원자력연구원은 박상규 원자력연구원 선진핵연료기술개발부 박사 연구팀이 4세대 원자로 중 하나인 소듐냉각고속로(SFR) 금속 핵연료 용기(도가니)와 핵물질의 이상 반응을 완벽히 차단하는 신소재를 개발했다고 16일 밝혔다.
연구원에 따르면 SFR 금속 핵연료는 사용후핵연료에서 추출한 핵물질을 용기에 담아 고온에서 녹인 후 사출해 핵연료를 제조한다. 하지만 현행 공정에서는 사출 후 약 20%의 핵물질이 남고, 이 물질이 식는 과정에 용기와 산화물 생성 반응을 일으켜 잔량 재활용에 추가처리 공정이 필요했다.
이를 예방하려면 용기와 핵물질의 반응을 억제하는 이트리아(Y2O3) 기반의 상용 소재로 용기를 코팅 처리해야 하는데 그 성능에 한계가 있었다.
박상규 박사팀은 이트리아에 란탄계 원소를 첨가할 경우 기존 상용 소재보다 반응성이 현저하게 감소하는 점에 주목했다. 후보 물질에 대한 검토 끝에 산화네오디뮴(Nd2O3)을 이트리아와 1대 1로 혼합하고 1600℃에서 30분간 가열해 네오디뮴-이트륨 복합 산화물(Nd2YO3) 세라믹 신소재를 개발했다.