대용량 중수로 사용후핵연료 운반용기 개발

- 민간과 공동 개발해 기존 대비 3배 용량, 우수한 성능 및 안전성 입증

- 중간저장시설에 개발된 용기 실제 활용시 운반사업비용 절감 기대

중수로 사용후핵연료를 안전하게 운반할 수 있는 대용량 운반용기가 국내에서 개발됐다.

한국원자력연구원 운반저장기술개발실은 한 번에 360다발의 중수로 사용후핵연료를 운반할 수 있는 대용량 운반용기 KTC-360 개발에 성공했다고 지난 2월 7일 밝혔다. 원자력 엔지니어링 전문 기업인 ㈜코네스코퍼레이션(대표이사 김현준), 원전 설비 전문 제작사인 ㈜무진기연(대표이사 조성은)과 함께 공동 개발한 결과다.

현재 우리나라는 경수로와 중수로 사용후핵연료를 원자력발전소 부지 내의 습식저장조와 건식저장시설에 보관 중이다. 하지만 이는 임시 보관일 뿐, 중간저장시설을 거쳐 최종 처분장으로 안전하게 이송해 처분해야 한다.

정부의 ‘고준위 방사성폐기물 관리 기본계획’에 따르면 2040년대 중반 중간저장시설이 건설되면 원전 부지 내 임시 보관 중인 사용후핵연료는 단계적으로 중간저장시설로 운반된다. 이 과정에서 중수로 사용후핵연료가 경수로 사용후핵연료보다 먼저 운반될 예정이다.

저장과정에서 구조적 건전성이 떨어진 사용후핵연료를 안전하게 운반하는 것은 전 세계적으로 주요한 관심사다. 운반과정에서 사용후핵연료가 받는 영향에 대한 안전성 평가뿐 아니라, 운반 비용을 절감하고 운반 효율성을 높이기 위해 대용량 용기를 개발하는 것이 중요하다.

공동 개발팀이 새롭게 개발한 운반용기 KTC-360은 기존 월성 원전에서 사용하고 있는 운반용기인 Hi-STAR63보다 운반용량이 3배 증가했다. 한 번에 안전하게 운반할 수 있는 용량을 기존 120다발에서 360다발로 늘렸다.

연구진은 운반용기의 크기, 중량, 재료적 특성 등을 고려해 운반용량을 늘릴 수 있는 최적의 설계 조건을 찾았다. 기존에는 사용후핵연료 60다발이 담긴 바스켓을 1열 2단까지만 적재할 수 있었는데, 이번에 개발된 용기는 2열 3단까지 적재해도 안전에 문제가 없다.

신규 운반용기 설계부터 안전성 해석, 시험평가 및 제작성 검증 등 6년 간의 긴 개발 과정을 거쳐 인허가까지 마쳤다. 특히, 인허가 과정에서 낙하, 화재, 침수 등의 가혹한 조건에서도 우수한 성능과 안전성을 입증했다.

운반용기를 9m 높이로 올려 단단한 철판 바닥으로 떨어뜨리는 낙하시험, 800℃의 화염에 30분간 노출하는 화재시험, 운반용기를 침수 피트에 넣고, 물을 채운 후 가압하는 침수시험을 거쳤다.

한국원자력연구원은 앞으로 KTC-360의 개발과정에서 취득한 노하우와 특허, 운반용기설계승인서 사용권에 대한 기술 이전을 추진할 예정이다. 앞으로 우리나라에 건설될 사용후핵연료 중간저장시설에 이번 운반용기가 사용되면 운반 사업 비용을 크게 줄일 수 있을 전망이다.