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핵연료·원자력 재료 개발

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핵연료 개발

현재 운영 중인 경수로 및 연구로 핵연료는 물론 소듐냉각고속로, 초고온가스로 등 제4세대 원전에 필요한 핵연료를 개발하고 있습니다. 경수로 핵연료분야에서는 소재개발에 도전해 내부식성과 강도가 우수한 지르코늄 신합금 피복관을 개발했고 또한 큰 결정립 UO2 소결체를 개발해 성공적으로 산업체에 기술을 이전했습니다. 2012년부터 혁신적이고 신개념의 ‘사고저항성 핵연료’를 개발하고 있습니다. 이것은 수소발생을 저감하는 피복관과 방사성물질의 포획성능을 획기적으로 개선한 소결체를 개발해 중대사고에서도 수소폭발이나 방사성 누출 같은 악영향을 완화합니다. 연구로 핵연료 분야에서는 원심분무 분말제조 기술을 개발하여 이를 세계에서 유일하게 양산에 성공하여 미국, 프랑스를 비롯한 전 세계에 분말을 수출하고 있습니다. 이 분말을 사용해 2005년부터 하나로 봉형핵연료 완제품을 생산하고 있으며, 2015년까지 기장 연구로 판형 핵연료 제조시설 구축 및 기술개발을 완료하고, 또한 2016년까지 기장 연구로 fission Mo 표적 제조시설 구축과 제조기술 개발을 완료할 예정입니다. 제4세대 핵연료로는 파이로 전기화학공정을 통해 경수로 사용후핵연료를 소듐냉각고속로에서 재활용하는 재순환 U-TRU-Zr 금속핵연료를 개발하고 있습니다. 재순환 금속 핵연료는 우라늄자원의 활용을 극대화하고 고준위 방사성폐기물을 감소할 수 있습니다. 그리고 수소를 생산하는 초고온가스로의 핵연료로서 고온에서 성능이 우수한 피복입자 핵연료의 우라늄 연료핵 및 SiC 코팅 등의 제조기술을 개발하고 조사 성능시험을 수행하고 있습니다.

원자력 재료 기술 개발

원자력재료는 극한환경에 노출되어 그 성능이 저하되기 때문에 재료평가 및 시험, 그리고 신소재 제작과 관련된 기술개발이 매우 중요합니다. 가동원전 안전성 향상, 미래형 원자력 구현 및 조사시험 기술 고도화를 목표로 원자력재료 기술개발 연구가 활발히 진행 중입니다. 한국원자력연구원은 원전 장기가동(60년 이상)에 따른 유지보수와 안전성 확보 측면에서의 재료 열화평가·예측·완화 신기술을 개발하고 있습니다. 원전의 주요기기인 원자로용기의 조사취화 평가기술, 이종용접금속 및 증기발생기 전열관 내식합금의 부식균열 방지기술, 고온-고압-방사선 환경조건에서 열화에 의한 손상을 초기에 탐지하는 기술, 재료열화 정도를 이론적인 전산모사 방법으로 예측하는 기술, 부식생성물을 저감하는 기술개발 등의 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 기술은 향후 가동 원전의 안전운전과 미래형 원전의 안전을 보장하는 핵심기술로 활용될 것입니다.

미래 원자력 시스템을 구현하기 위해서는 높은 온도와 높은 중성자 조사 환경 그리고 다양한 냉각재 조건에서 충분히 견딜 수 있는 원자력 소재를 확보하는 것이 필수적입니다. 한국원자력연구원은 고강도 산화물분산강화합금개발, SiC 복합체 튜브 개발, 전산모사기법 응용 신소재 개발, 극한환경소재 신공정 그리고 원자력 핵심부품 제조에 필요한 접합기술 개발 등을 수행하고 있습니다. 또한 미래 원자력 시스템 부품설계에 필요한 소재특성 평가업무를 수행하고 있으며, 핵융합 핵심부품용 한국형 저방사화강을 개발하고 그 제반 특성평가를 수행 중입니다.

한국원자력연구원은 조사재시험시설과 조사후연료시험시설, 방사성폐기물처리시설로 원자력재료의 개발분야에 있어서 핵연료·재료의 성능평가를 위한 조사후시험과 상용원자로의 건전성 시험을 수행하고 있습니다. 또한 방사능 폐기물의 수집 및 처리와 장기 처분에 대한 건전성 평가를 위해 핵종 분석 및 장기저장에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 각 시설은 여러 형태의 핫셀구조와 각종 시험장비들이 설치되어 있으며 방사능 안전규제가 적용되는 원자력 특수시설로 운영되고 있습니다.

원자력데이터 개발·검증

핵·원자 물리와 이를 응용하는 분야의 연결고리인 핵·원자·분자 데이터는 원자력에너지와 방사선응용분야 연구의 기초가 됩니다. 원자력데이터개발검증센터는 국가 원자력 및 방사선 관련 연구개발프로그램을 지원하기 위해, 핵반응단면적 측정, 핵반응·핵구조데이터 평가, 평가핵데이터 파일의 처리·검증·배포 등 핵데이터와 관련한 핵심 활동을 수행하고 있습니다. 센터에서는 또한 원자·분자의 에너지 준위 구조들 및 전이 확률, 충돌 단면적, 플라즈마 내에서의 원자·분자 반응을 고려한 분광 모델링 및 고에너지 고밀도 플라즈마내에서의 복사, 입자 수송 연구 등도 수행하고 있으며, 그 결과는 핵융합 에너지, 반도체 EUV 리소그래피, 천체물리, 핵의 질량 및 모양 등의 물성 연구 분야에 활용되고 있습니다.

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