우리얘기

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

□ 미국, 유럽, 일본, 러시아, 중국 등 원자력 강대국들은 모두 자국 고유의 핵데이터 라이브러리를 생산해 오고 있으며, 이들 중 신뢰성을 인정받아 국제적으로 배포돼 사용되는 소수의 핵데이터 라이브러리를 국제표준 핵데이터 라이브러리라고 부릅니다.

한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터는 원자력 핵심 재료인 지르코늄(Zr) 동위원소 7종에 대한 중성자 핵데이터를 최근 배포된 국제 표준 핵데이터 라이브러리인 ENDF(Evaluated Nuclear Data File)/B-VII.1에 등재했습니다.

ENDF는 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL) 산하 국가핵데이터센터(NNDC)가 주도해 전 세계적으로 배포하는 핵데이터 라이브러리입니다.

이는 각 원소별 핵데이터를 종합해서 DB로 만든 핵데이터 라이브러리는 원전 운영과 미래형 원자로 및 핵융합로 설계, 방사성 폐기물 처분 연구 등 원자력 분야에서 설계, 해석 및 시뮬레이션 등에 기초 입력 데이터로 사용하는 핵심 원천 기술자료입니다.

한국원자력연구원이 생산한 핵데이터가 ENDF에 등재된 것은 지난 2006년에 이어 두 번째입니다. 

□ 이번에 새롭게 핵데이터를 등재한 지르코늄 동위원소는 전 세계에서 운전되고 있는 원자력 발전소의 핵연료 피복관, 안내관, 압력관 및 핵연료 지지격자 등에 사용 중인 중요한 원소로, 현재 연구개발 중인 미래형 원전에서도 주요 구조재로 고려되고 있어 정밀한 핵데이터가 요구되는 핵종 중 하나입니다.

기존에 사용해온 지르코늄 핵데이터는 1970년대에 생산·배포된 것으로, 최근 수행된 핵데이터 측정실험과 벤치마킹 결과 신뢰성이 낮은 것으로 밝혀지면서 국제 원자력계가 지르코늄에 대한 새로운 중성자 핵데이터 평가를 계획했습니다.

이를 미국 NNDC와 국제원자력기구(IAEA) 핵데이터센터(NDC)의 지원 하에 한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터가 주도적인 역할을 맡아 연구를 수행했습니다.

한국원자력연구원은 원자로 설계·해석 분야에서 필요한 자연 상태의 지르코늄 동위원소 5종(Zr-90, Zr-91, Zr-92, Zr-94, Zr-96)과 불안정 동위원소 2종(Zr-93, Zr-95) 등 총 7종의 지르코늄 동위원소에 대한 핵데이터를 생산했습니다.

□  한국원자력연구원 원자력데이터개발검증센터는 원자핵, 원자 및 분자의 구조와 반응에 관한 연구를 수행하고 관련 분야에서 요구되는 데이터를 생산·공급하는 국내 유일의 연구그룹입니다.

지난 1997년 소규모 연구그룹인 핵자료평가랩으로 출발한 원자력데이터개발검증센터는 2006년 자체 핵데이터 라이브러리를 갖지 못한 국가로는 최초로 국제 표준 데이터 라이브러리인 ENDF/B-VII.0에 전체 핵종의 9%에 해당하는 35개 중성자 핵데이터와 전체 핵종의 80%에 해당하는 131개 광핵반응 데이터를 등재함으로써 세계적으로 인정을 받기도 했습니다.

 용  어  설  명

ENDF(Evaluated Nuclear Data File) 라이브러리 :
미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL) 산하 국가핵데이터센터(NNDC)에서 생산, 전 세계적으로 배포하는 핵데이터 라이브러리. 중성자파일, 광핵반응파일, 하전입자파일, 붕괴데이터파일, 핵분열수율파일 등으로 구성된다.

ENDF/B 형식 :
평가핵데이터를 원자력 연구나 산업에 직접 사용할 수 있도록 기술한 형식. 이에 반해 ENDF/A 형식은 단편적인 핵반응데이터를 기술하는 형식이다.

중성자 핵데이터 :
중성자와 원자핵과의 반응을 평가하여 수치화한 데이터. ENDF에서 가장 중요한 파일로 원자력 발전소의 설계, 운전 및 핵폐기물 처리 등에 기초 데이터로 쓰인다.

광핵반응 데이터:
광자(감마선)와 원자핵과의 반응을 평가하여 수치화한 데이터. 전자가속기 등을 이용한 핵반응 연구와 응용산업에 필수적인 기초데이터이다.

특히 올해 수출에는 사상 첫 원자력 시스템 일괄 수출인 '요르단 연구용 원자로(JRTR)' 건설 사업 계약(700만 달러)가 포함됐습니다.

또 원자로 수출을 제외한 원자력 단위 기술의 수출액도 2009년 수출 총액 대비 100% 이상 증가해 전반적으로 원자력 기술 수출에서 괄목할 성장을 보였습니다.

수출 내용	국가	금액 (달러)
중성자 도핑서비스	덴마크 Topsil conductor Materials	514,801
중성자 도핑서비스	일본 Sumco Techxiv Co	858,001
OECD/Halden Reactor Project / 노심해석코드 기술협력	노르웨이 IFE연구소	22,500
대형 곡면형 중성자 2차원 검출기 제작 공급	일본 NIKI Glass Co. LTD.	192,743
단열 투수도를 결정하는 단열 간극에 대한 압력의 영향에 관한 연구	미국 SNL	100,000
고온가스로를 이용한 초우라늄(TRU) 심층연소 기술개발	미국 LOGOS Technologies	315,383
2010 TINT-KAERI TRAINING COURSE ON NUCLEAR EMERGENCY PREPAREDNESS and MITIGATION	태국 TINT	7,000
ITER 핫셀장치 폐기물 원격취급 연구 (연장)	ITER 국제기구	76,720
사용후핵연료집합체 내부 위치별 감마 및 중성자 측정	미국 LLNL	12,500
중성자 도핑서비스	일본 Shin-Etsu Handotai Co	881,834
TURNKEY EPC CONTRACT for a Research and Training Reactor at t he Jordan University of Science and Technology	요르단 JAEC	7,000,000
중성자 도핑서비스	일본 COVALENT	264,550
삼중수소 제거공정 개념설계/ (핵융합연구소 경유) 설계	ITER	449,971
Tc-99Mo RI 생산장치	러시아 Technomedexport	94,500
NGNP 개념설계를 위한 계통 과도해석	미국 GA	618,816
IAEA CRP: Reducing Risk from Transboundary Animal Diseases (TAD) and those of Zoonotic Importance: The Early and Rapid Diagnosis of Transboundary Animal Diseases such Avian Influenza (기간연장 1년)	IAEA	9,942
TRR-1/M1 연구로 계측제어계통 개선 자문	태국 TINT	53,065
NU-8% Mo 분말 수출	프랑스 CEA	19,000
DU-8% Mo 분말 수출	이르헨티나 CNEA	30,000
동아시아 핵비확산 협력강화방안 도출	미국 SNL	83,400
신논리 정량화 소프트웨어 개발 자문 (III)	미국 EPRI	75,983
나노기술이용 방사성표지입자 제조 /산업적 활용성 연구(계약갱신)	IAEA	6,810
아르헨티나 건설 후보 노형 비교 평가 용역 기술 자문	이탈리아 피사 대학	6,810
B형 방사성폐기물처리 기기 및 시설 검토자문	ITER	13,620
I131RI분배/제품화 라인설치	알제리 CRND	1,560,000
수출금액 합계		13,267,949

이를 자세히 살펴보면 한국원자력연구원은 대우건설과 컨소시엄을 이뤄 요르단 정부가 발주한 연구용 원자로 건설 사업을 수주해 향후 15년간 최대 20조 원 규모로 예상되는 연구용 원자로 시장에 성공적으로 첫발을 내디뎠습니다.

또 IAEA, ITER, 경제협력개발기구 산하 원자력기구(OECD/NEA), 미국 정부 등을 대상으로 연구와 설계 용역사업이 더욱 확대되면서 고온가스로, 핵융합로 등 차세대 원자력 시스템 개념설계 등 첨단 기술 용역 수행도 증가하고 있습니다.

장치와 제품분야에서는 I-131과 Tc-99m 등 의료용 방사성 동위원소 생산 장비를 그동안 IAEA를 통한 개발도상국들에 제공하던 사업에서 뛰어넘어, 러시아와 알제리 등 개별 국가 대상으로 직접 수출도 본격화했습니다.
 
또  일본, 벨기에 등에 제공 중인 반도체 중성자 도핑 서비스의 경우 연구용 원자로인 하나로(HANARO)의 우수성과 품질관리 능력의 향상으로 연간 수주액이 200만 달러 규모까지 증가했습니다.

HANARO(Highly Advanced Neutron Application Reactor)

여기에 세계 기술을 선도하고 있는 원전의 안전해석 프로그램 수출도 꾸준히 증가하고 있습니다.

한국원자력연구원은 가속도가 붙은 원자력 기술 수출을 더욱 확대하기 위해  의료용 방사성 동위원소 생산 장치, 가속기와 열수력 시험설비, 각종 검사 및 감시 장비, 안전 해석 컴퓨터 코드, U-Mo 핵연료 분말 제조기술 등 수출 전략품목에 대한 시장분석과 시장개척 활동을 확대할 계획입니다.

특히 한국원자력연구원은 연구용 원자로 추가 수주 노력과 함께 새로운 수출전략 상품으로 개발 중인 중소형 일체형 원자로 SMART(스마트)의 표준설계인가를 2011년 말까지 획득할 계획입니다.

이를 통해 UAE, 카자흐스탄 등 SMART의 잠재 수요국들과 협력을 강화하고 있습니다.

또 미래 수출가능 품목에 대한 기술 발굴활동과 산업화를 지속적으로 추진하기 위해 최근 원자력 시스템 기술과 시스템 감시기술, 핵연료 및 재료 기술, 원전 계측제어(I&C) 기술, 컴퓨터 코드, 폐기물 관리기술, 방사선 기술 등 7개 분야에서 33개 수출 가능기술을 선별해서 해외 수출 카탈로그를 제작하기도 했습니다.

구분	건수	수출금액(US달러)
1991	1	276,300
1993	1	342,000
1994	3	215,171
1995	2	245,661
1996	1	120,000
1997	1	30,000
1998	1	8,500
1999	4	94,689
2000	6	142,908
2001	6	93,320
2002	7	358,281
2003	10	783,416
2004	15	1,887,980
2005	22	1,740,960
2006	18	2,408,150
2007	28	4,647,300
2008	21	2,551,329
2009	15	3,063,392
2010	25	13,267,949