▲ 원자로 압력용기 하부헤드 관통관. / 사진 제공=한국수력원자력

장기가동원전 적용땐 재료 건전성 확보

소형모듈원전 비롯 항공 등 산업계 활용

한국수력원자력(사장 황주호, 이하 한수원)이 미국 전력연구원(EPRI, Electric Power Research Institute)과 원자로 압력용기 하부헤드 관통관의 균열 발생 예방을 위한 ‘초음파 캐비테이션 피닝 기술개발’ 공동연구를 수행한다.

원자로 압력용기 하부헤드 관통관은 균열이 발생하면 교체해야 하는데, 교체 작업이 고방사선 구역에서 수행되고, 정비 기간이 평균 두 달 이상 장기간 소요되어 정비비용, 방사선 피폭 부담 및 전력 생산에 영향을 미치는 문제점이 있었다.

피닝 기술은 대상 재료의 표면 응력을 인장응력에서 압축응력으로 바꾸어 균열 발생을 원천적으로 차단하는 예방정비 기술이다.

미국의 경우 일부 원전에 부분적으로 적용한 사례가 있지만 원자로 하부헤드 관통관처럼 작은 내경을 가진 기기에 사용된 사례는 없다. 한수원과 미국 전력연구원, 그리고 한전KPS와 단국대, 부산대는 이러한 피닝 기술에 초음파를 적용, 작은 내경에도 사용할 수 있도록 하는 연구를 수행한다.

▲ 초음파 캐비테이셔 피닝 기술 적용 대상인 원자료 압력용기 하부헤드 관통관 형상 및 위치(렌더링). / 이미지 제공=한국수력원자력

▲ 원자로 압력용기의 주요구조. / 도면 제공=원자력재료종합정보시스템

향후 이 기술이 개발되면 국내 계속운전 원전 등 장기가동원전에 적용해 재료 건전성을 확보하고, 혁신형 소형모듈원전(i-SMR)에도 활용할 수 있을 뿐 아니라 항공, 우주, 자동차 등 다양한 산업계에도 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

신호철 한수원 중앙연구원장은 “초음파 캐비테이션 피닝 기술개발 공동연구를 통해 개발된 기술을 국내 원전에 적용해 원전 안전성을 높이는 것은 물론, 관련 기술 수출도 가능할 것으로 기대된다”라고 밝혔다.