국내 연구진이 원자력 발전소의 핵심 부품 소재인 핵연료 소결체의 성능을 크게 향상시키는데 성공, 그 결과물의 성능 데이터베이스(DB)를 미국 주요 연구기관에 수출해 기술의 우수성을 국제적으로 인정받았다.

※ 핵연료 소결체 : 우라늄 산화물(UO₂) 분말을 압축 가열해서 만든 원통형 물체로, 핵연료 피복관 안에 들어가 핵연료 봉을 이루며, 우라늄의 핵분열 과정에서 발생하는 생성물 중 기체(크립톤, 제논)를 외부로 방출하지 않고 최대한 포집하고 있는 것이 안전성과 경제성 향상에 유리.

미래창조과학부(장관 최문기)는 한국원자력연구원(원장 정연호) 경수로핵연료기술개발부 구양현 박사팀이 미래창조과학부 원자력연구개발사업 ‘차세대 핵연료 기술 개발’ 과제에서 개발 중인 경수로 핵연료 고성능 소결체의 성능 DB를 미국 전력연구소 EPRI(Electric Power Institute)에 63만 달러(약 7억원)를 받고 제공하기로 하는 수출 계약을 체결했다고 밝혔다.

한국원자력연구원은 EPRI의 국내 회원사인 한국수력원자력 중앙연구원과 협력해 고성능 핵연료 소결체 DB 수출을 EPRI에 제안했고, 국제 전문가들의 엄격한 심사를 통과해 이번 수출에 성공했다.

EPRI는 원자력을 포함한 전력 산업 관련 전 세계 40개국 1천 여개의 기업 및 기관을 회원으로 하는 대규모 연구기관으로, 기술 동향 및 개발 등의 서비스를 회원들에게 제공하고 있다. EPRI는 자체 연구개발 외에도 세계 각국에서 수행되는 연구개발 중에서 중요하다고 판단하는 기술에 대해 신속한 현황 파악을 위해 연구 결과를 구입해 회원 간 공유하고 있다.

한국원자력연구원은 현재 연구용 원자로 하나로(HANARO)에서 고성능 핵연료 소결체의 연소 성능 시험을 진행 중으로, 결과 DB를 2017년까지 EPRI에 제공할 예정이다. 한국원자력연구원은 2007년부터 핵연료의 안전성과 경제성을 향상시키는 고성능 핵연료 소결체 개발을 추진해 국내외 특허를 획득했고, 연소 성능 검증을 마치는 2015년 이후 실용화 기술 완성을 목표로 하고 있다.

핵분열 물질인 이산화우라늄(UO₂)을 압축‧가열한 소결체는 금속 피복관으로 싸여 핵연료가 된다. 핵연료의 안전성과 경제성을 향상시키기 위해서는 소결체를 둘러싼 금속 피복관 밖으로 핵분열 기체를 내보내지 않고, 급격한 온도 변화에도 피복관에 변형을 주지 않아야 한다.

국내외 연구진은 고성능 핵연료 소결체 개발을 위해 우라늄에 미량의 첨가제를 더한 소결체 연구개발에 몰두하고 있다. 첨가제는 결정립 크기를 키워 소결체의 기체 포집능력을 향상시켜주지만 우라늄 함량이 높을수록 핵연료 효율이 높아지기 때문에 첨가제 양을 줄이면서도 결정립 크기를 키우는 것이 고성능 핵연료 소결체 연구개발의 관건이다.

※ 첨가량 : 핵연료 소결체의 첨가제 양이 적을수록 우라늄 함량이 높아져 효율적이다.
※ 핵분열 기체 포집 능력 : 핵분열 생성 기체가 밖으로 새어나가지 못하게 포집하는 능력이 좋을수록 기술의 안전성이 높아지며, 핵분열 기체 포집능력은 결정립 크기가 클수록 좋아진다.
※ 고온 변형 유연성 : 고온에서 유연하게 변형될수록 소결체를 둘러싸고 있는 피복관에 압력을 가하지 않게 되어 안전성 및 핵연료 수명이 향상된다.

한국원자력연구원이 독자 개발해 검증 중인 경수로 핵연료 고성능 소결체는 해외 선진사들이 개발한 소결체와 비교해 첨가제 함량은 적고, 핵분열 기체 포집능력과 고온 변형성이 우수하다는 특성을 가지고 있다.

한국원자력연구원은 이번 수출을 통해 독자 개발한 고성능 소결체 기술의 우수성을 세계 원자력 기관에 알림으로써 향후 수출 기반을 마련하고 국제 연구 협력을 강화할 수 있는 기회가 될 것으로 전망하고 있다.