원자력연, 국내 최초 조사재료 열화평가 실증시험시설 구축

- 원자력연, 국내 최초 원전 내부 중성자 조사재료 열화평가 실증시험시설 구축 -

- 원전 내부와 동일한 환경에서 방사화된 소재를 직접 실험할 수 있는 길 열려 -

□ 원전 내부 부품은 높은 온도와 압력, 그리고 중성자에 노출되어 방사능을 갖게 되는 방사화로 손상돼 고장을 일으킬 수 있다. 따라서 부품 소재의 특성 변화를 파악하는 것이 매우 중요한데, 방사화된 소재를 직접 실험할 수 있는 시설이 국내 최초로 구축되어 화제다.

□ 한국원자력연구원(원장 주한규)은 지난 27일 원전 내부와 같은 고온․고압 환경에서 중성자에 의해 방사화된 소재의 열화 현상을 평가할 수 있는 ‘조사재료 열화평가 실증시험시설(H-MAP, Hot laboratory for Materials aging Assessment and Prediction)’을 준공했다고 28일 밝혔다.

□ 원자로 계통의 주요 구조부품은 고온․고압의 냉각재 환경에 지속적으로 노출된다. 특히 핵연료와 근접해 있는 부품의 경우 많은 양의 중성자에 노출되어 화학적․물리적으로 성질이 나빠지는 열화 현상이 발생할 수 있다.

• 대표적으로 재료가 늘어나거나 질긴 정도가 줄어드는 조사취화(irradiation embrittlement), 재료 내부에 빈 공간이 생기면서 부피가 커지는 부피팽윤(void swelling), 재료에 균열이 발생하고 부식이 빨라지는 조사유기응력부식균열(IASCC, Irradiation Assisted Stress Corrosion Cracking) 등이 있다.

• 이 중 IASCC는 전세계적으로 원전 내부 구조부품에서 다수 발생한다고 보고되어 원인 규명을 위해 많은 연구를 진행하고 있다.

• 국내에서는 그동안 관련 연구에 비방사화된 소재를 사용하거나 중성자 조사재료를 모사한 양성자 조사재료 등을 활용했다. 이로 인해 중성자 조사재료를 직접 활용한 연구에 비해 재료열화 특성을 정확하고 정밀하게 실증하는데 한계가 있었다.

□ 이에 재료안전기술연구부 최민재 박사 연구팀은 원전 내부와 동일한 환경인 최대 온도 360℃, 압력 200기압 이상에서 중성자 조사재료의 부식 균열 및 부식 속도 측정 등 열화평가 시험을 할 수 있는 시설을 구축했다.

• 연구팀은 중성자 조사재료의 내부 특성을 평가할 수 있는 IASCC 실증장비를 개발하고, 일반시험구역에서 시운전을 통해 장비 운용 기술을 확보하였다.

• 이후 중성자 조사재료 취급이 가능한 납차폐 핫셀과 외부 원격조정을 위한 로봇팔 및 반력 암(arm) 등을 제작․설치하고, 핫셀 내에 IASCC 실증장비 2대를 설치함으로써 H-MAP을 완성하였다.

• 이는 과학기술정보통신부 원자력연구개발사업 및 산업통상자원부 에너지기술개발사업의 지원을 받아 지난 5년여간 연구를 수행하여 결실을 맺은 것이다.

□ 이번에 준공한 실증시험시설로 국내에서도 원전 모사 환경에서 방사화된 소재를 직접 실험할 수 있게 되었다. 특히 원전에서 장기간 사용된 부품 소재에 대한 평가 데이터를 확보하여 재료 건전성 및 수명을 예측함으로써 원전의 안전성 향상에 기여할 수 있다.

□ 연구팀은 향후 시설 내에 정밀가공설비, 3차원 디지털 현미경, 계장화 압입 시험기 등의 실험 장비를 추가 구축할 계획이다. 그리고 나노미터 수준의 정밀분석이 가능하도록 주사전자현미경 및 이온빔집속장비 등과의 연계도 추진한다.

□ 김동진 재료안전기술연구부장은 “이번에 준공한 조사재료 열화평가 실증시험시설은 가동원전의 안전성 향상 뿐만 아니라 향후 SMR 등 차세대 원자로 부품 소재기술 개발에도 크게 기여할 것”이라고 밝혔다.