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미래 원자력 시스템 개발

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파이로프로세싱 기술 개발

원자력 발전소에서 태우고 나온 고방사성 독성물질인 사용후핵연료로부터 유용한 원소들(우라늄, 초우라늄원소 등)을 고온에서 전기화학적인 방법을 이용하여 회수하고 이를 재활용하는 파이로프로세싱 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 이 기술을 이용하면 사용후핵연료를 지하에 직접 처분하는 것과 비교하여 고준위폐기물량 및 처분장 소요면적을 획기적으로 줄이고, 회수된 유용한 핵물질을 제4세대 원자로(소듐냉각고속로, SFR)의 핵연료로 재활용할 수 있습니다. 파이로프로세싱은 고순도의 플루토늄 단독 회수가 불가능해 높은 핵확산저항성을 국제적으로 인정받고 있습니다.

  • 고준위폐기물량(약 20분의 1) 및 처분장 면적(약 100분의 1), 방사성 독성감소기간(약 1,000의 1)을 감축
  • 실험실 규모 파이로프로세싱 전해환원 시험시설(ACPF) 건설 및 개조완료(2014년)
  • 공학규모 파이로프로세싱 일관공정 시험시설(PRIDE) 건설(2012년) 및 실증시험(2013년~)
  • 파이로프로세싱 기술적 타당성, 핵비확산수용성 및 국제 투명성 확보를 위해 미국, IAEA 등과 국제공동 연구 수행 중(2011년~ 2020년)

소듐냉각고속로(SFR) 개발

한국원자력연구원은 파이로공정 기술과 연계하여 현재 국내 원자력 발전소에 쌓여있는 사용후핵연료를 소멸처리하기 위해 소듐냉각고속로(SFR)를 개발하고 있습니다. 1997년부터 본격적으로 소듐냉각고속로 개발에 착수, 2002년 소형 소듐냉각고속로 KALIMER-150, 2006년엔 중형 소듐냉각고속로 KALIMER-600의 개념설계를 각각 완성했습니다. 2008년에 수립된 미래 원자력시스템개발 장기 추진계획에 따라 2028년까지 150MWe의 소듐냉각고속로 원형로(PGSFR) 건설완공을 목표로 현재 특정설계를 수행하고 있습니다. 2013년 2월에 원형로에 대한 개념설계를 완료했으며, 이를 바탕으로 2017년에 특정설계인가를 신청해 2020년에 설계인가를 획득하고 2022년에 건설을 착수할 계획입니다. 프랑스, 러시아, 인도, 중국 등의 고속로개발 선도국에 비해 약 10여 년 뒤지지만 2040년대 소듐냉각고속로의 상용화를 통해 상용원전에서 배출된 사용후핵연료 문제를 해결함으로서 최종 처분장의 규모와 관리기간을 대폭 경감하겠다는 것이 소듐냉각고속로 개발의 기본 목표입니다. 국내 소듐냉각고속로의 성공적 개발은 우리의 환경을 보존하면서 생활을 더욱 편리하고 안전하게 지켜 줄 수 있을 것입니다.

  • 2017년 SFR원형로(PGSFR) 특정설계인가 신청
  • 2020년 SFR원형로(PGSFR) 특정설계인가 획득 및 건설허가 신청
  • 2022년 SFR원형로(PGSFR) 건설허가 획득
  • 2026년 SFR원형로(PGSFR) 운영허가 신청
  • 2028년 SFR원형로(PGSFR) 건설완공 및 운영허가 획득

초고온가스로(VHTR) 개발

초고온가스로(VHTR)는 섭씨 850도 이상의 고온의 열을 발생시켜 원자력에너지를 전기 생산뿐만 아니라 수소 제조, 공정열 공급, 수소환원제철 등에 활용될 수 있는 다목적 차세대 원자로입니다. 특히 안전성이 뛰어나서 배관 파열로 냉각재를 상실하고 전원까지 공급되지 않아도 노심이 녹는 현상이 일어나지 않으며 고유 안전성 때문에 자연스럽게 냉각돼 정지됩니다. 또한 운전에 필요한 물 요구량이 적기 때문에 내륙 또는 사막에 건설할 수 있습니다. 원자력을 이용한 미래 에너지 자원 확보를 위해 한국원자력연구원은 초고온가스로를 활용한 원자력 수소생산 실증을 목표로 주요 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 또한 기술 현안 해소와 효율적인 연구 수행을 위해 주요 원자력 선진국과 다자 및 양자 간 공동 연구를 수행하고 있습니다.

  • 초고온가스로 시스템 및 안전 설계 기술 개발
  • 초고온가스로 전산 프로그램 개발
  • 초고온 기기 및 고온 재료 평가 기술 개발
  • 초고온가스로 고온 기기 검증 시험 기술 개발
  • 피복입자핵연료(TRISO) 제조 기술 개발
  • 열화학 수소 생산 기술 개발

고준위폐기물 장기관리 시스템 개발

사용후핵연료를 지하 깊은 곳에 영구히 격리시키는 직접 처분뿐만 아니라 새로운 형태의 고준위 폐기물과 중저준위 폐기물 처분장에 처분할 수 없는 장반감기 폐기물 등을 종합 관리할 수 있는 ‘고준위폐기물 복합 장기관리 시스템’을 개발하고 있습니다. 사용후핵연료의 방사능과 독성이 인간과 환경에 해를 입히지 않도록 안전성이 검증된 처분 기술을 개발하기 위해, 국내 유일의 지하처분연구시설(KURT)에서 다양한 검증시험을 수행하고 있습니다.

  • 선진핵연료주기 고준위 폐기물 처분시스템(A-KRS) 개발 및 안전성 평가
  • 처분 요소 기술 개발 및 지하처분연구시설에서의 성능 검증시험
  • 공학적 방벽 성능 고도화 및 장기 복합 거동 검증
  • 심부 지질환경 조건에서의 핵종 이동 복합 상호작용 연구
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