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원전 안전 위협하는 부품 부식·균열 예측 기술 나왔다

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원전 안전 위협하는 부품 부식·균열 예측 기술 나왔다

2019.07.02 13:53
김성우 한국원자력연구원 책임연구원(왼쪽) 연구팀은 원전에서 사용 중인 소재 ′인코넬690′의 부식균열을 예측하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 연구팀이 실증장비를 통해 부식균열 데이터를 모으고 있다. 한국원자력연구원 제공
김성우 한국원자력연구원 책임연구원(왼쪽) 연구팀은 원전에서 사용 중인 소재 '인코넬690'의 부식균열을 예측하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 연구팀이 실증장비를 통해 부식균열 데이터를 모으고 있다. 한국원자력연구원 제공

원전에 사용하는 부품은 균열이 나는 순간 안전에 심대한 위협을 끼친다. 원전을 안전하게 운영하려면 부품의 부식과 균열을 예측해 미리 교환해야 한다. 국내 연구진이 한국형 원전에도 들어가는 원전 소재의 부식균열을 예측하는 수명을 미리 파악하는 기술을 세계 최초로 개발했다.

 

김성우 원자력연구원 책임연구원 연구팀은 한국형 차세대 원전 APR1400을 비롯한 한국 원전에서 사용 중인 소재 ‘인코넬690’의 부식균열을 예측하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.

 

인코넬은 니켈에 크롬과 철, 티타늄을 첨가해 만드는 합금 소재다. 600도의 고온에서도 재료가 늘어나는 비율이나 잡아당김을 견디는 능력이 변하지 않는 내열성이 뛰어난 소재다. 원전이나 원유 채굴장비, 해상장비 등 다양한 분야에서 배관이나 밸브를 만드는 데 쓰인다. 원전에서는 원자로의 출력을 제어하는 제어봉을 잡아주는 관통관 노즐 재료로 쓰인다.

 

한국표준형원전 OPR1000과 APR1400에도 인코넬이 쓰인다. OPR1000에는 인코넬 600을 쓰다가 안전성 강화를 위해 인코넬 600보다 크롬 함량이 2배 높은 인코넬 690으로 소재를 바꿨다. 신고리 3, 4호기에 적용하고 UAE에도 수출한 APR1400에도 인코넬 690이 쓰인다.

 

인코넬690은 인코넬600에 비해 부식균열에 저항성이 강하다. 부식균열은 외부에서 받는 힘 때문에 부식이 빠르게 발생하는 것을 뜻한다. 하지만 인코넬690은 부식균열의 추이를 예측하는 수식이 따로 없어 기존 인코넬600의 예측식을 그대로 써 예측이 정확하지 않았다. 이 때문에 미국 등 원전기술을 가진 국가에서는 인코넬690에 맞는 예측식을 개발하기 위해 노력해 왔다.

 

인코넬690은 한국형 원전의 출력제어봉 관통관 노즐에 쓰인다. 한국원자력연구원 제공
인코넬690은 한국형 원전의 출력제어봉 관통관 노즐에 쓰인다. 한국원자력연구원 제공

연구팀은 예측식을 개발하기 위해 300도, 150기압 이상의 원전 내부 환경에서 수 마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 균열까지 실시간으로 측정하는 실증장비를 개발했다. 이 장비로 모은 데이터를 바탕으로 실제 원전 가동 환경에서 인코넬690의 부식균열 속도를 정확하게 예측할 수 있는 예측식을 세계 최초로 만들었다.

 

예측식으로 인해 출력제어봉의 관통관 노즐의 상태에 대한 정확한 예측이 가능해져 원전 안전성을 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 연구팀은 예측 정밀도를 높이기 위해 실제 쓰인 자재를 대상으로 신뢰성을 검증하고 있다. 현장 적용을 위해 전력산업기술기준(KEPIC) 인증 등 기술 표준화도 진행할 예정이다.

 

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

 

연구결과는 ‘한국원자력학회 원자력학회지’ 7월호에 실렸다.

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