일본 후쿠시마 사고 반면교사…내열 합금 신기술 개발

일본 후쿠시마 사고 반면교사…내열 합금 신기술 개발
원자력연구원, 3D 레이저 프린팅 기반 산화물 분산강화 소재 제조



(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 국내 연구진이 고온의 열을 견뎌야만 하는 핵심 부품 소재를 3차원(3D) 레이저 프린팅 기술을 활용해 손쉽게 제조할 수 있는 기술을 개발했다.
한국원자력연구원은 산화물 분산강화(ODS·Oxide Dispersion Strengthened) 합금 신기술을 세계에서 처음 구현했다고 5일 밝혔다.
산화물 분산강화 소재는 내열이 필요한 모든 금속 재료에 고온에 강한 산화물을 섞어 만든 합금이다.
비행기 엔진, 원자로 부품, 가스 터빈, 미사일 노즐 등과 같이 고온 강도와 내열성이 필수적인 산업에서 핵심 부품으로 광범위하게 사용된다.
기존 기술은 금속과 산화물을 파우더 형태로 만들어 혼합한 후 추가적인 복잡한 공정을 거친다.
많은 시간과 비용이 필요하다는 뜻이다.
초기 재료 단계에서 강화 공정을 진행하기 때문에 사용자가 원하는 형태의 제품을 만드는 데도 적잖은 어려움이 있었다.


원자력연구원 신기술은 최종 제품을 만든 후 제품 금속 표면에 산화물 입자를 바르고 3D 프린터 레이저 열원으로 금속을 녹인다.
이와 동시에 산화물 입자를 혼합·냉각해 금속 내부에 내열 층을 만들어내는 게 핵심이다.
산화물 입자를 금속 내부에 고루 분포시키면서 가공 시간과 비용을 기존 기술 대비 20분의 1로 단축할 수 있다고 연구원은 설명했다.
게다가 원하는 특정 부분만 단단하게 할 수 있다.
원자력연구원은 일본 후쿠시마 원전 사고와 같은 원자로 수소 폭발을 방지하기 위해 기술 개발을 시작했다고 전했다.
사고 당시 원자로 내부 고온으로 핵연료 피복 관이 변형·파괴되고 핵연료 피복 관이 산화하면서 결국 수소 폭발로 이어졌기 때문이다.


반면 3D 레이저 프린팅 기반 산화물 분산강화 기술을 적용해 제작한 핵연료 피복 관은 1천200도의 고온에서도 거의 변형되지 않는다.
이 때문에 사고가 생겨도 수소 발생을 억제해 후쿠시마 사고와 같은 심각한 사고로 진행되지 않을 수 있다고 연구원 측은 보고 있다.
사고 대응시간을 추가로 확보할 수도 있다.
원자력연구원은 사고 저항성 피복 관 개발과 함께 기타 산업 전반에 해당 기술을 확장 적용할 수 있도록 할 방침이다.
하재주 원자력연구원장은 "미국이나 일본 등에서 활발하게 연구되는 고부가가치 소재"라며 "국방이나 항공우주 등 다양한 첨단 산업에 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
walden@yna.co.kr
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