한국원자력연구원(원장 김종경)은 2016년 경영계획을 통해 원자력기술의 최초 유럽 진출 사업인 네덜란드 연구용 원자로 개선사업(OYSTER)의 성공적인 수행을 발판 삼아 추가 연구로 수출 및 소형 원전 SMART 상용화에 박차를 가할 계획임을 밝혔다. 연구소 기업 발굴, 융합연구 활성화를 바탕으로 국가 R&D 결과물을 통한 산업 성장 견인 및 국가 차원의 과학기술 프로젝트 달성에도 적극 기여하겠다는 포부다.

무엇보다 후쿠시마원전 사고 이후 더욱 강화되고 있는 원자력 안전연구 분야에서는 세계 선도형 원자력 안전연구를 통해 원자력 안전에 실질적으로 기여하고, 확고한 국제적 리더십을 확보해나간다는 방침이다.

이를 위해 15개국이 참여하는 원자력 안전 국제공동연구인 ‘OECD-ATLAS’를 주도하며 안전성 관련 실험을 수행하고, 다수 호기 원전 부지에 대한 리스크 평가, 중대사고 시 격납건물 건전성 시험시설을 이용한 수소 안전실험, 사고 시 방사성물질의 대기 및 해양 확산 평가 프로그램 국내외 활용체계 구축 등을 추진할 예정이다.

■ SMART 상세설계 및 연구로 추가 수출에 도전
연구용 원자로 수출 분야에서는 국내 원자력 연구개발 사상 첫 유럽 기술 수출인 ‘네덜란드 델프트 공대 연구용 원자로 개선사업(OYSTER)', 요르단 연구용 원자로(JRTR) 건설사업을 계획에 따라 차질 없이 추진하며 연구로 추가 수출, 세계 최초 상용화를 추진 중인 소형 원자로 SMART 사전 상세설계 사업에도 박차를 가할 예정이다.

JRTR은 2013년 8월 건설허가 획득 이후 현재 공정률 95%로 시운전에 본격적으로 착수했으며 2016년 1월 운영허가를 획득하고 2월 말까지 핵연료를 장전해 원자로 성능시험에 착수할 계획이다. 상반기 중 성능시험을 마무리해 하반기에 준공이 완료되지만 요르단 현지 자체 인력만으로도 원자로 운전이 안정적으로 될 때까지 운영기술을 지원할 예정이다.

또 기본설계를 완료한 OYSTER 사업은 2016년 건설공사에 착수하기 위한 2단계 사업비용을 협상 중에 있으며, 1월 중 계약이 완료되면 상세설계, 시공 및 시운전 등을 2018년까지 완료할 예정이다.

더불어 연구로 추가 수출을 위해 KAERI 컨소시엄(한국원자력연구원, 대우건설, 현대건설, 현대엔지니어링)을 구성해 네덜란드 대형 연구로 건설사업인 PALLAS 수주에 도전하고 있다. 지난 11월 사전자격심사(PQ)를 통과한 상태로 우선협상대상자에 선정되기 위해 입찰제안서 작성에 만전을 기하고 있다. 네덜란드 뿐 아니라 연구로 건설을 계획하고 있는 사우디아라비아, 아제르바이잔 등과 협력을 강화해 연구로 기술 수출 기반을 확대할 계획이다.

■ 2016년, 소형 원자로 SMART 수출상용화 원년
사우디아라비아와 협력을 통해 세계 최초 상용화에 도전하는 소형 원자로 SMART는 2016년을 수출상용화의 원년으로 정하고, 건설전설계사업(PPE: Pre-Project Engineering)을 차질 없이 추진해나갈 예정이다.

사우디에 건설 예정인 SMART에 현지 부지요건을 접목한 설계를 진행할 예정으로 핵연료, 원자로계통, BOP 보조계통 및 기기설계를 진행해 3년 뒤 사우디 내 건설허가를 위한 예비안전성분석보고서(PSAR) 작성에 돌입한다.

또한 사우디의 인력 양성에도 노력을 경주할 예정이다. 2016년 3월부터 관리직 포함 약 40여명의 사우디 훈련생에게 SMART 원자로계통설계 관련 교육훈련을 제공할 예정으로 사우디 원자력인력 양성 협력은 SMART 추가 건설사업을 위한 양국 간 신뢰를 증대시킬 뿐 아니라 향후 사우디에 건설될 SMART의 안전한 운영에 기여할 것으로 기대된다.

■ 방사성동위원소 수급난 해소, 연구로 수출경쟁력 강화
방사성동위원소 수급난 해소와 연구로 수출경쟁력 강화를 위해 2012년 4월 착수한 수출용 신형 연구로 건설 사업은 지난 5월 본체, 10월 원자로 제어계통 제작에 각각 착수했으며, 2016년 12월 건설허가 획득을 목표로 심사 질의 및 운영허가 신청 준비를 병행하고 있다. 또 신형 연구로에 세계 최초로 적용될 U-Mo(우라늄-몰리브덴 합금) 판형 핵연료는 올해 개발을 완료했으며, 성능 검증을 위해 미국 아이다호국립연구소(INL)와 수행 중인 공동연구를 기존 계획대로 차질 없이 지속해나갈 방침이다.

부산 기장군에 건설될 수출용 신형 연구로는 연구용 원자로 수출 경쟁력 제고를 위해 판형 핵연료, 하부구동 제어장치 등 일부 미확보 최신 기술을 적용한 열출력 15MW 규모의 연구용 원자로로, 총 사업비 2,900억 원이 투입돼 2019년 완공 예정이다. 다목적으로 활용되는 하나로(HANARO)와 달리 동위원소 생산 및 중성자 조사 전용로로 건설돼 의료용 동위원소 국내 공급 안정화 및 수출과 중성자 도핑 용량의 대폭 확대를 통한 관련 산업 육성에 기여하게 된다.

■ 국내 사용후핵연료 재활용 위한 상용시설 구축 기반 마련
사용후핵연료의 평화적 재활용을 위한 파이로프로세싱(Pyroprocessing) 기술 개발은 전 공정을 공학 규모(연간 10톤 처리)의 일관공정으로 모의할 수 있는 세계 최초의 시설인 PRIDE(PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility)는 지난 21일 준공식을 갖고 본격 가동을 시작한 가운데 모의 사용후핵연료(Simulated Fuel)를 이용해 수행한 단위공정별 성능시험 결과를 바탕으로 각 단위공정간 연계성을 강화해 전처리공정부터 전해환원, 전해회수 및 폐기물처리 공정까지의 일관공정 성능실험을 수행함으로써 공학규모 파이로 공정의 기술적 우수성을 입증하고, 종합 파이로 건식처리 시설(KAPF) 설계를 위한 기본 자료를 생산할 계획이다.

이와 병행해 미국 INL에서 수행하고 있는 2단계(2015~17년) 한?미 핵연료주기 공동연구를 통해 kg규모 파이로 전체공정 실증실험(IRT, Integrated Recycling Test)용 파이로 공정장치의 시운전을 통해 장치를 개선하고, 사용후핵연료를 이용해 회당 2kg 규모 전처리공정을 시작으로 파이로 전체 공정에 대한 본격적인 실증시험 및 안전조치 장비 성능시험을 수행할 계획이다.

파이로프로세싱 기술 개발은 국내에서 PRIDE 등을 이용해 모의 사용후핵연료로 수행하는 ‘inactive’ 연구로 고효율화-고용량화를 추구하는 한편, 한미 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용하는 ‘active’ 연구를 수행해 실제 사용후핵연료를 사용한 실험자료를 확보함으로써 오는 2020년까지 파이로의 기술성, 경제성, 핵확산저항성을 검증하고, 향후 국내 사용후핵연료 재활용을 위한 상용시설 구축의 기반을 마련한다는 전략이다.

■ 소듐냉각고속로, 초고온가스로 기술 개발 매진
파이로 기술과 연계한 소듐냉각고속로(SFR) 개발에서는 SFR원형로(PGSFR) 안전성 입증을 위해 필수적인 잔열제거성능 등 주요 설계개념 검증 및 주요기기 성능검증을 위한 종합효과시험장치(STELLA-2)의 상세설계를 수행하고 있다. 원형로 설치를 위한 종합효과실험동 신축공사를 2016년 착공해 2019년 첫 실험자료 생산을 목표로 2018년까지 시험시설을 차질 없이 완공할 계획이다.

SFR은 성능검증 시험을 토대로 설계 개발을 진전시켜 2020년 150MWe급 SFR 원형로(PGSFR) 특정설계 승인 획득, 2028년 SFR 원형로 건설 완료를 목표로 하고 있다.

원자력 수소 생산을 위한 초고온가스로(VHTR) 기술 개발에서는 2014년 구축된 자연냉각시험장치를 이용해 올해 안전성 모의검증 시험을 성공적으로 수행했으며, 자체 제작한 초고온 열교환기를 헬륨루프에 설치해 900℃ 성능시험 역시 성공적으로 마쳤다. 2016년 상반기 정부의 국가연구개발사업 예비타당성조사를 통해 초고온가스로 실증사업 추진 동력을 마련할 계획으로 이를 위한 ‘수소경제 기반구축을 위한 초고온가스로기술개발사업’ 기획을 완료했다. 

■ 원전 해체 기술 및 고준위방폐물 기술 개발 박차
원전 해체기술 개발에서는 2012년 11월 제2차 원자력진흥위원회에서 심의?의결된 ‘원자력 시설 해체 핵심 기반기술 개발 계획’에 따라 원자력 시설 해체 기술 수준을 현재 선진국의 70%에서 선진국 수준으로 끌어올리는 것을 목표로 한 기술개발을 수행 중이다. 향후 2021년까지 1,500억 원이 투입돼 원자력 시설 해체에 요구되는 핵심 기반기술 38개 중 현재 미확보 상태인 16개 기술 개발을 완료할 계획이다.

2015년에는 미확보 상태이던 해체공정평가기술 등을 포함한 5개 기술을 추가 확보함으로써 16개 기술이 미확보 상태에 있지만 미확보 기술 역시 2021년까지 개발을 완료해 실용화 및 기술이전 단계에 진입할 계획이다.

고준위 방사성폐기물 처분연구에서는 처분장 건설 및 운영 단계의 환경조건을 모사할 수 있는 지하처분연구시설에 상용대비 1/3 규모의 공학적 방벽 복합거동 실증시험장치를 설치해 암반과의 열-수리-역학적인 장기 시험에 착수했다. 이 시험결과는 향후 처분시스템 성능평가 전산코드 검증에 이용되며, 검증된 코드는 최종적으로는 처분시스템의 장기적인 성능평가에 활용될 예정이다.

정부가 사용후핵연료 공론화위원회에서 제출한 권고안에 따라 구체적인 관리 기본계획을 수립하고 있는 가운데 사용후핵연료 저장, 운반, 처분에 관련된 핵심 보유기술과 KURT 등의 연구시설을 최대한 활용해 국민이 안심할 수 있도록 적극적인 기술 지원을 아끼지 않을 뿐 아니라 고준위폐기물 부피를 줄일 수 있는 선진화된 기술개발에도 박차를 가할 계획이다.

2015년 800드럼의 연구원 보유 방사성폐기물을 경주 방폐장으로 안전하게 이송?처분 완료했다. 2016년에는 대전 연구원 부지 내에 저장?관리되고 있는 방사성폐기물을 대상으로 매년 800드럼씩 경주 방폐장으로 이송할 예정이다. 또한 현재 25% 수준의 방사성폐기물의 부피감용율을 30% 선까지 높이기 위한 관련 기술 개발에 노력해 궁극적으로 국가적인 방사성폐기물 처분비용 절감에 기여할 예정이다.

■ 연구로 안전관리 및 방호체계 공고화 추진
국가 거대 연구시설인 연구용 원자로 하나로는 산학연 대상 이용기반을 강화해나가고 있는 가운데 연구 영역을 확대하고 융합연구 확산에 기여하는 한편 지역주민과 국민들이 더욱 안심할 수 있도록 안전 관리 및 방호체계도 더욱 공고히 해나갈 계획이다.

지난 16일 한국표준과학연구원과 함께 중성자방사화분석법을 활용해 인증표준물질을 연구개발?생산키 위한 ‘연구로이용 표준물질 공동연구센터’ 설립해 공동연구에 돌입했다. 하나로의 방사화 분석 기술과 시험시설, 한국표준과학연구원의 표준물질 인증 기술을 융합한 연구개발을 진행해 다양한 소재 및 시료 분석을 위한 방사화 분석 기술 범위를 확대해나가고 국제 공인의 인증표준물질(CRM) 개발도 확대해나갈 계획이다.

하나로 이용 방사성 동위원소 생산 및 개발 연구에서는 정부가 추진 중인 달탐사프로젝트 내 원자력 전지 개발을 주도하고 있으며, 이 기술 분야는 향후 해양, 국방용 RTG 및 고효율 마이크로전지 개발 등의 분야까지 확대해나갈 계획이다.

이와 함께 핵의학 영상 진단에 필수적이지만 전량 수입에 의존하고 있는 의료용 동위원소 Tc(테크네튬)-99m의 원료 물질인 Mo(몰리브덴)-99를 원자로를 이용해 대량 생산키 위한 Fission(핵분열)-Mo 생산 기술을 2016년 말까지 개발 완료키 위해 기술 실증에 박차를 가하고 있다.

연구로 안전 및 방호와 관련해서는 하나로 외벽 보강공사를 2016년 8월 종료 목표로 추진하고 있으며, 확대된 비상계획구역을 고려한 주민보호조치 절차를 최적화하는 연구를 진행해 지자체와 주민이 효과적으로 방사선 비상시에 대응할 수 있도록 적극 지원할 예정이다.

■ 비발전 분야의 융복합 통한 기술 사업화 주력
2013년 12월 원자력진흥위원회에서 확정된 ‘원자력 창조경제 실천계획’을 기반으로 정부의 창조경제 시책에 부응키 위해 비발전 분야의 융복합을 통한 기술 사업화에 주력할 계획으로 연구소 기업과 연계해 양전자 단층 촬영(PET)용 산소(O-18) 농축수 생산 기술, 초전도 선제 제조기술 등의 상용화에도 주력할 계획이다.

양전자 단층촬영(PET/CT)을 할 때 필요한 의약품의 원료인 산소 농축수의 국내 시장은 연간 약 100억 원 규모에 달하지만 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 연구원이 개발해 연구소기업과 상용화를 추진 중인 산소 농축수 생산기술은 소규모 시설로 생산이 가능할 뿐 아니라 생산성을 기존기술 대비 2배가량 향상시킬 수 있는 것으로 평가되고 있다. 연구소기업을 통해 2016년 내 생산설비 구축과 생산 개시가 실시될 예정으로 국내 자급은 물론 수백억 원의 수입 대체 효과를 기대하고 있다.

차세대 전력기기 및 의료기기의 핵심 소재가 될 MgB2 초전도 선재는 단기적으로는 진단용 의료기기인 MRI(자기공명영상장치)용 초전도 선재인 NbTi(니오븀티타늄)를 대체하고, 장기적으로 초전도 변압기와 한류기 등 고효율 초전도 전력기기에 사용될 것으로 예상된다. 연구원은 2014년 (주)삼동에 기술을 이전하고 공동연구센터를 통해 상용화 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

정읍 첨단방사선연구소에서 수행하는 방사선융합기술(RFT) 연구개발에서는 방사성동위원소를 이용해 물질의 생체 내 거동과 대사, 합성 등을 실시간으로 측정하는 동식물 대사 연구를 통해 신약 및 의료용 신소재 개발을 앞당길 종합연구실험동인 RI-Biomics 센터 활용해 신약 후보물질의 효율적인 검증을 통한 신약산업 성장에 이바지해나갈 계획이다.

이와 함께 국제적으로 방사선 반응에 대한 광범위한 연구결과가 축적돼 있지만 핵심 정보를 체계적으로 관리할 수 있는 기반이 전무한 점을 개선코자 2016년부터 4년 간 계획으로 세계 유일 국가방사선반응지도 플랫폼 구축사업에 착수한다. 이를 통해 방사선기술의 빅데이터 기반 생명공학, 환경, 식품검역, 공업소재 등 다양한 분야에서 방사선 응용기술 개발의 기술적 한계 극복해나갈 것으로 기대된다. 

또한 정읍의 30MeV 사이클로트론 운영을 통해 연구 목적의 방사성 동위원소를 안정적으로 생산하고, 경주 양성자가속기연구센터의 대용량 양성자가속기 및 빔라인, 이온가속기 운영을 통해 기초과학 연구자 뿐 아니라 민간 기업의 이용 지원을 활성화해 국내 관련 산업의 연구개발을 강화해나갈 예정이다.