국내 연구진, 4배 빠른 원전 해체용 레이저 절단기술 개발

2019.10.09 12:58
신재성 한국원자력연구원 양자광학연구부 선임연구원과 오승용 선임연구원팀은 해외기술보다 성능이 4배 이상 향상된 원전 설비 해체용 레이저 절단기술을 개발했다. 연구팀이 개발한 레이저는 초음파 장치를 장착해 수중에서도 레이저가 지나갈 길을 만들며 빠른 속도로 설비를 절단할 수 있다. 한국원자력연구원 제공
신재성 한국원자력연구원 양자광학연구부 선임연구원과 오승용 선임연구원팀은 해외기술보다 성능이 4배 이상 향상된 원전 설비 해체용 레이저 절단기술을 개발했다. 연구팀이 개발한 레이저는 초음파 장치를 장착해 수중에서도 레이저가 지나갈 길을 만들며 빠른 속도로 설비를 절단할 수 있다. 한국원자력연구원 제공

원전 해체현장에서 나오는 원전의 크고 무거운 설비를 잘라내 해체를 돕는 레이저 절단 기술이 개발됐다.

 

신재성 한국원자력연구원 양자광학연구부 선임연구원과 오승용 선임연구원팀은 기존 해외기술보다 성능이 4배 이상 향상된 원전 핵심설비 해체용 레이저 절단기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

 

원전 해체는 커다란 원전 설비를 작게 잘라낸 후 방사능 오염을 제거하는 제염을 통해 원래 환경으로 되돌리는 작업이다. 원전에 쓰이는 주요 설비는 스테인리스 스틸이나 탄소강과 같은 단단한 금속이다. 원자로압력용기와 내부구조물 같은 설비는 두께가 최고 30㎝에 달해 절단이 쉽지 않다. 고방사능 환경에서 절단해야 하기 때문에 빠르면서도 안전한 방법이 필요하다.

 

기존 원전 해체용 절단기술은 톱을 이용하는 기계적 방법과 열로 녹이는 열적 방법이 있다. 기계적 절단은 장비가 커 움직이기 어렵고 로봇에 연결하기도 어렵다. 열적 절단은 2차 폐기물이 다량 발생하고 대상이 한정적이다.

 

연구팀은 레이저 빔을 강하게 집중시켜 대상을 녹이는 레이저 절단 헤드를 독자 개발했다. 기존 제품보다 가볍고 작아 원격해체 로봇에도 붙일 수 있도록 설계됐다. 여기에 초음속 노즐을 달아 가스를 초음속으로 분사시켜 레이저로 인해 녹은 용융물을 불어내면서 절단하게 했다. 초음속 노즐은 물 속에서 공기층을 형성하며 레이저가 지나갈 길을 만들어 수중 절단의 효율도 높이는 역할을 한다.

 

연구팀이 개발한 절단기술은 6㎾급 레이저로 공기 중에서는 최대 10㎝, 물 속에서는 최대 7㎝ 두께 금속을 절단할 수 있다. 6㎝ 두께 금속의 경우 공기 중에서는 분당 9㎝, 수중에서는 분당 6㎝ 속도로 절단가능하다. 연구팀은 “프랑스나 일본 등 해외에서 개발 중인 기술보다 4배 빠른 수준”이라고 설명했다.

 

신 연구원과 오 연구원은 “국외 선진기술과 견줄만한 레이저 절단기술을 독자 개발해 국내 고유 기술을 확보했다는 데 큰 의의가 있다”며 “현재 진행중인 원격해체기술과 함께 실용화를 거쳐 국내 원전 해체현장에 적용하고 해외시장 진출을 목표로 할 것”이라고 말했다.

 

이번 연구는 ‘광학 및 레이저 공학’, ‘광학 및 레이저 기술’ 등 6개 국제학술지에 논문으로 실렸다. 2건의 관련 특허도 출원됐다.

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