소형모듈형원자로(SMR) 제작을 위한 전자빔용접 개발 방향

국문 초록 (Abstract)

최근 소형원자로 및 4세대 원전에 대한 개발은 전 세계적인 추세이다. 미국, 영국, 러시아 및 캐나다 등이 이 분야에 대한 선두주자이다. 이들 국가는 소형원자로의 설계와 함께 혁신적인 제작기술개발도 병행으로 개발 진행하고 있으며 미국과 영국에서는 이미 해당 기술개발을 완료하여 제품에 적용할 수 있는 수준에 이르고 있다. 이 국가들은 대부분 정부 지원을 통해 ‘혁신제작기술’ 개발을 진행하고 있으며 개발목적은 주로 소형원자로 제작경쟁력 확보를 위해 제작 원가를 약 50% 절감하려는 것이다. 앞으로 원자력의 안전성 뿐만 아니라 경제성이 중요한 하나의 인자이기 때문이다. 영국과 미국 등은 과거 대형 원전 제작 시에는 현실화가 어렵다고 판단하였던 많은 제작기술을 혁신적인 방법으로 개발하고 있으며, 수년 내에는 제품 적용이 가능한 수준이 될 것이다. 해외 선진사와 비교하면 국내 원자력 분야의 혁신제작기술 개발은 거의 진행되지 않고 있으며 과거의 제조방법을 그대로 유지하고 있다. 따라서 소형원자로 시장에 진입하여 제작경쟁력 확보하기 위해에서는 시급한 연구개발이 필요하다. 국내 업체가 부담하기 어려운 기초기술 연구개발비와 개발 기간의 장기화에 대한 경쟁력 약화 등에 대하여 정부의 지원이 필수적이다.
소형원자로 경쟁력 확보를 위한 혁신제작기술에는 다양한 기술이 있으며 본 보고서에서는 미국과 영국을 중심으로 개발되는 기술 중에서 가장 효과 있고 실현 가능성이 큰 전자빔용접 (Electron Beam Welding, EBW) 기술을 소개하고자 한다.
전자빔용접은 기존의 아크용접인 SAW(Submerged Arc Welding)와 GTAW(Gas Tungsten Arc Welding)를 대체할 수 있는 혁신적인 용접기술이다. 해외 소형원자로 제작 엔지니어들은 150~200mm 정도의 두께를 1패스로 용접하는 혁신적인 용접기술을 개발하고 있다. 이 경우 용접시간을 기존 대비 약 90% 절감할 수 있다. 전자빔용접을 적용하려는 다른 중요한 목적은 원자력발전소 가동 중 검사를 생략하기 위함이다. EBW 용접은 용가재(Filler Metal)를 사용하지 않기 때문에 용접부와 열영향부를 용접 후 용체화 열처리를 하면 모재와 동일한 조직으로 만들 수 있기 때문이다. 따라서 원자로 가동 중 검사에 주기적으로 사용되는 많은 검사비용과 일정을 줄일 수 있다.
해외 선진국가는 소형모듈형 원자로를 차세대 원전 노형으로 홍보하고 기술개발을 도전적으로 진행하고 있다. 특히 혁신적인 제작기술은 타 국가 및 제작사가 따라가기 힘든 수준에 이르고 있으며 그들의 노형과 혁신제작기술을 통합적으로 세계 표준화를 진행하고 있다. 현 상태로 기술 격차가 유지된다면 한국은 소형원자로 시장에 진입이 어려울 뿐만 아니라 장기적으로 원자력 분야 제조 경쟁력을 상실할 수 있다.
국내는 자체적인 혁신제작기술 개발을 시급하게 시작하여야 한다. 세계 원전시장에서 경쟁력을 지속하기 위해서는 정부 주도의 기술 혁신개발에 대한 지원이 필요하다. 장기적인 개발전략 아래에 정부/연구소/대학/기업이 협력하여 기술개발이 추진되어야 할 것이다