원전 해체, 더 안전하고 정확하게

원자력발전소의 수명이 종료되면서 원자로 및 내부 구조물의 안전한 절단·해체 기술 필요성이 커지는 가운데, 수중에서 안전성을 확보하고 오염물 발생을 최소화하는 원전 해체용 레이저 절단 기술이 개발됐다. 한국기계연구원(이하 기계연)은 원전 해체 현장을 모사한 수조 개발을 통해 관련 특허 등록을 완료했다.

수중 10m 환경에서 고성능 절단 기술 개발
과학기술정보통신부 산하 기계연 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 박인덕 책임연구원 연구팀은 수심 10m의 환경을 모사해 두께 100㎜ 이상의 스테인리스강을 한 번에 절단할 수 있는 수중 레이저 절단 기술을 확보했다. 이 기술은 고출력 레이저를 이용해 수중에서 절단하면서도 2차 오염을 최소화하는 것이 특징이다. 스테인리스강은 원자력 압력 용기의 주재료로, 연구팀은 실제 절단 조건인 수심 10m에서 성공적인 절단을 이뤘다.


최적화된 절단 기술로 효율성 향상
기계연은 절단 부위의 커프폭(Kerf width)을 약 2㎜로 줄이고, 절단가스 유량을 600ℓ/min으로 최적화했다. 절단 속도는 50㎜/min을 달성했다. 이와 함께 원전 해체에 대비해 현장과 유사한 조건에서 수중 레이저 절단이 가능한 30m급 가압 수조를 세계 최초로 개발해 특허를 취득했다. 이 수조는 수중 고압 환경에서 다중 노즐을 소형화해 안전성을 강화한 것이 특징이며, 이와 관련된 특허도 출원 중이다.

안전성 강화 위한 충돌 방지 기구 설계
연구팀은 수중 레이저 절단 과정에서 절단 대상과 노즐 사이의 충돌을 방지하기 위한 안전 설비를 자체적으로 설계했다. 이 충돌 방지 기구는 원전 해체 작업의 안전성을 더욱 강화해주는 장비로 기대를 모으고 있다.


2050년까지 원전 해체 기술 고도화 목표
기계연 박인덕 책임연구원은 “이번 수중 레이저 절단 기술은 원전 해체 현장을 실제처럼 모사해 적용한 기술로, 2차 오염물 최소화에 큰 의미가 있다”며 “2050년까지 영구적으로 폐쇄될 원자력 시설이 지속 증가할 것으로 예상되므로 해당 기술을 기반으로 고도화와 실증 연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다.

연구는 기계연 기본사업 ‘안전한 원전해체를 위한 레이저 제염 및 수중 레이저 절단 기술개발사업’의 일환으로 진행됐으며, 부산대학교와 국립한국해양대학교가 공동으로 참여했다. 이어 산업통상자원부의 ‘레이저절단/해체 기술 고도화 및 실증(원전해체경쟁력 강화기술개발사업)’을 통해 실증 시험이 진행 중이다.