원자력연 “4세대 원전 핵연료 독자기술 완성단계”

SFR원형로 장전 시제품 개발 … 폐기물 획기적 감소

▲ 사진은 이번에 개발된 핵연료 집합체 시제품.

국내 기술로 개발중인 제4세대 핵연료 독자기술이 완성단계에 와있다.

한국원자력연구원(원장 김종경 KAERI)은 사용후핵연료 문제를 해결하고자 국내에서 개발중인 '제4세대 원자로 소듐냉각고속로(SFR)'개발의 첫 단추라고 할 수 있는 핵연료 독자기술의 완성을 눈앞에 두고 있다고 6일 발표했다.

제4세대 원자력 시스템은 현재 가동중인 3세대보다 지속 가능성과 안전성, 경제성, 핵비확산성을 획기적으로 향상시킨 미래형 원자력 시스템이다.

이날 KAERI에 따르면 차세대핵연료기술개발부에서 SFR원형로(PGSFR; Prototype Gen-Ⅳ SFR )에 장전할 핵연료 집합체 시제품을 최근 완성하고, 오는 6월부터 러시아 고속 연구용원자로 'BOR-60'에서 핵연료봉 조사(照射)시험에 착수한다.

SFR(Sodium-cooled Fast Reactor) 원형로는 제4세대 원자력 시스템 중에서도 가장 실현 가능성이 큰 것으로 평가되는 노형으로, 열 중성자를 이용하는 경수로와 달리 고속 중성자를 이용해 핵분열을 일으켜 발생하는 열을 물이 아닌 액체 소듐으로 전달해서 증기를 발생시켜 전기를 생산하는 원자로다.

SFR 원형로는 사용후핵연료를 연료로 쓸 수 있어 폐기물을 20분의 1까지 감소시키고, 우라늄 자원 활용률은 현재 경수로보다 100배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.

SFR 핵연료 제조는 방사능이 높은 물질을 원료로 하는 만큼 신뢰성 높은 제조기술과 재료 및 부품의 안전성 확보가 관건이다.

KAERI 연구진은 이를 위해 금속연료 주조 장치, 연료봉 및 집합체 제조 공정, 피복관 등의 핵연료 부품을 9년간 연구비 약 370억원을 투입해 개발하는데 성공했다.

연구진이 개발에 성공한 제4세대용 핵연료는 오는 6월부터 2020년까지 러시아 고속로에서 조사시험을 통해 성능과 안전성을 확인하게 된다.

KAERI측은 실험실 규모로 완성된 공정도 장차 공학 규모로 확대해 개발을 지속한다는 방침이다.

KAERI는 2020년까지 PGSFR 특정설계 승인을 획득하는 한편 한·미 공동연구로 파이로 공정을 통한 사용후핵연료 재활용 기술의 신뢰성과 안전성을 강화하고서 2028년까지 PGSFR을 건설하고 핵연료를 장전할 계획이다.

현재 국내 공학규모 파이로 공정에서는 실제 TRU(TRans Uranium·초우라늄, 우라늄보다 독성이 높은 장수명 핵종으로 파이로 프로세싱 공정의 최종결과물)가 생산되지 않고 있어 개발된 핵연료 시제품은 우라늄 지르코늄(U-Zr) 합금으로 제작됐으며 KAERI 연구진은 국내 TRU 물질 이용 불가라는 한계를 극복하고자 한·미 핵주기 공동 연구 프로그램을 진행해 TRU를 추출, 핵연료 제조 후 조사시험을 수행한다.

KAERI 이찬복 차세대핵연료기술개발부장은 “국내 기술로 내구성이 우수한 PGSFR 핵연료를 개발함으로써 앞으로 사용후핵연료 문제 해결에 크게 이바지하게 됐다”고 말했다.

이승규 기자 esk@