대덕밸리이야기

<사 업 개 요>

사업 위치 
부산광역시 기장군 장안읍 임랑리 산94-1번지  원자력 의과학 특화단지 내 130,000 ㎡

구축 시설
 ○ 20 MWt 급 연구용 원자로 1기
 ○ 활용 시설 :
   - 동위원소 생산 및 연구개발 시설,
   - LEU(저농축 우라늄) 표적 및 Fission Mo 생산 시설
   - 중성자 조사 시설

연구로 기본 특성 및 조건
 ○ 성능 요건
   - 연구로 열출력 : 약 20 MW     (최대 열 중성자속: 3x1014 n/cm2?s 이상)
   - 핵연료 : 저농축 우라늄 (농축도 20% 미만)
   - Fission Mo 표적 : 저농축 우라늄 사용
   - 중성자 핵변환 도핑 조사공 크기 : 6, 8, 12 인치
 ○ 기능 요건
   - 의료 및 산업용 방사성 동위원소 생산 및 연구
   - 중성자 조사 서비스

사업 기간
 ○ 총 사업기간 : 2012~2016년 (5년) 

사업 목적
연구용 원자로 수출역량 강화를 위한 국내 실증
 ○ 경쟁력 있는 연구로 모델 개발과 국내 건설을 통해 신규 해외 연구로 사업 발주 시 적기 대처
 ○ 일부 미확보된 연구로 핵심 기술 개발 및 실증을 통한 연구로 경쟁력 강화로 연구로 2대 공급국으로 부상
   - 하부 구동 제어장치
   - U-Mo 판형 핵연료
   - LEU 표적 제조 기술을 통한 Fission Mo 생산 공정
    (Ⅳ. 핵심 기술 개발 및 실증 계획 참고)

의료용 및 산업용 방사성 동위원소 국내수급 안정화와 수출
 ○ 테크네튬(Tc)-99m 등 절대량을 수입에 의존하는 의료용 방사성 동위원소의 고질적 수급난 해소
 ○ 주요 동위원소의 100% 자급을 통한 국민의 삶의 질 향상
 ○ 동위원소 국제시장 공급을 통한 수출산업화
   ※ Tc-99m : 암 등 질병의 영상진단에 사용되는 방사성 동위원소로서 몰리브덴(Mo)-99의 방사성 붕괴를 통해 생성

관련 연구개발 증진 및 신산업 창출
 ○ 방사성 동위원소 이용 고부가가치 의료 및 산업 활성화
 ○ 중성자 핵변환 도핑(NTD) 서비스를 통한 전력 반도체 산업 성장 유도
 ○ 방사성 동위원소의 의료?신소재산업 등과의 융합을 통한 신기술 창출

핵심 기술 개발 및 실증 계획

1. 판형 핵연료 

 필요성
 ○ 호주 OPAL, 미국 ATR, 프랑스 OSIRIS, 네덜란드 PALLAS, 중국 CARR 등 세계 대부분 연구로는 넓고 납작한 형태의 판을 여러개 조립해서 만든 판형 핵연료 사용(하나로는 다발 형태의 봉형 핵연료 사용)
 ○ 신규 건설되는 연구로도 대부분 판형 핵연료를 요구함(프랑스 JHR, 네덜란드 PALLAS, 요르단 JRTR 등)
 ○ 연구로 수출 경쟁력 강화를 위해서는 판형 핵연료 설계, 제작, 시험 자료 확보 필요

기술 현황
 ○ 연구로 수출 경쟁국인 프랑스, 아르헨티나 등은 자체 설계, 제작 및 성능 시험 자료 확보 보유
 ○ 원자력硏은 봉형 핵연료에 대한 경험을 보유하고 있으며, 판형 핵연료에 대한 설계 능력은 프랑스, 아르헨티나의 70% 수준
 ○ 판형 핵연료 제작 기술은 일부 공정(분말, 혼합)만 보유하고 있지만, 국내 개발 경험은 그동안 필요성이 없어 전무한 실정임
 ○ 원자력硏은 연구로 핵연료 핵심 원천 기술인 원심분무 핵연료 분말 제조기술을 독점적으로 확보하고 있어, 단기간 내에 판형 핵연료 개발이 가능

※ 수출용 신형 연구로는 성능이 뛰어난 U-Mo(우라늄-몰리브덴 합금)을 세계 최초로 핵연료로 사용할 계획임

2. 하부 구동 제어봉 장치

필요성
 ○ 제어봉은 원자로의 출력을 조절하는 장치로, 이를 구동하는 장치가 원자로 노심 상부에 위치하는 경우 동위원소 생산 등을 위해 조사물을 원자로에 삽입하기 위한 공간에 제약이 따름
 ○ 하부 구동 제어장치는 노심 상부에 위치하는 상부구동 방식에 비해 노심 상부에 넓은 이용 공간을 제공하므로 운전중 동위원소 시료 교체가 빈번하게 일어나는 연구용 원자로에서는 하부구동 방식을 채택하고 있음
 ○ 지속적인 연구로 수출을 위한 국제경쟁력 확보를 위해서는 하부 구동 제어장치 개발과 기술력 확립이 필요함

기술 현황
 ○ 해외의 많은 연구로는 하부구동장치를 사용하고 있으며 최근에 완공한 호주와 중국, 건설 중인 프랑스의 연구로 등도 하부구동장치를 채택하였음
 ○ 주요 연구로 공급국은 모두 자체 기술을 보유하고 있음
 ○ TRIGA, HANARO 등 국내 연구로는 상부구동 방식을 택하고 있어, 국내에서는 하부 구동 제어봉장치가 개발되지 않았음
 ○ 네덜란드 PALLAS 연구로 및 남아공 DIPR 사업 입찰 참가시 하부 구동 제어 장치에 대한 개념설계 경험이 있음

신형 연구로용 하부 구동 제어장치 기술 개발
 ○ 2011년부터 연구에 착수, 신형 연구로 건설 사업보다 1년 앞서 진행되고 있음
 ○ 연구 개발 내용
   - 하부 구동 제어봉장치 개념, 기본 및 상세설계
   - 핵심 부품 제작 및 부품 성능 검증
   - 종합시험시설 설계 및 구축 
   - 제어봉장치 시제품 제작
   - 설계검증시험(성능, 내진, 내구성 시험) 

3. LEU 표적을 이용한 Fission Mo 생산

 Fission Mo  표적 제조 기술이란?
 ○ 의료용 방사성 동위원소 수요의 80%를 차지하는 Tc(테크네튬)-99m은 Mo(몰리브덴)-99의 붕괴 과정에서 발생하는 핵종으로, Mo-99의 대부분은 원자로 안에서 우라늄의 핵분열 과정에서 생성되는 핵분열 생성물에서 분리해낸 Fission Mo임
 ○ Fission Mo 생산에는 농축도 90% 이상의 고농축 우라늄(HEU, 핵폭탄용으로 전용 가능한 우라늄)이 사용됐으나,  '90년대 후반부터 미국으로 중심으로 HEU 대신 농축도 20% 이하의 저농축 우라늄(U-235 농축도: 20% 이하, LEU)을 사용하도록 하는 정책이 추진됨
 ○ LEU 표적 제조 기술이란 Fission Mo의 원료인 LEU를 한정된 공간에 최대한 넣어 생산성을 높이고 폐기물량을 줄이면서 높은 안정성을 보장할 수 있도록 설계 제작하는 기술임

기술 현황
 ○ 연구로 수출 경쟁국인 아르헨티나가 소규모로 LEU 표적을 이용 Fission Mo를 생산하고 있음
 ○ Mo-99 주요 공급국인 남아공은 미국에 주당 4,000 Ci(큐리) 공급을 목표로 HEU에서 LEU로 표적 변경 중
 ○ Mo-99 세계 수요의 50%를 차지하는 미국은 향후 LEU 표적에서 생산되는 Fission Mo만 구매할 예정으로, 주요 생산국들이 LEU 이용 생산을 시작할 것으로 판단됨
 ○ 우리나라는 Fission Mo 분리 기술은 보유하고 있지 않으나, 원자력硏이 Fission Mo 생산용 LEU 박판 제조 기술을 보유하고 있으며 박판 시제품을 여러 국가에 공급한 바 있음

개발 계획
 ○ 상용 생산에 적합한 LEU 표적과 이에 맞는 Mo-99 추출 공정 개발 (2012~2016)
  - LEU 표적 제조 기술 개발
    LEU 물질에 적합한 Fission Mo 생산 후보 표적 선정 
    후보 표적에 대한 제조공정 기술 개발, 시설 확보 및 시제조
    후보 LEU 표적 노내 조사 기술 및 평가 기술 개발 
    품질관리 기술 개발 및 품질보증 체계 확립 
  - Fission Mo 생산기술 개발
     LEU 이용 Fission Mo 대량생산 공정 연구
     Mo-99 추출공정 평가 및 고효율 분리기술 개발 
     최적 대량생산 시스템 설계 및 구축
     국제 및 국내 인허가 추진

세계 연구로 시장 현황
○ 수요 예측은 기존 연구로의 대체 수요와 신규 건설 수요로 구분
○ 대체 수요 중 수출 가능 시장
- 전 세계에서 운전 중인 240여기의 연구용 원자로 중 63% 이상이 30년 이상 운전
- 연구로의 수명을 40년으로 가정하는 경우 향후 2050년까지 110여기의 연구로 대체 수요 발생 전망
- 이 중 자체 건설 능력이 있는 국가와 구공산권 등 공급자 선정에서 특수관계가 영향을 미칠 것으로 예상되는 국가를 제외한 연구로 대체 수요는 34기
- 그 절반을 한국이 수주하고 나머지 반을 아르헨티나, 프랑스가 수주한다고 가정하면 17기 수출 가능
○ 신규 연구로 건설 수요
- 연구로 미보유국 중 발전용 원자로 도입에 대비한 인력 및 기술 양성 또는 연구로 이용 확대를 위하여 연구로를 도입하려는 경향이 늘고 있음
  연구로 도입이 이미 도입이 결정된 요르단을 제외하면 아제르바이잔, 수단, GCC(Gulf Country Cooperation) 국가 중 사우디아라비아, 쿠웨이트, 레바논, 필리핀, 튀니지아, 탄자니아 등이 연구로 도입을 고려하고 있으며,
 이외에 싱가폴도 연구로 도입을 고려하고 있어 현재 신규로 연구로를 도입할 것을 고려하고 있는 나라는 9개국임.
- 향후 50년간 15~16기 정도의 신규 연구로 수요 발생 예상
- 이 중 한국 수주 가능 연구로 수는 5기로 추정
○ 따라서 한국은 향후 50년간 약 22기(17+5)의 연구로를 수주할 수 있을 것으로 전망하며, 이는 약 2년마다 1기를 수주하는 것에 해당