한국원자력연구원이 주관하고 한전원자력연료 및 한국수력원자력이 참여하는 한국컨소시엄이 국제 기구 핵연료 성능 개선 프로젝트를 맡게 됐다. 핵연료 관련 국제 공동 연구프로그램에 한국이 참여하기는 이번이 처음이다.

한국원자력연구원은 OECD/NEA(경제협력개발기구 원자력기구)가 주관하는 국제 핵연료 공동연구 프로젝트 'FIDES'(조사시험 프레임워크)의 다음 단계(2027~2032년) 신규 프로그램에 선정됐다고 19일 밝혔다.

'FIDES'는 14개국 28개 기관이 참여해 핵연료 및 재료 안전성을 실증하는 국제공동연구 프로젝트다.  한국컨소시엄은 이 프로그램에 'FAST-GAS'((차세대 핵연료의 핵분열 기체 방출 거동 평가를 위한 연소 가속 시험)를 제안, 최종 선정됐다.

김동주 경수로핵연료기술연구부장은 "15개 프로그램이 제안됐고, 그 가운데 8개가 선정됐다. 그런데, 7개는 기존 프로그램 연장이고 우리가 제안한 주제만 신규로 채택된 것"이라며 "프로그램을 제안한 기관들 면면이 원자력/핵연료 분야에서 이미 명성을 날려온 세계적인 기관들이었다"고 말했다.

원자력연이 제안한 프로그램은 오는 2027년 4월부터 오는 2032년 3월까지 5년간 총 400만 유로(약 70억원)을 지원받는다. 주로 핵연료 성능과 안전성을 평가하는 핵심 지표인 ‘핵분열 기체 방출(FGR)’ 정밀 시험 평가 연구를 진행한다.

컨소시엄을 주관한 김동주 경수로핵연료기술연구부장은 "보일러에서 연탄을 태우듯 원자로에서도 핵연료를 연소시키게 되는데, 이 때 연소되는 정도를 연소도(burnup)라고 한다. 현재 세계 각국이 핵연료 경제성을 높이기 위해 고연소도(high burnup) 확보전이 치열한 상황"이라며 "고연소도에서 핵연료 안전성을 검증하는 중요 기주 가운데 하나가 바로 '핵분열 기체방출 거동"이라고 말했다.

김 부장은 "핵연료는 일반적인 방법으로 연소 시험을 할 경우 수 년씩 걸리기 때문에, 이 시간을 단축하는 것이 곧 경제성 확보"라며 "한국컨소시엄은 그 시간을 50% 이상 단축할 수 있는 '연소 가속 시험'을 해보려는 것"이라고 말했다.

핵연료 고연소도 조건 찾아 연소 속도 높이는 것이 경제성 관건

고연소 상태서 핵분열 기체 방출 거동을 파악, 핵연료 안전성을 단 시간 내 검증하는 방법을 연구하는 것이 이번 프로젝트 목표라는 설명이다.

원자력연에 따르면 차세대 원전은 한번 장전한 핵연료를 오래 사용하는 고연소도 조건이 경제성 확보의 핵심이다. 연구팀은 이에 따라 고연소 상황을 재현하기 위해 연구용 원자로 하나로를 활용한 가속 시험을 수행할 계획이다.

이 과정에서 핵연료 시편 실물 제조, 성능 해석 및 모델링, 조사시험, 조사후시험 등 원자력연 핵연료 전주기 기술력과 관련한 연구팀과 적극적인 협력을 도모한다.

이번 프로젝트 선정에는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원외에도 해외에서 미국전력연구원(EPRI), 웨스팅하우스, 프라마톰, 아이다호 국립연구소(INL) 등 글로벌 핵연료 산업계·연구계 전문기관이 간접 지원했다.

김동주 경수로핵연료기술연구부장은 “이번 FAST-GAS 프로그램 선정은 대한민국 핵연료 기술의 신뢰성을 세계가 공인한 결과”라며, “한국 핵연료 기술이 글로벌 스탠다드로 자리 잡는 중요한 기회가 될 것”이라고 밝혔다.

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사진 1. OECD/NEA FIDES 국제공동연구에 한국컨소시엄의 FAST-GAS가 차기 프로그램으로 선정되었다.

사진 2. OECD/NEA 정기회의에서 FIDES 국제공동연구 차기 단계 연구 주제들에 대한 최종 선정 결과를 발표하고 있다.