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소듐고속로용 연료봉 피복재인 페라이트/ 마르텐사이트형 ODS강 제조현황

전문가 제언: ○ ODS합금이란 미세한 산화물 입자로 분산 강화시킨 합금을 말한다. 기존의 대표적인 것에 SAP(Sintered Aluminum Powder)나 TD-니크롬(thoria dispersed nichrome)이 있고, 분산입자로 각각 알루미나(Al2O3) 및 토리아(ThO2)가 이용된다. 일반적으로 분산강화합금에서는 온도 상승에 따른 강도 저하가 비교적 적어서 초내열합금의 개발 분야에서 주목받고 있다. 특히 내열합금의 분체 중에 이트리아(Y2O3)의 미립자를 MA법에 의하여 분산시켜 복합분말을 만들어 이것을 압분ㆍ소결한 후 다시 열간가공을 하여서 만든 경우가 많다.

○ 기존의 원자로 핵연료 피복 재료는 주로 Zr합금이었으나 고속로가 등장하면서 기존 피복재가 크리프 및 팽윤현상을 만족시키지 못하여 이의 개선방안으로 이미 터빈 블레이드와 열교환기 튜브로 사용되고 있었던 기존 ODS 강화합금의 미세조직을 개선하여 제4세대 고속원자로의 핵연료 피복재 및 핵융합원자로에 이용하기 위하여 새로운 ODS강의 미세조직과 기계적 성질에 관한 연구를 일본, 미국, 유럽 및 러시아에서 활발히 진행 중이나 아직은 실증로에 사용할 수 있는 재료를 개발하지 못하여 고속로가 상용화 되지 못하고 있다.

○ 국내 학계에서의 연구동향을 보면 몇 몇 대학에서 기초연구를 수행하였으나 ODS합금을 제조한 후 특성평가 연구는 진행된 적이 없다. 일본의 경우 교토대학이 주축이 되어 세계적으로 이 새로운 재료개발을 선도하고 있는 것에 비하여 우리나라 대학의 연구수준이 크게 대조된다. 국내 산업계의 연구는 전무한 실정이다.

○ 국내 연구계의 경우 한국원자력연구원이 유일하게 고속로용 ODS합금의 연구를 2007년부터 9Cr-2W 개발연구를 시작하였으나 2028년 건설예정인 고속로의 초기 노심에 사용하기 위한 노내 검증 등 여러 절차에 필요한 시간이 부족하여 1970년대 스웨덴에서 개발되고 미국 EBR-II에서 노내 성능이 검증된 HT9 (12Cr) 피복관이 향후 국내 건설예정인 고속로의 초기 피복관으로 적용되기로 확정함에 따라 이 과제연구를 중단하게 되어 국내에서의 연구는 활성화 되지 못하고 있다.

저자: P. Dubuisson, Y. deCarlan, V. Garat and M. Blat
자료유형: 학술정보