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11월 KAERI 우수성과

세계 최고 수준 원심분무 분말 기반
고밀도 U3Si2 판형 핵연료 국제성능검증 완료 및 핵연료 수출을 위한 시범집합체 조사시험 착수

우수성과 선정 내용 요약
  • 주요 성과 내용
    • 세계 최고 수준의 고성능 연구로인 벨기에 BR2연구로에서 성능검증 1단계(2021~2023) 조사시험 및 조사후시험 완료
    • 해외 연구로 핵연료 수출을 위해 고성능U3Si2 판형 핵연료 시범집합체 2단계(2023.11~2025.12) 조사시험 착수
  • 우수성 및 차별성
    • 최대 열출력 470 W/cm2, 최고 연소도 70 %(U-235 기준) 이상의 조건에서 조사시험 성공적 완료 및 조사후시험을 통해 파쇄 핵연료 대비 원심분무 핵연료의 조사 거동 우수성 입증
    • 미국, 프랑스, 러시아에 이어 세계 네 번째로 곡면 형태의 판형 핵연료를 포함하는 핵연료 시범집합체 개발 완료
  • 성과 활용 및 파급효과
    • 1단계 성능검증 결과를 바탕으로 판형 핵연료의 해외 수출 교두보 확보
    • 성능검증 시험의 성공적 완료 시, 하나로 핵연료 수입 이래 우리나라 첫 연구로 핵연료 세계 수출 및 전 세계 연구로를 대상으로 연 300억 원 이상의 핵연료 수출 가능
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2023년 11월 KAERI
우수성과로 선정된 소감은?

정용진 부장


연구로 핵연료 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 축적해 온 그간의 노력이 첫 번째 결실을 맺은 것 같아 자랑스럽습니다. 이렇게 11월 KAERI 우수성과로 선정해 주신 평가위원분들께 감사드립니다. 여러 가지 대내외 어려운 환경속에서도 벨기에와의 국제공동연구를 성심으로 수행해 주신 모든 과제원들과 이 기쁨을 함께 나누고 싶습니다.
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이번 연구성과에 관해
간략히 소개하자면?

정용진 부장


미국, 프랑스, 대한민국은 국제 핵 비확산 정책의 일환으로 미국 및 유럽의 고성능 연구로에서 사용하고 있는 고농축 우라늄 핵연료를 저농축 우라늄 핵연료로 전환하는 연구를 진행하고 있습니다. 우리 연구진은 핵연료의 우라늄 농축도가 낮아진 영향을 상쇄시키기 위해 세계에서 유일하게 보유한 원심분무 분말 제조기술을 활용했습니다. 이 기술을 통해 저농축 우라늄을 사용하면서도 단위 부피당 더 많은 우라늄을 주입할 수 있는 핵연료 고밀도화 기술을 개발했습니다. 우리가 개발한 핵연료를 벨기에 SCK CEN과 국제공동연구로 고성능 연구로인 BR2에서 성능검증을 수행했고, 그 결과 미국 및 프랑스에서 개발한 핵연료보다 우리 핵연료가 조사성능이 더 우수함을 입증할 수 있었습니다. 그리고 미국 및 유럽의 고성능 연구로에서 사용하고 있는 곡면 및 튜브 형태의 핵 연료집합체 제조기술 개발을 위해 핵연료 판을 곡면화하고 집합체 단위까지 조립하는 기술을 미국, 프랑스, 러시아에 이어 세계에서 네 번 째로 개발했고, 이에 대한 마지막 성능검증에 착수했습니다.
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앞으로의 계획 및
하고 싶은 말이 있다면?

정용진 부장


초기 하나로(HANARO)의 핵연료는 캐나다 AECL에서 수입했지만, 이후 꾸준한 연구를 통해 연구로 핵연료 국산화에 성공했습니다. 하지만 여기에 안주하지 않고, 우리의 연구로 핵연료 기술을 전 세계에 수출할 수 있도록 최선을 다하겠습니다.

제4회 기술애로 상담회 개최

연구원은 지난 11월 9일 한국산업기술진흥협회 산하 기업공감원스톱지원센터(SOS1379)와 공동으로 ‘2023년도 중소·중견기업 기술애로 상담회’를 개최했다.

이번 행사는 원자력 기술이 필요한 기업의 현장 애로사항을 연구원의 전문가가 일대일로 상담하고 해결하기 위해 기획됐다. 20여 개 원자력 관련 산업체가 사전 신청했으며, 상담 신청기업 관계자와 해당 분야 기술 멘토 등 약 70명이 참석했다. 연구원은 사전 신청을 받아 중소기업이 원하는 바를 미리 파악하고, 요청사항에 따라 연구원의 전문가를 배정해 상담회에서 직접 대면해 컨설팅을 진행했다.

연구원은 산업체와 연구원의 상생을 도모하며 지속적으로 중소·중견기업을 적극 지원할 예정이다. 기업공감원스톱지원센터는 장비 활용이나 기술정보 제공, 전문가 현장 방문 같은 서비스를 제공할 계획이다.

고준위방사성폐기물 지하 처분장
거동 시뮬레이션 프로그램 개발

저장처분기술개발부 김정우 박사 연구팀은 고준위방사성폐기물 지하 처분장 내 물질의 이동, 변화 등의 거동을 수십만 년 후 까지 예측하고 영상으로 확인할 수 있는 모듈화된 시뮬레이션 프로그램(아프로, APro*) 개발에 성공했다.

연구진은 병렬계산, 기계학습과 같은 고성능컴퓨팅 기술을 이용해 복합적 현상들의 변화 과정을 3차원적으로 평가하는 데 성공했다. 전체 처분장을 구획별로 나눠 구획별 컴퓨터들이 시뮬레이션한 결과를 합치는 병렬계산 기법으로 여러 개의 계산을 동시에 수행했다. 조밀한 계산 영역에 대해서는 별도의 기계학습을 통해 계산량과 계산 시간을 줄여 처분장 속 방사성 물질의 이동 등을 파악할 수 있게 됐다.

또한, 지하 처분장에서 발생할 수 있는 특정 현상들만 조합해서 상호작용 등을 평가할 수 있도록 전산을 모듈화 했다. 프로그램 사용자는 레고 조각을 조립하듯 원하는 요소들만 조합해서 시공간에 따른 변화 과정을 3차원 영상을 통해 확인할 수 있다.

* 아프로(APro): Adaptive Process-based total system performance assessment framework for a geological disposal system

경주 문무대왕과학연구소에서
감포중학교생 대상 초청과학캠프 개최

연구원은 경주시 문무대왕과학연구소에서 감포중학교 학생 33명과 교원 7명 등 총 40명을 대상으로
11월 27일 「초청과학캠프」를 개최하고 과학 강연 및 체험 활동 프로그램을 진행했다.

이번 행사에서는 ‘문무대왕과학연구소의 역할과 비전’, ‘깨끗하고 안전한 에너지, 원자력 세상’의 두 가지 주제로 강연을 진행했다. 강연이 끝난 후에는 교육생들이 직접 연구소를 둘러보며 경주에 들어서는 거대 과학연구단지도 체험했다. 세계 최초로 표준설계인가를 획득한 소형원자로 SMART를 3D퍼즐로 학습하고 국내기술로 설계·건설한 연구용원자로 하나로를 블록으로 만들며 즐거운 시간을 보냈다.

연구원은 앞으로도 지속적으로 과학·특강 체험 등을 제공함으로써 거점 지역사회와 적극적으로 소통할 예정이다.