드디어 원자로도 3D프린터로 개발되는 시대, 최첨단 원자로 개발 프로젝트 'Transformational Challenge Reactor'란?

 

3D 프린터의 진화에 따라 다채로운 그림이나 인공호흡기, 집 등 다양한 물건을 3D 프린터로 출력할 수 있게 되었습니다. 그리고 마침내 원자로를 3D 프린터로 출력하는 연구 개발 프로젝트 'Transformational Challenge Reactor(TCR)'가 미국의 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory, ORNL)에서 에서 진행되고 있습니다.

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3-D-printed nuclear reactor promises faster, more economical path to nuclear energy

3-D-printed nuclear reactor promises faster, more economical path to nuclear energy

오크리지 국립연구소는 맨해튼 계획의 일환으로 건설된 연구 시설에 기원하고 있으며, 미국 에너지부 산하에서 원자로의 연구 개발을 비롯한 다양한 프로젝트를 추진하고 있습니다.

오크리지 국립연구소에 따르면 전력 공급의 약 20%가 원자력 발전에 의해 제공되는 미국에서는 소형이면서도 고출력으로 비교적 저렴하게 건설할 수 있는 경수로 원자로가 주로 사용되고 있습니다만, 라이선스 문제로 2055년까지 폐지될 가능성이 높고, 경수로를 대체할 원자로의 개발이 요구되고 있습니다. 그러나 원자로의 적극적인 연구 개발이 이루어진 것은 1950 ~ 1960년대가 피크로, 당장 1부터 시작해서 새로운 원자로를 설계 및 구현하려면 막대한 비용이 든다는 것입니다.

오크 리지 국립 연구소의 TCR 프로젝트는 지금까지 생산에 높은 비용이 우려되는 복잡한 디자인을 최신 기술을 통해 비용을 절감하는 프로젝트입니다.

 

TCR의 기술 책임자인 Kurt Terrani 씨는 "우리는 이 프로그램을 현실화하기 위해 최근 몇 달 동안 적극적으로 개발을 해왔습니다. 그 노력으로 3D 프린터로 출력한 노심의 데모를 실시할 단계에 도달했습니다. 현재 원자력의 상황은 비참하지만, TCR은 원자 커뮤니티의 혁신을 급속히 진행할 계기가 될 수 있는 기초적인 노력입니다"라고 말했습니다.

TCR에서 사용되는 노심 모델을 3D 프린터로 출력하는 것은 다음 영상에서 볼 수 있습니다.

 

아래가 3D 금속 프린터에서 원자로의 노심을 출력하고 있는 모습입니다. TCR에서 개발된 원자로는 연료로 질화 우라늄인 TRISO형 피복 연료 입자를, 감속재로 이트륨(yttrium) 수소를 사용합니다. 이에 따라 기존보다 적은 연료량으로 임계 상태를 유지하는 것이 가능하다고 오크리지 국립연구소는 말합니다.

 

출력된 노심의 모델은 이런 느낌입니다. TCR은 개발뿐만 아니라 AI를 이용한 원자로의 작동 시험 및 성능 분석도 진행하고 있으며 곧 상용화할 수 있도록 가능한 한 광범위한 테스트를 실시하고 있다고 합니다.

 

"TCR의 개념이 현실화된 것은 3D 프린터 기술에 괄목할만한 진전이 있었기 때문입니다. 3D 프린터를 사용하면 과거 수십 년 동안 원자 커뮤니티가 활용할 수 없었던 기술과 재료를 사용할 수 있습니다"라고 Terrani 씨는 말합니다.

 

오크리지 국립 연구소의 Thomas Zacharia 소장은 "원자력 산업은 원자력 에너지 기술의 설계, 구축 및 배포 방법을 연구하는 데 있어서 여전히 제약을 받고 있다"며, "TCR은 첨단 원자력 에너지 시스템의 구축을 가속화하는 새로운 모델을 제공합니다. 가까운 시일 내에 비용과 건설 시간에 대처하지 않으면 미국은 결국 탄소를 배출하지 않는, 최대의 유일한 전력 공급원을 잃어버리는 것입니다."라고 말하고 있습니다.