- 원자력연, 감시시편을 활용한 원전 2차 계통 설비의 대기부식 평가 기술 개발 -

- 고리 2․3호기를 통한 기술 실증, 장기 정지 원전의 체계적인 유지관리 가능 -

□ 원자력발전소(이하 원전)는 유지보수, 예방정비, 인허가 등으로 장기간 정지되는 경우가 있다. 장기 정지 시 원자로 외의 2차 계통 배관과 주요 기기는 물을 뺀 건식상태로 관리한다. 이처럼 대기에 노출된 설비는 부식이 진행되지만, 그 정도를 정확하게 측정하기 어려웠다. 그런데 최근 국내 연구진이 원전 설비의 대기부식 측정 기술을 개발해 실증까지 마쳤다고 한다.

사진 1. 한국원자력연구원이 감시시편을 활용한 장기 정지 원전 설비 대기부식 평가 기술을 개발했다.

□ 한국원자력연구원은 장기 정지 원전의 2차 계통 설비가 대기 환경에 노출되면서 발생하는 부식 정도를 감시시편(surveillance specimen)을 활용해 정확하게 측정하는 기술 개발에 성공했다고 22일 밝혔다.

 ㅇ 금속의 부식률은 일반적으로 표면에 산화막이 형성되면서 생긴 중량 변화로 측정한다. 하지만 원전 설비는 중량 변화 측정이 불가능해 설비 표면에서 시료를 직접 채취해 부식 정도를 추정해왔다. 이 경우 원전 운전 중 이미 생성된 산화막으로 인해 정지 이후 대기 노출로 추가 발생한 산화물을 시료에서 명확히 구분하기 어렵다.

 ㅇ 이에 재료안전기술연구부 전순혁, 하성준 박사 연구팀은 원전 2차 계통 배관재로 사용되는 탄소강을 기반으로 정상 운전 시 생성되는 산화막을 산화 공정을 통해 인위적으로 형성한 감시시편을 개발했다. 이 시편을 원전 정지 후 건식관리 중인 설비 내부에 장착하고, 일정 기간이 지나 중량 증가를 측정해 부식률을 정량적으로 환산하는 평가 기술을 개발했다.

 ㅇ 이 기술은 시료를 직접 채취하는 기존 방식과 달리 설비 원형에 영향을 주지 않으며, 원전 정지 후 발생한 대기부식만을 정확히 구분해 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그리고 다양한 위치에 설치된 감시시편을 통해 부식 특성을 체계적으로 추적할 수 있어 설비별 맞춤형 유지관리 기준 및 전략 수립에도 활용될 수 있다.

사진 2. 연구팀이 개발한 감시시편의 표면 및 단면 모습

□ 연구팀은 이번 기술을 최근 계속운전 심사를 통과한 고리 2호기와 계속운전 심사가 진행 중인 고리 3호기에 적용해 실증을 완료했다.

 ㅇ 원전의 계속운전 인허가에 여러 해가 소요됨에 따라 향후 장기 운전정지 원전은 증가할 것으로 예상된다.

 ㅇ 이런 상황에서 이번 기술은 장기 건식관리 기간 중 원전 설비 건전성 평가의 신뢰도를 높이고, 원전 계속운전 판단에 필요한 데이터를 제공하는 데 활용될 것으로 기대된다.

사진 3. 감시시편의 대기부식 전/후 비교

□ 이번 연구는 2025년부터 기후에너지환경부 가동원전 안전성향상 핵심기술개발 사업의 지원을 받아 수행되었다. 연구 결과는 원자력 분야 국제 학술지인 원자력공학 및 설계(Nuclear Engineering and Design)에 2026년 2월 온라인 게재되었으며, 국내 특허도 출원했다.

  * (논문명) Evaluation of atmospheric corrosion on SA106 Gr.B carbon steel of secondary system in nuclear power plants using surveillance specimens during dry lay-up (건식관리 기간 중 감시시편을 이용한 원자력발전소 2차계통 SA106 Gr.B 탄소강의 대기부식 평가)

사진 4. 대기부식 평가 기술을 개발한 주요 연구진

(왼쪽부터) 하성준 박사후연구원, 전순혁 책임연구원

□ 연구원 김동진 재료안전기술연구부장은 “이번 기술은 기존 방식의 한계를 극복하고 원전 2차 계통의 실제 부식 상태를 반영한 새로운 평가 기술”이라며, “국내 원전의 계속운전 추세에 발맞춰 설비의 체계적인 유지관리를 통해 건전성을 강화하는데 기여할 것”이라고 밝혔다.