사고저항성핵연료ATF 기술개발 현황과 과제
(핵연료 재료 부문) 핵연료 개발이 어려운 이유 중에 하나는 원자로의 극한 환경에서 견딜 수 있는 성능을 구비한 재료가 확보되어야 하는 것임. 물을 냉각재로 사용하는 경수로의 경우 정상운전에서는 현재까지 개발되어 사용해오던 지르코늄합금 핵연료 피복관이 냉각재와의 양립성에 큰 문제가 없지만, 사고환경의 고온에서는 지르코늄 합금 피복관의 산화속도가 1000배 이상 증가하여 단시간에 수증기와의 반응으로 산화됨과 동시에 대량의 수소를 발생시킴으로써 수소폭발의 원인으로 작용함. 즉, 중성자에 반응성이 없으면서도 300도의 물 분위기와 1200도의 수증기 분위기에서도 산화가 억제되는 혁신적인 핵연료피복관용 소재가 필요함. 이에 기존의 핵연료에 내산화 물질을 코팅하여 기존재료의 장점과 내산화 신소재의 장점을 결합한 하이브리드 소재를 개발하였고, 하이브리드 소재의 제조기술을 확보하는 과정에서 다기능성 복합 소재를 제조할 수 있는 3D프린팅 기술을 개발함.
지르코늄 합금 피복관의 무엇이 사고환경의 고온에서 1000배 이상 감소했을까