수심 10m에서 두께 100㎜ 이상의 STS의 수중 레이저 절단 성공, 2차 오염물 최소화 기대

원자력발전소의 수명 완료 등으로 원자로 및 원자로 내부 구조물의 절단해체 기술 필요성이 증가하는 가운데 수중에서 안전성을 확보하고 오염물은 최소화하는 원전 해체용 레이저 절단 기술이 개발됐다. 세계 최초로 원전 해체 현장을 모사한 수조를 개발해 특허 등록을 완료했다.

한국기계연구원(원장 류석현, 이하 기계연) 부산기계기술연구센터 레이저기술실용화연구실 박인덕 책임연구원 연구팀은 수심 10m 환경을 모사하여 두께 100㎜ 이상의 STS 시편을 한 번에 절단할 수 있는 수중 레이저 절단기술을 개발했다.

원전 해체 시 구조물 절단의 방법으로는 기계적 절단과 열적 절단이 있다. 이중 기계연구원에서 개발한 기술은 열적 절단 기술로, 고출력 레이저를 이용해 수중에서 보다 안전하고 발생되는 오염물을 최소화한 절단 기술이다. 연구팀은 실제 절단 조건인 수심 10m에서 두께 100㎜의 STS 수중 레이저 절단에 성공했다. STS는 원자력 압력 용기의 주재료다.

연구팀은 다른 열적 절단과 비교하여 절단부의 커프폭(Kerf width)을 약 2㎜까지, 레이저 절단 기술에서 사용되는 절단가스 유량을 600ℓ/min까지 줄여 최적화했다. 절단속도는 50㎜/min 까지 달성했다.

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 완료해 특허 출원 중이다. 수중 레이저 절단 과정에서 절단되는 시편과 노즐 사이의 충돌로 발생되는 사고를 막기 위해 충돌방지 기구도 자체적으로 설계했다.

기계연구원 박인덕 책임연구원은 “이번에 개발된 수중 레이저 절단 기술은 원전 해체 현장을 그대로 모사하여 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.

한편, 이번 연구는 기계연구원 기본사업 ‘안전한 원전해체를 위한 레이저 제염 및 수중 레이저 절단 기술개발사업’ 과제로 수행했으며, 부산대학교, 국립한국해양대학교가 공동으로 참여했다. 후속과제인 산업통상자원부의 ‘레이저절단/해체 기술 고도화 및 실증(원전해체경쟁력 강화기술개발사업)’을 통해 실증 시험에 돌입했다.