원자력 부문은 국내 발전원 중 기저부하를 담당하는 원자력발전소의 설계, 운영, 안정성확보 등에 관련된 기술을 개발하는 분야이다.
원자력은 전체 1차 에너지의 6.9%, 전력생산량의 17%(우리나라의 경우 약 40%)를 담당하고 있다. 원자력발전은 1980년대부터 일부국가를 제외하고는 침체기에 있으나 유가상승, 환경규제 등으로 부활기미를 보이고 있으며 원전수거물 처리, 안전성 제고, 방사성폐기물 발생량 최소화 등의 문제가 계속 제기되고 있다.
2025년까지 이러한 현안을 해결할 수 있는 신개념의 원자로기술이 반드시 상용화돼야 하나 원자력분야 연구개발은 주로 설비유지보수, 현 원자로의 성능향상 위주로 이루어지고 있다. 원자력 부문은 안전성과 경제성을 겸비한 가스냉각원자로, 해수담수용 일체형 원자로(SMART) 개발이 본격화될 전망이다.

비파괴검사 기술 확보로 계통·기기분야 안전평가
방사선 피폭량 최소화로 원전 막연한 불안감 불식

■ 원자력 부문

원자력부문의 기술을 분야별로 나누면 원자로와 보일러 및 부속 설비를 연구하는 계통 및 기기분야, 원전의 운전과 연료에서 발생하는 방사선을 연구하는 방사선분야, 화재나 출력 증강 시 등 유사시 원전의 안전도에 대한 연구를 하는 안전평가 분야, 원전의 부가적인 운영기술인 원전운영분야 등으로 나눌 수 있다.

분야별로 세부내용으로는 계통 및 기기분야 중 가장 우선시되는 확보대상기술은 비파괴검사기술이라 할 수 있다.

비파괴검사 기술은 발전설비 중 고온·고압에서 많은 스트레스를 받는 설비의 금속부위 중 내부 파손 및 열화정도를 초음파 등으로 검사하는 기술이다. 원전뿐 아니라 다른 석탄화력 발전소에도 많이 필요한 기술이다. 또한 이종금속간의 접합개소에 대한 시험기술 등과 증기발생기 전열관의 비파괴검사기술도 매우 중요한 분야이다.

이외에 기기의 성능을 진단하고 마모에 의한 손상정도를 해석하는 기술과 응력 및 균열여부를 해석하는 기술도 중요한 기술이다. 노심설계 및 운전분석 기술은 원전의 핵심설비인 원자로의 운전과 상태를 감시하고 보호하는 기술을 개발하는 것으로 노심해석, 원자로 물리해석, 노심보호감시기술 등으로 구성돼 있다.

방사선 분야의 기술은 방사선량을 측정, 평가하고 방사선 피폭량을 저감하는 기술을 개발하는 것과 방사선이 환경에 미치는 영향을 평가하는 기술, 삼중수소를 안전하게 운용하기 위한 동위원소 응용기술 등으로 구성돼 있다. 원전의 근거 없는 부정적인 이미지를 불식 시킬 수 있는 중요한 기술이다.

안전평가 분야의 기술은 원전의 운영 중 발생할 수 있는 여러 상황을 가정, 안전하게 원전을 운전하는 기술을 개발하는 것으로 중수로의 안전도를 해석하고 성능을 향상시키는 기술, 냉각재 상실시 발생하는 현상에 대한 검증작업, 운전성능을 향상시키기 위해 최적평가방법론을 적용하는 것 등이다.

화재위험도 기술은 원전에 화재가 발생 했을 때를 가정한 경우 원전의 안전유지를 확보하기 위해 기술을 개발하는 것이며 원전출력 및 여유도 향상기술은 기존 원전의 출력을 향상시키고 그에 따른 안전도를 증진시키기 위한 기술개발내용이다.

원전운영분야는 원전 1, 2차 계통의 열효율을 향상시켜 터빈의 출력을 높이는 기술이다. 주요기기의 열성능해석, 열성능 감시 및 진단, 출력위한 용량평가 기술 등이다.

리스크 정보를 활용한 원전운영기술은 확률론적 안전성평가 및 신뢰도 분석을 통해 도출되는 리스크 정보를 이용, 기존 규제의 최적화에 활용하는 것으로 PSA 품질향상기술, 디지털설비 신뢰도 평가기술, 리스크정보 안전해석 기술 등이 있다.

수화학 진단 및 평가기술은 고온·고압 하에서 계통재질의 부식에 따른 진단과 화학적 부식방지를 위한 기술개발 등이 포함된다.

원전운전 공학기술은 원전 작업자의 생리적, 심리적, 신체적 특성과 한계를 파악, 원전운영에 장애가 될 수 있는 요인을 분석하고 작업자와 시스템간의 최적화를 통해 발전소의 정상, 비정상 및 사고 시 원전계통의 특성과 문제점을 분석하고 개선하는 기술이다.

차세대원자로 개발은 두 가지의 기술을 확보대상기술로 선정했다. 초고온가스냉각원자로 기술과 해수담수용 일체형 원자로(SMART) 기술이며 초고온가스냉각원자로는 기존 원전에 비해 경제성과 안전성이 크게 향상된 기술로 연료는 초열탄소막으로 피복한 TRISO 핵연료이고 냉각재는 중성자단면적이 아주 작은 헬륨을 사용하고 900∼950℃의 고온에서 운전하는 고효율 발전과 수소생산이 가능한 발전기술이다.

미국과 선진국에서도 제4세대 원자로개발을 추진 중이며 우리나라도 과학기술부 주관으로 참여중이다.

해수담수용 일체형 원자로 기술은 원자로 압력용기 안에 모든 주요기기가 들어있는 설비로 설계의 단순화, 피동개념 등이 적용된 안전요건 적용기술로 기존의 원자력발전 외에 난방, 담수화, 수송수단의 동력원 등으로 활용도가 넓은 기술이다.

현재까지는 주로 일부 선진국에서 군사적 용도로만 생산돼 운영되고 있으나 원전의 안전성이 증대되면서 상업용으로 활용전망이 밝은 기술 분야이다. 한전은 과기부의 SMART 원자로 개발과 사업화계획에 참여하여 건설과 실증기술을 확보할 계획이다.

<자료제공 : 한전 기술기획실>