한국원자력연구원 차세대핵연료기술개발부는 SFR원형로(PGSFR·Prototype Gen-Ⅳ SFR )에 장전할 핵연료 집합체 시제품을 완성했으며 오는 6월부터 러시아 고속 연구용원자로 'BOR-60'에서 핵연료봉 조사(照射)시험에 착수한다고 6일 밝혔다.
연구진은 미래원자력시스템 개발의 하나로 지난 2007년 PGSFR 장전 핵연료 개발에 착수해 핵연료 설계, 제조 기술 등 10개 이상의 단위 공정, 소재 및 부품 기술을 완성하고 품질검사와 국내 연구로 조사시험을 수행했다.
사용후핵연료 재활용 기술인 파이로 프로세싱과 연계해 개발 중인 SFR은 사용후핵연료(파이로 공정의 최종 결과물인 TRU)를 원료로 사용할 수 있어 폐기물 저감 및 우라늄 자원 활용률 향상에 기여할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
전기화학 공정인 파이로프로세싱을 통해 사용후핵연료에서 우라늄(U), 플루토늄(Pu), 아메리슘(Am), 퀴륨(Cm), 넵튜늄(Np) 등 고 방사성물질인 TRU 원료를 추출할 수 있으며 이를 연료로 활용하는 SFR과 연계해 사용후핵연료 폐기물량을 20분의 1 감소시키고, 우라늄 자원 활용률은 현재 경수로보다 100배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
SFR 핵연료 제조는 방사능이 높은 물질을 원료로 하는 만큼 신뢰성 높은 제조기술과 재료 및 부품의 안전성 확보가 관건이다. 연구진은 이를 위해 금속연료 주조 장치, 연료봉 및 집합체 제조 공정, 그리고 피복관 등의 핵연료 부품을 9년간 연구비 약 370억원을 투입해 개발하는데 성공했다.
원자로 안전성 유지의 1차 방호벽 역할을 하는 핵연료 피복관의 경우 기존에 해외 사례보다 고온 저항성이 30% 이상 향상된 고성능으로 지난 2014년 개발을 완료했다. 개발된 피복관인 FC92는 고온·고압의 고속로 핵연료 환경에서 견딜 수 있을 뿐 아니라 원자로 열효율을 높여서 전력 생산량 증가에 기여할 것으로 기대된다.
이번에 완성된 핵연료는 오는 2020년까지 러시아 고속로에서 조사시험을 통해 성능과 안전성을 확인하게 된다. 실험실 규모로 완성된 공정도 장차 공학 규모로 확대해 개발을 지속한다는 계획이다.
한국원자력연구원은 2020년까지 PGSFR 특정설계 승인을 획득하는 한편 한·미 공동연구를 통해 파이로 공정을 통한 사용후핵연료 재활용 기술의 신뢰성과 안전성을 강화한 뒤 오는 2028년까지 PGSFR을 건설하고 핵연료를 장전하게 된다.
이찬복 원자력연구원 차세대핵연료기술개발부장은 "국내 기술로 내구성이 우수한 PGSFR 핵연료를 개발해 향후 사용후핵연료 문제 해결에 기여하게 됐다"고 말했다.
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