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핵변환에너지연구센터는핵비확산형 핵변환발전로(PEACER) 개발 및 미래 원자력 선도인력 육성 추진

서울대 핵변환에너지연구센터(Nuclear Transmutation Energy Research Center of Korea, NUTRECK/소장 황일순 서울대 교수)는 구 산업자원부의 지원을 받아 사용후핵연료의 소멸처리를 위한 핵비확산형 핵변환발전로(PEACER, Proliferation-resistant, Environment-friendly, Accident-tolerant, Continual and Economical Reactor)의 개발과 미래 원자력 선도인력의 육성을 목표로 지난 2002년에 설립돼 현재 세계적 핵변환연구기관으로 자리매김하고 있다.

   
사진1. 장수명 Actinide 핵종 및 2가지 핵분열생성물을 중저준위폐기물로 안정화하는 PEACER 핵변환 전략.

핵변환에너지연구센터의 개발 목표인 PEACER는 납-비스무스로 냉각되는 루프형 고속로다. 사용후핵연료에 포함된 장수명 Actinide 원소 및 Tc-99, I-129 등을 일체형 건식공정으로 분리해 단수명으로 핵변환함으로써 중저준위폐기물만 방출하는 전략을 세웠으며(사진1 참조), 국제공동운영을 바탕으로 핵비확산성을 확립한다.

핵변환에너지연구센터는 이러한 PEACER의 3차원 설계(사진2)를 개발하고 가상현실공간에서 핵변환능력, 핵비확산성, 중저준위화 가능성, 안전성 등을 실증하기 위한 연구를 수행하고 있다.

   
사진2.  PEACER-300 일차계통의 3차원 CAD.

핵설계, 원자로시스템설계, 구조-재료해석, 건식공정설계 및 중저준위처분장 설계를 위한 전산 설계 도구를 개발하고 필요한 데이터베이스를 구축했다. 또 납-비스무스 냉각재의 구조재료 부식억제를 위한 저온설계와 자연순환 능력을 실증하기 위해 세계 최대의 실증루프 HELIOS를 개발 및 운영 중이다.

핵변환에너지연구센터는 서울대의 황일순(연구관리 및 재료), 신종계(3D 설계), 이경우(건식공정), 주한규(원자로시스템), 김창효(핵주기정책), 경희대의 김명현(핵설계), 포항공대의 김무환(열유체), 고려대의 김윤재(설계) 및 성균관대의 이광명(구조공학) 교수 및 시스테믹스의 곽상만 박사를 포함한 30명의 연구원으로 구성됐다.

PEACER 고유 설계에 대한 특허를 취득하고 3차원 종합 전산 설계체계를 개발해 프로그램을 등록했다. SIVR(Solver-Interfaced Virtual Reality)로 명명된 이 체계는 VRML이라는 Open Ware를 사용해 개발됐다. 3차원 CAD로 설계도면을 그리면 이로써 원자력 해석코드의 입력데이터가 생성되고 각 코드를 실행해 얻어진 결과로써 복합적 3차원 설계 정보를 제공해 설계최적화를 얻을 수 있다. 또한 입체영상기술을 적용해 가상 현실화하였다.

   
HELIOS로 명명된 세계최대 PEACER 축소 loop.

한편 실험연구로써 HELIOS(Heavy Eutectic Liquid metal loop for the Investigation of Operability and Safety)로 명명된 세계최대(전고 12m, 사진3)의 PEACER 축소 loop을 개발해 강제순환 및 자연순환 실험에 성공하고 OECD-NEA의 이 분야 연구 중심으로 활동 중이다. 또 다수의 우수 논문을 발표하고 세계적 학술대회에서 기조강연에 초청됐으며, 센터 소장이 세계중금속냉각핵변환추진협의회(IHLMCIG)의 회장으로 활약 중이다.

핵변환에너지연구센터의 우수한 연구 성과가 인정을 받아 2006년 11월부터 4년간 후속 EIRC 프로그램의 지원을 받아 PEACER의 소형 실증로 PATER(사진4)를 설계하고, 이의 실측 전열 모형을 제작해 실증로 건설에 필수적인 안전성을 입증하는 것을 주요 목표로 추진하고 있다. 동시에 급변하는 세계 원자력질서에 부합하며 국내 사용후핵연료 관리 일정을 충족시킬 최적 핵주기정책을 도출하고 있다.

아울러 핵변환에너지센터는 사용후핵연료의 소멸처분을 목표로 납-비스무스 핵변환기술을 개발하고 있는 미국, EU, 등의 핵심 연구기관은 물론 IAEA 및 OECD와 같은 국제기구와도 활발한 기술협력관계를 맺고 있다. 또 건식공정개발연구에 한일협력을 활성화하고 ‘한일 워크숍 NUPYRO를 출범시켰으며, 한국원자력연구소와 핵비확산성 고속로 및 핵주기연구회를 결성해 긴밀히 협력하고 있다.

   
PEACER의 소형 실증로 PATER.

박재구 기자  green89@knpnews.com

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