미국 펜실베이니아 주립대학(Pennsylvania State University)과 노스캐롤라이나 주립대학(North Carolina State University)의 연구진은 유기 폴리머의 압전 특성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 발견했다. 유기 폴리머는 고유 압전 특성을 변화시킬 수 없기 때문에 그동안 유연한 생체 적합성 기기에 적용하기가 어려웠지만, 이번 연구에서는 분자적 접근법으로 이것을 해결할 수 있었다.

조성상 경계(Morphotropic phase boundary, MPB)는 세라믹 재료에서 반세기 동안 중요한 개념이었다. 지금까지 유기 물질에는 이런 개념이 구현된 적이 없었다.

MPB는 결정구조 사이의 경계에서 발생하고 재료 특성에 현저한 영향을 끼친다. 압전 효과는 일부 재료에서 발생하는 현상이다. 즉, 재료가 물리적으로 압축되면 전하가 생성되고 전류가 통과하면서 기계적 운동이 발생한다.

이번 연구진은 강유전성 P(VDF-TrFE)(poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene) 공중합체를 조사했고, 키랄성 센터 주변의 분자들을 특정 배열로 조절하면 정렬된 구조와 무질서한 구조 간의 전이를 유도한다는 것을 발견했다. 강유전성 폴리머의 경우에, MPB와 같은 효과는 화학적 조성에 의해서 유도된다.

이번 연구에서는 핵자기 공명(nuclear magnetic resonance), X선 분말 회절(x-ray powder diffraction), 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transformed infrared spectroscopy) 등의 다양한 방법으로 폴리머를 조사했다. 분자 설계 및 합성의 특성을 고려할 때, 이번 연구는 고성능 압전 폴리머를 개발하는데 새로운 길을 열어줄 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Nature에 “Ferroelectric polymers exhibiting behaviour reminiscent of a morphotropic phase boundary” 라는 제목으로 게재되었다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 유기 폴리머; 압전; 분자; 나노기술 2. organic polymer; piezoelectric; molecule; nanotechnology

파키스탄의 4번 째 원전으로 Punjab 주에 위치한 Chashma 3호기가 예비 인수시험을 통과했다고 원전공급사인 CNNC(China National Nuclear Corporation)가 밝혔다.

건설공사는 2011년 3월 중국이 설계한 CNP-300 가압경수로(PWR, pressurised water reactor)를 가지고 시작되었다. 올 10월 3일 최초 임계에 도달했고 10월 15일에는 계통병입에 성공한 바 있으며 이후 서서히 출력을 올려 전출력에 도달했다. CNNC는 2017년 12월 7일 발표를 통해 Chashma 3호기가 100 시간의 신뢰성 입증시험을 12월 6일 오전 3시 30분에 완료했으며 올 해 안에 상업운전을 개시할 것이라고 밝혔다.

Chashma 3호기는 같은 부지에 건설되고 있는 2기의 CNP-300 원자로 중 하나로  4호기는 3호기보다 9개월 늦게 건설이 시작되어 현재 시운전이 진행 중이며 2017년도 상반기 중에 계통병입이 예상된다. Chashma 부지는 Chasnupp라고도 불리는데 중국이 공급한 2기의 300 MWe 용량의 PWR도 자리하고 있다. 1호기는 2000년 상업운전을 개시했고 2호기는 2011년 준공되었다. 파키스탄은 캐나다가 공급하여 1972년 준공한 125 MWe급 가압중수로(PHWR, pressurized heavy water reactor)인 Karachi  1호기도 보유하고 있다.

한편, 중국이 공급하는 2기의 1,161 MWe급 Hualong One 원전도 Karachi 부지에 건설이 진행 중이다. 착공식은 2015년 8월 열렸으며 2021년과 2022년에 각각 준공될 예정이다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 가압경수로, 가압중수로, 챠쉬마 3호기 2. pressurised water reactor, pressurized heavy water reactor, Chashma unit 3

미국 원자력규제위원회(NRC, Nuclear Regulatory Commission)는 New Mexico 주 예전 우라늄 정련공장에 대한 지속적인 지하수 정화프로그램을 수행하라고 캘리포니아 Homestake Mining 회사에 확정명령(Confirmatory Order)을 발동했다.

Grants 근처에 위치한 이 정련공장은 1958~1990년까지 몇몇 지역 우라늄 광산에서 나온 우라늄을 처리했었다. 정련과정에서 나온 정련잔류물(tail)을 2개의 더미에 야적했다. 1975년 야적 더미에서 스며나온 물질이 지하수를 오염시켰다는 사실이 발견되었으며 1977년부터 지하수보호계획이 시행되었다. 정련공장 자체는 1993~1995년 사이에 해체, 철거되었다.

미국 환경보호청(EPA, Environmental Protection Agency)의 Superfund 프로그램에 따른 감독도 받고 있는 이 부지는 NRC 감독 하에 주요 지하수원 보호계획이 이행되고 있으며 부지폐쇄는 2022년 경으로 예상된다.

이번에 NRC가 발동한 확정명령은 Homestake사가 NRC가 승인한 보호계획을 명백히 위반한 것을 보완하라는 최종 법적 구속력을 갖는다. NRC는 2014년 10월부터 2016년 5월 사이 기록검사 도중 이 회사가 부지기준을 초과하는 물 방류, 비인가지역에 부산물이 포함된 물 방류, 액체유출물 시료 획득 및 결과보고 누락, 승인된 방법을 적용하지 않은 물 주입 등 중대한 위반사항이 있었음을 발견한 바 있다.

EPA에 따르면 정련잔류물 더미 중 큰 것은 200 에이커 면적을 점유하고 있으며 높이는 26~30 미터에 달한다. 양은 2,100만 톤에 달하는 것으로 추정된다. 작은 더미는 면적 40 에이커, 높이 6~7.5미터, 정련잔류물 양은 120만 톤에 이른다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 우라늄 정련공장, 정련잔류물, 지하수, 침출 2. Uranium mill, tail, groundwater, seepage

CNL(Canadian Nuclear Laboratories)은 향후 기관의 미젼을 공개하고 잠재적인 참여기관과 대화에 착수했다. 장기전략에 따르면 10년에 걸쳐 미화 8억 7,300만 불 이상을 인프라 확충에 투자하고 2026년까지 쵸크리버(Chalk River)에 신형 소형모듈형원자로(SMR)을 건설하는 것을 목표로 하고 있다.

올 4월에 공개된 CNL의 장기전략은 온타리오 주에 있는 Chalk River 연구소 내 NRU(National Research Universal) 연구로를 폐로한 뒤의 해당 연구소 미래를 기술하고 있다. NRU는 세계에서 가장 큰 다목적 고플럭스(hi-flux) 연구로로서 의료용 방사성동위원소 공급에서도 중요한 역할을 해 왔지만 60년 간의 운영기간을 맞는 2018년 3월 31일 부로 폐쇄될 예정이다.  

CNL은 연방정부 및 상업적인 우선순위를 결합하여 다음과 같은 4가지 부문의 응용중심 연구 및 기술개발 프로그램을 수립하였다. 기존 원전의 수명연장, 신형핵연료 제조, SMR 건설 및 수송분야 탈탄소화 등의 에너지 부문, 방사성생물학 연구 및 알파선 표적치료 등 건강 부문, 원자력 사이버 보안 및 핵 법의학 등의 안전 및 보안 부문 및 환경지킴이, 방사성폐기물 관리 강화 등의 환경 부문의 그것이다. 

향후 10년에 걸쳐 Chalk River 부지는 캐나다 정부의 원자력 연구수요와 캐나다 및 세계 원자력산업계의 과학기술 수요 지원을 위해 전략적으로 현대화될 예정이다. 미화 8억 7,300만 불 이상의 인프라와 시설 개선에 투입되어 선진핵물질연구센터단지를 건설한다. 연구지원시설인 변전소 및 천연가스, 수도 등 공급망도 확충된다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 의료용 방사성동위원소, 쵸트리버 원자력연구소, 소형모듈형원자로 medical 2. medical isotopes, Chalk River Laboratories, SMR(small modular reactor)

스페인 에너지부는 2017년 8월 1일 스페인 북부에 있는 Garona 원전이 여러가지 불확실성이 높아 운영허가를 갱신해주지 않을 방침이라고 밝혔다.

46년 된 이 원전은 2012년부터 사실상 발전이 중단되어 있다. 이는 Endesa 및 Iberdrola의 조인트벤쳐로 해당원전 운영사인 Nuclenor사가 새로운 발전세에 반대했기 때문이다. 원자력규제기관인 CSN(Nuclear Safety Council)이 일부 설비개선을 하면 2019년까지 운영에 문제가 없다고 선언했지만 운영에 들어가지 못했다. 446MWe급 비등수형원자로(BWR, boiling water reactor)은 현재 사실상 폐로단계에 들어가 있다.

스페인 정부는 에너지 및 기후변화 대응계획을 이행하고 각계에서 제시한 17건의 의견을 받아들여 Garona 원전 운영허가 갱신을 허가하지 않기로 결정한 것이다. 에너지부는 원전운영사가 폐로선언을 하면 폐로허가를 발급할 것이라고 밝혔다.

이렇게 되면 원전운영사인 Nuclenor사는 사전해체기간 중에 일련의 작업을 수행해야 하는데 여기에는 발전소내 냉각수조에 있는 사용후핵연료를 전량 임시저장시설로 반출하고 발전소 운영기간 발생한 방사성폐기물을 처분하는 작업이 포함된다.

스페인의 원전폐로회사인 Enresa사는 해당 원전 폐로에 10년 가량 소요될 것으로 전망하고 있다. 스페인은 Garona 원전을 제외하고 다른 7기의 원전을 보유하고 있으며 이들 원전은 스페인 전력의 20% 정도를 생산하고 있다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. Garona 원전, 비등수형원자로, 사전해체기간 2. Garona NPP, BWR(boiling water reactor), pre-dismantling period

카자흐스탄이 신규원전 건설을 위해 5곳의 잠재부지에 대한 연구에 착수했다고 국립원자력센터의 Mazhyn Skakov 연구담당 부처장이 밝혔다. 이 5곳에는 남부 Balkhash호수 서안의 Ulken, 러시아의 국경과 가까운 북동부의 Kurchatov, 북부 Tobol 강가의 Kostanay, 키르기즈스탄 국경 근처 남부 Talas 강가의 Taraz 및 카스피해 서쪽 해안의 Aktau가 해당된다.

Aktau은 1999년에 영구폐쇄된 52MWe급 BN-350 고속증식로가 있던 곳이다.  Ulken과 Kurchatov 부지가 현재 선호되는 부지다. 다른 부지는 지질학적으로 덜 적합하거나 지역주민의 반대에 봉착해 있다. Skakov 부처장은 3세대 또는 3세대+ 급 경수로 원자로를 고려하고 있다고 밝혔다.

올 해 11월, 국제원자력기구(IAEA, International Atomic Energy Agency)의 INIR( Integrated Nuclear Infrastructure Review)팀은 세계 최대의 우라늄 생산국인 카자흐스탄이 핵연료 주기 중 전반단계의 모든 단계를 이행할 수 있는 능력을 개발하고 있다고 밝혔다.

IAEA는 카자흐스탄이 3기의 연구용 원자로를 운영하고 있고 다른 원자력시설도 갖고 있는 등 잘 개발된 연구개발 인프라를 보유하고 있다고 평가했다. 또한  Aktau의 고속증식로는 25년 이상 운영 경험을 갖고 있다. 카자흐스탄은 전력의 80% 이상을 화석연료에 의존하고 있다. IAEA는 카자흐스탄이 화석연료에 대한 의존도를 줄이고 주요 에너지원을 다양화하고 온실가스 배출을 저감하기 위해 원자력발전을 국가에너지계획에 고려하고 있다고 밝혔다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 카자흐스탄, 3세대 원자로, 잠재부지 2. Kazakhstan, Generation III reactor, potential site

러시아 국영원자력회사인 Rosatom사는 2기의 KLT-40 원자로를 장착한 부유식 원자력발전소(floating nuclear power plant)인 Akademik Lomonosov호가 일련의 성공적이고 포괄적인 시험을 마친 후 상업운영을 시작할 준비가 되었다고 2019년 4월 24일 발표했다.

Akademik Lomonosov호는 길이 144m, 폭 30m에 배수량은 2만 1,000톤에 달한다.

이 부유형 원자력발전소에 장착된 2기의 원자로는 2019년 3월 31일 전출력인 100%까지 성공적으로 가동된 바 있다. Rosatom사는 이 시험들을 통해 해당 원자력발전소의 주설비 및 보조설비의 안전성은 물론 자동 공정제어 시스템의 작동 안정성을 확인했다고 밝혔다.

Rosatom사의 원전운영 분야 자회사인 Rosenergoatom사 측은 이 부유형 원전에 대한 승인 인증서를 규제 당국이 곧 발급할 것이라고 밝혔다. 이렇게 되면 올 7월에는 운영허가가 발급될 전망이다.

이와 함께 러시아 북부 Chukotka 지역의 Pevek에서는 해당 원자력 발전소용 육상 구조물 및 유압 구조물, 지역 전력망에 송전하고 열을 보내기 위한 인프라가 올해 말까지 완성될 예정이다. Rosatom사는 관련 엔지니어링 작업이 일정에 맞춰 진행되고 있다고 밝혔다.

이 부유형 원자력 발전소는 여름에 Pevek 항으로 견인될 예정이며, 이 곳에 있는 Bilibino 원자력 발전소와 Chaunskaya 복합화력 발전소를 대체하게 된다. 올 12월까지 전력망에 연결되어 정상 발전을 시작할 것으로 예상된다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 부유식 원자력발전소,아카데믹 로모노소프 호,자동 공정제어 시스템 2. floating nuclear power plant,Akademik Lomonosov,automatic process control system

AEM-Technology사가 러시아 Ulyanovsk 지역의 Dmitrovgrad에 있는 원자로연구소(NIIAR, Research Institute of Atomic Reactors) 부지에 건설 중인 다목적 나트륨냉각 고속중성자 연구로(MBIR,  multipurpose sodium-cooled fast neutron research reactor)에 들어갈 원자로압력용기(RPV,reactor pressure vessel) 제작에 돌입했다. AEM-Technology사는 러시아 원자력국영기업인 Rosatom의 자회사인 Atomenergomash사의 일부다.

MBIR은 열출력 150 MWt급 나트륨냉각고속로이며 50년 이상의 설계수명을 갖고 있다. 이 원자로는 냉각재로 납, 납-비스무트 및 기체를 시험할 수 있으며 혼합산화물연료를 사용한다. 파이롯트 규모로 개발한 파이로 재처리(pyrochemical reprocessing)를 이용해서 폐쇄핵주기(closed fuel cycle) 시설을 부지 내에 설치하는 것도 계획 중이다.
AEM-Technology사는 2017년 3월 27일 RPV 상부 용접작업이 Rosatom의 또 다른 자회사로 중기계 제작업체인 Atommash사 공장에서 이미 시작되었다고 밝혔다. 완성될 RPV는 무게 83톤, 길이 12m, 직경 4m에 달할 예정이다.

AEM-Technology사는 360톤에 달하는 총 14개의 장비 및 지지구조체를 생산할 예정이다. MBIR 건설은 2020년까지 완성될 것이라고 이미 공개된 바 있다.

RPV는 나트륨 누설에 대비해서 안전용기 안에 설치된다. MBIR 프로젝트는 IAEA가 시행하는 원자로 및 연료주기 혁신 국제 프로젝트(INPRO, International Project on Innovative Nuclear Reactors and Fuel Cycles)와 연계해서 국제협력을 위해 문호가 개방되어 있다. MBIR이 준공되면 1969년부터 NIIAR의 같은 부지에서 운전되고 있는 BOR-60 실험용 고속로를 대체하게 된다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 다목적 나트륨냉각 고속중성자 연구로, 원자로압력용기, 폐쇄핵주기 2. MBIR(multipurpose sodium-cooled fast neutron research reactor), RPV(reactor pressure vessel), closed fuel cycle

미국 Southern Nuclear사가 Georgia 주 AP1000 건설부지에 대한 감독업무를 인수한 후 진행된 첫 주기기 설치로 Vogtle 3호기 격납건물에 첫번째 증기발생기가 설치되었다.

Waynesboro 인근의 기존 Vogtle 원전 부지에 2기의 AP1000 원자로를 건설하고 있으며 각 원자로에는 2대의 증기발생기가 필요하다. 증기발생기는 길이 약 24미터, 무게 635톤에 달하며 원전 내에서 가장 큰 기기 중 하나다.

2기의 원자로에 들어가는 총 4대의 증기발생기는 한국에서 제작되어 이미 건설부지에 반입된 상태다. Vogtle 3호기 건설은 2013년 3월 시작되었다. 같은 달 SCE&G사(South Carolina Electric & Gas)는 VC Summer 2호기 건설에 돌입한 바 있다. Summer 3호기와 Vogtle 4호기는 같은 해 11월 건설이 시작되었다.

올 3월 Westinghouse사가 파산보호를 신청한 이후에도 건설작업은 지속되어 왔다. 사업관리는 양측 간 협약에 따라 Westinghouse에서 사업주인 Georgia Power (지분, 45.7%), Oglethorpe Power (30%), MEAG Power (22.7%) 및 Dalton시(1.6%)로 올 7월 27일부로 전환되었다.

Westinghouse의 모회사인 Toshiba는 최대 미화 36억 8,000만 불에 이르는 보상금을 사업주에게 지급하기로 올 6월 합의한 바 있다. Georgia Power사는 2017년 8월 15일 이달 말까지 종합일정 수립 및 사업완수 비용과 취소비용 평가를 완료하겠다고 밝혔다. 이후에는 Georgia 주 PSC(Public Service Commission)에 최종 권고를 제출할 것으로 보인다. 이 프로젝트의 최종 운명은 그 이후 결정될 것으로 전망된다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 증기발생기, 공공서비스위원회, 파산보호 2. steam generator, PSC(Public Service Commission), bankruptcy protecton

미국 에너지부 Ernest Moniz 장관은 2016년 12월 5일 국제원자력기구(IAEA)에 South Carolina 주에 있는 잉여 플루토늄을 처분하는 작업을 감시하고 입증해 달라고 요청했다고 밝혔다. Moniz 장관의 공개는 국제 원자력안보를 강화하기 위한 IAEA 회의에서 나왔다. 이 작업은 South Carolina 주 Aiken에 있는 에너지부의 Savannah River 부지에 있는 잉여 플루토늄 6톤을 희석해서 처분하는 작업으로 이미 시작된 것으로 알려졌다.

IAEA의 감시와 입증은 이 물질이 다시는 핵무기로 사용될 수 없을 것을 확증시키는 것이 목적이다. 올 해 초 에너지부 산하의 미 국가핵안보청(NNSA, National Nuclear Security Administration)은 해당 플루토늄을 희석 및 처분 방법으로 폐기할 것이라고 밝힌 바 있다. 이 방법은 산화플루토늄에 불순물을 섞어 플루토늄 농도를 낮추고 순수한 물질을 추출하는 것을 어렵게 해서 핵확산 관점에 물질의 가치를 낮추는 방법이다. 희석된 물질은 안전한 용기에 포장해서 지층처분장에 영구 처분하면 된다.

이번 처분은 2010년 미국-러시아 간에 체결된 PMDA(Plutonium Management and Disposition Agreement)에 따라 34톤이 처분된 후 다시 6톤이 처분되는 것이다. PMDA에 따르면 양국은 각각 34톤의 핵무기급 플루토늄을 상용 원전의 연료로 사용하도록 되어 있다. 올 해 초 NNSA는 34톤의 우라늄을 혼합산화물(MOX) 연료로 만들어 경수로에서 사용하는 대신 희석 및 처분방식을 적용할 것이라고 밝힌 바 있다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 핵확산, 플루토늄, 희석 및 처분 2. nuclear proliferation, plutonium, dilute and dispose