한마당 테마) 미래원자력기술관 > 소듐냉각고속로 핵연료 기술개발

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연구개발 배경
소듐냉각고속로(SFR) 핵연료 기술은 지속성, 경제성, 안전성, 핵확산저항성 향상을 목표로 하는 제4세대 소듐냉각고속로에 사용될 금속핵연료가 연구개발 대상이고, 파이로 공정을 통한 경수로 사용후핵연료 재순환의 실현으로 우라늄 자원을 효과적으로 활용하고 고준위 방사성 폐기물을 크게 감량할 수 있다. 금속핵연료는 금속연료심 제조기술과 고성능 피복관 신합금 개발을 포함한 피복관 제조기술을 개발하고 있다. 또한 금속핵연료 설계와 성능평가 코드를 개발하고 있으며 성능검증을 위한 연구로 조사시험 기술도 개발하고 있다.

성과물의 우수성
소듐냉각고속로 핵연료 기술개발은 ’07년에 착수하여 우수한 연구 성과를 달성하였다. 진공감압 용해주조장치를 구축하여 휘발성 원소 함유한 연료심(φ5.0mm)을 국내 최초로 제조하였고, 소듐이 장입된 축소연료봉(φ5mm x L1,000mm)을 국내기술을 이용하여 예비 제조하였다. 고온(650℃)에서 크립 성능이 매우 우수한 피복관용 신합금을 개발하여 국내외 특허를 출원하고 설계규격을 만족하는 HT9 피복관 예비품(φ7.4mm x t0.56mm x L3,000mm)을 산업체와 협력하여 성공적으로 제조하여 성능평가를 수행 중이다. 연료심/피복관 사이 상호반응을 방지할 수 있는 실용적 배리어 기술을 개발하여 고속로 환경을 모사하는 하나로에서 국내 최초로 조사되어 조사후시험이 추진되고 있다.

성과내용
성과에 활용된 기술 원리 : 휘발성 원소를 함유한 연료심 용해주조 장치는 중력을 이용하면서 진공도를 조절하여 직경 5.0mm의 연료심을 약 30 cm 길이로 제조가 가능하고 휘발원소의 회수율을 증대시켰다. 고성능 피복관용 신합금은 V, Nb, Ta, B 등의 미량첨가 원소의 최적 조합비로 고온 크립성능을 획기적으로 향상시켰으며 이음매가 없는 HT9 피복관은 냉간압출 방법으로 가늘고 앏은 긴 튜브형태로 제조되었다. 또한 연료심과 피복관 사이 상호방응을 방지하는 배리어 물질을 실험적 방법으로 선별하여 피복관 내면에 적용하는 전해도금방법의 실용기술을 개발하여 하나로에서 중성자 조사를 성공적으로 수행하였다.

기대효과
소듐냉각고속로 핵연료는 우라늄을 함유하고 원자로 운전을 위해 주기적으로 교체하므로 원자로의 안전성 및 경제성과 직결된다. 성능이 우수하고 저렴한 핵연료 개발은 안전 여유도를 증가시키고 전기생산 단가를 낮춰 대중 수용성을 증진시킬 수 있다. 뿐만 아니라 사용후핵연료의 재활용 기술과 접목한 소듐냉각고속로 핵연료 기술의 경제적 가치 및 사회적 기여도는 매우 크다.