‘핵연료 양립성 시험시설’ 완공… 세계 4번째

‘핵연료 양립성 시험시설’ 완공… 세계 4번째 경수로형 핵연료 개발 효율성 높일 듯… 연 200만 달러 시험 비용 절감 기대 2008년 12월 03일 글자 크기

국내에서 가동 중인 원전 20기 가운데 16기를 차지하는 경수로형 원자로용 핵연료의 안정성 시험시설이 완공됐다. 한국원자력연구원 오동석 원자력연 선진핵연료기술개발부 박사팀은 ‘핵연료 양립성 시험 시설(PLUTO, Performance Test Facility for Fuel Assembly Hydraulics and Vibrations)’을 구축하고 3일 준공식을 개최했다. 경수로형 원자로에는 1기당 약 170개의 핵연료 집합체(다발)가 장전된다. 한번 장전된 집합체는 평균 18개월 이상 연소된다. 최근 4~5년 주기로 성능이 향상된 새로운 핵연료가 개발되고 있어 원자로 내부에 서로 구조가 다른 핵연료가 인접하여 장전되는 경우(천이노심)가 발생한다. 이 경우 핵연료 집합체 주위를 고온고압으로 흐르는 냉각재와 서로 구조가 다른 집합체 간의 저항 차이로 안전문제가 발생하지 않도록 양립성(compatibility)을 확보할 필요가 있다. 기존 핵연료와 함께 사용할 경우의 안정성을 확보하는 것이 새로운 핵연료 성능 및 디자인 개선 등 신형 핵연료 개발의 필수적인 요건이라는 설명이다. 원자력연 측은 이번 시험 시설 완공에 대해 “실물 크기의 이종(異種) 핵연료 집합체 2개 맞붙여 안전성을 실증할 수 있게 됐다”며 “핵연료 기술 완전 자립 및 미래형 원전용 핵연료 개발 위한 필수 시설”이라고 밝혔다. 완성된 핵연료 양립성 시험시설의 외부전경 원자력연은 지난 2005년부터 3년간 지식경제부 전력산업연구개발사업의 일환으로 이 시설을 구축했다. 미국, 프랑스, 일본에 이어 세계 4번째로 만들어졌다. 현재 사용중인 경수로용 핵연료의 성능 개량은 물론, 미래형 원전용 핵연료의 설계 검증에도 활용할 계획이다. PLUTO는 구조가 다른 2개의 핵연료 집합체를 실물 크기(0.2×0.2×4.5m)로 맞대어 장전해 집합체 다발 주위로 흐르는 냉각재와 집합체 간의 간섭에 따른 안전성을 실물 크기로 검증한다. 핵연료의 건전성을 실증적으로 입증할 수 있도록 한 국내 최초의 시설이다. PLUTO는 집합체 두 다발을 원자로 노심과 동일하게 나란히 배열하고 유량 1,400㎥/hr, 온도 210 ℃, 압력 3 MPa의 최대 운전조건으로 노심과 유사한 조건을 구현할 수 있도록 설계됐다. 특히 해외의 유사 시험 시설에 비해 운전 온도 및 압력이 높고, 시설 기동에 필요한 시간을 12시간으로 대폭 단축했다. 미국 웨스팅하우스 사의 장비는 24시간~48시간 가량이 소요된다. 이 밖에 500시간 연속 운전이 가능하도록 하는 등 성능을 대폭 끌어올려 현존하는 핵연료양립성시험 시설 가운데 최고의 성능을 갖췄다. 원자력연은 PLUTO 시설에 대해 내년 10월까지 한계성능시험을 완료한 뒤, 국내 원전에서 사용되는 핵연료를 전량 생산하고 있는 한전원자력연료가 개발중인 ‘고성능 고유핵연료’의 양립성 시험을 2010년 2월까지 수행할 예정이다. 오동석 원자력연 책임연구원은 “지금까지는 핵연료 개발시 양립성 시험을 전량 외국에서 수행함에 따라 국내에서 개발한 핵연료 제조기술의 핵심 기술 유출이 우려돼 왔다”며 “연간 200만 달러의 시험 비용과 시간을 절감하는 것은 물론, 외국으로부터 시험 수주를 받아 외화 획득도 가능할 것으로 본다”고 말했다. 전승민 동아사이언스 기자 enhanced@donga.com