원자력(硏),‘핵연료 양립성 시험 시설’ 세계 4번째로 구축
핵연료 양립성 시험 시설(내부)
핵연료 양립성 시험 시설(외부 전경)
국내에서 가동 중인 원전 20기 가운데 16기를 차지하는 경수로의 경우 1기당 약 170개의 핵연료 집합체(다발)가 장전되는데, 한번 장전된 집합체는 평균 18개월 이상 연소되는 반면 4~5년 주기로 성능이 향상된 새로운 핵연료가 개발됨에 따라 원자로 내부에 서로 구조가 다른 핵연료가 인접하여 장전되는 경우(이를 '천이노심'이라 함)가 있다. 이 경우 집합체 다발 주위를 고온고압으로 흐르는 냉각재와 서로 구조가 다른 집합체 간의 저항(열수력적인 거동)의 차이로 인해 안전에 문제가 발생하지 않도록 양립성(compatibility)을 확보하는 것이 핵연료 성능 및 디자인 개선 등 신형 핵연료 개발의 필수적인 선결 요건이다.
이번에 구축된 PLUTO은 구조가 다른 2개의 핵연료 집합체를 실물 크기(0.2×0.2×4.5 미터)로 맞대어 장전해 집합체 다발 주위로 흐르는 냉각재와 집합체 간의 간섭에 따른 건전성을 실물 크기로 검증함으로써 핵연료의 건전성을 실증적으로 입증할 수 있도록 한 국내 최초의 시설이다. PLUTO는 집합체 2다발을 원자로 노심과 동일하게 나란히 배열하고 유량 1,400 m3/hr, 온도 210 ℃, 압력 3 MPa의 최대 운전조건으로 노심과 유사한 조건을 구현할 수 있도록 설계됐다.
PLUTO는 미국 웨스팅하우스사의 유사한 시험시설에 비해 △운전 온도 및 압력을 각각 10℃, 0.5 MPa 이상 높이고 △시설 기동에 필요한 시간을 24~48시간에서 12시간으로 대폭 단축하고 △500시간 연속 운전이 가능하도록 하는 등 성능을 대폭 끌어올려 현존하는 핵연료양립성시험 시설 가운데 최고의 성능을 갖췄다.
한국원자력연구원은 기본성능이 확인된 PLUTO 시설에 대해 2009년 10월까지 한계성능시험을 완료한 뒤, 국내 원전에서 사용되는 핵연료를 전량 생산하고 있는 한전원자력연료(주)가 중심이 돼 개발중인 ‘고성능 고유핵연료’의 양립성 시험을 2010년 2월까지 수행할 예정이다. 오동석 한국원자력연구원 선진핵연료기술개발부 책임연구원(박사)은 “지금까지 핵연료 개발시 양립성 시험을 전량 외국에서 수행함에 따라 핵심 기술의 유출 우려가 상존해 왔다”며 “PLUTO의 구축으로 이 같은 우려를 덜고 연간 200만 달러의 시험 비용과 시간을 절감하는 것은 물론, 외국으로부터 시험 수주를 받아 외화 획득도 가능할 것으로 본다”고 밝혔다.
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한국원자력연구원 선진핵연료기술개발부 오동석 책임연구원 042-868-2871