하나로는 우라늄의 핵분열 연쇄반응에서 생성된 중성자를 이용해서 다양한 연구개발을 수행하는 세계적 수준의 다목적 연구용원자로입니다. 

우리나라 기술로 설계·건설해서 1995년부터 열 출력 30MW로 운영되고 있습니다.

  하나로(HANARO)는 ‘High-Flux Advanced Neutron Application Reactor’의 약자로, 높은 중성자속을 얻을 수 있는 선진 중성자 응용 원자로를 의미합니다.

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 하나로는 국내 유일의 고성능 중성자 이용시설입니다. 중성자 연구시설은 선진국과 강대국이 선도하는 시설로 각종 첨단 소재산업에 기여도 높습니다. 

그래서 연구용원자로의 핵심은 중성자라고 말씀 드릴 수 있습니다. 일상생활 속에서도 중성자 연구 성과가 대단히 많습니다. 에를 들면, 휴대전화, 내비게이션, 자전거 몸체, 

하드드라이브, 노트북 화면, 전자시계, 에어백, 선글라스, 화장품, 신용카드와 심장박동보조장치, 인공관절, 인공 렌즈와 같은 의료분야까지 첨단 소재, 부품개발의 도구 등 

대다수 제조업에 연결고리를 갖고 있습니다. 

 원자력발전소는 우라늄의 핵분열에서 발생된 열을 이용해 터빈을 돌려서 전기를 생산하는 반면, 연구용원자로는 우라늄의 핵분열 연쇄반응에서 생성된 중성자를 이용해서 

 다양한 연구개발을 수행합니다.

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연구용원자로인 하나로는 주로 중성자 빔을 이용한 기초 및 응용연구, 핵연료 성능시험 및 재료 개발, 의료용 및 산업용 방사성동위원소 개발과 생산, 중성자 방사화분석, 중성자 도핑을 

이용한 반도체 생산 등 수많은 기초과학연구·산업 및 의료·교육 분야에서 활용되고 있습니다.

하나로의 열 출력은 원자력발전소의 1/100 수준으로, 전기를 생산하는 발전소와는 달리 중성자를 이용한 연구 목적이므로 운전 중에도 연구자가 쉽게 접근할 수 있습니다.

중성자는 원자핵을 구성하는 입자이고, 핵분열과정에서 원자핵 외부로 나오게 됩니다. 에너지가 낮은 중성자는 엑스선과 같이 파동의 특징을 나타냅니다.

중성자는 에너지에 따라 고속중성자, 열외중성자, 열중성자로 나눌 수 있습니다. 고속중성자는 에너지가 매우 높은 중성자로 하나로에서는 핵연료 및 재료조사시험에 

많이 이용됩니다. 열외중성자는 고속중성자가 반사체와 충돌하여 에너지를 잃는 과정에 있는 중성자입니다. 

열중성자는 에너지를 더 이상 잃지 않고 주변 물질과 에너지 평형을 이룬 중성자로 하나로에서는 방사화 분석, 동위원소 생산 등 다양하게 활용됩니다. 

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중성자는 전하가 없어 물질 내부로 깊게 투과할 수 있습니다. 또한, 주로 원자핵과 반응하기 때문에 원자 분석 수준을 넘어 원자핵을 구분하여 물질을 분석할 수 있습니다. 

낮은 에너지의 중성자 파장은 원자 또는 나노 입자의 크기와 비슷해 나노 물질 분석에 유리합니다. 분자 또는 고체 내 에너지 준위를 측정하거나 자성물질의 분석도 가능하므로

첨단 물질 연구와 소재개발에 무궁한 활용이 가능합니다. 

하나로에서 발생하는 중성자를 이용하면 물질내부의 구조나 움직임을 알 수 있습니다. 냉중성자는 중성자를 영하 253℃에 통과시켜 에너지를 낮춘 것으로 투과성이 좋아 

세포 관찰이나 물질구조 분석 등에 유용합니다. 

냉중성자 장치를 통한 연구개발 결과는 전자부품, 컴퓨터 칩, 평판 디스플레이 개발에 활용되는 나노소재 원천기술개발, 난치병 치료에 활용되는 약물전달 물질 개발 등에 

활용되어 NT, BT, IT 분야의 융복합 연구를 촉진하고 나노 바이오 기술을 결합한 차세대 신산업 창출에 이바지하며 차세대 원자로 소재 개발 연구에도 활용되고 있습니다.

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하나로의 냉중성자실험동은 2008년에 건설되었으며, 내부의 가이드 홀은 단일 가이드 홀로는 세계 최대 규모를 자랑합니다. 이 가이드 홀에는 2010년부터 차례로 냉중성자 산란장치가 

개발, 설치되어 현재, 40M-SANS를 필두로 총 7대의 냉중성자 산란 장치들이 가동 중이며 1대의 장치(Cold-TAS)가 최적화 작업 중에 있습니다.

수십에서 수백 나노미터 정도의 구조를 측정하는 소각 산란 장치로는 40M-SANS와 18M-SANS, 그리고 KIST에서 설치한 KIST-USANS 장치가 있습니다. 

나노 크기의 박막 구조를 측정하는 반사율 측정 장치로는 REF-V, Bio-REF, G-TS가 있으며, G-TS는 자체 생산하는 유도관 및 편극거울용 중성자 초거울의 품질 검사용 장치입니다. 

원자 동역학이나 원자 스핀의 동역학을 측정할 수 있는 비탄성 산란 장치로는 Cold-TAS와 DC-ToF가 있으며 Cold-TAS는 단결정 시료에, DC-ToF는 분말 또는 화학 시료의 측정에 강점을 지니고 있습니다.

자연계의 모든 물질은 원소라는 아주 작은 물질로 구성되어 있습니다. 가령, 수소원자는 양성자 1개를 갖지만, 여기에 중성자 1개가 더해지면 중수소원자, 중성자 2개가 

더해지면 삼중수소원자가 되는데, 이들을 통틀어 동위원소라고 합니다. 특히, 방사선을 내는 동위원소를 방사성동위원소(Radioisotope, RI)라고 합니다. 이러한 방사성동위원소는 

의료용, 산업용으로 널리 사용되고 있고, 하나로에서는 중성자를 이용하여 유용한 방사성동위원소를 연구·생산하고 있습니다.

방사성동위원소 생산시설에서는 원자로에서 방사화된 물질을 화학분리·정제·가공하고, 사용자의 요건에 맞도록 품질을 검정하여 다양한 RI와 방사성의약품을 생산하고 있습니다. 

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방사성동위원소 생산시설은 콘크리트셀 4기, 납셀 21기와 방사성의약품 생산설비, 방사성폐기물 저장시설, 연구개발실 등을 갖추고 있습니다. 하나로는 가동이래 갑상선암 치료용 요오드-131,

비파괴검사용 이리듐 192, 신약 3호로 등록된 홀뮴-CHICO를 비롯해 매년 10여 종의 방사성동위원소를 생산해 국내외에 공급하고 있습니다. 특히, 소아암 치료제 mIBG는 국내 수요의 100%를 담당하고 있습니다. 

뿐만 아니라 RT 분야 기술개발에 필요한 다양한 종류의 방사성동위원소를 생산하고, 이를 이용하는 연구에 박차를 가하고 있습니다. 하나로에서 생산되는 동위원소는 국민 의료 복지와 산업 발전에 

크게 기여하고 있습니다.

NTD(Neutron Transmutation Doping, 중성자 핵변환 도핑)는 중성자를 이용하여 반도체를 생산하는 기술로, 일반적인 화학공정보다 인(P)을 더욱 균일하게 분포시켜 반도체의 성능을 높입니다.

이렇게 생산된 NTD 반도체는 고속열차, 자기부상열차, 전기자동차, 풍력 및 태양력 발전, 산업로봇 등 대전력을 필요로 하는 장치나 설비의 인버터 반도체 소자로 이용됩니다.

또한, 중성자영상장치를 이용하여 수소연료전지 성능 시험을 수행함으로써 우리나라의 수소 전기차 생산에 기여하고 있습니다.

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NTD는 부도체인 고순도의 실리콘(Si) 단결정에 중성자를 조사하여 실리콘(Si) 원자핵 가운데 극미량을 인(P)으로 핵변환시킴으로써 고품질 n형 실리콘 반도체로 변환시키는 장치입니다. 

현재 하나로는 자체 개발한 기술을 이용하여 세계에서 가장 뛰어난 품질의 반도체를 생산하고 있으며, 이는 NTD 반도체 시장의 대부분을 차지하는 일본 및 덴마크 등에서 인정받고 있습니다.

수소 연료 전지란 수소와 산소가 반응하여 물이 되는 전체 반응 (2H2 + O2 → H2O)을 활용해, 전자가 산화전극(anode)에서 외부 도선을 통해 환원전극(cathode)으로 이동하며 

전기 에너지를 발생시키 것으로, 1960년대 아폴로 우주선에서 최초로 활용되었습니다. 최근 수소 생산 및 저장에 따르는 안정성 문제를 해결하는 기술이 확보됨에 따라 수소 자동차가 상용화되고 있습니다. 

어떤 원소가 중성자를 흡수하면 특이한 방사선을 내는데, 이를 측정하면 어떤 물질 내에 그 원소가 얼마나 있는지 알 수 있습니다. 

이러한 물질 분석 방법을 중성자 방사화 분석이라고 합니다. 중성자 방사화 분석기술은 세계 도량형학회가 제시하는 가장 우수한 

미량원소 분석법 두 가지 중 하나입니다. 워낙 강력한 분석법이므로 재료, 환경, 보건, 산업 및 사회문화 분야 등 광범위한 분야에 응용되고 있습니다. 

근래에는 미세먼지 분석 등의 환경오염 분석, 표준물질 인증 및 고순도 소재 분석 등과 같은 산업적 응용성이 큰 복합 측정기술 연구가 진행되고 있습니다.

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하나로의 중성자 방사화 분석법은 시료 중 원소 함량을 효과적으로 측정할 수 있어 삼성전자, LG 등과 같은 산업체와 대학 및 연구소에서 의뢰한 반도체, 문화재, 플라스틱, 

광물, 식품, 혈청 등을 포함한 다양한 많은 시료들을 분석 지원하고 있습니다. 

하나로 제어실에는 원자로를 제어하는 제어 컴퓨터와 제어 패널, 비상 시 원자로를 자동으로 정지시키는 보호계통 패널 등이 있습니다. 이곳에서 모든 계통을 운전하고 제어할 수 있으며, 

관련 운전변수를 감시하고 있습니다. 제어실에서 운전원들이 원자로 상태를 감시하다가, 만일 기기나 변수 이상으로 경보가 발생하면 즉시 확인하여 조치하고 있습니다.

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운전원들은 출력, 유량, 온도, 방사능 값 등 원자로와 주요 계통의 상태를 알려주는 변수에 대한 24시간 모니터링하며, 현장 운전원이 주기적으로 현장을 확인하고 있습니다. 

또한, 주요 펌프, 밸브, 냉각팬의 조작을 제어실에서 수행합니다.

운전원은 6개 조가 3교대(낮/오후/밤)로 근무하고 있습니다. 각 조는 원자로운전면허를 소지한 운전조장 및 부조장, 계통 운전원까지 총 4명으로 구성됩니다. 

하나로에서도 다른 연구로와 마찬가지로 중성자 손실을 막기 위해 반사체로 중수를 사용합니다. 삼중수소는 자연계에도 미량 존재하나, 반사체로 사용 중인 

중수와 중성자가 반응하여 발생합니다. 이렇게 발생된 삼중수소는 대부분 반사체 탱크 내에서 안전하게 머무르게 됩니다.

하나로에서는 삼중수소 측정기를 설치하여 연속적으로 감시하고 있습니다. 삼중수소 배출 관리는 법정 유도방출한도를 5 x 109 Bq/㎥로 엄격하게 설정하여 운영하고 있으며, 

실제 방출량은 법정 유도방출한도의 1/50,000 정도입니다. 

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하나로에서 원자로수조 및 1차 냉각계통은 경수를 사용하지만, 다른 연구로와 마찬가지로 노심 주변에 반사체탱크(직경 2m)를 설치하여 약 4톤의 중수를 사용하고 있습니다. 

중수를 사용하면 중성자 손실을 막는 성능이 뛰어나기 때문입니다. 이때, 삼중수소는 반사체로 사용되는 중수 중 극미량만 중성자와 반응하여 발생합니다.

하나로 및 부대시설은 원자로실 굴뚝과 RCI 굴뚝 등에 삼중수소 측정기를 설치하여 연속적으로 감시하고 있습니다. 

하나로는 모든 지진과 단층 지질구조를 고려하여 예측된 최대지진을 전제로 안전하게 만들었습니다. 즉, 내진설계 시 원자로 건물 기초 바로 밑에서 발생해도 

견딜 수 있도록 하였으며, 리히터 규모 6.5에도 안전하도록 설계하였습니다.

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중요 기기 및 설비에 지진감시설비를 설치하여 0.01g 이상 시에는 경보 발령 및 주요 설비를 점검하고, 0.1g 이상 시에는 원자로 정지 후 안전관련 설비를 정밀점검하며 

비상 발령하여 비상계획에 따라 조치합니다. 2014년 구조건전성 평가 결과, 기술기준(0.2g 이상)에 일부 불만족한 벽체에 대하여 내진 보강 공사를 완벽하게 마무리했습니다.