▲ 원자로 출력제어봉 관통관 노즐 부분에 인코넬690이 적용되고 있다.

한국원자력연구원(원장 박원석)이 원전 노즐에 사용되는 소재가 언제 부식되고 균열이 생길지 예측할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발해 안전성 향상에 기여할 전망이다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 우리나라 원전에서 최근 사용중인 소재, 인코넬690의 부식균열을 예측하는 기술을 개발했다고 최근 밝혔다.

인코넬(inconel)은 니켈에 크롬, 철, 티탄 등을 첨가해서 만드는 합금 소재로, 600℃에서도 신장, 인장강도 등 대부분의 특성이 변하지 않을 만큼 내열성이 뛰어나 원전, 원유 채굴장비, 해상장비 등 다양한 분야의 배관, 밸브 등에 사용하고 있다.

우리나라가 개발한 한국형원전 OPR1000에서는 초기에 원자로 출력제어봉의 관통관 노즐에 인코넬600을 사용했으나 안전성 강화를 위해 APR1400 등 원전에서는 인코넬600보다 크롬 함량이 2배 높아 더욱 안전한 인코넬690 소재를 적용 중이다.

인코넬690은 앞서 사용하던 인코넬600에 비해 부식균열 저항성이 우수하지만, 부식균열의 추이를 예측하는 수식은 따로 개발하지 않아, 기존 인코넬600의 예측식을 그대로 사용해왔다. 이 때문에 미국 등 각국에서는 경쟁적으로 인코넬690에 맞는 예측식 개발을 서두르고 있다.

원자력연구원 김성우 박사 연구팀은 이번 예측식 개발을 위해 300℃ 이상, 압력 150기압 이상의 원전 내부 환경에서 수 마이크론(머리카락 굵기의 1/100 수준)의 균열까지 실시간으로 측정할 수 있는 세계 최고 수준의 실증장비를 앞서 개발했다.

이 실증장비를 이용해 모은 데이터를 바탕으로 실제 원전 가동 환경에서 인코넬690의 응력부식균열 속도를 정확하게 예측할 수 있는 예측식을 세계 최초로 만들어내는데 성공했다. 이에 따라, 출력제어봉의 관통관 노즐 건전성에 대한 정확한 예측이 가능해져, 국내 가동원전 뿐 아니라 수출형 원전의 안전성을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.

현재 연구팀은 예측 정밀도를 높이기 위해 실제 사용된 자재를 대상으로 신뢰성을 검증하는 한편, 현장 적용을 위해 전력산업기술기준(KEPIC) 등 기술 표준화에 노력하고 있다.

연구원 박원석 원장은 “원자력연구원은 세계 최고 수준의 기술력을 바탕으로 국내 가동 원전의 안전성 향상을 위해 불철주야 노력하고 있다”며 “이번 성과가 해양, 우주, 국방 등 다른 사업분야에도 적용되길 기대한다”고 밝혔다.