한국원자력연구원(이하 원자력연)이 한국형 신형 경수로에 적용될 원자로냉각재펌프(RCP; Reactor Coolant Pump) 성능 실증에 성공했습니다.

원자로냉각재펌프(RCP)는 원자로의 냉각수를 강제로 순환시켜 원자로에 장전된 핵연료에서 발생한 열을 증기발생기로 전달하는 역할을 담당하는 대용량의 수직 원심형 펌프인데요. RCP는 원전의 핵심 설비인 1차 계통 구성을 위한 핵심 기기에 속합니다.

원자력연 열수력안전연구부 조석 박사팀은 최근 2017년 준공 예정인 '신한울 1호기'에 적용된 원자로냉각재펌프(RCP)에 대한 성능검증시험을 완료했는데요.

로써 국내 원전 기술 중 미자립 분야였던 원자로냉각재펌프 성능실증시험 기술을 보유하게 됐습니다.

 

RCP 시험설비를 점검하는 한국원자력연구원 열수력안전연구부

 

원전 비정상 원인 규명 등 현안 해결능력 강화

원자력연의 RCP 시험설비는 온도 343℃, 압력 172기압, 유랑 11.7㎥/s의 성능을 갖춰 상용 원전의 정상 운전은 물론 과도 운전 상태를 모의할 수 있도록 설계됐는데요.

시설 규모가 바닥 면적 2,300㎡, 높이가 30m(지하 1층, 지상 3층)에 이르는 초대형 고온-고압 설비입니다.

 

한국원자력연구원이 개발한 RCP 시험설비

원자력연은 시험설비 구축과 함께 실제 원전의 고온-고압 운전 조건에서 대유량을 정확하게 측정하고 제어할 수 있는 열유체 시험기술과 RCP 회전체 부품의 진동 등을 측정할 수 있는 측정 기술을 동시에 개발했는데요.

이를 통해 실제 원전 가동 중 예상할 수 있는 고온-고압의 정상 운전 조건은 물론 다양한 사고 상태에서 RCP 성능이 제대로 발휘할 수 있음을 검증했습니다. 

우리나라는 이번 RCP 시험설비의 성공 운용으로 해외기술 종속에서 탈피, 수출 원전에 장착될 RCP의 성능 검증시험을 주도적으로 실시해 해외 시장 공략에도 기여할 전망입니다.

이번 RCP 성능시험기술은 APR+ 등 후속 원전의 RCP 개발에 활용되고, 아울러 현재 가동 중인 RCP의 비정상 원인 규명 등 운전 신뢰성 확인 시험에 활용될 수 있어 우리나라의 원전 1차 계통 현안 해결능력을 높일 것으로 기대됩니다.

뿐만 아니라 축적된 시험결과는 산업 현장에서 다양한 형태의 고유량 고온-고압 펌프 개발에 활용 가능하고요.

시험설비를 일부 보완하면 높은 차압과 고유량 조건에서 운전되는 다단 오리피스, 밸브류 등 대형 유체기기 시험과 대유량 시설의 안전 현안 규명에도 활용될 수 있습니다.

신형 경수로 APR1400 적용 목표

이번 연구는 신형 경수로 'APR1400' 적용을 목표로 두산중공업㈜이 설계·제작 및 핵심기술 개발의 주관기관을 담당하고, 원자력연이 시험설비 구축 및 성능 검증시험 주관기관을 맡아 RCP 국산화를 추진했습니다.

원자력연이 수행한 RCP 성능시험은 기계, 열유체, 재료, 제어, 계측, 화학 등 여러 분야를 집약한 대용량, 고정밀 시험기술인데요.

세계 최고 수준의 미국 웨스팅하우스(Westinghouse)와 유럽연합 아레바 등 글로벌 원자로 설계기업만 보유하고 있는 전략 기술입니다.

원자력연은 RCP 국산화를 목표로 2007년부터 실험설비를 구축, 설계, 시험적용 기술 개발 등을 수행한데 이어 2012년에는 시험설비 건설과 시운전을 완료하고 성능검증 시험을 수행했습니다.

 

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posted by 이재형 과학이야기

신 년 사


존경하는 한국원자력연구원 가족 여러분! 2015년 새해가 밝았습니다. 

지난 한 해 동안 국가 원자력 연구개발 현장에서 최선을 다해 노력해 주신 직원 여러분께 감사드립니다. 을미년 올 한 해도 여러분과 여러분 가정에 건강과 행복이 깃들기를 기원합니다. 

시간이 화살처럼 빠르다는 말을 그 어느 해보다 실감한 2014년이었습니다.

작년 이맘 때 바로 이 자리에서 취임인사를 전하던 때가 엊그제만 같은데 벌써 일 년의 시간이 지났습니다. 그동안 기관장으로서 얼마나 열심히 뛰었는지 새해를 맞는 오늘 다시금 되새겨보게 됩니다. 

“꿈꿔라. 꿈꿀 수 있는 것은 무엇이든지 이룰 수 있다”는 괴테의 명언을 전하며 청마의 기상으로 꿈을 쫓아 매진하자는 그때의 초심을 잃지 않도록 저부터 더욱 분발하겠습니다.   

한국원자력연구원 직원 여러분!

지난 한해도 우리 모두는 꿈을 이루기 위해 힘껏 달려왔습니다.

국가적으로도 커다란 기대를 받고 있는 연구용원자로 기술을 사상 처음으로 유럽에 수출하는 쾌거를 올렸습니다. 프랑스 아레바(AREVA)와 독일의 누켐(NUKEM)-러시아 니켓(NIEKET) 컨소시엄 등 세계 굴지의 글로벌 원자력기업과 치열한 경합 끝에 쟁취한 성과라는 점에서 의미가 큽니다.
 
ITER 국제기구로부터는 ITER에서 발생 예상되는 방사성폐기물을 원격으로 처리하는 기술 개발 과제를 수주하기도 했습니다.

우리 연구원이 독자 개발한 원심분무 기술을 이용해 제조한 U-Mo 핵연료 분말은 프랑스와 벨기에에서 본격 성능 검증에 들어가기도 했습니다.

우리가 보유한 원천기술이 글로벌 핵비확산에 기여함으로써 국제위상 제고에도 큰 몫을 하고 있습니다. 원자력을 이용해 수소를 대량 생산할 수 있는 ‘초고온가스로’의 피복입자핵연료 시제품이 연소성능시험에 성공하는 성과도 올렸습니다.

파이로프로세싱과 소듐냉각고속로 등 제4세대 원전 개발과 원자력 안전연구, 하나로 운영 및 이용 연구, 제염해체 기술개발 등에서도 크고 작은 이정표를 세웠습니다.
 
연구원이 기술출자 방식으로 설립한 국내 제1호 연구소기업이 코스닥 상장심사를 통과하는 한편, 연구원 보유 특허의 중소기업 무상 이전 등 원자력 창조경제 실현에도 앞장섰습니다.

아울러, 국가 원자력 기술자립의 역사를 한눈에 볼 수 있는‘원자력역사관’과 원자력 연구성과를 직접 체험해보는 ‘원자력체험관’도 문을 열었습니다.

도서관과 기록관, 박물관의 기능을 합쳐 다양하고 통합적인 원자력 정보를 제공하는 ‘원자력 라키비움’도 개관했습니다. 연구원 식당 역시 한층 밝고 개방된 형태로 탈바꿈하였습니다.

각자의 자리에서 최선을 다해 이 같은 성과를 만들어낸 여러분들의 노고에 감사드립니다.

한국원자력연구원 가족 여러분, 우리나라 원자력계는 UAE 상용원전과 요르단 연구용원자로 수출로 한껏 사기가 충만했지만, 후쿠시마 사고와 원전 비리 등으로 한동안 의기소침해 있었습니다. 이에 더해, 지난 연말에는 원전 해킹 사건까지 터지며 그 입지가 점점 작아져만 가는 현실이 안타깝기만 합니다.

그렇다고 우리가 여기서 주저앉을 수는 없습니다. 위기를 훌훌 털고 일어나 우리의 선배들이 그랬듯 다시 뛰어야만 합니다. 
 
우선, OYSTER 사업과 JRTR 건설사업을 차질 없이 추진하고 인력확보에 전력을 다해 연구로의 추가 수출에 박차를 가해야 합니다. 

SMART 원자로와 관련해서는 지난 연말 설립된 SPC를 중심으로 사우디아라비아, 말레이시아 등 잠재 수요국을 대상으로 수출 노력을 강화해야 합니다.

안전연구 분야에서는 국제공동연구인‘OECD-ATLAS’를 주도하며 이를 한층 강화하는 한편, ‘고밀도 저농축 연구로 핵연료’기술을 활용한 국제 핵비확산 실현에도 노력해야 합니다.

수출용 신형 연구로 건설 사업은 원자로 및 계통 설계, 부대시설의 상세설계와 건설허가 신청 후속 작업을 차질 없이 진행해야 합니다. 
 
파이로프로세싱 기술개발은 각 단위공정별로 성능시험을 수행하고, ACPF 에서의 실증실험에 대비한 모의 사용후핵연료 시험을 완수해야 합니다.

파이로 기술과 연계한 소듐냉각고속로 기술개발은 150MWe급 원형로 NSSS(핵증기공급계통) 예비설계를 완료하고, STELLA-2의 기본설계를 수행할 예정입니다.

초고온가스로 분야에서는 자체 개발한 설계해석 코드 검증과 초고온헬륨루프를 이용한 고온 특성 평가 실험을 수행하게 됩니다.

원자력시설 제염․해체 기술 분야에서는 국내 원전 해체 시대를 대비하고 해외 해체시장 진출을 목적으로 추진 중인 ‘원자력시설 해체종합연구센터’예비타당성평가가 완료될 예정입니다.
 
이 밖에도, 하나로 및 냉중성자 시설을 이용한 중성자 이용연구와 비발전 분야의 융복합을 통한 기술사업화에도 더욱 노력해야 합니다. 또한, 연구원이 국민과 소통하고 다가서기 위해 추진하는 ‘(가칭)원자력공원’조성사업도 우리의 비전과 노력, 개방성이 제대로 구현될 수 있도록 추진해 주시기 바랍니다.

직원 여러분!

어려운 여건 속에서도 우리는 KAERI인이라는 자부심과 열정으로 연구에 매진하는 것이 우리에게 주어진 사명이라고 생각합니다.

예산과 인력에 발목이 잡혀 창의적 과제수행과 자율성 확보가 어렵다는 점 잘 알고 있습니다. 

우리를 바라보는 외부의 시선 역시 곱지만은 않다는 점도 항상 염두에 둬야만 합니다.

현실성 없는 연구에 예산만 쓴다거나 원자력연구원 과제는 ‘철밥통’이라는 외부의 인식 타파에 노력해야 하는 이유이기도 합니다.

이렇듯 우리 조직이 당면한 내외부의 문제점을 극복하기 위해서는 무엇보다 우리 스스로 변화하고 혁신하는 노력이 필요합니다.

저는 올 한해 조직 재정비와 시스템 효율화로 돌파구를 찾고자 합니다.
 
우선, 책임의식과 권한 분배를 통한 실질적 책임경영제를 실현하겠습니다. 책임자 스스로 주인의식을 갖고 업무를 주도하는 시스템을 구현해나갈 계획입니다.

다음으로는, 내부경쟁을 확대하여 무사안일주의와 매너리즘을 극복해나갈 것입니다. 적당주의와 온정주의를 배격하여 단 한 사람의 무임승차자도 생기지 않도록 해야겠습니다.

또한, 연구원 여러 직종간의 갈등과 괴리감을 치유하고, 내부의 갑을관계를 청산할 수 있는 경영관리 혁신도 필요합니다. 여기에는 소통과 협력문화가 반드시 전제되어야 합니다.

직종간․직급간․세대간․상하간․동료간 소통과 협력은 조직 일체감 조성뿐만 아니라 업무 생산성과 효율성 강화에도 크게 기여할 것입니다.

사랑하는 직원 여러분! 을미년 새해 우리 모두 함께 뛰어 봅시다.

저는 여러분이 도전과 열정을 불태울 수 있는 연구환경 조성과 공정한 원칙을 통한 성과평가 환경을 만들기 위해 최선을 다하겠습니다.

제가 이곳 KAERI에서 꾸는 모든 꿈은 반드시 여러분과 함께 하는 꿈이어야 함을 한시도 잊지 않겠습니다.

모든 KAERI인 여러분, 새해 복 많이 받으시길 기원합니다. 감사합니다.

2015. 1. 2

한국원자력연구원 장  김 종 경

김종경 한국원자력연구원장

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posted by 이재형 과학이야기

핵의 재처리 여부를 알아낼 수 있는 방법으로는 총량분석법(bulk analysis)과 입자분석법(particle analysis)이 있습니다.

총량분석은 시료를 화학적으로 처리한 뒤 우라늄과 플루토늄을 각각 분리한 후, 열이온화 질량분석기(TIMS; Thermal Ionization Mass Spectrometry)등 질량분석기를 사용해서 핵물질의 양을 측정하고 동위원소 비율을 구해 이를 정상적인 핵물질의 동위원소 비율과 비교함으로써 비정상적인 핵활동 유무를 판별할 수 있습니다.

입자분석은 시료에 묻어있는 먼지와 입자들을 회수해서 균일한 입자층을 만든 다음 중성자를 조사하면 핵물질 입자 부분은 핵분열에 의해서 특정 모양의 흔적(트랙)이 생기는데, 이를 토대로 핵분열성 물질을 포함하는 입자만을 선별해서 입자별 동위원소 비율을 측정함으로써 개별 입자의 재처리, 농축 등의 핵활동 정보를 알아낼 수 있습니다.

이 같은 분석을 수행하기 위해서는 국제원자력기구(IAEA)의 '국제 사찰시료 분석 실험실 네트워크(IAEA-NWAL; NetWork of Analytical Laboratories)'에 가입되어야 하는데,  지금까지 IAEA-NWAL에는 미국, 프랑스, 일본 등 9개국 15개 연구기관만 가입되어 있었습니다.

NWAL은 IAEA가 세계 각국을 대상으로 핵 사찰 활동을 통해 수집한 시료를 정밀 분석하기 위해 운영 중인 사찰시료 전문 분석기관으로, IAEA가 요구하는 기술 및 시설 인증을 통과해야만 가입할 수 있습니다.


한국원자력연구원이 국제원자력기구(IAEA)로부터 '국제 사찰시료 분석 실험실 네트워크(IAEA-NWAL; NetWork of Analytical Laboratories)' 총량분석 분야에서 가입 승인을 받았습니다.

한국원자력연구원은 지난 2008년 IAEA로부터 NWAL 가입 후보로 지정받아 2009년부터 총 70억원의 연구비를 투입해 극미량 핵물질 분석체계를 구축했습니다.

이 중 총 3차에 걸친 IAEA의 시험 시료 분석 절차와 관련 시설 검증을 통과함으로써 최근 NWAL 가입 승인을 최종 통보 받았습니다.

검증 절차에서 한국원자력연구원은 IAEA가 보내온 시험 시료에 포함된 1나노그램(10억분의 1그램) 이하 우라늄과 1 피코그램(1조분의 1그램) 이하 플루토늄의 총량과 동위원소 비율을 오차 범위 이내로 밝혀내 정확도, 정밀도, 품질경영 등 IAEA가 요구한 기술적 요건을 충족시켰습니다.

NWAL 가입을 위해서는 위의 기술 요건과 함께 극미량 핵물질 분석 과정에서의 오염을 막기 위해 'Class 100급'의 시설 구축이 요구되는데, 한국원자력연구원은 보유중인 소규모 시설로 IAEA의 검증을 통과했습니다.

Class 100(Class ISO 5)은 1 입방피트 공간에 0.5마이크로미터 이상의 입자가 100개 미만 존재하는 청정도로, 일반 가정의 청정도는 Class 50만, 반도체 생산 공정의 청정도는 Class 10 수준입니다.

한국원자력연구원은 올해 안에 입자분석 분야의 가입도 신청할 계획입니다.

또 한국원자력연구원은 이번 NWAL 가입으로 본격적인 사찰시료 분석 업무를 수행하게 됨에 따라 기존 시설 외에도 40억원을 투입해 올해 안에 청정실험연구동을 완공할 예정입니다.

한국원자력연구원의 NWAL 가입으로 우리나라는 극미량 핵물질 분석 기술을 국제적으로 인정받고 IAEA의 핵사찰 시료 분석 작업에 참여할 수 있게 됐습니다.

이번 NWAL 가입으로 우리나라는 국제 핵사찰 활동 참여를 통해 글로벌 핵비확산 노력에 원자력 기술 선진국 위상에 걸맞는 공헌을 할 수 있게 됐습니다.

총량분석을 위한 동위원소비 측정

열이온화 질량분석기(TIMS)

입자분석을 위한 입자 회수


<국제 사찰시료 분석 실험실 네트워크 관련 자료> 

1. IAEA-NWAL
 ○ IAEA에서는 전 세계에서 수집되는 사찰시료의 정밀분석을 위해 사찰시료 분석 실험실 네트워크(IAEA-NWAL; NetWork of Analytical Laboratories)를 운영하고 있으며 실험실의 기술적 수준, 국가적 능력 등을 고려해 분석 기술을 갖춘 기관들을 가입시키고 분석을 위탁하고 있음
 ○ 사찰시료 분석에는 총량분석과 입자분석 분야가 있으며, NWAL도 총량분석 네트워크와 입자분석 네트워크로 나뉨

2. 사찰시료 총량분석
 ○ 사찰시료에 포함된 핵물질 전체를 한꺼번에 분석하는 방법으로서, 시료 내 핵물질의 총량 정보와 평균적인 동위원소비 측정 가능
 ○ 시료가 수집된 시설의 핵활동 유무에 대한 판단 근거 제공
 ○ 총량분석 절차
    1) 시료 회수 : 고온 가열로 시료 내 핵물질 회수
    2) 고순도 산처리 : 핵물질 용액화
    3) 기준 물질 첨가 : 총량 정보를 얻기 위한 기준 물질 첨가
    4) 핵물질별 화학 분리 : U, Pu, Am 등의 핵물질 분리
    5) 질량 분석 : 동위원소비 측정
    6) 결과 처리
 
3. 청정실험연구동 건설 현황
 ○ 건물 규모 : 총 1,400m2, 지상 1층/지하 1층
 ○ 건물 내용 : 청정실 (약 500m2), 일반실험실 (약 65m2), 기타 (840m2)
 ○ 소요 예산 : 40억원
 ○ 진행 현황
   - '10년도 상세 설계 완료
   - '11년도 4/4분기 착공
   - '13년 상반기 내 준공 예정 
  
4. 총량분석 분야의 IAEA-NWAL 가입 실험실 현황

 

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posted by 이재형 과학이야기

파이로프로세싱(pyroprocessing) 은 500∼650℃의 고온에서 용융염을 이용, 전기화학적인 방법으로 사용후핵연료에서 우라늄 등 유용한 핵물질을 분리해내는 기술입니다.

공정 특성상 플루토늄의 단독 회수가 불가능해 핵확산 저항성이 뛰어나고, 회수한 핵물질을 제4세대 원자로인 소듐냉각고속로(SFR)에서 재순환 소멸시킴으로써 고준위폐기물 처분장 면적은 100분의 1로 줄일 수 있는 선진 핵연료주기 기술로 꼽힙니다.

관련 기술은 미국, 일본, 러시아 등 주요 원자력 선진국들이 실용화를 위해 노력하고 있으며, 우리나라는 1997년 파이로프로세싱 연구를 시작한 이래 최근 혁신적인 기술 개발을 통해 세계적으로 기술 우위를 확보하고 있습니다.

한국원자력연구원이 사용후핵연료의 평화적 재활용을 위한 파이로프로세싱 기술 실현을 위해 세계 최초로 파이로프로세싱의 모든 공정을 공학 규모로 모의할 수 있는 시험시설 'PRIDE(PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility)'를 오는 5월 완공하고 연내 운영을 개시할 예정입니다.

PRIDE는 파이로 일부 공정을 실험실 규모로 실증 시험하던 기존 시설과 달리 파이로의 모든 단위 공정을 연계한 일관공정을 연간 10톤을 처리하는 공학 규모로 시험하고 검증할 수 있는 세계 최초의 시설입니다.

이를 통해 산화물 연료 투입부터 최종 우라늄 잉곳(ingot, 괴)와 폐기물 고화체 제조까지 종합적 모의 시험 및 평가가 가능합니다.

PRIDE는 모의 사용후핵연료의 전처리-전해환원-전해정련-전해제련-염폐기물 재생 및 고화 등 파이로프로세싱의 모든 단위 공정을 연계한 일관공정(integrated system)을 공학 규모로 원격 시험하게 됩니다.

3층 건물 규모의 PRIDE에는 1층에 공기 분위기 셀이 배치돼고, 2~3층 통합 공간에는 체적 1,260 ㎥의 대형 아르곤(Ar) 분위기 셀이 설치됐습니다.

또 전해환원, 전해정련, 전해제련 및 염폐기물 처리장치 등 기본 공정장치들은 2층의 아르곤 셀 내에 위치하고 있고, 아르곤 셀 내에 수용되지 못하는 장치들이 1층의 글로브박스 내에 설치됐습니다.

PRIDE 내부의 대형 아르곤 핫셀과 원격 조정 장치

PRIDE 내부의 대형 아르곤 핫셀과 원격 조정 장치

PRIDE 시설 내외부 사진 및 조감도

한국원자력연구원은 지난 2006년 연간 0.2톤을 처리하는 실험실 규모의 파이로프로세싱 시험시설 'ACPF(Advanced spent fuel Conditioning Facility)'를 구축하고 사용후핵연료 전처리 공정 및 전해환원 공정 등 파이로프로세싱의 단위 공정 기술을 연구했습니다.

이번에 PRIDE가 가동되면 ACPF 운영을 통해 획득한 공정별 핵심 기술을 근간으로 공정별 성능, 공정간 연계 운전성, 원격 운전성, 유지 보수성 및 핵확산저항성 등을 종합 평가할 계획입니다.

이를 통해 향후 실용화 규모 파이로 공정 구축을 위한 설계자료 생산 및 설계 최적화를 수행함으로써 파이로 기술의 완성을 위한 테스트베드 역할을 담당할 전망입니다.

또 PRIDE는 실제 사용후핵연료 대신 감손 우라늄으로 만든 모의 사용후핵연료를 사용해서 시험하는 'inactive' 시설로, PRIDE를 이용한 연구와 함께 한미 핵연료주기 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용하는 'active' 연구를 병행함으로써 관련 기술을 개발하고 검증하게 됩니다.

한국원자력연구원은 PRIDE를 이용한 연구를 통해 파이로프로세싱의 고효율화-고용량화를 추구하는 한편, 한미 핵연료주기 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용한 실험자료를 확보함으로써, 오는 2020년까지 파이로의 기술성, 경제성, 핵확산저항성을 검증하고 이후 국민적 동의를 거쳐 실증시설을 구축할 예정입니다.

 파이로프로세싱 개념 및 공정 안내도


 <파이로프로세싱>  

1. 사용후핵연료란 무엇인가?

  사용후핵연료는 원자력발전소에서 핵연료가 전기 생산을 위한 수명을 다해 더 이상 핵연료로서의 능력을 상실할 때 이를 원자로에서 배출시키고 난 후를 일컫는 말이다.
일반적으로 원자력 발전소에 장전되는 핵연료는 우라늄 산화물 형태로, U-235 농축도가 약 3.5 %이며 나머지 약 96.5 %의 우라늄은 핵분열을 하지 않는 U-238로 구성돼 있다.
핵연료는 원자로에서 약 3년 동안 전기 생산을 하고 난 뒤 방출되는데, 방출된 사용후핵연료에는 연소 과정에서 생성된 플루토늄이 약 1.2%, 우라늄보다 무게가 무거우며 방사선을 많이 내는 동시에 방사선을 방출하는 반감기가 수 만년에 이르는 미량의 핵물질[Np, Am, Cm 등]들이 약 0.2%, 그리고 방사선은 그리 많이 방출하지는 않지만 오랜 세월이 지나면 자연으로 침투해서 토양을 오염시키고 반감기가 수십만 년에 이르는 요오드-129 및 테크네슘-99이 약 0.1 %, 그리고 방사선을 방출하는 반감기는 그리 크지 않지만 많은 양의 방사선을 방출해서 너무 뜨거워 접근하기조차 어려운 세슘과 스트론튬이 약 0.5%, 그밖에는 핵분열에 참여하지 않은 잔여 우라늄을 포함하여 안정원소가 약 98%가 함유돼 있다.
따라서 사용후핵연료는 핵연료의 핵분열 과정에서 발생하는 2%의 원소들로 인해 사람들이 직접 취급하거나 접근하기가 매우 어렵기 때문에, 생활환경에서 안전하게 격리시키던가 아니면 사용후핵연료에 대한 위험성을 느끼지 않도록 만들어야할 과제를 안고 있다.

2. 사용후핵연료 관리, 무엇이 문제인가?

  사용후핵연료를 어떻게 관리하고 처리하는 것이 인류에 도움이 될 것인지 여러 나라들이 오랜 시간 동안 많은 고민을 해왔다.
프랑스의 경우 사용후핵연료에 포함된 플루토늄을 이용하면 상당한 기간 동안 인류가 에너지 걱정을 하지 않아도 된다고 여겨온 반면, 미국은 플루토늄이 핵무기급 물질로 전용될 수 있다고 판단해서 사용후핵연료의 그 어떤 형질 변경도 수용하지 않고 미국을 포함한 다른 나라들에도 형질 변경을 하지 말도록 권고해 오고 있다.
또한 핀란드는 사용후핵연료를 이미 수명을 다한 쓰레기로 판단해서 지하 500~1,000 m의 깊은 땅속(심지층)에 묻어 버려 우리의 생활환경에서 영원히 격리시키면 사용후핵연료가 지니는 위험성이나 핵물질 전용과 같은 우려를 하지 않아도 된다고 생각했다.
이와 같이 세계 각국은 다양한 형태의 사용후핵연료 관리방안에 대해 연구 중에 있으며, 그 최종 결정은 기술에 대한 검토가 끝난 후 결정될 전망이다.
  그러나 우리나라 같이 국토가 좁고 인구밀도가 높은 국가에서 사용후핵연료를 직접처분 하는 방식을 택할 경우, 누적되는 사용후핵연료의 양만큼 처분장을 계속적으로 증설해야 하는데, 이에 대한 국민의 지지를 얻어내는 것은 매우 어려운 문제이다.
인류가 원자력 발전을 시작한지 50년이 흐르다 보니 국가별로 원자력발전소에서 발생한 사용후핵연료도 상당량에 달하고 있다. 지구온난화와 화석연료 고갈로 세계 각국이 원자력 발전 확대를 계획하고 있지만, 이를 위해서는 누적되고 있는 사용후핵연료를 기존의 처리/관리 방법이 아닌 보다 혁신적인 방법으로 처리할 필요성이 시급하게 대두되고 있다.
따라서 미국, 프랑스, 일본 등 원자력 선진국들은 환경친화적이고, 핵확산 위험성이 없는 사용후핵연료 처리기술을 개발하는데 총력을 기울이고 있다.

3.  파이로프로세싱은 무엇이며, 우리가 선택할 최선의 기술인가?

3-1. 기존의 재처리 기술
  일반적으로 사용후핵연료 처리 기술은 보통명사로 '재처리(reprocessing)' 라고 불리고 있다.
이 기술은 사용후핵연료에서 플루토늄을 단독으로 분리해 낼 수 있어서 핵무기를 보유하고 있는 나라는 모두 이 기술을 보유하고 있다고 말할 수 있다.
따라서 이 기술의 확대는 아무리 원자력을 평화적으로 이용하려는 의도를 지니고 있다하더라도 곧 핵무기 제조의 확대로 이어질 수 있기 때문에 국제사회는 이 기술의 추가 확산을 우려하고 방지하려는 노력을 끊임없이 경주해 오고 있다.
  재처리 기술은 사용후핵연료를 질산에 용해시켜 수용액 상태로 만든 다음 여기에 녹아있는 여러 원소들을 TBP라고 부르는 유기용매와 접촉시켜 원하는 원소 즉 우라늄이나 플루토늄을 유기용매 쪽으로 추출해 내고 이를 다시 질산 용액과 접촉시켜 원하는 우라늄이나 플루토늄을 개별 분리해 내는 기술을 일컫는다.
이 기술을 이용하면 사용후핵연료에 있는 우라늄과 플루토늄을 순수하게 개별 분리 회수할 수 있지만 그 밖의 원소들, 즉 반감기가 길고 방사선이나 열을 많이 방출하는 원소들은 별도 처리하지 않고 유리 재료와 혼합하여 유리화 폐기물을 만들게 된다. 이러한 유리화 폐기물은 궁극적으로 영구처분을 위해 임시로 관리하고 있는 저장소에 저장되고 있다.
  이 기술은 핵무기급으로 전용이 가능한 순수한 플루토늄을 생산할 수 있다는 우려 이외에도 사용후핵연료의 전체 관리 측면에서도 실익이 별로 없는 기술로 판단되고 있다.
최종 폐기물에 반감기가 수십만 년에 이르는 원소와 열을 다량으로 방출하는 원소들이 모두 포함되어 있어 처분장의 공간을 줄이거나 폐기물의 관리 기간을 단축시키지 못하기 때문이다. 때문에 미국 등 원자력 선진국은 환경친화적이면서도 핵확산저항성을 갖춘 사용후핵연료 처리 기술 개발을 제1순위로 고려하고 있다. 

3-2. 파이로프로세싱(pyroprocessing) 기술
  이같은 노력의 일환으로 미국은 20년 전부터 고온에서 사용후핵연료를 처리하는 파이로프로세싱 기술을 개발해 오고 있다. 이 기술의 가장 큰 장점은 근원적으로 순수한 플루토늄을 분리할 수 없으며, 핵무기 제조에는 전혀 전용될 수 없는 기술이라는 점이다.
또 이 기술은 500 oC 이상의 고온에서 소금을 용융시킨 것과 거의 흡사한 용윰염 상태에서 전기를 이용해서 처리하기 때문에 쉽게 접근하기가 어려운 기술로 평가받고 있다.
파이로프로세싱의 또다른 장점은 사용후핵연료의 문젯거리인 반감기가 길고 방사선을 많이 방출하는 원소들을 한데 묶어 그룹으로 분리할 수 있으며, 분리한 후에도 소규모 저장이 용이해 필요시 이들 원소들이 우리 환경에 더 이상 영향을 주지 않도록 소멸 처리시키기에 매우 적합한 기술이라는 점이다.
  파이로프로세싱 기술의 핵심은 고온의 용융염 매질에서 전기를 이용해서 사용후핵연료를 처리하는 것으로, 첫 공정은 사용후핵연료를 금속 물질로 변환시키는 것이다.
이 금속 물질에는 우라늄과 플루토늄, 반감기가 길고 방사선을 많이 방출하는 미량의 핵물질 군들이 모두 포함되어 있다. 이를 다시 앞서와 유사한 고온의 용융염 매질에서 전기를 이용하면 대부분의 우라늄만을 선택적으로 회수할 수가 있다.
그런 다음 다시 전기를 이용해서 잔여 우라늄과 플루토늄을 포함한 미량의 핵물질 군을 함께 회수하게 된다. 이같은 공정의 특성상 파이로프로세싱 기술은 종전의 재처리 기술과 달리 플루토늄의 선택적 분리 가능성이 근원적으로 차단되어 있다.
어떤 인위적인 방법을 동원하더라도 각 물질들이 지니고 있는 전기화학적 특성 등으로 인해 우라늄을 제외하고는 그 어떤 핵물질도 단독적으로 분리해 낼 수 없기 때문이다. 
  파이로프로세싱으로 회수해낸 핵연료 물질은 현재 개발되고 있는 고속로에서 전기를 생산하면서 모두 안정한 원소로 변환시켜 줄 수 있기 때문에 사용후핵연료가 지니는 위험성은 모두 없애버릴 수 있다.
그리고 사용후핵연료를 처리하는 과정에서 발생하는 용융염 폐기물은 거의 대부분 재생되어 폐기물로 버리지 않고 원래의 공정 시스템으로 순환시킬 수 있다. 핵확산 위험성이 없고 환경친화적인, 21세기형 사용후핵연료 관리 방법인 것이다.  

파이로프로세싱 개념

파이로프로세싱 공정


 
4. 파이로프로세싱이 우리에게 어떤 미래를 약속할 수 있는가?

  파이로프로세싱 기술이 실용화되면 사용후핵연료를 직접 처분할 경우에 비해 고준위 방사성 폐기물 처분장의 규모를 100분의 1 정도로 감소시킬 수 있다.
우리나라의 경우 소규모의 고준위 방사성 폐기물 처분장만 확보하더라도 앞으로 100년 이상은 사용후핵연료 관리라는 골치 아픈 문제를 쉽게 해결할 수 있게 된다.
  파이로프로세싱 기술이 우리에게 주는 또 다른 큰 혜택은 이 기술이 고속로와 결부될 때 고준위 폐기물의 관리기간을 수십만년에서 수백 년으로 단축시킬 수 있어 지질학적 예측 가능 범위 안에서 처분장 부지를 선정 할 수 있는 등 고준위 폐기물 관리의 안정성이 대폭 높아지게 되며, 이로 인해 후손에게 핵 쓰레기를 대물림한다는 우려를 불식시킬 수 있다는 것이다.
  또한 파이로프로세싱 기술은 현존하는 사용후핵연료 처리 기술 중 가장 핵확산저항성이 뛰어나, 원자력의 평화적 이용을 갈망하는 국제사회의 여망에 가장 적합한 기술이며, 또한 전체 공정이 간단해서 상업화에 성공하면 경제성 또한 경쟁력이 높아 개발의 부가 가치가 높다는 장점이 있다.


<보충설명>

사용후핵연료 '재처리 기술'을 개발했다는 표현에 대해

재처리(reprocessing)는 사용후핵연료에서 플루토늄을 단독으로 분리해낼 수 있는 기존의 습식 재처리 기술(PUREX 공법)을 지칭하는 용도로 통용되고 있습니다.
반면, 한국원자력연구원이 1997년부터 개발해온 파이로프로세싱(pyrocessing)은 기존의 재처리 기술과는 근본적으로 원리가 다를 뿐 아니라, 핵무기 전용 우려가 있는 재처리와 달리 어떤 방법으로도 플루토늄을 단독으로 추출해낼 수 없도록 공정을 설계해 핵확산저항성이 보장된 신기술입니다.
따라서, 한국원자력연구원은 파이로프로세싱 기술이 기존의 재처리 기술과 혼동되는 것을 막고 우리 원자력계의 사용후핵연료의 평화적 재사용 의지를 분명하게 나타내기 위해 파이로프로세싱을 '재처리'가 아닌 '재활용(recycling)'이라는 용어로 구분해서 표현하고 있습니다. 

'사용후핵연료 처리 시설을 구축'했다는 표현에 대해

한국원자력연구원이 구축한 PRIDE는 이미 배포해드린 보도자료에서 밝힌 대로 실제 사용후핵연료를 처리하는 시설이 아니며, 천연 우라늄보다도 방사능 준위가 낮은 감손 우라늄을 사용해서 만든 모의 사용후핵연료를 이용해서 파이로프로세싱 공정을 시험하는 시설로, 연구원은 파이로프로세싱 기술의 타당성을 검토하기 위해 향후 2020년까지  PRIDE를 이용한 기초 원천 단계의 연구개발을 수행할 예정이며, 이 시설은 실제 사용후핵연료를 사용할 수 있도록 설계된 시설이 전혀 아니므로 '사용후핵연료 처리 시설'로 지칭하는 것은 정확하지 않습니다.

 

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posted by 이재형 과학이야기

존경하는 한국원자력연구원 가족 여러분!

2013년 새해가 밝았습니다.
지난 한해 동안 원자력 연구개발 현장에서 땀흘려 노력해주신 직원 여러분들께 진심으로 감사드리며, 계사년 올 한 해도 직원 여러분 가정에 건강과 행복이 깃들기를 기원합니다.

지난 2012년 우리 연구원은 어려운 환경 속에서도 정말 많은 것을 이뤄냈습니다.
15년간 총력을 기울여 개발해온 SMART 원자로의 표준설계인가를 획득했고, 역시 15년만에 완성한 핵연료 피복관과 소결체 기술을 원자력 연구개발 사상 최고액 기술료를 받고 산업체에 이전했습니다.
건국 이래 가장 큰 규모의 국제정상급 회의인 서울 핵안보정상회의에서는 우리 연구원이 개발한 세계 유일의 원천 기술이 주축이 돼 글로벌 핵비확산을 위한 국제 공동 프로그램이 탄생하는 감격을 맛보기도 했습니다.
파이로프로세싱과 소듐냉각고속로 등 제4세대 원전 개발과 원자력 안전 연구, 하나로 운영 및 이용 연구 등에서도 중요한 이정표에 도달하는데 성공했습니다.
끊임없는 도전과 노력으로 이같은 성과들을 만들어내신 여러분들이 자랑스럽습니다.
기관 경영을 책임지는 사람으로서 이 자리를 빌어 다시 한번 감사 말씀 드립니다.

친애하는 KAERI 가족 여러분.

2013년은 우리 연구원이 창립 54주년을 맞는 해입니다.
후쿠시마 사고와 국내 원전 관련 문제 등 원자력계에 닥친 위기를 털고 일어나 이제는 다시 뛸 때입니다.
 제 개인적으로는 18대 원장 임기 마지막 해이기도 해, 기관 경영에 있어 유종의 미를 거둘 수 있도록 올 한 해도 직원 여러분들의 적극적인 협조를 부탁드리며 몇가지 말씀을 드리고자 합니다.

우선, 연구역량 극대화를 위한 기술기록화 사업과, 모델링-시뮬레이션 사업 및 우수 인재 획득 사업의 지속적인 수행을 당부드립니다.
기회 있을 때마다 말씀드렸듯 한국원자력연구원은 기술집단이며, 기술집단의 유일한 존재가치는 기술적 우위입니다.
연구원이 기술적 우위를 유지하고 더 높여가기 위해
반드시 필요한 이 세가지 노력에 올 한 해 더욱 박차를 가해주시기 바랍니다.

이와 함께 사업기능 부문(project group)과 기술기능 부문(functional group) 간의 협력체제 정착을 위해서도 각별히 노력해 주실 것을 당부드립니다.
우리 연구원은 54년전 첫 발을 내디딜 때부터 지금까지 늘 현재를 살면서 미래를 준비해온 조직입니다.
저는 기관장을 맡은 이후 조직을 임무지향형으로 개편한 데 이어 지난해 소듐냉각고속로개발사업단을 발족하는 등 조직을 조금 더 바꾼 바 있습니다.
그 목적은 단 하나, 기술 개발과 사업 추진의 두 바퀴를 함께 굴려서 우리가 이루어야할 미래를 더욱 앞당기기 위함입니다.

조직을 완성하는 것은 사람입니다.
새로운 조직체계와 시스템이 빛을 발하려면 무엇보다 조직과 조직간, 부서와 부서간 장벽을 허물고 서로 소통하는 문화가 더욱 확산돼야 할 것입니다.
세대간, 성별간, 직급간, 직종간 벽을 뛰어넘는 직장문화 수립에 더욱 힘써주십시오.
소통은 KAERI를 더욱 강하게 하고, 강한 KAERI는 더욱 높은 연구생산성과 기술우위를 갖춘
집단으로 우뚝설 수 있을 것입니다.

아울러, 모든 연구개발의 과정에서 안전을 최우선으로 하는 연구개발 철학을 더욱 강화하고 연구개발 결과물의 신뢰도 제고를 위한 품질보증 문화 정착을 위해서도 직원 여러분 모두 확고한 의지와 주인의식을 가지고 참여해주실 것을 당부드립니다.

사랑하는 KAERI 가족 여러분.

2013년에는 꼭 이뤄내야할 목표들이 대단히 많습니다.
미래 원자력 시스템 개발에서는 파이로 공학규모 일관공정 시험시설인 PRIDE 본격 가동과 한미 핵주기 공동연구 2단계 착수, SFR 원형로 특정설계 착수와 STELLA-1 종합 시운전 완료, 초고온가스로 자연냉각시험장치 구축과 72시간 연속 수소 생산 실증 등이 예정돼 있습니다.

연구로 건설에서는 JRTR 원자로와 주요 계통 상세설계를 완료하고, 원자로 건물 본 공사를 개시할 예정이며, 기장 신형 연구로 건설 사업도 기본설계와 부지 상세조사를 완료하고, 판형 핵연료 제조 기반시설 구축을 연내 완료할 예정입니다.
한차례 도전했다가 뜻을 이루지 못했던 네덜란드와 남아공 연구로 건설 국제 입찰이 연내 재개될 가능성이 있어 제2 연구로 수출에도 다시 한번 도전하게 됩니다.

원자력 안전 연구에서는 중대사고 예방 및 완화 등 후쿠시마 이후 대두된 핵심 이슈에 대한 선진국형 연구를 통해 세계 최고 수준의 원천기술을 확보하고, 열수력 안전 연구와 중대사고 연구 모두에서 신규 국제 공동연구 프로젝트를 추진함으로써 원자력 안전 연구 글로벌 리더로서 위상을 더욱 강화해나갈 방침입니다.

원자력 시설 해체 기술 자립을 위한 핵심 기반기술 개발에 본격 착수할 예정이며, 국내 유일의 지하처분 연구시설인 KURT 확장 공사에 착수, 고준위 폐기물 연구를 질적·양적으로 확장해나갈 예정입니다.

연구용 원자로 하나로는 새로운 중성자 산란장치를 추가해 중성자 이용 연구의 폭과 질을 더욱 높이게 되고, 양성자기반공학기술개발사업단은 2개 빔 이용 시설을 구축 운영함으로써 본격적으로 빔 이용 연구를 지원하게 됩니다.
정읍 첨단방사선연구소는 차세대 컨테이너 검색기 구축과, 천연 항생물질 의약품화 등에 도전할 계획입니다.

어느 하나 쉬운 목표가 없지만 모두가 의미있고, 모두가 꼭 필요한 기술들이며, 무엇보다 우리 한국원자력연구원이 가장 잘 할 수 있는 일들입니다.
지금까지 여러분들이 보여온 역량과 노력이 발휘된다면 차질없이 이뤄낼 수 있을 거라고 믿습니다.
도중에 어려움과 시련을 만나더라도 그보다 더한 시련과 도전도 이겨낸 여러분들이기에 흔들림 없이 목표를 향해 뚜벅뚜벅 나아갈 것이라고 믿어 의심치 않습니다.
반드시 이뤄내겠다는 책임감과, 내 손으로 국가의 내일을 열어간다는 자부심을 가지고 함께 새로운 미래를 만들어 냅시다.

끝으로, 이 자리를 빌어 한국원자력연구원 발전을 위해 노력해주신 노동조합 주준식 지부장님 이하 조합 집행부 여러분들께 감사의 말씀을 드립니다.
지난 한해도 많은 어려움이 있었지만 노와 사가 상생 발전이라는 하나의 목표를 보고 손을 잡았기에 많은 고비들을 넘길 수 있었습니다.
올 한해도 예상되는 새로운 변화에 능동적으로 발맞춰 상생의 노사문화를 이어갈 수 있게 되기를 희망합니다.

대단히 감사합니다.

계사년 새해 아침
원장 정연호

 

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posted by 이재형 과학이야기

메이신 한방 5종 세트

메이신 아토젤, 비누

한국원자력연구원 첨단방사선연구소 정병엽 박사팀이 개발한 잔디 추출 메이신 이용 화장품 제조 기술이  ㈜에코드림에 이전돼 상용화됩니다.

이 기술은 잔디에서 추출한 천연 항산화 물질 메이신(maysin)을 이용한 화장품 제조 기술로, 정 박사팀은 다년생 난지형 잔디의 일종인 센티페드그라스(Eremochloa ophiuroides)에서 메이신을 분리하는 기술을 개발해 국내 특허를 출원하고, 이를 통해 피부질환 개선 효과가 뛰어난 화장품, 마스크팩 및 아토피 개선 겔 등을 개발했습니다.

이번 기술 이전으로 한국원자력연구원은 정액 기술료 2억 1500만 원에 10년간 매출액의 4%를 경상 기술료로 지급 받게 됩니다.

메이신은 90년대 초에 옥수수 수염에서 발견된 플라보노이드의 일종으로, 현재까지 화학적 합성이 불가능해 대량생산 방법을 찾지 못한 항산화 기능성 성분입니다.

정 박사팀은 옥수수 수염에서만 극미량 분리 가능했던 메이신을 세계 최초로 센티페드그라스에서 분리·정제하는데 성공했을 뿐만 아니라 방사선 조사를 통해 메이신의 생합성을 증대시킴으로써 메이신 함량을 증강시키는 기술을 개발했습니다.
 
정 박사팀은 화장품 원료적합성 시험을 통해 메이신이 피부 노화 방지, 피부 주름 개선, 피부 미백 등에 우수한 효능을 보임을 입증하고, 국내 및 미국화장품협회(PCPC)에 화장품 원료로 등록했다.

정 박사팀은 메이신을 동물 사료를 비롯, 항비만, 항당뇨, 항혈전, 면역  증강과 피부암, 알츠하이머와 같은 질병 치료에 활용할 수 있도록 관련 산업체, 대학, 연구기관들과 협력을 통해 연구를 계속할 계획입니다.

한편 이번에 기술을 이전 받은 ㈜에코드림은 정읍 첨단방사선연구소 내 실용화연구센터에 입주한 기업으로, 메이신을 이용한 화장품 제조 기술로 화장품 세트, 마스크팩, 아토피 피부용 젤 제품 등을 만들 예정입니다.

 

메이신 에센스겔 마스크 팩

 

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posted by 이재형 과학이야기

한국원자력연구원이 방사선 육종 기술로 개발한 신품종 블랙베리로 만든 간 기능 개선 발효 음료 제조 기술이 ㈜헤베)에 이전됩니다.

이 기술은 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 방사선실용화기술부 정일윤 박사팀이 지난해 개발한 기술로,  정 박사팀은 방사선 돌연변이 육종 기술을 이용해 간 기능 보호 성분 함량을 높인 신품종 블랙베리(품종명 '메이플')에서 유효 성분을 손실 없이 추출할 수 있는 기술을 개발했습니다.


신품종 블랙베리 메이플은 간 기능 보호 성분인 C3G(cyanidine-3-Glucoside)가 기존 블랙베리의 약 2.3배, 오디의 약 3배, 블루베리의 1.2배 가량 높게 함유됐습니다.

정 박사팀은 대표적 급성 간 독성 유발 물질인 사염화탄소(CCl4 ; carbon tetrachloride)를 인위적으로 유도한 실험용 쥐에 메이플 추출물을 투여했을 때, 대조군보다 간 손상 수치인 AST와 ALT가 현저히 낮아지는 결과를 확인했습니다.

또 메이플 추출물을 먼저 투여한 후 사염화탄소를 인위적으로 처리 했을 때에도 대조군에 비해 간 손상 수치가 확연히 낮아지는 것을 확인했습니다.

정 박사팀은 이 유효 성분을 알코올 발효와 초산 발효 및 저온 숙성 과정 등을 통해 손실 없이 최대한 추출할 수 있는 기술을 개발해 일반인들이 쉽게 복용할 수 있도록 음료화했습니다.

㈜헤베는 이 기술로 간 기능 개선용 드링크제를 제조 판매할 예정이며, 숙취 해소 효능이 입증될 경우 숙취 해소 음료도 제품화할 계획입니다.

이번 기술이전으로 한국원자력연구원은 정액 기술료 1억 원, 5년간 매출액의 3.0%를 경상 기술료로 지급 받게 됩니다.

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posted by 이재형 과학이야기

전기에너지를 회전 운동에너지로 저장하는 초전도 에너지 저장 장치와, 자력을 이용해 자성물질을 분리하는 자기분리기의 핵심 소재인 초전도 단결정 덩어리를 세계 최고의 효율로 대량생산할 수 있는 길이 열렸습니다.

초전도 단결정 덩어리는 한 개의 결정으로 이뤄진 초전도체 덩어리로, 이트륨(Y) 또는 가돌리늄(Gd) 등 희토류 원소를 주성분으로 하는 분말 성형체 위에 사마륨(Sm)과 같은 희토류계 다른 물질을 종자로 심고 가열한 후 냉각해서 결정을 성장시키는 종자 성장 공정(Seed Growth Process)으로 만들어집니다.

■ 한국원자력연구원 중성자과학연구부 김찬중 박사팀은 초전도 단결정 덩어리의 제조 시간과 생산 비용을 각각 4분의 1로 획기적으로 줄일 수 있는 대량생산 일괄공정을 개발했습니다.

김 박사팀은 종자 성장 공정으로 제조되는 초전도 단결정 덩어리를, 기존 한 개의 종자를 사용하던 기존 공정 대신 여러 개의 종자를 사용해 초전도 단결정의 성장이 분말 성형체 표면과 내부에서 동시다발적으로 일어나게 하는 다층 종자 성장 공정을 연구했습니다.

이를 통해 단위 크기(5㎝ x 5㎝)의 초전도체 제조 시간을 기존 400시간에서 100시간으로 단축시켰고, 초전도체의 전자기적 성능 향상을 위해 첨가하는 고가의 백금 산화물을 값 싼 희토류 물질인 세륨 산화물로 대체해 생산 비용을 일본과 독일 대비 4분의 1인 50만 원까지 줄였습니다.

또 영구자석에 대한 자기부상력이 30㎏에 105A(암페어)/㎠의 전류를 통과시키는 등 품질 면에서 전혀 차이가 없는 것으로 평가받고 있습니다.

게다가 초전도 단결정 덩어리 등의 세라믹 계열 제품은 대량생산 시에 품질 불균일이 문제로 지적되어 왔는데, 이번에 개발된 기술을 통해 만들어진 초전도 단결정 덩어리는 대량생산 시에도 각각의 제품이 균일한 품질을 보여 성능 재현성이 매우 높습니다.

초전도 플라이휠 에너지 저장 장치

현재 초전도 단결정 덩어리는 신일본제철과 독일 Theva 사 등에서 제조해  판매하고 있는데, 이번에 개발된 기술은 이들 국가의 기존 생산 방식보다 생산성이 3배 이상 높기 때문에 상용화될 경우 초전도체 생산 분야에서 세계 최고 수준의 경쟁력을 갖출 것으로 기대되고 있습니다.

이번에 개발된 기술은 국내외 특허 획득 과정을 거쳐 2015년 경 상용화될 예정이며, 대량생산을 통해 초전도 에너지 저장장치와 초전도 자기분리기 핵심부품 생산에 활용될 전망입니다.

강자장체가 된 초전도 영구자석에 쇠구슬이 달라붙은 사진

초전도 단결정 덩어리


 용  어  설  명


초전도 단결정 덩어리
한 개의 결정으로 이뤄진 초전도체 덩어리로, 이트륨(Y) 또는 가돌리늄(Gd) 등 희토류 원소를 주성분으로 하는 분말 성형체 위에 사마륨(Sm)과 같은 희토류계 다른 물질을 종자로 심고 가열 후 냉각해서 결정을 성장시키는 종자 성장 공정(Seed Growth Process)에 의해 제조된다.

초전도 에너지 저장 장치(SFES; Superconducting Flywheel Energy Storage)
일정 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라져 전류가 흘러도 손실이 발생하지 않는 무저항 현상과 완전 반자성 자기부상을 이용해서 중량물을 공중에서 회전시켜 전기에너지를 운동에너지로 저장하는 장치.

초전도 자기분리기(SMS; Superconductor Magnetic separator) 
초전도체 내부에 강한 자장을 주입시킨 초전도 영구자석을 사용하는 기기로 일반 영구자석에 비해 10배 이상의 자력이 발생한다.
초전도 자기분리기의 강한 자력은 산업용 폐수나 방사성 오염수에 포함된 자성물질 분리에 사용된다.

현성 
동일한 제품을 생산방법, 수량 등 다른 조건에서 생산했을 때 개개의 성능이 일치하는 정도

 

<김찬중 박사>

 

○ 소속기관 : 한국원자력연구원 중성자과학연구부
 
  학력
  ○ 1977 - 1984  성균관대 공과대학 금속공학과 학사
  ○ 1984 - 1986  한국과학기술원 재료공학과 석사
  ○ 1987 - 1990  한국과학기술원 재료공학과 박사

  주요 경력
  ○ 1984 - 현재  한국원자력연구원, 책임연구원
  ○ 1992 - 1993  미국 Univ. of Notre Dame 교환연구원
  ○ 2005 - 2010  한국원자력연구원, 초전도 연구실장
  ○ 2008         한국원자력연구원 신지식인상 수상
  ○ 2010 - 2011  일본 시바우라 공과대학교 교환 교수
  ○ 2005 - 2011  성균관대학교 신소재공학과 겸임교수
  ○ 2007 - 현재  한국초전도학회 이사
  ○ 2008 - 현재  한국세라믹학회 편집위원

  주요 연구 업적
<연구 주제>
    - 에너지 저장용 초전도 베어링 소재 개발
    - 희토류 초전도 물질 전류밀도 향상기술 개발

<연구 성과>
    - 국제 SCI 학술 잡지 연구 논문 110편 
    - 특허 출원 및 등록  6건 등

 

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posted by 이재형 과학이야기