국민의 안전이 최우선인 원자력 개발한다

과학기술

국민의 안전이 최우선인 원자력 개발한다
[국민 생활 도움 주는 과학기술센터] (54) 한국원자력연구원

2021.07.21 08:00 김준래 객원기자

과학기술정보통신부는 최근 경북 경주시에서 문무대왕 과학연구소 착공식을 열었다. 문무대왕 과학연구소는 한국원자력연구원의 분원인 연구기관이다. 이 연구소는 그동안 본원에서 기초연구 차원에서 해오던 혁신형 미래원전 연구개발의 상당 부분을 담당할 예정이다.

이에 따라 탄소 중립의 대안으로 떠오르고 있는 소형모듈원전(SMR)과 핵추진 선박용 초소형원전 등의 개발을 앞으로 문무대왕과학연구소가 맡게 될 것으로 보인다.

원자력연구원은 국민생활에 꼭 필요한 원자력 관련 기술을 개발하고 있다 ⓒ 원자력연구원

소형 모듈원전이나 핵추진 선박용 초소형원전이라고 하면 어딘지 모르게 국민 생활과 동떨어진 분야라고 생각하기 쉽다. 하지만 이들 원전은 모두 국민생활과 직결되는 에너지를 만드는 시설인 만큼, 원자력은 국민생활에 필수적인 산업이라고 할 수 있다.

이처럼 국민 생활에 꼭 필요한 원자력의 기술개발을 진두지휘하고 있는 연구기관은 바로 한국원자력연구원(KAERI)이다. KAERI는 국내 유일의 원자력 종합 연구개발 기관으로서, 에너지 자립이라는 목표 아래 국내 최초의 과학기술 연구기관으로 설립됐다.

한국원자력연구원은 국내 과학기술 연구기관의 모태

KAERI는 국가 과학기술 연구기관의 모태로서 한국표준형원전 기술 구축과 핵연료 국산화, 그리고 연구용 원자로 국산화 및 방사성동위원소 기술 선진화 등의 기술 자립을 통해 국가 산업발전의 근간을 이루었다.

특히 KAERI는 에너지 전환이나 4차 산업혁명과 같은 첨단기술 시대를 맞아 연구개발 방향을 재정립하고 있다. 국민 생명과 안전 중심의 선도형 R&D를 중심으로 △사회 현안 해결 △일자리 창출 △국가 전략적 활용 △미래사회 대비 △기초과학 증진이라는 5대 연구방향을 새로운 실천 비전으로 삼았다.

주목할 점은 KAERI가 추구하는 5대 연구방향이 언제나 ‘안전’을 전제로 하고 있다는 점이다. 안전한 원자력 시설과 안전한 연구개발 활동을 위해 KAERI는 핵연료 안전 연구와 원자력 재료 연구, 그리고 열수력 안전 연구 및 중대사고 연구 등을 추진하고 있다.

방사성폐기물 저장 및 처분기술을 개발하고 있는 연구진 ⓒ 원자력연구원

원자력 발전소에서 일어날 수 있는 사고와 고장을 시뮬레이션하여 개발 중인 원전의 안전성을 확인하고 원전의 안전성을 확률과 통계의 기법으로 평가하는 시스템을 도입하여 안전한 원전 핵심 기술 개발에 주도적으로 참여하고 있다.

안전과 함께 KAERI가 주력하고 있는 또 다른 연구개발 활동으로는 새로운 내일을 위한 미래기술 개발을 들 수 있다. ‘방사성폐기물 저장 및 처분기술 개발’과 ‘파이로프로세싱(pyroprocessing) 기술 개발’, 그리고 ‘소듐 냉각고속로 개발’ 및 ‘제염과 해체기술 개발’ 등이 그것이다.

내일을 위한 미래기술은 방사선 기술과 다양한 기술의 융합을 통한 방사선 융합 기술 개발과 산업화를 통한 미래 먹거리와 일자리를 창출하기 위해 노력하고 있다. 또한 핵융합 기술 및 대용량 선형 양성자 가속기 개발 등 국가와 인류의 미래를 책임질 신기술도 개발하고 있다.

방사성 물질 분석하여 미세먼지의 오염원 추적

KAERI가 에너지와 관련된 원자력만 연구하고 있다고 생각하면 오산이다. 물론 원자력과 관련된 분야를 연구하는 것은 맞지만, 그중에는 미세먼지의 원인이 되는 오염원을 추적하는 기술도 포함되어 있어 국민이 안전하게 생활하는 데 많은 도움을 주고 있다.

KAERI의 연구진이 개발한 이 기술은 미세먼지를 구분하고 평가하여 그 오염원을 추적할 수 있는 기술이다. 미세먼지 내에 극미량으로 존재하는 방사성 물질을 분석하여 해당 미세먼지의 오염원을 추적할 수 있다.

미세먼지의 오염원을 추적할 수 있는 기술개발에 골몰하던 연구진은 미세먼지 내에 존재하는 다양한 방사성 물질에 주목했다. 그 이유는 미세먼지 내 방사선량 변화를 측정하고 해석하여 극미량의 방사성 물질을 분석하고, 이들을 마커(marker)로 활용할 수 있기 때문이다.

이에 대해 김지석 박사는 “중국발 미세먼지에서 주로 발견되는 방사성 마커와 한국 미세먼지에서 주로 발견되는 방사성 마커를 발굴하여 검증하는 방법으로 오염원을 역추적하는 것”이라고 말했다.

방사성 물질 분석하여 미세먼지의 오염원을 추적하는 연구가 진행되고 있다 ⓒ 원자력연구원

그동안 연구진은 ‘중성자 방사화 분석법’을 활용하여 미세먼지에서 35개 핵종을 분석해왔는데, 최근 5종의 극미량 방사성 핵종을 추가 분석하는 데 성공했다.

이 중에서 베릴륨-7(Be-7), 납-214(Pb-214), 납-212(Pb-212) 등의 방사성 물질을 국외에서 유입되는 미세먼지 마커와 국내에서 발생하는 미세먼지 마커로 삼을 수 있을지 검증하는 데 주력하고 있다.

연구진이 사용한 중성자 방사화 분석법이란 중성자를 분석 시료에 조사해 방사성동위원소로 변화시켜, 방출되는 감마선을 측정함으로써 특정 원소의 양을 정량적으로 조사하는 방법을 말한다.

미세먼지 마커의 후보로 검토되고 있는 베릴륨-7은 주로 성층권에서 생성되는 물질로서, 다양한 먼지와 함께 지상으로 내려오는 경로를 보인다. 중국에서 발생하는 미세먼지의 상당수는 장거리 이동을 위해 높은 고도에서 부유하다 내려오기 때문에 베릴륨-7을 다량 함유할 것으로 추정할 수 있다.

따라서 이 기술을 활용하면 단 반감기 핵종과 장 반감기 핵종의 비율, 그리고 국내에서는 발견되지 않는 기타 방사성 물질을 분석하여 중국발 미세먼지를 더욱 폭넓게 해석할 수 있을 것으로 연구진은 기대하고 있다.

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