원자력(硏),핵융합로 부품 시험용 ‘고열부하 시험시설’세계 2번째로 구축
핵융합로 내부에서 플라즈마와 가장 근접해서 설치되는 플라즈마 대향부품들은 지속적인 고열 부하를 받게 돼 부품 개발을 위해서는 내구성과 건전성, 냉각능력을 검증할 수 있는 시설이 필수적이다. 한국원자력연구원이 구축한 콜트-1 고열 부하 시험시설은 약 1 MW/m2의 열 부하를 가할 수 있도록 그라파이트 히터를 사용하고, 두 개의 부품을 동시에 시험할 수 있도록 설계했으며, 특별관리 대상인 베릴륨(Be)으로 제작된 핵융합로 부품까지 시험할 수 있도록 개발됐다.
※ 플라즈마 대향(對向) 부품이란 핵융합로의 노심에서 섭씨 1억 도 이상의 온도를 갖는 플라즈마와가장 가까이 인접해 플라즈마를 가두는 역할을 하는 부품들로, 흑연 또는 베릴륨 등으로 제작되며 1차벽 또는 1벽이라고도 한다. 핵융합로 플라즈마의 열 부하의 크기는 0.5~수 십 MW/m2 정도로(태양 표면은 100 MW/m2 이하, 로켓 노즐은 수백 MW/m2 이하), 이를 효과적으로 제거할 수 있느냐가 핵융합로의 성능을 크게 좌우한다.
콜트-1 고열 부하 시험시설은 유사 시설인 유럽연합의 BESTH에 이어 세계 두 번째로 △다양한 형태의 부품을 시험할 수 있고 △시험 시간을 40 % 이상 단축할 수 있으며 △시험 조건 또한 보다 가혹한 환경이 가능해서 성능이나 효용성 면에서 훨씬 우수하다. 콜트-1은 교육과학기술부(장관 안병만) ‘국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업’의 일환으로 한국원자력연구원과 국가핵융합연구소(소장 이경수)에 설치된 ITER한국사업단(단장 정기정)이 협동 연구를 통해 블랑켓 1차벽 관련 부품 개발을 위한 고열 부하 시험을 수행하기 시작했다.
지금까지는 고열 부하 시험을 외국에서 수행함에 따라 관련 기술의 외부 누출, 다양한 시험 불가, 개발 일정과 불일치 등의 난점이 있었다. 콜트-1의 구축을 통해 지금까지 해외에 의존하던 고열부하 시험을 국내에서 수행할 수 있게 돼 외화와 시간을 절약할 수 있게 됐다. 또한 일본, 프랑스 등 외국 연구기관들로부터 콜트-1 시설 이용 제의가 있어 시험 수주를 통한 외화 획득도 가능할 전망이다.
홍봉근 한국원자력연구원 핵융합공학기술개발부장은 “콜트-1은 차세대 초전도 핵융합 연구장치 KSTAR의 플라즈마 대향부품들이 개발되면 이의 고열 부하 시험도 수행 가능하다”며 “차세대 원자로로 기술개발이 진행중인 고온가스로의 가스터빈 블레이드 내열시험, 용접 및 접합성 검증, 열교환기 성능 검증 등과 기계, 항공, 우주, 국방 분야의 내열부품 및 신재료 개발에도 활용 가능할 것”이라고 밝혔다.
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한국원자력연구원 핵융합공학기술개발부 배영덕 책임연구원 042-868-8621