한국원자력연구원(원장 김종경)은 차세대핵연료기술개발부 김성호 박사가 이끄는 핵연료피복관개발팀이 제4세대 원자로인 소듐냉각고속로 원형로(PGSFR, Prototype Gen-IV Sodium Cooled Fast Reactor)의 고성능 핵연료 피복관(FC92)을 개발했다고 5일 밝혔다.
핵연료 피복관은 핵분열 시 발생되는 방사성 물질이 외부로 누출되는 것을 막는 일차적인 방호벽 역할을 하며, 고온·고압의 원자로 운전 환경에서 수년 간 사용되기 때문에 내구성이 뛰어나야 한다.
이번에 개발된 FC92는 스테인레스강을 소재로 사용했으며 HT9, T91 등 해외에서 개발된 기존의 SFR 핵연료 피복관 대비 고온 저항성이 30%이상 향상돼 핵연료 연소도가 30%이상 증가했다. 또한 PGSFR 출구 온도를 기존의 510oC에서 545oC까지 높일 수 있어 열효율이 크게 개선됨으로써 전력 생산량 증가에 기여할 전망이다.
연구팀은 FC92에 대한 산업재산권을 확보키 위해 국내에서 물질 특허를 획득하고 국외 특허를 출원했으며, 포스코특수강(주), 일진제강(주) 등 국내 산업체와 기술협력을 실시해 관련 기술의 저변 확대에도 기여할 계획이다.
김성호 차세대핵연료기술개발부 책임연구원은 “고성능 피복관을 성공적으로 개발함으로써 제4세대 원자로인 PGSFR의 국내 건설에 일조하고 나아가 사용후핵연료 문제 해결에 기여할 것”이라고 밝혔다.
한편 고속 중성자를 이용해 핵분열을 일으키고 액체 소듐을 냉각재로 사용하는 SFR은 경수로 사용후핵연료를 재활용하는 파이로프로세싱(Pyroprocessing) 기술과 연계함으로써 경수로보다 100배 이상 우라늄을 활용할 수 있다.
한국원자력연구원은 2020년까지 PGSFR의 특정설계승인을 획득하고, 2028년까지 건설을 완료할 계획이다. 지난 2012년 PGSFR에서 일어날 수 있는 다양한 현상을 모의 시험할 수 있는 ‘소듐 열유체 종합효과시험시설’ STELLA-1을 연구원 내에 구축한 바 있으며, 올해 8월에는 미국 아르곤국립연구소(ANL)와 PGSFR 공동설계 분야를 포함한 원자력 기술 협력 MOU를 체결하는 등 PGSFR 개발에 박차를 가하고 있다.
