권동일 회원 (서울대) 연구팀, '비파괴 검사', 美 원자력 기술표준 인증

미세한 탐침으로 용접 부위 눌러 금속 안 떼고 내구성 측정
합정동 타워크레인 붕괴도 밝혀
가장 까다로운 美 표준 통과, 英 원자력청은 이미 장비 발주
지진 예측 등 全 분야 확산될 듯


국내 과학자가 개발한 내구성 검사 기술이 세계에서 가장 까다롭다는 미국의 원자력 기술표준으로 인증받았다. 이미 영국 원자력청에서 관련 기술을 이용한 검사 장비도 수주받았다. 게다가 극한 기계 시스템인 원전의 기술표준으로 인정받은 만큼 다른 산업에도 파급될 가능성이 크다.

권동일 서울대 재료공학부 교수는 "국내에서 개발한 응력(應力·물질을 변형시키는 힘) 측정 기술이 미국기계학회(ASME)로부터 원전 압력용기의 용접 부위를 검사하는 기술표준으로 인증을 받았다"고 1월 31일 밝혔다. ASME 원자력 기술표준은 세계 각국에서 원자력 설계기준으로 사용한다. 우리나라 전력산업기술기준(KEPIC)도 원자력 분야에선 ASME 기술표준을 기반으로 하고 있다.

권 교수는 "세계 최초로 용접 부위에서 나중에 균열이 발생할지 여부를 현장에서 재료 손상 없는 비파괴 방식으로 검사할 수 있는 기술을 개발했다"며 "ASME는 이번에 우리 기술로 압력용기를 검사해 문제가 없다면 고가의 후처리 과정을 생략할 수 있다는 조항을 신설했다"고 말했다.

◇원자로 제작비 줄이고 안전성도 높여

압력용기는 원자로에서 발생한 열로 물을 끓이는 증기발생기들을 담고 있는 원전 핵심 부품이다. 손상 시 인체에 치명적인 방사능이 유출될 수 있어 어느 부품보다 검사 기준이 까다롭다. 특히 미국 원자력규제위원회(NRC)는 압력용기의 용접 부위가 가장 취약한 부분이라고 지적했다. 섭씨 1000도 이상의 열이 가해지는 용접 부위는 다른 곳과 팽창률이 달라 형태를 변형시키는 힘이 발생한다. 이른바 '잔류 응력'이다.

국내외 원전에서는 잔류 응력을 없애기 위해 용접 후 다시 낮은 온도의 열을 가해 한쪽에 치우친 열에너지를 분산시키는 후(後)열처리 공정을 거친다. 권 교수팀의 검사 기술로 압력용기에 후열처리를 할 만큼 잔류 응력이 없다는 것을 현장에서 확인한다면 비용을 줄이는 것은 물론 원전 안전에도 큰 도움이 될 수 있다.


권 교수는 "핵심 기술은 미세한 탐침으로 용접 부위를 눌러 응력을 계산하는 방법"이라고 설명했다. 탐침은 높이가 300㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m)인 사각뿔 형태로, 가장 단단한 물질인 다이아몬드로 만들었다.

검사는 탐침으로 용접 부위를 눌러 100~150㎛ 깊이의 자국을 내는 방식이다. 만약 용접 부위에 자국을 낼 때 들어간 힘이 정상 상태의 재질에 자국을 낼 때보다 크거나 작으면 균열이 일어날 가능성이 크다고 판단하는 것이다.

이봉상 한국원자력연구원 원자력재료연구부장은 "기존에는 용접 부위의 금속을 떼 내거나 별도 열처리를 해야 검사할 수 있었는데 이번 기술로 현장에서 간편하고 정확하게 변형 가능성을 측정할 수 있게 됐다"고 말했다.

◇사고 조사하는 공학계의 CSI

원자력 분야의 기술표준은 다른 산업계의 표준이 될 가능성이 크다. 원전이 세상에서 가장 복잡하고 극한 환경에 있는 기계 시스템이기 때문이다. 원전은 부품 수가 약 100만 개에 이른다. 대형 민항기에 들어가는 부품도 10만여 개에 불과하다. 그렇게 복잡하다는 우주선도 발사 후 4~5분만 엔진을 잘 가동하면 되지만 원전은 보통 18개월 동안 쉬지 않고 가동해야 한다.

권 교수는 "이미 미국의 가스 파이프라인과 국내 석유화학 공장의 안전 검사에 새 기술이 적용되고 있다"며 "이번 기술표준 인증을 계기로 지진 예측 등 다양한 분야로 확대될 것"이라고 말했다.

탐침 기술을 각종 사고 조사에도 활용할 수 있다. 권 교수는 이미 국내외에서 '공학계의 CSI(과학수사대)'로도 유명하다. 2010년 10월 서울 합정동 타워크레인 붕괴사고가 가로·세로축을 연결하는 볼트 결함이 원인이라는 사실도 밝혀냈다. 당시에도 미세 탐침으로 볼트를 눌러 열처리가 제대로 되지 않았음을 알아냈다. 권 교수는 이듬해 국내 안전기술 전문가들로 한국법공학회를 발족해 CSI 엔지니어 양성에도 앞장섰다. 서울대에는 법안전융합연구소를 세워 각종 사고 현장에서 국립과학수사연구원과 함께 공학 조사 활동을 벌이고 있다.

-출처: 조선비즈