레이저로 두꺼운 원전 설비 자른다

원자력硏 신재성·오승용 박사팀
'핵심설비 해체용 절단기술' 개발

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레이저로 두꺼운 원전 설비 자른다
원자력연이 개발한 '원전 해체용 레이저 절단기술'을 이용해 물 속에서 금속을 절단하는 실험을 하고 있다.6㎾급 레이저를 이용하면 물 속에서 최대 70㎜ 두께의 금속을 자를 수 있다.

원자력연 제공


부피가 크고 두께가 두꺼운 대형 원전설비를 안전하고 정확하게 자를 수 있는 레이저 기술을 국내 연구진이 개발, 향후 원전 해체 작업에 적용할 수 있을 전망이다.

한국원자력연구원은 신재성·오승용 박사 연구팀이 해외 기술에 비해 성능이 대폭 향상된 '원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술'을 개발했다고 9일 밝혔다.

원전 해체 작업은 커다란 원전 설비를 작게 잘라낸 후 제염을 통해 방사능 오염을 제거하고, 원래 환경으로 복원하는 절차를 밟는다. 원전의 주요 설비는 스테인리스 스틸, 탄소강 등 단단한 금속으로 이뤄져 있으며, 원자로 압력용기와 원자로 내부구조물 등의 핵심 설비는 두께가 보통 100㎜ 에서 최대 300㎜ 이상으로 두꺼워 절단이 쉽지 않다. 또한 고방사능 환경에서 절단 작업을 해야 하기 때문에 더욱 빠르고 안전한 기술이 요구된다.

기존에는 톱을 이용한 기계적 절단이나 열로 녹이는 열적 절단 등이 쓰였으나, 안전성과 기술성 측면에서 모두 한계가 있다. 연구팀은 개발한 기술은 레이저 빔을 강하게 쪼여 해체 대상을 녹이는 '레이저 절단 헤드'와 가스를 초음속으로 분사해 레이저로 녹은 용융물을 불어내 처리하는 '초음속 노즐'이다.

연구팀은 6㎾급 레이저를 이용해 공기 중에서 최대 100㎜, 물 속에서 최대 70㎜ 두께의 금속을 절단했다. 또 60㎜ 두께의 금속은 공기 중에서 분당 90㎜, 물 속에서는 분당 최고 60㎜ 속도로 절단했다. 이 속도는 프랑스, 일본 등 해외 선진기관이 개발하고 있는 기술과 비교해 4배 이상 뛰어넘는 수준이라는 게 연구팀의 설명이다.

특히 초음속 노즐은 물 속 공기층을 형성해 레이저 빔이 지나가는 길을 만들어 수중 절단에 매우 효과적이며, 레이저 출력을 10㎾급으로 높이면 물 속에서 최대 두께 100㎜의 금속을 절단할 수 있다.

신재성 원자력연 박사는 "해외 선진기술과 견줘도 성능에서 월등히 뛰어나다"며 "실용화 과정을 거쳐 실제 국내 원전해체 현장에 적용하는 한편 해외시장 진출을 목표로 연구를 지속하겠다"고 말했다.한편 이 연구는 과기정통부의 지원을 받아 수행됐으며, 관련 연구성과는 레이저 분야 국제 학술지 '옵틱스& 레이저 인 엔지니어링' 등 6개 저널에 실렸다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr

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