□ 국내 연구진이 개발한 연구용 모의 사용후핵연료 관련 기술이 원자력 기술 종주국인 미국에 수출돼 사용후핵연료 저장 및 처분에 관한 기술 개발에 활용되게 됐다.

□ 한국원자력연구원(원장 정연호)은 경수로핵연료기술개발부 김건식 박사 팀이 교육과학기술부 원자력연구개발사업 ‘가소성 재료 환형 소결체 개발’ 과제를 통해 개발한 연구용 모의 사용후핵연료 소결체 60개를 미국 원자력규제위원회(NRC; Nuclear Regulatory Commission)로부터 사용후핵연료 저장 및 처분 환경에 관한 연구 업무를 부여받아 수행중인 Southwest Research Institute(SwRI)에 제공하기로 하는 기술 수출 계약을 맺었다.

   ※ 소결체(pellet) : 이산화우라늄(UO₂), 탄화우라늄(UC) 등 우라늄을 핵연료로 쓰일 수 있도록 작은 원통 모양으로 가공한 것. 소결체를 지르코늄 합급 피복관 안에 넣으면 원자력 발전소 연료로 사용하는 핵연료 봉이 된다.

 ○ 사용후핵연료의 저장 및 처분을 위해서는 안전성 관련 실험자료 수집이 필수적인데, 높은 방사성을 띠는 실제 사용후핵연료를 사용해서 실험할 경우 핫셀(hot cell) 같은 차폐 설비와 원격 장비 등 특수 시설이 필요하고 실험 범위와 정밀도가 제한적인 문제가 있다.

 ○ 김건식 박사 팀은 방사성 물질을 포함하지 않으면서도 실제 핵연료가 원자로 안에서 연소되는 과정에서 생성되는 핵분열 물질의 화학적 및 물리적 특성과 분포가 거의 유사한 연구용 모의 사용후핵연료 소결체를 개발, 특수 시설 없이 관련 실험을 수행하면서도 광범위한 실험 자료를 정밀하게 얻을 수 있도록 했다.

□ 김건식 박사 팀은 그동안 축적해온 분말 혼합, 성형, 고온 소결 기술 등을 융합해서 실제 사용후핵연료 소결체의 특성을 그대로 가지고 있는 고품질 모의 소결체 개발에 성공하고, 이를 미국에 수출까지 하게 됐다.

 ○ 연구용 모의 사용후핵연료 소결체는 핵분열 생성물이 포함된 이산화우라늄(UO2) 분말을 분말성형기에서 원통 형태의 성형체로 만든 다음, 1,700℃ 정도의 고온에서 장시간 열처리하는 고온 소결 공정을 통해 제조된다.

 ○ 김 박사 팀은 볼-밀법(milling)법을 통해 UO₂분말을 분쇄 처리한 다음, 핵연료 생성물을 혼합시키는 분말 혼합 과정을 거쳐, 고온 소결 과정에서 첨가되는 수소 등의 비율을 최적화함으로써 실제 사용후핵연료와 유사한 연구용 모의 사용후핵연료를 개발할 수 있었다.

   ※ 볼밀법(ball-mill) : 단단한 금속 또는 세라믹 재질의 공들과 분쇄하고자 하는 분말을 원통형의 용기에 함께 섞어 회전시키면서 공들로 하여금 분말을 미세하게 분쇄하도록 하는 공정

□ SwRI는 한국원자력연구원으로부터 공급 받은 연구용 모의 사용후핵연료를 표준 시료로 사용, 핵연료의 연소도 차이에 따른 핵분열 생성물 양의 변화나 미세조직의 변화 과정을 연구함으로써 사용후핵연료 저장 및 처분 조건에 대한 신뢰도 있는 자료를 구축하는데 활용할 계획이다.

 ○ SwRI는 미국에서 가장 오래된 비영리 연구기관 중의 하나로, 사용후핵연료의 저장 및 처분 안전성에 대한 실험 및 평가자료 구축 사업을 추진 중인 NRC로부터 사용후핵연료 저장 및 처분 환경 조성에 관한 연구 업무를 부여받아 수행중이다.

 ○ 김건식 한국원자력연구원 경수로핵연료기술개발부 책임연구원은 “이번 수출로 경수로 핵연료 분야에서 원자력 선진국과 동등한 기술 수준을 국제적으로 인정받은 것으로 계기로 삼아 사용후핵연료 저장 및 처분 관련, 선진국과의 연구협력 기회가 확대될 것으로 기대한다”고 말했다.<끝>