원자력연, 펄스-역전류 전해도금방식 적용
전류방향 빠르게 바꿔 순수 크롬 코팅층 구현
전류방향 빠르게 바꿔 순수 크롬 코팅층 구현
한국원자력연구원은 여승환 박사 연구팀이 SFR 핵연료 피복관 내부를 불순물 없이 크롬으로 균일하게 코팅해 핵연료와 피복관의 화학반응을 완벽히 차단한 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
SFR은 고속 중성자를 이용해 핵분열을 일으키고, 이때 발생하는 열을 액체 나트륨(소듐)으로 냉각시켜 전기를 생산한다. 차세대 원자로 중 기술 완성도가 가장 높고, 기존 원자로보다 핵폐기물 용량이 40％가량 적어 4세대 원자로로 주목받고 있다. 빌 게이츠의 테라파워가 개발하고 있는 나트튬 원자로도 SFR에 속한다.
SFR의 금속핵연료와 피복관은 화학적 상호작용으로 열화현상이 일어나 손상될 수 있다. 이를 막기 위해 크롬이 포함된 수용액을 피복관 내부에 넣고 전기분해 방식으로 피복관에 코팅층을 만든다.
하지만 기존 크롬 코팅에 활용하는 직류나 펄스 전해도금 방식은 한 방향으로만 전류가 흘러 물이 분해되면서 발생한 수소나 불순물이 코팅층의 균일성을 떨어뜨려 균열과 화학적 반응을 유발하는 한계가 있다.
연구팀은 전류 방향을 초당 100회 이상의 속도로 반복·변경하는 펄스-역전류 전해도금 방식으로 55℃에서 30분간 피복관 내부를 크롬으로 코팅함으로써, 20마이크로미터 두께로 균일한 크롬 코팅층을 만드는 데 성공했다. 기존 방식보다 코팅층 두께 오차를 3분의 1로 줄인 것이다.
크롬 코팅층의 성능도 우수해 650도에서 25시간에서 화학적 상호작용이 전혀 일어나지 않아 비상 상황에서도 핵연료 누출을 막을 수 있음을 확인했다. 또한 피복관뿐 아니라 소구경 튜브에 모두 적용할 수 있어 다른 산업 설비와 부품 제작에도 활용할 수 있다.
김준환 원자력연 선진핵연료기술개발부장은 "단일 도금 공정으로 피복관을 완벽하게 보호할 수 있어 경제성이 좋다"며 "향후 SFR 원자로 소재 제작기술의 핵심 기술로 쓰일 수 있도록 관련 기업에 기술이전을 추진하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '핵재료 저널(지난해 12월)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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