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원전 해체 기술도 '선도'···레이저 이용한 절단 기술 개발

신재성·오승용 원자력연 박사 '원전 해체 레이저 절단기술' 확보
"절단 속도는 선진국에 비해 4배 빨라···수중 절단도 효과적"
원자력연 연구원이 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술을 테스트하고 있다. <사진=한국원자력연구원 제공>원자력연 연구원이 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술을 테스트하고 있다. <사진=한국원자력연구원 제공>

한국이 원전 해체 기술 분야에서도 세계적 경쟁력을 나타내고 있다.

한국원자력연구원(원장 박원석)은 기존 해외기술 대비 성능이 대폭 향상된 '원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술'을 개발했다고 9일 밝혔다.

이번에 개발한 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술은 기술 선진국에서도 달성하지 못한 최첨단 기술이다. 광섬유 레이저를 이용해 두꺼운 금속을 효과적으로 절단한다. 

통상적으로 원전 해체 작업은 원전 설비를 작게 잘라낸 후 방사능 오염을 제거하고 원래 환경으로 복원하는 것이다. 원전에 사용되는 주요 설비는 스테인리스 스틸, 탄소강 등 단단한 금속으로 이뤄져 있다. 원자로 압력용기와 원자로 내부 구조물과 같은 핵심 설비는 절단이 쉽지 않다. 

기존 원전 해체용 절단기술은 톱을 이용하는 기계적 절단, 열을 활용하는 열적 절단이 있으나 안전성·기술성 측면에서 한계가 있었다. 기계적 절단은 장비가 커 움직임이 둔하고 로봇과 같은 2차 장비에 연결하기 어렵다. 열적 절단은 다량의 2차 폐기물이 발생하고 사용할 수 있는 대상이 한정적이다. 

원자력연이 독자 개발한 기술은 레이저 절단 헤드로 레이저 빔을 강하게 집속해 대상을 녹인다. 동시에 자체 설계·제작한 초음속 노즐로 가스를 분사해 레이저로 녹은 용융물을 불어내 절단한다. 6kW급 레이저를 이용하면 공기 중에서는 최대 100mm, 물속에서는 최대 70mm 두께의 금속을 절단할 수 있다. 절단 속도도 극대화했다. 프랑스, 일본 등 해외 선진 기관에서 개발 중인 기술을 4배 이상 훌쩍 뛰어넘는 속도를 확인했다. 

특히 초음속 노즐이 물속에서 공기층을 형성해 레이저 빔이 지나가는 길을 만들어내기 때문에 수중 절단에서도 매우 효과적인 성능을 보였다. 레이저 출력을 높여 10kW급 레이저를 사용하는 경우, 물속에서 최대 두께 100mm의 금속까지 절단했다. 

독자 개발한 레이저 절단 헤드는 기존 제품에 비해 매우 가볍고 작다. 이에 따라 향후 원격해체 로봇과 같이 레이저를 사용하는 다양한 분야에 적용할 수 있다. 신재성·오승용 박사는 "핵심요소를 독자 개발해 국내 고유의 기술을 확보했다는데 큰 의의가 있다"면서 "현재 진행 중인 원격해체 기술과 함께 실용화 과정을 거쳐 실제 국내 원전 해체 현장에 적용하고, 해외 시장 진출을 목표로 연구를 지속할 계획"이라고 언급했다. 

박원석 원장은 "원자력연은 원자력 시설의 안전하고 경제적인 해체를 위한 다양한 기술 대안을 준비하고 있다"면서 "앞으로도 국가 현안 해결을 위한 기술개발에 힘쓰겠다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 원자력기술개발 사업으로 수행됐다. 연구 결과는 레이저 관련 기술 분야 저명 학술지인 'Optics and Laser in Engineering' 등 총 6개 저널에 게재됐다. 또 관련 특허 2건이 출원 완료돼 현재 심사 중이다.

한국원자력연구원이 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술을 독자 개발했다. <사진=한국원자력연구원 제공>한국원자력연구원이 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술을 독자 개발했다. <사진=한국원자력연구원 제공>
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