"고리 2·3호기 실증" 원전설비 건전성 평가 기술 개발

장기간 운영이 정지된 원자력발전소(원전)의 건전성을 평가할 새로운 기술이 개발됐다.

한국원자력연구원(원자력연)은 재료안전기술연구부 전순혁·하성준 박사 연구팀이 장기 원전의 2차 계통 설비의 부식 정도를 정확하게 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

대기 부식 평가 기술을 개발한 하성준 박사후연구원(왼쪽), 전순혁 책임연구원(오른쪽). 한국원자력연구원

통상 원전은 장기간 운영하지 않을 때 원자로 외에 2차 계통 배관과 주요 기기에서 물을 뺀 건식상태로 관리한다. 이 경우 배관 및 기기가 대기에 노출돼 설비가 부식될 수 있다. 하지만 부식 정도를 정확하게 측정하는 것은 쉽지 않다.

금속의 부식률은 표면에 산화막이 형성될 때 생기는 중량 변화를 측정하는 방식으로 확인하는 게 일반적이다. 단 원전 설비의 경우 중량 변화 측정이 불가능해 설비 표면에서 시료를 직접 채취해 부식 정도를 추정하는 방식이 적용됐다.

문제는 원전이 가동될 때 이미 생성된 산화막과 운영이 정지된 이후 대기 노출로 추가 발생한 산화물을 시료에서 명확하게 구분하기 어렵다는 점이다.

이와 달리 연구팀이 개발한 기술은 감시시편(surveillance specimen)을 활용해 원전의 2차 계통 설비 등이 대기환경에 노출돼 부식된 정도를 측정할 수 있다.

먼저 원전 2차 계통 배관재로 사용되는 탄소강을 기반으로 정상 운전 때 이미 생성된 산화막을 산화 공정으로 형성한 감시시편으로 구분한다. 또 시편을 원전 정지 후 건식관리 중인 설비 내부에 장착해 일정 기간이 지난 후 중량 증가를 측정하는 방식이다. 이를 통해 연구팀은 부식률을 정량적으로 환산하는 평가가 가능하다고 설명했다.

이 기술은 시료를 직접 채취하는 기존 방식과 달리 설비 원형에 영향을 주지 않는다. 또 원전 정지 후 발생한 대기 부식만 정확하게 구분·측정하는 장점이 있다.

무엇보다 다양한 위치에 설치된 감시시편으로 부식 특성을 체계적으로 추적하는 게 가능해 설비별 맞춤형 유지관리 기준 및 전략 수립에 활용할 수 있다.

연구팀이 개발한 감시시편의 표면과 단면. 한국원자력연구원

연구팀은 이 기술을 고리 2호기(계속운전 심사 통과)와 고리 3호기(계속운전 심사 진행 중)에 적용해 실증하는 과정도 거쳤다. 실증 과정에서 연구팀은 장기 건식관리 기간 중 원전 설비 건전성 평가의 신뢰도를 높이고, 원전 계속운전 판단에 필요한 데이터를 제공할 수 있는 가능성을 확인했다.

장기간 운전이 정지됐던 원전을 재가동하기 위해선 계속운전 인허가가 필요하고, 인허가를 받는 데는 여러 해가 소요되는 점을 고려할 때 장기 운전 정지 원전은 앞으로도 꾸준히 늘어날 것으로 예상된다. 연구팀이 개발한 건전성 평가 기술이 의미를 갖는 대목이다.

김동진 원자력연 재료안전기술연구부장은 "이번 기술은 기존 방식의 한계를 극복하고, 원전 2차 계통의 실제 부식 상태를 반영할 수 있는 새로운 평가 기술"이라며 "원자력연은 국내 원전의 계속운전 추세에 발맞춰 설비의 체계적인 유지관리로 원전의 건전성을 강화하는데 기여하겠다"고 말했다.

한편 이번 연구는 기후에너지환경부의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 최근 원자력 분야 국제 학술지 '원자력공학 및 설계(Nuclear Engineering and Design)' 온라인판에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr