첨단 원심분무분말에 기반한 고밀도 핵연료 개발 성공

  한국원자력연구원(원장 김종경)은 부산 기장군에 건설 중인'수출용 신형 연구용 원자로'에 사용할 U-Mo (우라늄 몰리브덴) 판형 핵연료집합체 개발을 완료하고 미국 내 고성능 연구로에서 성능시험에 착수했다고 3일 밝혔다.

  한국원자력연구원은 핵연료 국제성능검증을 위해 핵연료 시범집합체를 미국 아이다호국립연구소(INL) 연구로 ATR에 10월 26일 성공적으로 장전해 검증시험을 착수했다. 이에 앞서 INL은 지난 4월 동 핵연료집합체를 ATR-C에 장전해 1개월 간의 임계실험을 성공적으로 수행한 바 있다.

  U-Mo 핵연료는 기존의 U-Si 핵연료보다 우라늄 밀도가 높아서 고농축 우라늄 대신 저농축 우라늄으로 대체가 가능하므로 핵비확산성이 높고, 고밀도를 기반으로 고출력 및 고연소도를 구현해 연구로의 성능과 효율을 높일 수 있어 세계가 주목하는 기술이다.

 한국원자력연구원은 독자적으로 보유하고 있는'원심분무 핵연료 분말 제조기술'과 그동안 축적된 판형 및 하나로 봉형 핵연료 설계‧제조 기술을 융합해 약 4년간 U-Mo 판형 핵연료 개발을 성공적으로 수행했다. U-Mo 판형 핵연료는 성능검증이 성공적으로 마무리되면 인․허가를 취득하고, 부산시 기장군에 건설 중인 '수출용 신형 연구로'에 세계 최초로 사용될 예정이다.

[시험용 핵연료집합체(LTA)의 ATR 장전]

 미국 국립연구기관인 INL은 U-Mo 판형 핵연료 개발 및 성능검증의 국제 신인도를 제고하기 위해서 공동연구자로 참여하고 있다. INL은 2013년 7월 공동연구 계약을 체결한 후, 조사시험을 위한 설계와 안전성분석을 수행했으며, 향후 조사시험 및 조사후시험을 진행할 계획이다.

  시험에 따른 검증결과는 U-Mo 판형 핵연료의 설계 및 제조의 국내 또는 국외 인․허가에 사용될 예정으로 기장 연구로 운영허가를 위한 핵연료 연소시험 자료도 생산하게 된다.

[LTA의 장전모습 내 노심 ATR]

[LTA의 ATR 노심 내 장전모습]

 U-Mo 핵연료는 기존 U-Si 핵연료에 비해 주기길이가 획기적으로 향상되어 연구로 가동률을 약 50% 높이는 기대효과가 있다. 한국원자력연구원은 이러한 기술경쟁력을 바탕으로 향후 U-Mo 판형 핵연료의 해외 공급도 추진할 계획이다.

  U-Mo 판형 핵연료의 기반이 되는 원심분무 핵연료 분말 제조기술은 한국원자력연구원이 세계 최초로 개발한 원천기술로서, 단위 부피당 우라늄 밀도를 크게 높여 농축도 20% 이하의 저농축 우라늄(LEU)으로도 고성능을 낼 수 있는 것이 특징이다.

  2012년 개최된 '서울 핵안보정상회의'에서 한-미-프랑스-벨기에 4개국이 이 기술을 이용해서 핵무기에 전용 가능한 고농축 우라늄(HEU)을 사용하는 유럽의 연구로를 LEU로 전환하는 공동연구 프로그램에 합의하는 등 핵확산 방지를 위한 핵심 기술로 국제사회의 인정을 받고 있다.

 김종경 원장은 "이번 공동연구는 한국원자력연구원이 세계 최초로 개발한 U-Mo 판형 핵연료의 신인도를 국제적으로 제고하고, 또한 기장 신형연구로의 성공적인 건설·가동에 이바지할 것으로 기대된다"고 말했다.