학부생을 주축으로 한 국내 연구진이 핵연료 재활용 기술 구축과 관련된 기술 메커니즘을 규명하였다.

한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 원자력연구기반확충사업의 지원을 받은 한병찬 연새대학교 교수팀(권초아 연세대 4학년, 강우종 연세대2학년 )이 핵폐기물을 500℃이상 고온에서 용융염 매질과 전기 화학적 방법으로 재활용하는 기술인 파이로 프로세싱 공정에 필요한 열역학, 동역학적 물성치 데이터베이스를 확보하고 전해환원 공정의 근본적 메커니즘을 규명하였다고 밝혔다.

고준위 방사선 물질의 대부분을 차지하는 후 핵연료 및 그 부산물은 영구처분장 확보가 어렵고, 그 처리과정이 복잡하고 난해하다. 현재 우라나라는 고준위 방사선 폐기물의 경우 각 발전소 내 임시보관 중이며, 중 저준위 폐기물의 경우 경주에 있는 핵폐기물 시설에 저장되고 있다.

하지만 고준위 핵폐기물 저장 공간이 2024년 완전포화 상태가 될 예정으로, 핵폐기물 재활용 공정인 파이로 프로세싱이 주목받고 있으나 방사성 물질의 열역학 및 동역학적 물성 데이터 부재 및 기존 실험 데이터의 신뢰성 부족 문제를 해결하는 것이 시급한 당면과제였다.

이에 한병찬 교수팀은 양자역학을 이용하여 선험적인 변수 없이 자연현상을 컴퓨터로 예측하거나 이해하는 제일원리전산모사를 이용해 고성능 파이로 프로세싱 시스템 설계 등에 핵심적인 물성데이터베이스를 구축할 수 있는 방법론을 검증하고 데이터베이스를 구축했다.

또한 제일원리전산을 사용해 파이로 프로세싱 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 소재 후보군을 검출할 수 있음을 검증함으로써 향후 고준위 방사성 물질 실험에 소요되는 금전적, 시간적 비용을 획기적으로 감소시킬 것으로 기대된다.

한병찬 교수는 “이번 연구의 의의는 사용 후 핵연료 재활용을 위한 파이로 프로세싱 시스템 설계에 필요한 핵심물성 데이터베이스를 구축하고, 이를 통한 공정의 안정성과 효율성을 획기적으로 높일 수 있는 토대를 만들었다는 점”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구결과는 전기화학 분야의 권위 있는 학술지인 ‘일렉트로키미카 액타(Electrochimica Acta)’와 원자력 분야에서 가장 저명한 저널인 ‘인터내셔널 저널 오브 에너지 리서치(International Journal of Energy Research)’에 각각 2016년 3월 9일, 3월 30일에 게재되었다.