원자력 안전 국제 공동연구 주관 글로벌 핵비확산 국제 공동 프로그램 확대 등 기술로 세계를 선도하는 KAERI

 한국원자력연구원(원장 직무대행 박성원)은 2014년 원전 안전성 향상을 위해 우리나라가 처음으로 단독 주관하는 원자력 안전 국제 공동연구(OECD-ATLAS)를 4월에 착수하고, 3월 개최되는 네덜란드 핵안보정상회의에서 글로벌 핵비확산을 위한 필수기술로 국제사회 공인을 받은 원심분무 핵연료 분말 제조 기술 이용 국제 공동 프로그램을 5개국으로 확대하는 한편, 세계 최초로 개발하는 U-Mo 핵연료 성능 검증을 미국이 지원하는 한-미 공동연구 2단계로 수행하는 등 앞선 기술력으로 세계 원자력계를 선도하는 연구개발 및 사업을 수행할 계획이다.

 사상 첫 원자력 시스템 해외 수출인 요르단 연구용 원자로(JRTR) 건설사업에서는 운영허가를 연내 신청하는 한편, 방사성 동위원소 자급을 위해 2017년까지 부산 기장군에 건설하는 수출용 신형 연구로 기본설계를 완료하고 건설허가를 신청할 예정이며, 사우디아라비아와 SMART 건설 공동 타당성 조사에 착수하는 등 연구로 및 SMART 수출에도 더욱 박차를 가할 계획이다.

 또한 2014년에는 △출연연 공동기술지주회사를 통해 연구소기업을 2개 이상 신규 설립하고 △원자력 기술 창업 기업의 안정적 정착을 위한 제2원자력밸리 조성 및 제3원자력밸리 기획에 착수하고 △원자력 발전소 현장 애로사항을 지원해온 ‘바로바로기술지원센터’를 벤처·중소기업 대상으로 확대 운영하는 등 벤처·중소기업 지원 프로그램을 확대해 기업 경쟁력 강화를 통한 일자리 창출에 기여할 계획이다.

 원자력 발전소 안전 향상을 위한 원전 안전 연구에서 오는 4월부터 우리나라가 처음으로 단독 주관하는 OECD 원자력기구(OECD/NEA) 국제 공동연구(프로젝트명 OECD-ATLAS)에 착수, 세계 12~15개국이 참여해 우리 연구 시설을 이용해서 후쿠시마 원전 사고 이후 부각된 원전 안전의 주요 이슈와 피동안전계통 등 새로운 안전개념을 실험으로 검증하는 프로젝트를 수행할 예정이다.

OECD-ATLAS는 미국, 프랑스, 독일, 중국, 핀란드, UAE 등 12~15개국이 참여하는 대규모 원자력 안전 국제 공동연구 프로젝트로, 한국원자력연구원이 구축한 ‘가압경수로 열수력 종합효과 실험장치’ 아틀라스(ATLAS)를 이용해서 실험을 수행하고 생산된 실험 자료를 참여국에 배포하는 것은 물론, 실험결과 분석과 해석 방법 정립 등 공동연구 전반에서 주도적인 역할을 하게 된다.

원전 안전성 향상을 위한 연구로 이밖에도 국내 원전 중대사고 안전성 평가 및 증진을 위한 실험 및 해석 연구, 다수 호기 원전 부지의 종합적 리스크 평가체계 구축, 사고시 전지구적 방사성 확산 및 영향 평가 시스템 구축 등의 연구를 수행할 계획이다.

 글로벌 핵비확산을 선도하는 원심분무 핵연료 분말 제조 기술 확산을 위해서는 지난 2012년 서울핵안보정상회의에서 합의한 한-미-프-벨기에 4개국 국제 공동 사업에 따라 U-Mo 원심 분무 핵연료 분말 100kg을 1월 중 미국에 수출 예정이며, 2014년 3월 개최될 제3차 네덜란드 핵안보정상회의에서는 기존 4개국 외에 독일이 가세하는 5개국 협력사업을 발표해 국제 핵안보에 기여하고 앞선 기술력을 다시 한번 국제 무대에 알릴 수 있게 될 전망이다.

원심분무 핵연료 분말 제조 기술은 우라늄과 금속의 합금을 섭씨 1,600~1,800도 고온의 진공 상태에서 녹인 뒤 고속으로 회전하는 원판 위에 분사시킴으로써 원심력에 의해 미세하고 균일한 구형 분말 형태로 급속 응고시키는 핵연료 분말 제조 기술로 한국원자력연구원이 창안한 세계 유일의 원천 기술이다. 기존의 파쇄법에 비해 단위 면적당 우라늄 밀도를 크게 높일 수 있어 세계 각국의 고농축 우라늄(LEU)을 사용하는 고성능 연구로의 연료를 저농축 우라늄(LEU)으로 전환 가능해 글로벌 핵비확산에 크게 기여할 것으로 국제사회의 인정을 받고 있다.

극미량 핵물질 분석 및 관련 기술 개발을 위해 2013년 완공된 청정실험연구동은 국제원자력기구(IAEA)-NWAL(국제 사찰시료 분석 네트워크) 가입 실험실로 2014년부터 연간 최대 30개의 국제 핵사찰 시료 분석을 수행하고, 분석 능력을 지속적으로 확장해나갈 계획이다.

또한 2014년에는 연구원의 물리적 방호 체제 및 하나로 시설에 대해 국제원자력기구(IAEA)의 국제적 벤치마킹 기준과 비교 평가 받는 ‘국제물리적방호자문서비스(IPPAS)’를 수검, 국제 수준의 방호 설비 확보와 제도 개선의 계기를 마련하고 연구원의 국제투명성을 제고할 예정이다.

 사용후핵연료의 평화적 재활용을 위한 파이로프로세싱(Pyroprocessing) 기술 개발에서는 파이로프로세싱 전 공정을 공학 규모(연간 10톤 처리)의 일관공정으로 모의할 수 있는 세계 최초의 시설인 PRIDE(PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility) 가동 2단계로 2013년 염(salt) 이용 실험에 이어 2014년 감손우라늄(DU) 이용 실험을 수행하고, DFDF, ACPF 등 단위 장치를 이용해서는 전처리-전해환원 등 파이로 전반부 공정에 대한 모의 실험을 완료할 계획이다.

이와 병행해 미국 INL(아이다호국립연구소)에서 수행하고 있는 2단계 한‧미 핵연료주기 공동연구를 통해서는 실제 사용후핵연료를 공정당 킬로그램(kg) 규모로 처리할 수 있는 파이로 공정장치의 상세 설계 및 제작을 수행, 실제 사용후핵연료 사용 실증자료 확보 노력도 이어갈 계획이다.

파이로프로세싱 기술 개발은 국내에서 PRIDE 등을 이용해 모의 사용후핵연료로 수행하는 ‘inactive’ 연구로 고효율화-고용량화를 추구하는 한편, 한미 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용하는 ‘active’ 연구를 수행해 실제 사용후핵연료를 사용한 실험자료를 확보함으로써, 오는 2020년까지 파이로의 기술성, 경제성, 핵확산저항성을 검증하고 향후 국내 사용후핵연료 재활용을 위한 상용 시설 구축의 기반을 마련한다는 전략이다.

 ※ DFDF(DUPIC Fuel Development Facility, 듀픽 핵연료 개발 시설)
 ACPF(Advanced spent fuel Conditioning Process Facility, 사용후핵연료 차세대 관리 공정 시설)

 파이로 기술과 연계한 소듐냉각고속로(SFR) 개발에서는 2013년 착수한 150 MWe급 원형로의 예비 특정설계를 2015년 완료를 목표로 계속 수행하고, SFR 핵심 계통의 성능 및 안전성을 실증적으로 검증할 수 있는 ‘소듐 열유체 종합효과 시험시설(STELLA-1)’을 이용, SFR의 핵심 안전 개념인 피동잔열제거계통 열교환기와 기계식 소듐펌프 등의 성능 검증 시험을 수행해 SFR 주요 기기의 설계 기술을 확보할 예정이다.

STELLA-1을 이용한 성능검증 시험을 토대로 예비 특정설계(‘13~’15년)-특정설계(‘16~’17년) 순으로 설계 개발을 진전시켜, 2020년 150 MWe 급 SFR 원형로 특정설계 승인 획득-2028년 SFR 원형로 건설 완료 목표를 달성할 계획이다.

원자력 수소 생산을 위한 초고온가스로(VHTR) 기술 개발에서는 2013년 구축한 초고온가스로 자연순환냉각시험장치를 통해 사고시 냉각재와 전원의 공급 없이도 공기의 자연 순환만으로 원자로의 안전성을 유지하는 ‘완전피동안전성’을 시험하고, 초고온헬륨루프(HELP)를 이용해 중간열교환기의 초고온(950℃ 이상) 성능 시험을 수행할 계획이다.

 연구용 원자로 및 중소형 원전 수출 분야에서는 2013년 8월 요르단원자력규제위원회(JNRC)로부터 건설허가를 획득해 공사가 진행 중인 요르단 연구용 원자로(JRTR)의 원자로 및 주요 계통 상세설계를 완료하고 최종 안전성 분석 보고서 등을 작성해 연내 운영허가를 신청할 예정이며, SMART 수출에도 박차를 가할 계획이다.

2012년 세계 최초로 인허가를 획득한 일체형 원자로인 SMART는 안전성을 더욱 향상시키기 위한 완전피동안전계통 설계 해석 및 검증 시험, 중대사고 대처 설계 등의 연구를 수행하는 한편, 2013년 12월 사우디아라비아 원자력‧재생에너지원(KACARE)과 체결한 기술협력 협약을 바탕으로 연구로 및 SMART 기술 수출을 위한 공동 타당성 조사를 실시하고 말레이시아 등 잠재 수요국을 대상으로 한 SMART 수출 노력을 강화할 계획이다.

연구용 원자로 추가 수출을 위해서는 네덜란드 델프트(Delft) 대학 연구로 개조 사업 수주를 위한 기술 제안서를 제출할 예정으로, 성공할 경우 최초의 유럽 지역 원자력 시스템 수출을 통해 2014년 재개 예정인 네덜란드 대형 연구로 PALLAS(팔라스) 건설 국제 입찰에 도전할 계획이다.

 방사성 동위원소 수급난 해소와 연구로 수출경쟁력 강화를 위해 2012년 4월 착수한 수출용 신형 연구로 건설 사업은 원자로 및 주요 계통의 기본설계를 완료하고 2014년 상반기 중 건설허가를 신청할 계획이다. 신형 연구로에 세계 최초로 적용될 U-Mo(우라늄-몰리브덴 합금) 판형 핵연료 기술 개발을 완료하고 성능 검증을 위해 미국 아이다호국립연구소(INL)와 2013년 체결한 한미 공동연구(CRADA) 1단계 계약에 이어 2014년 공동연구 2단계 계약을 맺고 축소 핵연료판(미니 플레이트)을 제조해 조사시험을 수행할 계획이다.

부산 기장군에 건설될 수출용 신형 연구로는 연구용 원자로 수출 경쟁력 제고를 위해 판형 핵연료, 하부구동 제어장치 등 일부 미확보 최신 기술을 적용한 열출력 20MW 규모의 연구용 원자로로, 총 사업비 2,900억 원이 투입돼 2017년 완공 예정이다. 다목적으로 활용되는 하나로(HANARO)와 달리 동위원소 생산 및 중성자 조사 전용로로 건설돼 의료용 동위원소 국내 공급 안정화 및 수출과 중성자 도핑 용량의 대폭 확대를 통한 관련 산업 육성에 기여하게 된다.

 수명을 다한 국내 원전 해체에 대비하고 해외 원전 해체 시장 진출을 위한 원자력 시설 제염·해체 기술 개발에서는 제염, 원격 절단, 해체 폐기물 처리, 환경 복원 등 4대 핵심 분야 기반 기술 개발과 실용화 검증을 위한 ‘원자력 시설 해체종합연구센터’구축을 위한 예비타당성평가를 추진할 예정이다. 또한 우리나라 최초의 원자로인 연구로 1호기(TRIGA Mark-Ⅱ) 해체 작업을 완료, 연구로 해체 기술 자립 기반을 확고히 할 계획이다.

2012년 11월 20일 제2차 원자력진흥위원회에서 심의·의결된 ‘원자력 시설 해체 핵심 기반기술 개발 계획’은 원자력 시설 해체 기술 수준을 현재 선진국의 70%에서 선진국 수준으로 끌어올리는 것을 목표로 하며, 이를 위해 ‘12~’21년 10년간 1,500억원을 투입해서 원자력 시설 해체에 요구되는 핵심 기반기술 30개 기술 중 미확보 상태인 21개 기술 개발을 완료할 계획이다.

고준위 방사성 폐기물 처분 연구에서는 국내 유일의 지하처분 연구시설인 KURT를 터널 길이 540m, 심도 130m로 확장하는 공사를 연내 완료하고, 천연 방벽 및 공학적 방벽 성능 평가 연구 등을 강화해나갈 계획이다.

 연구용 원자로 하나로(HANARO)가 2014년 2월 중 누적 가동 3,000일을 기록할 예정인 가운데, 연구로 이용 연구개발에서는 국내 최초로 물질 내 자기 상호작용을 밝히는 스핀 동역학 연구가 가능한 냉중성자 3축 분광장치(Cold-TAS)와 냉중성자 즉발감마선 방사화 분석장치(CN-PGAA), 냉중성자 깊이분포 분석장치(CN-NDP) 등 중성자 산란장치 3기를 국내외 산학연 연구자들에게 전면 개방, 중성자 이용 연구를 더욱 강화하게 된다.

냉중성자 3축분광장치(Cold-TAS)는 양자 자성체, 다강체, 고온 초전도체, 초거대 자기저항물질 등 다양한 신물질의 스핀 동역학을 연구할 수 있는 중성자 산란장치로, 물질 내의 자기 상호작용을 밝힘으로써 물리, 화학 및 재료 과학의 난제를 해결하고 이를 바탕으로 새로운 기능을 갖는 재료 개발의 기반을 닦는 데 기여할 전망이다.

하나로 이용 방사성 동위원소 생산 및 개발 연구에서는 핵의학 영상 진단에 필수적이지만 전량 수입에 의존하고 있는 의료용 동위원소 Tc(테크네튬)-99m의 원료 물질인 Mo(몰리브덴)-99를 원자로를 이용해서 대량 생산하기 위한 Fission(핵분열)-Mo 생산 기술을 2016년 말까지 개발 완료하기 위해 2014년 실제 우라늄 표적을 축소 제작한 미니 플레이트를 처음으로 하나로에 넣어 조사해 Fission-Mo를 소량 시험 생산할 예정이다.

신체 기능 손상 없이 전립선암을 치료할 수 있는 I(요오드)-125 밀봉선원 개발을 연내 완료하고 상용화를 추진할 예정이며, 출연연 공동으로 추진 중인 달탐사 미션의 핵심기술인 동위원소 전지 개발에 착수한다.

 2013년 12월 원자력진흥위원회에서 확정된 ‘원자력 창조경제 실천계획’을 기반으로 정부의 창조경제 시책에 부응하기 위해 비발전 분야의 융복합을 통한 기술 사업화에 주력할 계획으로, 양전자 단층 촬영(PET)용 산소(O-18) 농축수 생산 기술, 공항 활주로 내 이물질 제거 기술 등 실용화 기술을 개발할 계획이다.

지난 2012년 세계 최초로 개발한 PET용 산소(O-18) 동위원소 생산 기술의 실험실 규모 실증에 도전한다. 이 기술은 기존 생산 기술에 비해 생산 시간을 1년에서 1일로 획기적으로 줄일 수 있어 상용화시 연 500억원의 수입 대체 및 수출 효과가 기대된다.

2013년 공항내 조류퇴치시스템을 LIG넥스원에 기술 이전한 데 이어 2014년에는 공항 활주로내 이물질(FOD; Foreign Object Debris)을 자동 탐지·수거하는 시스템 개발을 위해 고성능 레이더 장비, 이동로봇, 이물질 수거장치, 영상처리장치 및 원격 통제 스테이션 개발에 착수한다.

정읍 첨단방사선연구소에서 수행하는 방사선융합기술(RFT) 연구개발에서는  방사선 기기 개발 중소기업 역량 강화와 방사선 기기 핵심 기술 국산화 연구를 주도할 방사선기기연구동 건설 공사를 완료하고, 방사선융합기술 산업화를 촉진할 다목적 전자선 실증연구센터 구축을 착수할 계획이며,

2013년 10월 한국원자력안전기술원(KINS)으로부터 시설 인허가 및 생산 허가를 취득한 30MeV 사이클로트론을 연 300시간 이상 운영해 연구 목적의 방사성 동위원소를 안정적으로 생산하는 한편, 민간 기업과 연계한 사이클로트론의 공동 이용을 활성화해 국내 관련 산업의 연구개발을 강화해 나갈 예정이다.

 한국원자력연구원은 창립 55주년을 맞는 2014년 연구 결과물의 성과 확산을 통한 신산업 및 일자리 창출로 창조경제 구현에 기여할 계획이다.

R&D 성과물이 효과적으로 확산될 수 있도록 (1)기업 수요 맞춤형 실용화 기술 개발을 2104년에는 전년 대비 100% 이상 확대하고, (2)원자력 발전소 현장 애로사항을 지원해온 ‘바로바로기술지원센터’ 운영을 벤처·중소기업까지 대상을 확대 개선하며, (3)기업 수요를 반영한 무상 기술교육을 2014년 전년 대비 50% 이상 확대 실시해 연구개발 성과를 벤처·중소기업과 함께 나누고, (4)연구장비·시설을 벤처·중소기업에 공개해서 기업이 보다 자유롭게 장비를 활용토록 할 계획이다.

또한 출연연 공동기술지주회사를 통해 2014년 연구소기업을 2개 이상 설립, 기존의 2개 연구소기업을 포함한 4개 연구소기업을 집중 육성함으로써 130명 이상의 일자리 창출과 경쟁력 있는 벤처·중소기업 육성에 중점을 둘 계획이다.

원자력 기술 창업 기업의 성장을 돕기 위한 ‘원자력밸리’는 현재 조성중인 제2원자력밸리의 건설을 2014년 70% 이상 진척시키고, 제3원자력밸리 조성을 위한 기획을 착수할 예정이다. 원자력밸리 는 연구원 창업보육센터를 졸업한 벤처기업이 안정적인 기업 활동을 할 수 있도록 집적단지를 제공하는 것으로, 한국원자력연구원만의 차별화된 벤처·중소기업 지원 프로그램이다.

이밖에 국가 원자력 연구개발 개발 과정에서 발생한 지식자원의 체계적 관리를 통해 연구개발의 연속성을 담보하기 위한 ‘연구기록물종합관리시스템’ 구축에서는 2013년 구축 완료 후 15개 분야 핵심 기술에 대한 기록화를 수행한 데 이어 2014년 37개 분야 기록 사업을 추진할 계획이다.