원자로를 3D프린터로 출력하는 시대 열릴까?

TCR(Transformational Challenge Reactor)은 미국 오크리지국립연구소가 진행하는 원자로를 3D프린터로 출력하는 연구 개발 프로젝트다.

오크리지연구소는 맨해튼계획 일환으로 건설된 연구 시설을 이용하며 미 에너지부 산하에서 원자로 연구 개발을 비롯한 다양한 프로젝트를 추진 중이다. 연구소 측은 전력 공급 중 20%가 원자력 발전에 의해 제공되는 미국에선 소형 고출력으로 비교적 저렴하게 건설할 수 있는 경수로 원자로가 주로 쓰인다고 한다. 하지만 라이선스 문제로 2055년까지 폐지될 가능성이 높고 경수로를 대체할 원자로 개발이 요구되고 있다. 하지만 원자로에 대한 적극적 연구 개발이 이뤄진 건 1950∼1960년대가 정점이었고 현대에 새로운 원자로 설계와 구현을 하려면 막대한 비용이 든다.

오크리지연구소가 진행하는 TCR은 지금까지 생산에 높은 비용이 우려되던 복잡한 디자인을 비용을 절감하면서 실시하는 프로젝트다. 3D프린터로 출력한 노심 데모를 실시하는 단계에 도달한 것. TCR로 개발한 원자로는 연료로 질환우라늄 TRISO형 피복 연료입자를 쓰고 감속재로 이트륨수소를 이용한다. 이에 따라 기존보다 적은 연료량으로 임계 상태를 유지하는 게 가능하게 된다는 설명이다.

TCR은 그 뿐 아니라 AI를 이용한 원자로 작동 시험과 성능 분석도 진행하며 곧 상용화할 수 있도록 가능한 한 광범위한 테스트를 실시하고 있다. TCR 개념이 현실화된 건 3D프린터 등 부가 제조 기술에 괄목할 만한 진전이 있었기 때문. 3D프린터를 통해 과거 수십 년 동안 원자력에 활용할 수 없던 기술과 재료를 사용할 수 있게 됐다고 한다.

오크리지국립연구소는 원자력 산업은 원자력 에너지 기술 설계, 구축과 배포 방법에 여전히 제약을 받고 있다면서 TCR이 첨단 원자력 에너지 시스템 구축을 가속화할 새로운 모델을 제시할 것이라고 강조했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.