우리 학회 회원인 한국원자력연구원 김현길 박사가 올해의 ‘KAERI 대상’을 수상했다.
‘KAERI 대상’은 한국원자력연구원에서 매년 한 해 동안 최고의 역량을 보여준 직원을 선정해 포상하는 것으로 올해는 ‘사고저항성 핵연료 피복관 원천기술 개발 및 금속-세라믹 하이브리드 소재 제조 3D 프린팅 기술개발’이 최고의 연구 성과로 선정되었고, 개발을 주도한 연구자가 그 영광을 얻었다.

2011년 발생한 후쿠시마 원전사고는 원자로내부의 고온으로 핵연료 피복관이 변형·파괴되고 산화되면서 다량의 수소가 발생, 결국수소 폭발로 이어졌다. 김 박사는 이와 같은 원자로 수소 폭발을 방지하기 위해 ‘3D 레이저 프린팅 기반 산화물 분산강화 기술※’을 개발하기 시작했다. 그는 연구원의 연구생이던 1997년, 국내 고유의 핵연료 피복관인 ‘HANA 피복관’ 개발 참여를 통해 처음 이 분야에 발을 들였다. HANA 피복관 개발은 우리나라 원자력 기술자립의 역사에서 핵연료 완전 국산화의 정점으로 손꼽히는 성과 중 하나다.

김 박사는 2004년 연구원에 입사해 현재까지 원자력발전소의 1차 방호벽 역할을 담당하는 핵연료 피복관의 개발을 연구하고 있다. 핵연료 피복관은 핵연료(UO2, 이산화우라늄)를 감싸면서 고준위 방사선과 높은 온도 등의 극한환경에 노출되어 있는 핵심 부품이다. 이 부분이 손상되면 방사성 물질이 외부로 누출되는 심각한 상황이 발생하게 된다. 따라서 안전성이 우수한 핵연료 피복관은 원자력발전소에 필수적이며, 그에 대한 연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

그는 선진국보다 더 나은 성과를 만들고자 노력했다. 그렇게 찾은 방법이 ‘3D 프린팅 기술을 이용한 사고저항성 핵연료 피복관’ 개발 연구다. 그 결과 미국·프랑스에서 제안한 소재보다 사고환경에서 산화에 견디는 능력이 10배 향상된 CrAl 합금 소재를 만들어냈다. 특히 4차 산업기술인 3D 프린팅 기술을 세계 최초로 핵연료 피복관 제조에 활용해 이 분야의 선구자가 되는 쾌거를 이뤘다. 그는 이 기술로 ‘2017년 발명의 날’에 대통령 표창을 받기도 했다.

이 기술의 개발을 위한 필수 기술인 ‘고내식성 합금 소재 기술 및 3D 프린팅 장치-공정 기술’은 산업체로 4차례 기술이전되었고, 향후 여러 중소·벤처기업으로 추가적인 기술이전도 예정되어 있다. “우리나라의 소재 개발 분야에 있어서 매우 자랑스러운 성과”라고 자신 있게 말하는 이유다.

그는 초소형 원전을 3D 프린팅 기술로 찍어낼 수 있는 세계 최고의 기술을 확보하는 것에 도전하고 있다. 원자력용으로 개발한 소재 부품 기술을 타산업 분야에도 적용함으로써 원자력 기술이 국가 산업 발전에 크게 이바지하고 있다는 점을 널리 알리고 싶은 포부 또한 크다. 지금 내가 하고 있는 일에 대한 재미와 사명감 그리고 협업을 최고의 덕목이라 생각하는 김 박사. 동료들의 도움과 격려가 현재의 자신을 만들었다며 주변 모든 이들에게 ‘KAERI 대상’수상의 영광을 돌렸다.

※ 3D 레이저 프린팅 기반 산화물 분산강화 기술: 최종 제품을 만든 후, 제품 금속 표면에 산화물 입자를 도포하고 3D 프린터의 레이저 열원으로 금속을 녹이면서 동시에 산화물 입자를 혼합, 냉각하여 금속 내부에 내열층을 만들어내는 혁신적인 기술. 산화물 입자를 금속 내부에 고루 분포시키면서 가공 시간과 비용을 기존 기술 대비 1/20로 단축할 뿐 아니라, 사용자가 원하는 특정 부분만 강화할 수 있고 사고 시 핵연료의 안전성을 크게 향상