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국산 '연구로+핵연료' 패키지 수출길 연다

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국산 '연구로+핵연료' 패키지 수출길 연다

2021.06.01 12:00
원자력연, 벨기에 원자력연과 연구로 핵연료 성능검증 공동연구
밀도 저농축 우라늄실리사이드 판형핵연료는 ‘원심분무 핵연료 분말 제조기술’을 적용해 완성했다. 한국원자력연구원 제공
대전 유성 한국원자력연구원 소속 연구원들이 ‘원심분무 핵연료 분말 제조기술’을 이용해 고성능 연구용 원자로에 사용될 고밀도 저농축 우라늄실리사이드 판형 핵연료를 제작하고 있다. 한국원자력연구원 제공

국내에서 개발한 고성능 연구용 원자로 핵연료 기술의 성능을 검증하는 국제 공동연구가 시작된다. 이를 통해 국산 연구로 핵연료 기술의 성능이 검증되면 지난 2009년 요르단에 수출된 국산 연구로 기술과 함께 연구로용 핵연료의 해외 수출길이 열릴 것이란 전망이 나온다.  


한국원자력연구원은 지난달 31일 벨기에 원자력연구소와 국내에서 개발한 고밀도 저농축 우라늄실리사이드 판형 핵연료의 성능을 검증하기 위한 협약을 맺었다고 1일 밝혔다.  이번 계약 체결에 따라 두 기관은 향후 5년간의 공동연구를 통해 고성능 연구로에 들어갈 저농축 핵연료의 성능검증을 마친다는 계획이다. 

 

저농축 우라늄실리사이드 판형 핵연료는 1980년대 개발된 2세대 핵연료로 분류된다. 애초 고성능 연구로는 높은 출력을 내기 위해 농축도가 90% 이상인 고농축우라늄(HEU)을 사용했다. 하지만 핵 비확산 체제를 위협하는 고농축우라늄 사용을 제한하기 위해 저농축우라늄을 사용하고 중간급(4.8 gU/cc) 우라늄 밀도를 가진 연료가 등장했다. 

 

원자력연은 핵연료 성능에 대한 요구가 높아지자 3세대에 해당하는  고밀도 우라늄실리사이드 판형 핵연료를 개발했다. 핵연료의 알루미늄 재질 피복을 판상 형태로 제작하면 단위면적을 통과하는 중성자수를 크게 늘리면서도 효율적인 냉각이 가능해져 핵연료 성능이 올라간다. 2018년 첫선을 보인 고밀도 저농축 우라늄실리사이드 판형 핵연료는 세계에서 유일한 ‘원심분무 핵연료 분말 제조 기술’을 적용해 완성했다. 2000도 고온의 진공에서 우라늄실리사이드를 녹인 다음 고속 회전하는 원판에 분사해 원심력을 이용해 입자 크기가 매우 작고 균일한 분말을 대량으로 생산하는 원리다.

 

일반적으로 사용되는 농축도 20% 미만의 저농축 우라늄실리사이드 판형 핵연료는 출력 밀도가 부족해 고성능 연구로에서는 사용할 수 없다. 벨기에 원자력연구소는 고농축우라늄 사용을 최소화하려는 국제사회 움직임에 동참해 100메가와트(100MW)급 고성능 연구로인 BR2에 맞는 저농축우라늄 핵연료 기술을 개발하고 있다. 사업 총괄책임자인 연구로핵연료부 정용진 부장은 “연구원이 개발한 핵연료는 저농축 우라늄을 사용하지만 원심분무 분말의 특성을 이용해 고밀도로 제조할 수 있어 고성능 연구로의 높은 출력을 유지할 수 있다”며 “벨기에도 이런 점을 고려해 공동연구를 추진하기로 한 것으로 알고 있다”고 밝혔다. 

 

국내서 개발한 판형 핵연료는 수율(투입량 대비 완성품 비율)도 95% 이상으로 나타나 핵연료 선진국인 프랑스보다 불량률이 낮고 경쟁력이 높다. 원자력연은 “5년간 성능검증을 마치면 세계적인 핵연료 공급사들과 같은 자격으로 우라늄실리사이드 판형 핵연료를 쓰고 있는 각국 연구로에 핵연료를 공급할 기회를 잡을 수 있다”고 보고 있다. 원자력연에 따르면 우라늄실리사이드 핵연료의 시장은 연간 3000억원 규모로 추산된다. 원자력연은 이 가운데 10%가량인 연간 300억 원어치 핵연료를 한국이 수출할 수 있을 것으로 예상하고 있다.  

 

최기용 하나로중성자연구단장은 “벨기에와의 공동연구를 통해 고밀도 우라늄실리사이드 판형 핵연료의 성능이 검증된다면, 한국은 연구로를 공급하는 것은 물론 핵연료까지 패키지로 상품으로 만들어 수출할 수 있다”며 “이번 협력이 세계 연구로 건설 시장에서 뛰어난 수주 경쟁력을 확보하는 계기가 될 것”으로 전망했다.  과학기술정보통신부는 2025년 12월까지 이번에 성능검증에 들어가는 판형 핵연료 연구를 비롯해 핵연료 고도화를 위한 연구개발을 추진하고 있다.

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