한국원자력연구원 선진핵연료기술개발부
4세대 원자로 중 하나인 '소듐냉각고속로'(SFR)에는 사용후핵연료에서 추출한 핵물질로 제조한 금속 핵연료를 사용할 수 있다. 국내 연구진이 금속 핵연료 제조 과정의 난제를 풀었다.
한국원자력연구원(이하 원자력연)은 SFR 금속 핵연료 제조 과정에서 생기는 용기와 핵물질의 이상 반응을 완벽히 차단하는 신소재를 개발했다고 16일 밝혔다.
SFR 금속 핵연료는 사용후핵연료에서 추출한 핵물질을 용기에 담아 고온에서 녹인 후 사출하는 방식으로 만든다. 현 공정에 따르면 약 20%의 핵물질이 사출 후 남는데, 이 물질이 식는 과정에서 용기와 만나 산화물 생성 반응을 일으킨다. 이 때문에 잔량을 재활용하려면 추가 처리가 필요하다.
박상규 원자력연 선진핵연료기술개발부 책임연구원 연구팀은 이트리아에 란탄계 원소를 첨가한 새 후보 물질을 만들었다. 이트리아는 용기와 핵물질 간 반응을 억제하는 물질이다. 연구팀은 이트리아와 산화네오디뮴을 일대일로 혼합하고 1600℃(도)에서 30분간 가열해 네오디뮴-이트륨 복합 산화물의 세라믹 신소재를 개발했다.
연구팀이 금속 핵연료 물질과 신소재를 실제 핵연료 제조공정과 동일한 1500도에서 10분간 가열하고 6시간 동안 냉각한 결과, 기존 나타나던 산화물 반응은 전혀 일어나지 않았다. 다만 약 10마이크로미터(㎛) 두께로 희토류 원소가 침투하는 현상이 나타났다. 연구팀은 "동일 조건에서 기존 상용 소재에 의해 약 150㎛ 두께의 반응층이 형성된 점과 비교하면 탁월한 수준"이라고 설명했다.
연구팀은 향후 신소재를 금속 핵연료 반응 방지 부품소재로 활용하는 동시에 열 차폐 코팅 신소재 등 다양한 기능성 소재로 활용할 수 있도록 기술을 고도화할 계획이다.
김준환 선진핵연료기술개발부장은 "금속 핵연료 제조공정의 효율성을 높여 사용후핵연료 재활용 기술의 타당성을 확보했다"며 "향후 원자력뿐만 아니라 다양한 산업에서도 활용할 수 있도록 노력하겠다"고 했다.
