원전 해체 더 안전하고 정확하게…수중 10m급 레이저 절단 기술 개발

새로운 원전 해체용 수중 레이저 절단 기술을 개발한 한국기계연구원 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 박인덕 책임연구원팀. 기계연 제공

국내 연구진이 수중에서 안전성을 확보하고 오염물을 최소화하는 원전 해체용 레이저 절단 기술을 개발했다. 원자력발전소의 수명이 완료되면서 원자로와 원자로 내부 구조물을 절단하는 기술의 필요성이 증가하는 가운데 안전하고 정확한 원전 해체 기술로 활용될 수 있다. 

한국기계연구원은 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 박인덕 책임연구원 연구팀이 수심 10m(미터) 환경을 모사해 두께 100㎜(밀리미터) 이상의 스테인리스강 시편을 한 번에 절단할 수 있는 수중 레이저 절단기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

원전 해체 시 구조물 절단의 방법으로는 기계적 절단과 열적 절단이 있다. 이번에 개발된 기술은 열적 절단 기술이다. 고출력 레이저를 이용해 수중에서 보다 안전하게 발생되는 오염물을 최소화하는 절단 기술이다. 연구팀은 실제 절단 조건인 수심 10m에서 두께 100㎜의 스테인리스강 수중 레이저 절단에 성공했다. 스테인리스강은 원자력 압력 용기의 주재료다.

연구팀은 다른 열적 절단과 비교해 절단부의 절단폭을 약 2㎜까지, 레이저 절단 기술에서 사용되는 절단가스 유량을 1분당 600ℓ(리터)까지 줄여 절단 환경을 최적화했다. 절단속도는 1분당 50㎜까지 달성했다. 

연구팀은 이어 본격적인 원전 해체에 대비해 현장과 유사한 조건에서 수중 레이저 절단이 가능한 수중 30m급 레이저 절단용 가압 수조를 세계 최초로 개발해 특허 등록을 완료했다. 

수중 레이저 절단의 최적 조건을 찾기 위해 수중 고압 환경용 소형화 다중 노즐 제작도 완료했다. 현재 특허 출원 중이다. 수중 레이저 절단 과정에서 절단되는 시편과 노즐 사이의 충돌로 발생되는 사고를 막기 위한 충돌방지 기구도 자체적으로 설계했다. 

박인덕 연구원은 “이번에 개발된 수중 레이저 절단 기술은 원전 해체 현장을 그대로 모사해 적용한 기술로 해체 시 발생하는 2차 오염물을 최소화한 것에 큰 의의가 있다”며 “2050년까지 영구적으로 폐쇄될 원자력 시설이 계속 증가할 것으로 예상돼 해당 기술을 기반으로 고도화 및 실증 연구를 지속적으로 수행할 계획”이라고 밝혔다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]