원자력연, 산화 메커니즘 첫 규명
산화 부식 및 중대사고 연구에 활용
산화 부식 및 중대사고 연구에 활용
원자력연 제공
한국원자력연구원은 임상호 박사와 윤영상 영남대 교수 연구팀이 공동으로 핵연료 피복관의 산화 메커니즘을 규명했다고 1일 밝혔다.
핵연료 피복관은 우라늄 핵연료를 감싸 방사성물질이 외부로 나오지 못하도록 하는 핵심 부품이다. 이 때문에 부식에 강한 지르코늄 합금이 핵연료를 안전하게 둘러싼 형태로 만들어진다.
하지만 원전의 고온과 고압 냉각수와 항상 노출돼 있어 필연적으로 산화가 발생한다. 피복관 산화는 원전 안전성을 위협하고 핵연료 성능을 떨어 뜨려 설계단계부터 부식을 막는 설계 기술이 중요하다.
연구팀은 국내 가압경수로를 포함해 세계적으로 널리 쓰이는 3세대 개량 핵연료 피복관인 'ZIRLO(절로) 피복관'에 대한 수중 산화반응을 실험한 결과, 실온에서 물을 흡착하는 피복관 표면이 산화를 거치면 지르코늄 금속 비율이 46.4%에서 43.1%로 줄어든 것을 확인했다. 산화로 인해 지르코늄 산화물이 생성됐음을 의미한 것이다.
하지만, 피복관을 고온으로 달구면, 지르코늄 산화물이 분해되면서 다량의 물이 빠져 나가, 피복관 표면이 다시 금속으로 변하는 현상을 포항공대의 '원형 방사광가속기'를 활용해 확인했다. 이 같은 연구결과는 고온 환경에 노출돼 있는 핵연료 피복관의 산화 부식 해석과 중대사고 예방을 위한 연구에 널리 활용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
임상호 원자력연 박사는 "이번 연구는 핵연료 피복관의 안전성과 성능을 향상시켜 안전한 원전을 구현하는 데 기여할 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 네이처 자매지 '사이언티픽 리포트(4월호)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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