원자력연, 원전 해체용 레이저 절단기술 개발 성공

해외 기술 4배 이상 뛰어난 최고 수준 성능 확인
원격해체 로봇 등 다양한 레이저 분야 적용 가능

원자력연구원이 개발한 레이저 절단기술 시연 모습. 이번 개발 기술은 물 속에 있는 금속도 절단할 수 있다. 원자력연 제공

한국원자력연구원(이하 원자력연)은 기존 해외기술 대비 성능이 대폭 향상된 '원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술'을 개발했다고 9일 밝혔다. 크고 무거운 설비를 잘라내야 하는 원전 해체현장에 국내 연구진의 연구 성과가 유용하게 쓰일 것으로 전망된다.

이번에 개발한 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술은 해외 선진국에서도 완성하지 못한 최첨단 기술로 광섬유 레이저를 이용해 두꺼운 금속을 효과적으로 절단한다.

원전 해체 작업은 커다란 원전 설비를 작게 잘라낸 후 제염을 통해 방사능 오염을 제거하고 원래 환경으로 복원하는 것이다. 원전에 사용되는 주요 설비는 스테인리스 스틸, 탄소강 등 단단한 금속으로 이뤄져 있다. 원자로압력용기와 원자로 내부 구조물과 같은 핵심설비는 두께가 보통 100㎜ 내외에서 최고 300㎜ 이상에 이르는 금속으로 만들어져 절단이 쉽지 않다. 아울러 고방사능 환경에서 절단 작업을 수행하기 때문에 더욱 빠르고 안전한 방법이 필요하다.

또 기존의 원전 해체용 절단기술로는 톱을 이용하는 기계적 절단, 열로 녹이는 열적 절단이 있으나 안전성과 기술성 측면에서 한계가 있다. 기계적 절단은 장비가 커 움직임이 둔하고 로봇과 같은 2차 장비에 연결하기 어렵다. 열적 절단은 다량의 2차 폐기물이 발생하고 사용할 수 있는 대상이 한정적이다.

원자력연이 개발한 레이저 절단기술은 독자 개발한 레이저 절단헤드로 레이저 빔을 강하게 집속(focusing)해 대상을 녹이는 동시에 자체적으로 설계·제작한 초음속 노즐로 가스를 초음속으로 분사해 레이저로 녹은 용융물을 절단한다. 6㎾급 레이저를 이용하면 공기 중에서는 최대 100㎜, 물속에서는 최대 70㎜ 두께의 금속을 절단할 수 있다. 또 60㎜ 두께의 금속의 경우 공기 중에서 90㎜/min, 수중에서는 최고 60㎜/min의 속도로 절단할 수 있다. 이 속도는 프랑스, 일본 등 해외 선진기관에서 개발 중인 기술을 4배 이상 훌쩍 뛰어넘는 수준이다.

독자 개발한 레이저 절단헤드는 기존 제품에 비해 매우 가볍고 작아 향후 원격해체 로봇과 같이 레이저를 사용하는 다양한 분야에 적용할 수 있다. 이로써 연구원은 대상과 공정에 따라 레이저 절단 헤드를 최적화할 수 있는 독자설계·제작 능력을 갖추게 됐다.

연구를 주도한 신재성·오승용 박사는 "이번에 개발한 레이저 절단기술은 국외 선진기술과 견주어도 매우 뛰어나다"며 "핵심요소를 독자 개발해 국내 고유의 기술을 확보했다는 데 큰 의의가 있다"고 말했다. 또 "현재 진행 중인 원격해체기술과 함께 실용화 과정을 거쳐 실제 국내 원전 해체현장에 적용하는 것은 물론이고 해외 시장 진출을 목표로 연구를 계속 진행할 계획"이라고 포부를 밝혔다. 임효인 기자