원자력硏, 폐(閉) 원자로 속 비밀 밝힐 블랙박스 열었다
원자력硏, 폐(閉) 원자로 속 비밀 밝힐 블랙박스 열었다
  • 박재구 기자
  • 승인 2019.07.30 15:06
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우라늄-지르코늄 산화물 이용 가동 중지 폐로 속 용융물의 특정 구조 형성 규명 성공
원자력 분야 최상위 논문 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’ 표지 게재 성과 이뤄
우라늄-지르코늄 산화물 내 특정 구조도.
우라늄-지르코늄 산화물 내 특정 구조도.

 

국내 연구진이 낯선 폐로(閉爐) 속 세계의 비밀을 풀어내 학계의 주목을 받고 있다. 한국원자력연구원(원장 박원석) 방사화학연구실 임상호·이정묵 박사팀은 이달 중순 원자력 연구 분야의 최상위 논문인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치’를 통해 우라늄과 지르코늄의 합성 산화물을 이용한 폐 원자로 속 금속 용융물의 특정 구조 규명에 성공했음을 알렸다.

연세대학교(멀티스케일 전산연구실 한병찬 교수팀)와 공동으로 진행한 이번 연구는 국내 ‘방사화학 분야’의 권위를 자랑하는 연구기관과 대학교 간의 협력으로도 관심을 받았다. ‘방사화학’은 방사성 물질(방사성 핵종 및 관련 화합물)의 물리·화학적 성질을 연구대상으로 하는 화학의 한 분야다.

현재 폐로 상태인 후쿠시마 사고 원전의 후속 조치와 맞물려 가동 후 원전의 안전한 해체가 원자력산업의 새로운 화두로 떠오른 가운데 임 박사팀의 연구성과는 폐 원자로의 유해성에 대한 정확한 정보를 제공해줄 것으로 평가받는다.

원전 가동으로 발생하는 고온의 열에 의해 원자로를 구성하는 핵연료와 피복관, 금속구조재 간에는 용융현상이 발생한다. 이 같은 용융현상에 따라 수명이 다한 원자로 내벽에는 다수의 금속용융물이 남게 된다. 이에 따라 원자로의 해체에 앞서 이들 금속용융물의 특성을 정확히 파악하는 것은 곧 안전한 해체공정의 출발점이라 할 수 있다.

논문에 게재된 연구성과의 핵심은 용융물에 대한 ‘새로운 분석 방법론에 따른 구조 규명’이다. 임 박사팀은 원자로 내 금속용융물과 동일한 물성을 지닌 우라늄-지르코늄 산화물을 대상으로 ‘라만분광법’을 적용해 산화물의 특정 구조를 처음으로 확인했다. 또한 이번 발견은 특정 구조가 지르코늄 원자 1개당 8개의 산소 원자가 콤플렉스 형태로 결합된 것임을 규명한 연세대학교 측의 후속 연구성과로도 이어졌다.

‘라만분광법’은 빛이 사물을 통과하는 과정에서 빛의 일부가 정상적인 진행방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 이른바 ‘라만 산란 현상’의 원리를 이용해 분광기의 레이저를 물질을 이루는 분자에 조사해 산란된 빛의 진동 스펙트럼을 측정함으로써 분자의 세부적인 구조를 연구하는 기법이다.

용융물에 대한 새로운 분석 방법론의 성과는 중대사고 발생 원전의 원자로 속 환경에 대한 귀중한 정보제공의 단초가 될 것으로 전망된다.

임상호 박사는 “아직까지 중대사고 원자로에 생성되는 용융물에 대한 기초정보가 부족한 가운데 이번 연구를 통해 전 세계적으로 후속조치를 논의 중인 후쿠시마원전을 비롯한 중대사고 원자로 용융물 케이스에 대한 정보 획득의 전기를 마련하게 됐다”고 밝혔다.

한편 이번 연구결과는 원자력 분야 최고 학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치 (International Journal of Energy Research)’의 지난 6월 25일자 43권 8호(Volume 28, Issue 8)에 표지논문(교신저자 원자력硏 임상호 박사·연세대 한병찬 교수 / 공동 제1저자 원자력硏 이정묵 박사·연세대 권초아 박사과정 학생)으로 게재됐다.

 

우라늄-지르코늄 산화믈 샘플 데이터를 분석 중인 임상호 박사(왼쪽)와 라만분광기를 이용해 산화물 샘플의 구조를 확인 중인 이정묵 박사.
우라늄-지르코늄 산화믈 샘플 데이터를 분석 중인 임상호 박사(왼쪽)와 라만분광기를 이용해 산화물 샘플의 구조를 확인 중인 이정묵 박사.

 

 

 


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