□ 한국원자력연구원(원장 양명승)이 연구용 원자로 하나로(HANARO)와 자체 개발한 캡슐 조사시험 장치 및 기술을 이용, 2011년 말 표준설계인가 획득을 목표로 개발 중인 중소형 일체형 원전 SMART(스마트) 원자로 재료의 중성자 조사시험을 성공적으로 수행, 새로운 원자력 수출 상품으로 개발 중인 SMART의 설계 완성 및 인허가에 기여하게 됐다.

□ 한국원자력연구원 하나로운영부 주기남 박사 팀은 SMART 기술검증사업의 일환으로 ‘재료 조사시험용 계장 캡슐(Instrumented Capsule)’ 기술을 이용, 연구용 원자로 하나로에서 SMART 원자로 증기발생기 전열관(steam generator tube) 재료인 니켈 합금 ‘Alloy 690’의 중성자 조사 특성 자료 생산을 위한 조사시험을 완료했다. 주 박사 팀은 2009년부터 Alloy 690의 중성자 조사취화 특성을 평가하기 위한 다양한 시편을 준비한 뒤, SMART 원자로 전열관 가동 최저 조건인 250℃에서 SMART 설계 수명인 60년 동안 받는 중성자량 조건을 구현함으로써 조사시험을 수행 완료했다.

○ 원자로에 사용되는 재료는 일반적으로 원자로 가동 기간 동안 우라늄 핵연료의 핵분열 연쇄반응에서 생겨나는 중성자를 흡수해서 서서히 취약해진다. 따라서 원자력 발전소의 안전성을 확보하기 위해서는 원자로 노심부에 사용되는 모든 재료가 원자로 설계수명까지 재료 건전성이 유지되는 지를 설계 단계에서부터 충분히 입증해야 한다.

○ 기존의 대형 상용 원전들은 증기발생기가 원자로 압력용기 밖에 위치해 중성자에 직접 노출되지 않지만, SMART 원자로는 증기발생기가 원자로 압력용기 안에 설치되는 일체형이어서 SMART 원자로 설계 및 인허가를 위해서는 증기발생기 전열관 재질인 Alloy 690에 대한 중성자 조사취화 특성 자료를 반드시 확보하여야 한다.

□ SMART 증기발생기 전열관 중성자 조사시험은 온도와 진공도 등을 조절할 수 있는 특수 용기(캡슐)에 ’Alloy 690' 조사 시편을 넣은 뒤, 하나로 원자로의 높은 중성자속을 이용해서 발전소 수명기간인 60년 동안 받을 수 있는 중성자를 단기간에 조사하는 시험이다. 이번 시험은 목표 중성자 조사량에 따라 2개의 조사캡슐을 하나로 연구로의 내부 및 외곽 조사공에 넣어 총 25일간 조사함으로써 완료되었다.

○ 하나로에서 조사시험을 마친 Alloy 690 시편은 올해 말까지 조사시험부 및 원자력재료연구부의 파괴 인성, 인장 강도, 경도, 열전도도, 미세 조직 변화 등 중성자 조사 특성 분석을 거치게 되며, 여기서 얻은 자료들은 SMART 표준설계 검증과 표준설계인가 획득의 핵심 자료로 사용될 예정이다.

※ SMART(System-integrated Modular Advanced ReacTor, 스마트)는 한국원자력연구원이 1997년부터 독자적으로 개발해온 우리 고유의 원자로 모델로, 열출력 330 MW로 대형 상용 원전의 10분의 1 수준인 중소형 원전이다. SMART는 주요 기기들이 대형 배관으로 연결된 현재 상용 원전과 달리 증기발생기 등 원자로의 주요 기기를 한 개의 압력용기 안에 설치한 일체형 원자로로, 배관이 파단되는 사고 가능성을 원천적으로 없앰으로써 안전성을 획기적으로 끌어올리고 경제성과 환경친화성도 향상시킨 신개념 원자로로 평가받고 있다.

※ 한국원자력연구원은 SMART 원자로계통 설계, 핵연료 개발 및 설계, 플랜트 종합설계 등 표준설계와, 설계에 반영된 요소 기술과 설계에 필요한 기술에 대한 안전성을 실험을 통해 확인하는 기술검증을 올해 말까지 완료한 뒤 2011년 말까지 인허가기관으로부터 표준설계인가를 획득, 2050년까지 3,500억 달러에 달할 것으로 예상되는 중소형 원전 시장을 공략할 계획이다.

□ 한국원자력연구원은 그동안 연구개발을 통해 자체 개발․확보한 중성자 조사시험용 캡슐 시설 및 기술을 활용, 고리 1호기 등 가동 중인 원자력 발전소의 계속운전(가동 사업을 포함한 국내 원전의 안전성 관련 연구 및 두산중공업㈜의 원자력 압력용기 국산화 사업 등에 참여해왔다.

○ 중성자 조사시험 기술은 국제적으로도 그 수준을 인정받아 그동안 미국의 차세대 연구로 연구개발 계획인 I-NERI(International Nuclear Energy Research Initiative) 프로젝트, 웨스팅하우스사의 제어봉 안전성 연구 등 다양한 국내외 재료/핵연료 연구/개발 사업 및 대학을 중심으로 한 원자력 기초 연구 등에 활용돼 왔다.

○ 임인철 한국원자력연구원 하나로운영부장은 “하나로를 이용한 중성자 조사시험 기술은 ‘상용 원자로 계속운전 사업’ 에 이어 ‘SMART 개발 사업’에서 중요한 역할을 수행함은 물론 향후 국가 장기 에너지 확보 계획의 중심인 VHTR(초고온가스로), SFR(소듐냉각고속로), 핵융합로 등 ‘미래형 원자로 개발’에서도 핵심적인 역할을 담당하게 될 것”이라고 밝혔다.