원자력연, 원자력·핵융합 재료 조사 서비스 시작

[이데일리 강민구 기자] 한국원자력연구원이 국내에서는 처음으로 원자력·핵융합 재료 연구를 위한 철 이온빔 조사 서비스를 3월부터 개시한다.

원자로나 핵융합로에서 방출되는 고에너지 중성자는 핵연료 피복관과 구조재료 등 핵심 부품에 손상을 초래할 수 있기 때문에 관련 연구가 필요하다. 하지만 연구용 원자로나 중성자발생장치 등으로 중성자를 직접 조사하는 시험은 상당한 시간과 비용이 소요된다. 이를 보완하기 위해 해외에서는 중성자와 유사한 물리적 특성을 가진 이온을 조사하는 연구가 활발하다.

원자력연 연구진.(사진=한국원자력연구원)

원자력연은 지난 2019년 중이온빔조사시설을 구축하고, 2022년부터 아르곤, 헬륨 등 중이온 빔 조사 서비스를 제공하고 있다.

철 이온빔 조사는 가동 중 원전과 차세대 원자로, 핵융합로, 응용산업에서 사용되는 철강 재료 손상을 빠르고 정밀하게 평가할 수 있는 효과적인 방법이다. 철강 재료에 동일한 철 이온빔을 조사하면 다른 이온빔을 조사할 때 나타나는 불필요한 물리·화학적 반응이 없어 순수한 조사 손상 영향 평가를 할 수 있다.

이런 장점으로 원자력 및 핵융합 분야에서 철 이온빔 수요는 꾸준히 증가해 왔지만, 철은 기체로 변화시키기 어렵고 이온 추출이 까다로워 기술 구현이 쉽지 않았다.

이에 원자력연은 금속 원소를 이온화해 가속할 수 있는 금속이온원 장비를 구축해 국내 최초로 철 이온빔을 가속하고, 조사하는 기술을 확보했다.

연구팀은 고체 상태인 철 화합물을 기체 상태로 이온화한뒤 전자기장으로 원하는 이온만 골라낼 수있는 이극전자석을 활용해 철 이온을 초당 1000억 개 추출해 조사했다.

철 이온빔 조사서비스 신청은 3월부터 한국원자력연구원 홈페이지에서 가능하다.

원자력연은 철 이온빔 조사 기술을 바탕으로 중성자 조사와 이온빔 조사의 비교 데이터베이스를 구축해 가동 중 원전을 비롯해 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 원자로와 핵융합로 주요 재료 개발에 기여할 계획이다.

이동원 원자력연 핵물리응용연구부장은 “해외 시설에만 의존하던 국내 연구자들을 위한 오아시스가 될 것”이라며 “철 이온에서 나아가 니켈 등 이온원 추가 구축, 고온 시험 환경 확보 등 세계적 수준의 이온빔 조사 서비스를 제공하기 위해 노력하겠다”고 말했다.