020년까지 PGSFR 특정설계 승인을 획득하는 한편 한·미 공동연구를 통해 파이로 공정을 통한 사용후핵연료 재활용 기술의 신뢰성과 안전성을 강화한 후 2028년까지 PGSFR을 건설하고 핵연료를 장전 할 계획이다.</p>
<p>현재 국내 공학규모 파이로 공정에서는 실제 TRU가 생산되지 않고 있어 개발된 핵연료 시제품은 우라늄 지르코늄(U-Zr) 합금으로 제작됐다. 우리 연구진은 국내 TRU 물질 이용 불가라는 한계를 극복하기 위해 한·미 핵주기 공동 П?프로그램을 통해 미국 INL(아이다호 국립연구소) 파이로 공정을 통해 TRU를 추출, 핵연료 제조 후 INL연구로 ATR에서 조사 시험을 수행할 계획이다.</p>
<p>이찬복 차세대핵연료기술개발부장은 "국내 기술로 내구성이 우수한 PGSFR 핵연료를 개발함으로써 향후 사용후핵연료 문제 해결에 기여하게 됐다"고 말했다.</p>
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| 한국원자력연구원 연구진이 고속로 핵연료 주조장치를 이용한 실험을 하고 있다. |
<p>-제4세대(Gen IV) 원자력 시스템 : 현재 가동 중인 3세대 원전보다 지속 가능성과 안전성, 경제성, 핵비확산성을 획기적으로 향상시킨 미래형 원자력 시스템.</p>
<p>-SFR (Sodium-cooled Fast Reactor) : 제4세대 원자력 시스템 중에서도 가장 실현 가능성이 높은 것으로 평가되는 노형으로, 열 중성자를 이용하는 경수로와 달리 고속 중성자(fast neutron)를 이용해서 핵분열을 일으키고 이 때 발생하는 열을 물이 아닌 액체 소듐으로 전달해서 증기를 발생시키고 이 증기로 전기를 생산하는 원자로임. 사용후핵연료를 연료로 쓸 수 있는 장점이 있음.</p>
<p>-원형로 : 새로운 원자로를 실용화하기 위한 연구개발 과정에서 기초연구부터 실험로 → 원형로 → 실증로 → 상업로 등의 개발 단계 중 하나.</p>
<p>-파이로프로세싱(Pyroprocessing) : 고온(섭씨 500∼650 ℃)의 용융염을 이용, 전기화학적인 방법으로 사용후핵연료에서 우라늄 등 유용한 핵물질을 분리해내는 기술. 공정 특성상 플루토늄의 단독 회수가 불가능해 핵확산저항성이 뛰어난 선진 핵연료주기 기술.</p>
<p>-TRU(TRans Uranium) : 초우라늄. 우라늄보다 독성이 높은 장수명 핵종으로, 파이로 프로세싱 공정의 최종 결과물은 TRU로 이루어져있으며, 이것을 SFR 핵연료로 제조해 연소하면 반감기가 짧거나 안정된 핵종으로 변환될 수 있음.</p>
양세훈 한경닷컴 QOMPASS뉴스 기자 twonews@asiaee.net
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