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TRISO 연료의 성능평가 모델

전문가 제언: ○ 고온가스로(HTGR)는 냉각재 온도가 높아서 금속으로 피복시킨 연료를 사용하는 대신에 피복입자연료(coated particle fuel)를 사용하고 있다. 피복입자연료는 연료핵(kernel)을 PyC, SiC 등 내열재료로 피복하므로 고온 안전성이 좋으며, 고연소도를 용이하게 달성할 수 있는 장점을 갖고 있다.

○ 피복입자 연료는 과거 40여 년 동안 미국, 유럽, 일본 등에서 연구되어 고온가스로에 적합한 형태로 개발되었으며, 연료의 성능평가모델(FPMs, fuel performance model)도 많이 개발되어 있다.

○ 그러나 고연소도에서의 성능평가에 대해서는 아직도 연구 자료가 충분하지 못하며, 모델도 개발되어 있지 않다. 따라서 차세대 초고온로(VHTR)에 대비하여 고연소도에서의 성능 평가에 관한 집중적인 연구가 필요하다.

○ ZrC는 융점이 3400℃로 pebble bed형 고온가스로(예, HTR-500 원자로)의 사고 시에 예상되는 연료온도(약 2,400℃)에서도 충분히 안전성을 갖는다.

○ 그리고 고온에서 화학적 안전성이 우수하여 아메바 효과로 인한 연료핵과 ZrC 피복층의 접촉에서도 반응이 일어나지 않으며, SiC 피복층에서 문제가 되는 팔라듐(Pd)의 침식반응도 일어나지 않는다. 이러한 특성에 착안하여 TRISO 연료입자의 SiC 피복층을 ZrC 피복층으로 대체하려는 연구가 활발하게 수행되고 있다.

○ 우리나라도 일본, EU 등과 함께 미국이 개발을 주도하고 있는 4세대 원자로(GEN. IV Nuclear Reactors) 시스템의 개발 프로그램에 참여하고 있는데, 4세대 원자로 개발 프로그램에는 초고온로가 포함되어 있다. 그러므로 우리나라에서도 피복입자 연료의 제조방법, 조사거동 등에 관한 집중적인 연구가 필요하다고 생각한다.

저자: Jeffrey J. Powers, Brian D. Wirth
자료유형: 학술정보