원자력공학과 장윤석 교수 연구팀이 ‘혁신형 소형모듈원자로 기술 개발’ 사업에 참여한다.

원자력공학과 장윤석 교수 연구팀, 소형모듈원자로 건정성 평가 기술 개발 착수
“경희의 기술이 국가 표준설계 인가에 도움될 것”

에너지 트릴레마란 ‘에너지 안보’, ‘에너지 균형’, ‘환경적 지속 가능성’ 등 서로 상충되는 세 가지 요소를 평가해 세계 각국의 에너지 시스템 건정성을 평가하는 지표다. 에너지 안보는 에너지의 안정적 공급 가능성을 의미하고, 에너지 형평성은 에너지 가격 및 접근성을 살핀다. 마지막 요소인 환경적 지속 가능성은 환경 피해, 기후변화 대응 노력을 평가한다. 세계에너지위원회는 매년 세계 각국의 에너지 트릴레마 지수를 발표한다. 2024년 한국은 조사 대상인 126개국 중 34위를 기록했다. 이는 경제협력개발기구(OECD) 회원국 중 가장 낮은 순위다.

날이 갈수록 악화하는 기후 위협으로 인해 탄소중립이 전 세계적으로 시급히 달성해야 할 목표가 됐다. 한국도 탈탄소 전환을 이루기 위해 새로운 방안이 필요한 시점이다. 한국 정부는 소형모듈원자로(이하, i-SMR)를 탄소중립 수단으로 선정하고 이를 상용화하기 위한 로드맵을 공유했다. 경희도 i-SMR 상용화 과정에 함께한다. 원자력공학과 장윤석 교수 연구팀이 산업통상자원부가 진행하는 ‘혁신형 소형모듈원자로 기술 개발’ 사업에 참여해 원자로용기 및 격납용기 관련 주요 구조건정성 평가 기술을 개발할 계획이다.

i-SMR은 상용화된 원자로와 다르게 크기가 작아 설치 및 유지보수가 쉽고, 단순한 설계구조로 안정성도 확보했다. 장윤석 교수는 “소형 모듈을 조립하는 최소한의 공정만 거치면 현장설치가 완료돼 기존 원전에 비해 건설 기간이 짧고, 전력 생산량도 1개의 모듈당 170MWe에 달해 우수한 수준이다”며 차별성을 설명했다.

장윤석 교수 연구팀은 원자로용기 및 격납용기 설계과정에 참여해 시뮬레이션을 통해 안전성을 확인한다. 장윤석 교수는 “산업체에서 제작할 기기와 부품의 설계 적합성을 전산모사 기법을 활용해 면밀히 검토할 계획”이라고 밝혔다. 원자력 발전소에 일어날 수 있는 가상 사고를 시나리오로 구성해 결함이 일어날 수 있는 부분이 어디인지, 어느 수준까지 원자로가 버틸 수 있는지를 평가하는 식이다. 장윤석 교수는 “발전소의 사고 영향을 실험으로 검증하기엔 높은 비용과 많은 변수가 있어 위험성이 크다. 시뮬레이션을 통해 최적화하는 방법을 연구하고 있다”고 설명했다.

장윤석 교수 연구팀은 전산모사 기법을 활용해 원자로용기 및 격납용기 안전을 검증한다. 원자로에 일어날 수 있는 가상사고를 시뮬레이션으로 계산해 기기와 부품의 안정성을 평가하는 것이다.

이번 사업은 대학, 정부 기관, 공기업 등 여러 기관이 참여한다. 장윤석 교수는 “여러 기관과 협업하는 만큼 참여 대학원생의 성장이 기대된다”고 말했다. 그는 “협업을 통해 산업 현장에서 원하는 설계 및 기술 수준이 어느 정도인지 자연스럽게 체득할 것이다. 또한 대학은 산업체에서 다루지 못하는 학술적인 부분을 다룰 수 있어, 본인의 경쟁력을 알릴 소중한 기회가 될 것”이라고 말했다.

사업에 참여하는 연구원들도 목표를 밝혔다. 김태용 학생(원자력공학과 박사과정)은 “인공지능과 같은 새로운 기술이 빠르게 발전하고 있다. 원자력 산업계에 활발히 적용되고 있지 않는 기술이기 때문에 이를 선도할 기반을 다지고 싶다”며 “사업을 준비하며 보유한 지식과 설계에 필요한 공학적 논리 배경을 다루는 과정에 어려움을 겪었지만, 책임감과 성취감을 함께 얻을 수 있었다”고 말했다.

박민정 학생(원자력공학과 박사과정)은 “기존 생각과 달리 대학원에 진학해 연구하는 것에 재미를 느낄 수 있었다. 실력이 늘어나는 것을 체감해 박사과정까지 진학하게 됐다. 이번 사업은 기존 원자로와 운전 환경이 달라 재료 특성이 달라지는 부분이 있어 이 점을 연구하고 싶다”고 밝혔다.

최동현 학생(원자력공학과 석사과정)은 “9월에 박사과정으로 진학하게 된다. 사업 시작과 함께 박사과정이 시작돼 이번 사업에 기여할 부분이 많을 것”이라며 “지도교수님의 꼼꼼함을 배워 협업하는 과정에서 다른 기관의 장점을 많이 배우고 싶다”고 말했다.

i-SMR 기술은 2030년까지 달성해야 할 국가 최상위 기술 전략으로 선정됐다. 장윤석 교수는 “세계 최고 수준의 기술을 만들라는 목표 아래 2028년 사업이 종료되게 된다. 그때 경희대가 참여한 해석 결과가 국가 표준설계를 인가받는 과정에 도움이 되길 바란다”며 앞으로의 바람을 밝혔다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr
사진 정병성 pr@khu.ac.kr


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