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  1. 2011.12.21 모의 사용후핵연료는 왜 필요한가?

□ 사용후핵연료의 저장과 처분을 위해서는 안전성 관련 실험자료 수집이 필수적입니다.

높은 방사성을 띠는 사용후핵연료를 사용해서 실험할 경우 핫셀(hot cell) 같은 차폐 설비와 원격 장비 등 특수 시설이 필요하고, 실험 범위와 정밀도가 제한적인 문제가 발생합니다.

□ 한국원자력연구원 경수로핵연료기술개발부 김건식 박사팀이 개발한 연구용 모의 사용후핵연료 소결체 60개가 원자력 기술 종주국인 미국 Southwest Research Institute(SwRI)에 수출됩니다.

SwRI는 미국에서 가장 오래된 비영리 연구기관 중의 하나로, 사용후핵연료의 저장 및 처분 안전성에 대한 실험 및 평가자료 구축 사업을 추진 중인 NRC로부터 사용후핵연료 저장 및 처분 환경 조성에 관한 연구 업무를 부여받아 수행하는 기관입니다.

SwRI는 한국원자력연구원으로부터 공급 받은 연구용 모의 사용후핵연료를 표준 시료로 사용, 핵연료의 연소도 차이에 따른 핵분열 생성물 양의 변화나 미세조직의 변화 과정을 연구함으로써 사용후핵연료 저장 및 처분 조건에 대한 신뢰도 있는 자료를 구축하는데 활용할 계획입니다.

모의 사용후핵연료 소결체

모의 사용후핵연료 소결체


□ 김건식 박사팀은 방사성 물질을 포함하지 않으면서도 실제 핵연료가 원자로 안에서 연소되는 과정에서 생성되는 핵분열 물질의 화학적 및 물리적 특성과 분포가 거의 유사한 연구용 모의 사용후핵연료 소결체를 개발했습니다.

김건식 박사팀은 그동안 축적해온 분말 혼합, 성형, 고온 소결 기술 등을 융합해서 실제 사용후핵연료 소결체의 특성을 그대로 가지고 있는 고품질 모의 소결체 개발에 성공하고, 이를 미국에 수출하게 됐습니다.

연구용 모의 사용후핵연료 소결체는 핵분열 생성물이 포함된 이산화우라늄(UO2) 분말을 분말성형기에서 원통 형태의 성형체로 만든 다음, 1700℃ 정도의 고온에서 장시간 열처리하는 고온 소결 공정을 통해 제조됩니다.

고온소결로

분말성형기




김 박사팀은 볼-밀법(milling)법을 통해 UO₂분말을 분쇄 처리한 다음 핵연료 생성물을 혼합시키는 분말 혼합 과정을 거쳐, 고온 소결 과정에서 첨가되는 수소 등의 비율을 최적화함으로써 실제 사용후핵연료와 유사한 연구용 모의 사용후핵연료를 개발했습니다.

이를 통해 특수 시설 없이 관련 실험을 수행하면서도 광범위한 실험 자료를 정밀하게 얻을 수 있습니다.

 용  어  설  명

볼밀법(ball-mill) :
단단한 금속 또는 세라믹 재질의 공들과 분쇄하고자 하는 분말을 원통형의 용기에 함께 섞어 회전시키면서 공들로 하여금 분말을 미세하게 분쇄하도록 하는 공정

소결체(pellet) :
이산화우라늄(UO₂), 탄화우라늄(UC) 등 우라늄을 핵연료로 쓰일 수 있도록 작은 원통 모양으로 가공한 것.
소결체를 지르코늄 합급 피복관 안에 넣으면 원자력 발전소 연료로 사용하는 핵연료 봉이 된다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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