원자력연, 연세대 연구진과 공동연구
'우라늄과 지르코늄 합성 산화물' 이용해 성공

임 박사팀이 라만분광법을 통해 발견한 우라늄-지르코늄 산화물 내 특정 구조(오른쪽 하단).<사진-한국원자력연구원>
임 박사팀이 라만분광법을 통해 발견한 우라늄-지르코늄 산화물 내 특정 구조(오른쪽 하단).<사진-한국원자력연구원>
후쿠시마 폐로 원전 등 안전한 원전 해체가 주목되는 가운데 국내 연구진이 폐 원자로 속 비밀을 풀어내 관심이 모아지고 있다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 방사화학연구실의 임상호 박사와 이정묵 박사 연구팀이  한병찬 연세대학교 교수님과 공동으로 '우라늄과 지르코늄 합성 산화물을 이용해 폐 원자로 속 금속 용융물의 특정 구조 규명'에 성공했다고 30일 밝혔다.

원전은 우라늄을 연료로 사용하는데 지르코늄 튜브 내부에 우라늄 핵연료를 넣어서 연소시키는 구조다. 지르코늄 튜브가 방사성 물질이 외부로 나오는 것을 막아주는 1차적인 방호벽 역할을 한다.

원전 가동시 발생하는 고온으로 원자로를 구성하는 핵연료와 피복관, 금속 구조재 간 녹아서 섞이는 용융현상이 발생한다. 수명이 다한 원자로 내벽에는 금속 용융물이 남게 된다. 때문에 원자로 해체에 앞서 이들 금속 용융물의 특성을 정확히 파악할 수 있어야 안전한 해체가 가능하다.

연구팀은 용융물 구조를 라만 분광법을 이용해 규명했다. 이는 빛이 사물을 통과하는 과정에서 빛의 일부가 정상적인 진행 방향에서 이탈해 다른 방향으로 진행하는 '라만 산란 현상' 원리를 이용한다.

연구진은 레이저를 물질 구성 분자에 쏜 후 산란된 빛의 진동 영역을 측정해 분자의 세부 구조를 처음으로 확인했다. 그 결과 우라늄-지르코늄 산화물은 지르코늄 원자 1개당 8개의 산소원자가 결합된 구조적 특성을 갖는 것으로 확인됐다. 연세대학교는 후속 연구로 이를 규명했다.

이번 성과로 폐 원자로의 유해성 정보를 정확히 제공해 줄 전망이다. 무엇보다 중대사고 원전의 원자로 속 환경을 아는데 귀중한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

임상호 박사는 "그동안 중대사고 원자로에 생성되는 용융물에 대한 기초 정보가 부족한 가운데 이번 연구를 통해 전 세계적으로 후속 조치를 논의 중인 후쿠시마 원전을 비롯한 중대사고 원자로 용융물 정보를 획득하는 전기를 마련하게 됐다"고 연구의의를 설명했다.

연구성과는 인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치(International Journal of Energy Research) 6월 25일자 43권 8호 표지논문으로 게재됐다.(교신저자 : 임상호 박사(원자력연), 한병찬 교수(연세대) 공동 제 1저자 : 이정묵 박사(원자력연), 권초아 박사과정생(연세대))

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