금속 3D 프린터를 이용한 경수로 핵연료 기술이 개발중이네요

기존에는 원자력 발전소의 핵연료 집합체를 구성하는 피복관 등에 지르코늄 합금 소재가 사용되고 있었는데,

지르코늄 합금은 정상적인 발전소 운전환경에서는 우수한 성능을 가지고 있지만 일본 후쿠시마 사고와 같은 사고 환경에서는 고온 산화저항성이 크게 감소되었고,

활발한 산화반응이 발생하면서 수소가 다량 발생되어 후쿠시마 원자로의 폭발 사고로 이어졌습니다.

이런 사고를 예방하기 위해, 피복재가 고온상태에서도 산화저항성을 유지하거나 향상시킴으로써 원자력발전소의 사고 시 안전성을 향상시키는

사고저항성핵연료 (Accident Tolerant Fuel:ATF)가 전세계적으로 활발한 연구가 진행되고 있고, 한국원자력연구원에서는 이러한 사고저항성피복관과

무붕산 운전을 위한 핵연료 개발을 위해 레이저 3D 프린팅 기술을 이용하여 다기능 소재를 코팅하는 기술을 개발하고 있다고 합니다.

* 무붕산 운전 : 일반적인 원자로는 냉각수에 중성자 흡수 물질인 붕소를 첨가해 원자로의 출력을 제어하지만, 무붕산 운전은 붕산 없이 핵연료 자체에서 출력을 제어할 수 있게 하는 것.

사고 저항성 피복관 개발을 위해 기존 지르칼로이 계열 합금 피복관 표면에 내산화성이 큰 크롬 계열의 합금을 레이저 3차원 공정을 이용하여 코팅했고,

코팅된 피복관 소재는 다양한 기계적 강도와 산화성능 테스트를 통해 그 성능을 입증했다고 합니다. 그리고 무붕산 운전을 위한 핵연료 개발을 위해 핵연료 펠릿 표면에

중성자가 연성독물질을 코팅하는 기술을 적용하여 무붕산 핵연료 제조의 타당성을 볼 수 있었다고 하네요. 예비성능 테스트를 통해 금속 3차원 프린팅 기술의 적용성을 확인할 수 있었고,

최종적으로 안전성이 향상된 차세대 원자력 발전소의 기본이 되는 사고저항성 핵연료 개발을 위해 금속 3차원 프린팅 기술을 접목하여 랩 규모의 성공적인 핵연료 개발이 가능해졌으며,

현재 타당성 평가단계에 있고 향후에는 코팅된 부품에 대한 원자로 내에서의 실증평가 결과를 바탕으로 원자력 부품을 DMT 공정을 이용한 연구개발에 활용한다고 합니다.

* DMT : 금속 재료를 직접 레이저로 녹여 3차원 형상으로 제조하는 방식의 금속 3D 프린팅 기술.

출처 : 3차원 프린팅 기술을 이용한 신개념 경수로 핵연료 기술 개발에 관한 연구