[첨단 헬로티]
에너지부 오크리지 국립 연구소는 3D프린팅 원자로 노심의 설계를 정제하고, 이를 건설하는 데 필요한 적층 제조 공정을 확대하며, 인쇄된 구성요소의 일관성과 신뢰성을 확인하는 방법을 개발하고 있다.
▲사진 : 오크리지 국립연구소 홈페이지
TCR 프로젝트의 전례 없는 핵 에너지에 대한 접근은 제조, 재료, 핵 과학, 원자력 공학, 고성능 컴퓨팅, 데이터 분석 및 관련 분야에서 ORNL의 발전을 활용한다.
연구소는 2023년까지 최초의 원자로를 가동하는 것을 목표로 하고 있다. 이 프로그램은 코로나19 대유행 기간 동안 설계 및 분석 작업을 계속하기 위해 원격 작업을 사용하는 공격적인 일정을 유지해왔다.
토마스 자차리아 ORNL 이사는 "핵산업은 여전히 우리가 원자력 에너지 기술을 설계, 건설, 배치하는 방식에 대해 생각하는 데 제약을 받고 있다"고 말했다.
이어 그는 "DOE는 신뢰할 수 있고 깨끗한 에너지를 제공하는 혁신적 에너지 솔루션을 신속하고 경제적으로 개발하는 새로운 접근 방식을 모색하기 위해 이 프로그램을 시작했다"고 덧붙였다.
원자로 개발과 배치는 전통적으로 1950년대와 60년대에 개척한 재료, 연료, 기술에 의존해왔으며, 높은 비용과 수십 년의 공사 기간으로 미국은 지난 20년 동안 단 한 개의 새로운 원자력 발전소를 건설할 수 밖에 없었다.
TCR은 새로운 첨단 재료를 도입하고 통합 센서와 제어장치로 원자로 설계, 제조, 허가 및 운용의 새로운 경로를 형성하기 위해 잠재력을 가진 과학적인 진보에 의존해 비용을 절감하는 고도로 최적화되고 효율적인 시스템을 제공할 것이다.
TCR은 노심 설계의 선정과 3개월간의 '스프린트'를 포함한 몇 가지 기초 실험을 완료했으며, 이를 통해 시제품 원자로 노심을 신속하게 생산할 수 있는 적층 제조 기술의 민첩성을 입증했다.
연구원들은 선택된 설계와 최적화되고 신뢰할 수 있는 에너지 시스템을 보장할 프로세스를 다듬는데 초점을 맞출 계획이다. 모니터링 기술은 제조 공정을 지속적으로 평가해 인공지능으로 인쇄물의 실시간 인증 및 성능 분석이 가능한 실시간 데이터 스트림을 제공한다.
또한, 팀은 구성 요소 성능을 평가하고 각 고유 부품의 동작과 실제 제조 데이터 사이의 연결 관계를 확립하기 위해 광범위한 제조 후 테스트를 수행할 예정이다.
커트 테라니 TCR 기술국장은 "지난 몇 달 동안 이 프로그램을 현실화할 수 있는 능력을 공격적으로 개발해 왔으며, 이 기술이 3D 프린팅 원자로 노심을 시연할 준비가 돼 있다는 것을 입증했다"고 말했다. 이어 그는 "핵에 대한 현재의 상황은 끔찍하다. 이는 핵 공동체를 위한 신속한 혁신을 위해 수문을 열 수 있는 근본적 노력"이라고 말했다.
이 프로그램은 3D프린팅 원자로의 배치의 일환으로 부가적으로 제조된 원자력 기술의 신속한 채택을 위해 산업계에 기술을 이전하는 데 도움이 될 디지털 플랫폼을 만들 것이다.
커트 테라니 국장은 "적층제조 공정 기술의 현저한 발전으로 인해 전체 TCR 개념이 가능하게 됐다"고 말했다.
이어 그는 "3D프린팅을 활용함으로써 핵계가 지난 수십 년 동안 자본화하지 못했던 기술과 물질을 활용할 수 있게 됐다. 여기에는 거의 자율적인 통제와 데이터 라이브러리를 위한 센서와 원자력 공동체 전체에 이익이 될 자격에 대한 새롭고 가속화된 접근법이 포함된다"고 말했다.
TCR 프로그램을 통해 ORNL은 골치 아픈 추세에 대한 해결책을 모색하고 있다. 원전이 미국 전력의 20% 가까이를 제공하지만, 현재 면허 만료일을 기준으로 하면 20년 안에 미국 원자로의 절반 이상이 폐기될 것으로 보인다.
한편, ORNL은 아르곤느와 아이다호 국립 연구소와 제휴하고 있으며, 상업적 사용을 위한 신속한 채택을 위해 업계와 협력하고 있다.
전환 챌린지 원자로는 ORNL의 77년 원자력 과학 및 기술 개발 국제 리더십 역사를 기반으로 한다. 이 연구소는 세계 최초의 연속 가동 원자로의 본거지로 시작됐으며, 이 연구소의 과학자들과 기술자들은 원자 시대의 첫 수십 년 동안 기술과 전문 지식을 개척했다.
현재 연구소는 다양한 연구를 위한 세계 최고의 중성자 공급원을 제공하고 의학, 산업, 우주 탐사를 위한 동위원소를 생산하는 DOE 과학 사용자 시설인 고플럭스 동위원소를 운영하고 있다. TCR은 ORNL에 의해 건설되고 운용되는 14번째 원자로가 될 예정이다.
