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975 검색 결과: 원자력

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원자력 발전소 긴급구조 로봇 핵심 기술 파악

최근, 상하이(上海)교통대학 교수 가오펑(高峰)이 담당한 중국 국가중점기초연구발전계획(973계획) “원자력 발전소 긴급구조 로봇의 기초 과학 문제” 프로젝트에서 원자력 발전소 긴급구조 로봇 “기능-형태-구조” 혁신설계 요구에 근거하여 3대 26종 GF 과구속 서브그룹을 구축한 후 3대 8종 실용 보행 로봇 GF 서브그룹를 선발하여 원자력 발전소 긴급구조 로봇 전체 형태 설계 방안을 형성하였다. 또한 이를 기반으로 기계-유압 결합 원리를 제안하였고 모터-유합 복합 구동 기술을 형성하였으며 내오염 능력이 강할 뿐만 아니라 출력밀도가 높은 새로운 모터-유압 복합 드라이버(Driver)를 발명하였고 소방구조, 민첩한 조작, 과부하 운송, 민첩한 탐측 등 기능을 보유한 8종 원자력 발전소 긴급구조 로봇을 개발하였다.

중국에서 구축한 원전 설비 용량은 세계 앞자리를 차지한다. 원전 안전 문제는 세계 관심사로 떠오르고 있는 중대한 문제이다. 원자력 발전소 건설, 사용 과정에서의 안전을 확보하고 원자력 발전소 긴급구조 능력을 향상시키기 위해 원자력 발전소 긴급구조 장비의 개발은 시급한 문제로 나서고 있다. 원자력 발전소 긴급구조 로봇은 원자력 발전소 긴급구조 분야의 최우선 선택이다. 하지만 긴급구조 로봇 설계에서 과부하 운전 및 작은 공간에서의 민첩한 운동, 다자유도 중복 구동으로 인한 장치 및 구조의 과구속 충돌 등 문제로 개발 어려움을 겪고 있다.

해당 프로젝트를 통하여 중국은 핵심 기술을 파악함으로서 원자력 발전소 긴급구조 로봇 설계 핵심 기술 능력을 구현하여 자체 지식재산권을 보유한 원자력 발전소 긴급구조 장비 개발에 과학적 도구를 제공하였다.

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中, 우주 원자력 연구 수행

최근, 중국항공우주과학기술그룹 제6연구원은 중국의 원자력 관련 연구 설계 기관과 공동으로 우주 원자력 방안 논증 및 핵심기술 연구를 수행하고 있으며 향후 열핵반응, 원자력발전 등 다양한 방안을 마련하여 우주 임무의 적응성을 확장할 예정이다.

열핵반응 추진은 비추력(단위 추진제에서 생성되는 추진력)이 높고 추진력이 크며 작동 수명이 긴 등 장점을 보유하고 있으며 현재 인간의 기술 수준이 예측할 수 있는 차세대 우주 추진 시스템일 뿐만 아니라 유인 심우주 탐사 등 대규모 심우주 탐사 임무의 이상적인 동력이다.

중국이 발표한 “2017~2045년 우주 수송 시스템 발전 로드맵”에서는 2040년쯤에 원자력 우주왕복선을 개발할 계획을 확정하였다.

현재 사용하고 있는 액체 로켓 엔진은 화학추진에 속하기에 비추력은 추진제화학에너지의 제한을 받으므로 향후 유인 화성 탐사 및 대형 행성 간 화물 수송 등 임무 요구에 적응되기 어렵다.

핵열 로켓 엔진은 수소를 추진제로 하고 100MW 이상의 원자로를 이용하여 수소를 초고온으로 가열하기에 비추력은 수소·산소엔진의 2배 이상에 도달할 수 있고 추진력은 이론적으로 100톤급에 도달할 수 있다. 그러므로 현재 지구에서 화성에 도착하려면 약 8개월 걸리지만 대추력 원자력 우주선을 사용하면 비행시간을 1개월 반으로 줄일 수 있다.

하지만 우주 원자력 기술은 어려움이 아주 크다. 미국, 구소련에서 20세기 50년대에 시스템 방안, 핵심 기술 및 프로토타입 연구를 수행하였지만 테스트 검증 조건, 핵안전 및 방호 등 어려움으로 지금까지 실용적인 성과를 거두지 못했다. 원자력 시스템은 규모 및 중량이 크고 보조 시설이 복잡하기에 우주에 이용하려면 여러 방면의 조건이 모두 제한을 받는다. 또한 원자력을 유인우주선에 이용하려면 복사방지 기술을 파악하여야 하는데 그 원인은 해당 복사가 우주비행사에게 미치는 영향이 매일 X선 검사를 8차 받는 것과 같기 때문이다.

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세계 최대 구경 원자력발전소 방폭 밸브 구동 장치 개발

최근, 중국공정물리연구원 화공재료연구소에서 자체로 개발한 세계 최대 구경-450mm 방폭 밸브(explosion valve)가 열상태 개방 밸브 테스트에 통과되었다. 이는 CAP 시리즈 3세대 원자력발전소용 방폭 밸브가 모두 검증에 통과되었음을 의미한다.

방폭 밸브는 3세대 가압수형 원자력발전소 특유의 안전장치이며 중국에서 자체로 개발한 CAP 시리즈 원자력발전소에서 난이도가 아주 높은 핵심 기술이다. 해당 밸브는 원자력발전소 중대사고 발생시 밸브 개방으로 방폭 밸브를 작동시켜 고압 기체를 생성하여 밸브를 구동시킨다. 이를 통하여 비능동적인 압력 방출을 구현하며 최종적으로 원자로에 냉각수를 주입함과 아울러 원자로 코어를 냉각시켜 효과적으로 중대사고 발생을 완화시키고 예방하여 원자력발전소의 안전을 확보한다.

방폭 밸브는 작약통 구동 장치 및 밸브 개폐기 2개 부분으로 구성된다. 이번에 진행한 열상태 개방 밸브 테스트는 방폭 밸브의 신뢰성을 검증하는 핵심 단계로서 관로 내부에 고온 수증기 압력이 존재하는 실제 상황 조건에서 방폭 밸브의 작약통 구동 장치에 대한 정상적인 작용 및 밸브 개방 기능을 검증하는 테스트이다.

화공재료연구소에서는 6년 시간을 들여 자체 지식 재산권을 보유한 작약통 구동 장치를 개발하였다. 개발 과정에서 폭발약 분야의 핵심 기술을 축적하였고 폭발약 선택 및 검증 과정에서 새로운 경로를 사용하였으며 방폭 밸브 본체와 구동 장치 구조 및 파라미터 매칭 설계 면에서 시뮬레이션 계산, 자체 설계 등을 통하여 많은 혁신을 진행하였다. 또한 다롄(大連)다가오(大高)밸브주식유한회사, 상하이원자력공학연구원 등 기관과 공동으로 방폭 밸브 원리 프로토타입 연구, 공학적 프로토타입 설계 등 다양한 기술을 파악하여 자체 지식 재산권을 보유한 원자력발전소 방폭 밸브 전체 기술을 확보하였다.

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원자력 발전 기술 분야에서의 4대 획기적 성과

2017년 10월 31일 베이징에서 진행된 중국 국가에너지국의 기자회견에 의하면, 중국은 “대형 첨단 가압수형 원자로 원자력 발전소 및 고온가스냉각 원자로 원자력 발전소” 국가 과학기술 중대 특별 프로젝트 실행 10년간 이미 입안한 프로젝트가 201건이고 중앙재정지원 자금은 130.33억 위안(약 2.2조 한화)에 달하며 3세대 패시스(Passive) 원자력 발전 기술을 전면적으로 파악함과 아울러 4세대 특징을 보유한 고온가스 냉각 원자로 기술, 핵심 설비 제조, 기초 재료 제조, 원자력 발전 범용기술 개발 등 4개 측면에서 획기적인 성과를 거두었다.

4대 성과에는 주로 다음과 같은 내용이 포함된다.

(1) 세계 첨단 패시브 설계 기술을 파악하였으며 또한 CAP1400 및 “화룽(華龍) 1호” 설계 과정에 성공적으로 응용하여 원자력 발전소의 안정성을 대폭 향상시켰다. 그리고 고온가스 냉각 원자로 기반의 4세대 특징을 보유한 원자력 발전 기술 분야에서 일련의 기술, 설비의 어려움을 극복하고 산업화 응용에서 세계 앞자리를 차지하였다.

(2) 3세대 원자력 발전소 압력용기, 증기 발생기, 주관로 등 일련의 설비 국산화를 실현하였고 캔드 모터 메인 펌프, 디지털 계기 제어 시스템, 블라스팅 밸브(Blasting valve) 등 핵심 설비는 프로토타입 제조를 완성하였으며 고온원자로 제어봉 구동 장치, 연료 주입 및 배출 시스템 등은 이미 제품 공급을 구현하여 연간 6~8대의 원자력 발전 설비 제조 능력을 확보함으로써 3세대 원자력 발전 종합 국산화율을 2008년의 30%로부터 현재 85%이상으로 향상시켰다.

(3) 초대형 단조품, 690 합금 파이프, 압력용기 밀봉부품, 원자력 발전 등급 지르코늄 재료 등 핵심 재료 가공 제조 기술을 파악하였으며 고온원자로 연료 소자는 이미 산업화 생산 단계에 진입하였다. 원자력 발전 등급 용접 재료의 개발 성공은 중국에서 원자력 발전 용접 재료를 장기적으로 수입하던 국면을 개변시켰으며 최초로 지르코늄 스펀지에서 완제품 파이프, 플레이트, 봉, 스트립 재료를 생산하는 완정한 생산라인을 구축하였다. 그리고 기초 재료 개발에서도 아주 큰 성과를 거두었다.

(4) 원자로 노심 및 안전 분석 핵심 기술 연구, 중대사고 메커니즘 및 현상학 연구, 원자력 발전소 핵심 재료 성능 연구 등 범용기술 측면에서 심층적 연구를 진행하여 세계 첨단 대형 받침대 및 테스트 시설을 구축하여 새로운 타입의 원자력 발전기형 설계, 원자력 발전 혁신적 개발 능력을 지속적으로 향상시키는데 보장을 제공하였다.