원자력/우주항공

중국 원자력발전소용 핵연료봉 핵심소재 개발에 성공

발행일 : 2014 / 04 / 08

2014년 4월 2일 중국광핵그룹(中国广核集团)은 원자력발전소용 연료봉에 필수적으로 사용되는 핵심소재인 지르코늄합금 시제작에 성공하였고 핵연료 성능분석 소프트웨어 시험버전을 출시하였다고 밝혔다.

원자력발전소의 원료는 우라늄으로 원기둥모양의 이산화우라늄 세라믹 펠릿(pellets)으로 소결한 다음 지르코늄합금으로 만든 피복관에 적층 조립하여 하나의 가늘고 긴 연료봉을 만들며, 다시 이 연료봉을 일정한 규칙에 따라 하나씩 연료부품으로 조립하여 원자력발전소에서 사용한다. 원자력발전소 반응로의 노심에는 이러한 핵연료부품이 100여개 조립되어 있는데 총 무게가 수십톤에 달한다. 지르코늄합금은 지르코늄을 기본 원료로 기타 원소를 첨가하여 합성한 비철합금이다. 핵연료부품 성능에 대한 요구가 높아지면서 양호한 역학성능, 내부식성능과 방사성능을 지닌 고성능 지르코늄합금의 개발은 원전 선진국의 주요 연구방향이 되었다. 고성능 지르코늄합금은 고온고압수와 증기 환경에서 양호한 내부식성능과 적합한 역학성능, 비교적 낮은 원자열 중성자 흡수 단면적을 지니며 핵연료에 대해 양호한 호환성을 갖춰야만 수냉식 원자로의 노심 구조재료(연료피복, 압력 파이브, 지보와 관로)로 사용할 수 있는데, 이것이 지르코늄 합금의 주요 용도에 속한다.

핵연료부품은 원자력발전소의 핵심부품으로 원자력발전소를 위해 열공급을 하는 동시에 핵누출을 방지하는 방호벽 역할을 하며, 발전소의 안전성, 신빙성과 경제성에 직접적인 영향을 미친다. 현재 중국의 대형 상용화된 원자력발전설비의 연료부품 설계와 제조기술은 주로 해외에서 수입한 것이다. 중국의 핵연료 공급의 안전성을 확보하고 연료부품의 핵심기술이 해외의 제약을 받던 국면에서 탈피하기 위해 2009년부터 중국광핵그룹은 핵연료연구개발센터를 설립하였고 국가에너지국에 의해 “국가에너지선진핵연료부품연구개발(실험)센터”로 지정되었으며, 국가원자력발전개발프로젝트 “압수로 연료부품 설계제조기술”의 개발에 착수하였다.

중국광핵그룹은 5년만에 8억 위안의 경비를 투입해 국제선두수준의 핵연료성능분석기반, 반응로 물리 열기술 계산분석기반, 연료부품 열기술 종합시험장치, 수력성능종합시험장치, 역학종합시험장치 등 연구개발시설을 갖추었고 국내외 핵연료분야 전문가와 기술자들로 핵연료연구개발팀을 구성했다. 현재 중국광핵그룹이 자체 개발한 제품으로는 8인치, 12인치, 14인치 규격의 연료부품, 고성능 지르코늄합금, 핵연료성능분석 소프트웨어패키지 등이 있으며, 이와 동시에 차세대 사고 허용(fault-tolerant) 연료에 대한 연구를 추진하고 있다.

이러한 연구개발성과는 중국의 제3세대 원자력발전기술을 이용한 “화룽일호(華龍一號)” 건설과 운영의 수요를 충족시킬 수 있으며, 향후 중국 내에서 운행 중이거나 건설 중인 원자력발전설비의 고도화와 “중국 노심”의 세대교체를 위해 보다 많은 제품 선택의 여지를 제공할 것이며, 중국 내 원자력발전설비의 안정적인 운행을 위해 기반역할을 할 것이다.