원자력연, 핵연료피복관용 첨단 신소재 튜브 개발

한국원자력연구원(원장 하재주)이 원자력, 항공우주, 화력발전, 선박 등 특수 분야에 사용할 수 있는 내구성을 지닌 첨단 신소재와 이를 활용한 튜브를 개발했다.

한국원자력연구원은 김태규 신소재개발실 박사팀이 고온과 중성자에 강한 산화물분산강화(ODS) 신소재 '아로스(ARROS)'와 튜브 제조기술을 국내에서 처음으로 개발했다고 4일 밝혔다.

원자력연은 독자기술로 고강도 내열성 ODS 소재를 개발하는데 성공했다. 사진은 김태규 박사(사진 왼쪽)가 개발 소재를 살펴보는 모습.

ODS 소재는 철강 내부에 열에 강한 산화물을 나노미터(㎚) 크기로 균일하게 분산시킨 고강도 내열성 합금이다. 고온 환경에 강하고, 중성자에 노출돼도 내부 원자 이동으로 소재가 부풀어 오르는 '취화현상'이 발생하지 않는다. 이 때문에 핵연료 피복관을 비롯해 다양한 산업 전반에 쓰인다. 그러나 우리나라에서는 관련 기술이 부족해 만들지 못했다.

연구팀은 2012년부터 새로운 ODS 소재 개발에 나섰다. 아로스는 기존 ODS 소재보다 내구성이 월등히 우수하다. 고유 합금 비율과 성분을 적용한 결과다.

기존 ODS 소재에 쓰이는 텅스텐을 몰리브덴으로 교체한 것이 핵심이다. 이 결과 같은 온도와 압력 조건에서 기존 대비 적게는 50~200%까지 내구성을 높였다. 이미 국내와 일본 특허 등록도 마쳤다.

ARROS로 제작한 튜브 시제품

기대 활용처는 핵연료 피복관이다. 연구팀은 초정밀 튜브 전문 중소기업인 신한금속주식회사와 핵연료피복관 용 정밀 튜브 개발에 성공했다. 향후 중성자 조사 성능 검증 후 관련 활용 연구를 한다.

일반 산업에 기술을 적용하는 연구도 진행하고 있다. 우선 대형선박 연료분사 노즐 적용을 산업체와 협의 중이다. 일반 산업 부품은 수 년 안에 성과를 낼 전망이다.

김태규 박사는 “이번 연구는 원자력 기술을 차세대 산업에 직접 적용하는 실제 사례가 될 것”이라며 '국내 ODS 소재 산업 기술 선도와 국제 경쟁력 강화에 기여할 수 있다“고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com