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[기술속으로]한도희 원자력硏 부장, 'GEN IV '참여시 기술 확보 가능

"우라늄 부족과 방사능 폐기물 처리 문제를 '소듐냉각 고속로' 기술 개발로 해결할 수 있다. 이 때문에 GEN IV 공동연구 참여는 우리나라에 큰 이익이 될 것이다."한국의 GEN IV(제4세대 원자력시스템, Generation IV) 공동 연구 참여가 확정되면 차세대 원자력 시스템인 소듐냉각 고속로 개발에 큰 힘을 얻을 것으로 기대되고 있다.최근 보도에 따르면 우라늄 값이 3년 사이 4배나 급등했다고 한다. 이 증가 추세는 앞으로 계속될 것으로 예상돼 원자력발전 의존도가 높은 국내 실정상 큰 문제로 다가올 것으로 우려된다.또한 국내 산업 발전에 따라 증가하는 전력 소모량으로 발전에 소요되는 폐 연료 처리 문제도 국가적인 고민이 되고 있다.한국원자력연구소(소장 박창규)의 액체금속로 설계 기술 개발을 이끌고 있는 한도희 유체공학 연구부장은 '소듐냉각 고속로'가 이러한 문제점을 해결할 수 있는 최상의 방안이라고 주장했다.'소듐냉각 고속로'는 이미 세계적으로 1950년대부터 개발이 시작된 원자로다. 지금까지 500억불의 연구비용이 소요됐으며 약 300 원자로·년의 운전실적을 쌓은 기술이다.'소듐냉각 고속로'는 과연 어떤 원자로이며 국내에선 어느정도까지 기술개발이 이뤄지고 있는지 한도희 부장에게 들어봤다.우라늄 부족과 폐연료 처리 문제를 동시에 해결한도희 부장의 설명에 따르면 이 '소듐냉각 고속로'는 두 가지 큰 특징을 가지고 있다.

▲ '소듐냉각 고속로'의 증식과 연소 원리도ⓒ2006 HelloDD.com

첫째는 안정적인 에너지 공급을 들 수 있다. '소듐냉각 고속로'의 주요 핵분열물질은 'Pu-239'로 고속중성자에 의해 핵분열이 일어나는 경우, 기존 경수로에서와 같이 열중성자에 의한 'U-235' 핵분열반응에서 보다 더 많은 중성자가 발생된다.핵분열에 의해 발생된 여러 개의 중성자 중 한개는 다시 핵분열을 일으키는데 사용되고 나머지 여분의 중성자 중 일부가 천연우라늄의 99.3%를 차지하고 '소듐냉각 고속로' 핵연료의 60~80%를 차지하는 U-238에 포획되어 핵분열물질인 Pu-239로 변환된다. 즉 Pu-239의 증식이 가능하게 되는 것이다.한도희 부장은 이러한 특성을 이용할 경우 기존 경수로보다 핵연료 이용률이 최대 120배 이상 증가할 것으로 예상했다.또한 이 고속로는 필요에 따라 'Pu'와 'MA(minor actinide : Np, Am, Cm 등)'와 같은 반감기가 긴 핵종을 핵분열시켜 반감기가 짧은 핵종으로 변환시키거나 중성자포획 등에 의해 반감기가 긴 핵분열생성물질을 반감기가 짧거나 방사능이 없는 물질로 변환시키는 기능으로 활용할 수도 있다.간단히 말해 폐연료의 방사능 처리기간이 줄어들거나 아예 방사능이 없는 물질로 변환시킬 수 있다는 뜻이다.한 부장은 "이 기술을 이용하게 되면 영구 처분해야 할 고준위폐기물의 양을 기존 경수로에 비해 1/100로 줄일 수 있게 된다"고 밝혔다.선진국은 이미 오랫동안 기술 개발 진행이 같은 장점이 있는 원자로이기 때문에 세계 여러 국가가 오랫동안 막대한 자금을 들여 기술 개발에 힘을 쓰고 있다.하지만 아직까지 세계 어느 나라도 이 소듐냉각 고속로를 상업화에 사용할 정도로 만들어 내지 못하고 있는 실정이다."일각에선 '선진국에서도 포기한 기술'이라고 말하기도 하지만 실정을 보면 절대 그렇지 않다"는 것이 한 부장의 설명이다.

▲'소듐냉각 고속로' 개념도ⓒ2006 HelloDD.com

미국은 올 초 세계원자력파트너십(GNEP: Global Nuclear Energy)를 주창하고 원자력 이용확대를 통해 화석연료 의존도를 줄인다는 정책의 일환으로 '소듐냉각 고속로'에 관심을 보이고 있다.또한 프랑스는 2020년경에 제4세대 고속 원형로를 자국에 건설하겠다고 대통령이 직접 밝혔으며 일본도 2030년경에 '소듐냉각 실증로'를 가동하겠다는 계획을 발표했다. 중국 역시 올 초 발표한 과학기술진흥계획의 최우선에 '소듐냉각 원자로'를 둘 정도로 이 기술에 대한 세계적 관심사가 높아지고 있다.이러한 세계적 공통 관심사는 결국 국제공동연구를 탄생시켰으며 그 것이 바로 GEN IV다.한국 액체금속로 연구는 이미 세계 수준한국도 이미 KALIMER(Korea Advanced Liquid Metal Reactor) 개발을 통해 이 분야 연구에 착수하고 있다.한도희 부장의 설명에 따르면 국내에선 액체금속로 연구를 1972년부터 해오고 있었다. 이렇게 이어온 연구는 한 부장이 93년부터 약 2년간 미국의 GE사에서 배워온 기술들을 토대로 150MWe 출력의 KALIMER-150 설계에 착수하면서 체계를 갖추기 시작한다.액체금속로는 현재 독자적 기술로 600MWw 출력규모의 KALIMER-600 개념설계를 완성시키는 수준까지 이르렀다.

▲원자력연에서 개념 설계를 마친 KALIMERⓒ2006 HelloDD.com

이 KALIMER-600 개념설계의 우수성은 GEN IV를 통해 검증됐다. 한국의 KALIMER-600이 일본의 JSFR과 미국의 SMFR과 더불어 GEN IV의 참조노형으로 선정된 것이다.GEN IV는 미국, 일본, 프랑스, 영국, EU가 함께 참여하는 제4세대 원자로 국제공동연구 사업으로 한국의 개념설계가 참조노형으로 선정됐다는 것은 그만큼 한국의 기술이 세계 수준으로 성장했다는 것을 시사해 주는 것이다.한 부장은 "한국은 '소듐냉각 고속로'에 대한 기초 실력은 갖춰져 있는 상태"라며 "이제는 개념설계를 뛰어넘어 실제 검증단계를 거치는 것에 주력해야 할 시기"라고 말했다.GEN IV 참여로 '소듐냉각 고속로' 분야 국내 기술 확보 '청신호'한 부장은 한국이 GEN IV에 참여하게 되면 "그간 개념설계에만 그쳐야 했던 국내 연구 환경을 벗어 날 수 있는 좋은 기회"라고 전했다.그동안 국내에서 '소듐냉각 고속로'를 개발하는 데는 기술적인 문제보다 외적인 제약이 큰 걸림돌이었다는 것이다.한국은 노태우 전 대통령이 재임 당시 국내에 핵 재처리 시설을 절대 설치하지 않겠다는 선언을 공표 했다. 이에 따라 사용연료를 재순환 시키는 형식의 소듐냉각 고속로를 국내에 자체 설치하는 것이 불가능했다.또한 아직까지 국내에는 핵연료를 사용 후 처리하는 정책이 전혀 없어 폐연료에 대한 연구개발이 이뤄지지 못하고 저장만 하고 있는 상태다.

▲원자력연의 소듐 열효율 실험장치ⓒ2006 HelloDD.com

이러한 제약들로 인해 개념설계에만 그쳐야 했던 실정을 GEN IV 참여로 인해 돌파해 낼 수 있는 것이다.한 부장은 "국제공동연구를 통해 국내에서 할 수 없었던 연구를 세계 속에서 맘껏 펼칠 수 있는 계기가 되는 것이다"고 밝혔다.또한 한국은 GEN IV라는 국제공동연구를 통해 기반 기술을 보유할 수 있게 돼 미래 원자력 에너지 사업을 이끌어 나가는 입장에 설 수 있다는 것도 한 부장의 설명이다.한편 한 부장은 ''소듐냉각 고속로' 기술은 개발 된 후에 기술을 도입해도 되는 것 아니냐'는 일각의 의견에 '불가능한 일'이라고 못 박았다.그는 "지금껏 개발이 진행된 기간이나 연구비를 볼 때 기술 도입에는 상상을 초월하는 금액이 필요할 것"이라 말하며 이 분야의 국내 기술 보유는 미래를 위해 꼭 필요함을 강조했다.

<대덕넷 김상현기자>nakedoll@hellodd.com