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궁극의 안전성 확보 ‘자율운전 소형원자로’ 핵심 기술 개발

강현숙 기자 life77@donga.com

입력 2020.07.31 09:00:01

카이스트

원전은 온실가스 배출이 거의 없고 생산 단가가 낮아 저렴하게 전기를 생산할 수 있는 장점이 있다. 문제는 안전으로 일본 후쿠시마에서와 같은 대형 사고는 절대로 일어나면 안된다. 원전 산업은 극도의 안전성이 담보되어야 한다. 

카이스트 원자력 및 양자공학과의 ‘자율운전 소형원자로 연구센터’(센터장 김용희 교수·사진)는 대도시 근처에 안심하고 건설될 수 있을 만큼 극한의 안전성이 확보된 소형모듈형원자로(SMR) 핵심기술 개발을 목표로 2016년 출범했다. 최종 목표는 자율형 소형원자로인 ATOM(Autonomous Transportable On-demand reactor Module)의 핵심기술 개발로, 카이스트 및 5개 대학의 교수 11인이 참여했다. 차세대 원전으로 기대를 모으고 있는 SMR은 한국을 포함해 원자력 선진국에서 경쟁적으로 개발되고 있다. 이에 센터는 최첨단 SMR의 피동안전성, 부하추종운전, 초임계이산화탄소 발전 사이클 및 자율운전 등 핵심기술을 확보해 국산 SMR의 기술적 우위를 다지고 국제시장에서의 경쟁력을 확보하겠다는 계획이다. 

이를 위해 노심 및 연료주기, 시스템 및 계측제어, 핵연료 및 재료 등 3개의 연구그룹으로 구분해 유기적 공동연구를 수행 중이다. 현재 1단계 연구(자율형 ATOM 시스템 핵심 개념 도출)가 완료됐고, 2단계 연구(자율형 무붕산 노심 및 sCO2 발전 사이클 등 핵심기술 개발)가 진행 중이다. 특히 일본 후쿠시마 원전사고와 같은 중대 사고를 근본적으로 막을 수 있도록 피동적으로 원자로를 냉각시킬 수 있는 핵심기술을 개발한 점이 눈길을 끈다. 

다양한 핵심 기술 개발과 괄목할만한 연구 결과도 주목받고 있다. 우선 고정밀 SMR 시뮬레이터 모델을 완성해 ATOM 시스템 기능을 수행하는 인공지능시스템 GAIA 핵심기술 개발에 성공했으며, 결과적으로 운전원 실수를 원천적으로 배제하여 안전성 및 경제성이 극대화될 수 있다. 이와 함께 해외특허가 출원된 두 종류의 가연성 흡수체 기술(CSBA 및 DiBA)과 세계 최초 무붕산 노심 최적화 기술(TOP)에 기초한 초고안전성 및 고성능 450MWth ATOM 노심 및 연료주기 개념도 도출해 냈다. 

제어봉을 사용하지 않고도 부하추종운전이 자율적으로 수행되는 월등한 성능도 달성했으며, 이는 신재생 에너지의 도입을 촉진하고 상생을 가능케 할 것이다. 1차 냉각수에서 방사성 물질을 효과적으로 제거할 수 있는 자화된 나노입자 기술을 개발해 특허도 확보했다. 뿐만 아니라 스테인리스강 기지에 나노 스케일 석출물을 균일하게 분포시킴으로써 ‘NC-ARES’라는 초고성능 신개념 합금 소재도 개발했다. 고성능 사고저항성 피복관 기술을 개발해 국내 특허를 획득하고 해외 특허를 출원했으며, 고성능 사고저항성 연료로서 UO2-U3Si2 복합연료 개념을 개발하고 그 타당성을 확인했다. 



김용희 센터장은 “센터가 개발한 핵심 기술들은 국산 SMR 수출 경쟁력을 크게 높이고 무붕산 노심설계, 사고저항성 핵연료 등은 기존 대형 가압경수로에도 적용돼 경제성 및 안전성 등을 향상시킬 것”이라고 밝혔다. 기술적 성과뿐만 아니라 학술적 성과도 상당하다. 1단계 연구에서 SCI(과학기술논문 인용색인)급 논문 64편을 게재했고, 국내 특허를 22개 출원해 9개가 등록됐으며, 11개는 해외 특허 출원이 진행 중이다. 석사 62명, 박사 32명 등 원자력 전문 인력 양성에도 힘을 보탰다. 김 센터장은 “미래형 SMR의 새로운 패러다임을 제시하고 차세대 융복합 인력 양성에도 최선을 다하겠다”고 전했다.



여성동아 2020년 8월 680호
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