원자력 발전은 저렴한 발전 원가와 높은 효율성을 바탕으로 전 세계 에너지 공급의 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 우리나라도 전체 발전량의 약 31%를 원자력에 의존하고 있을 만큼 비중이 높지만, 원자로 가동 후 발생하는 사용 후 핵연료의 안전한 처리는 여전히 해결해야 할 중대한 과제입니다. 사용 후 핵연료는 원자로 밖으로 나온 뒤에도 상당 기간 강한 방사능과 열중성자를 방출하므로, 이를 안전하게 관리하기 위해서는 중성자를 효과적으로 차단할 수 있는 특수 흡수 소재가 반드시 필요합니다.

그동안 우리나라는 중성자 흡수 소재를 전량 해외 수입에 의존해 왔으나, 최근 한국재료연구원에서 국산화를 위한 알루미늄 복합 소재 개발에 성공했습니다. 이 신소재는 가벼운 알루미늄 기지에 중성자 흡수 성능이 뛰어난 탄화붕소를 결합한 것으로, 독자적인 교반 주조 공법을 통해 강화재 함량을 최대 40%까지 높였습니다. 미세조직 분석 결과 탄화붕소 입자가 소재 전체에 매우 균일하게 분산되어 있음이 확인되었으며, 이는 해외 기술에 의존하던 기존의 한계를 극복하고 국내 원전 산업의 기술적 자립을 앞당기는 중요한 성과로 평가받고 있습니다.

탄화붕소 함량이 높은 신규 복합 소재는 2mm 이하의 얇은 두께 조건에서도 열중성자를 95% 이상 흡수하는 탁월한 성능을 기록했습니다.

연구진은 더 나아가 소재의 차단 성능과 내구성을 동시에 향상시킨 하이브리드 적층 구조 기술까지 확보했습니다. 탄화붕소와 산화가돌리늄 분말을 여러 층으로 쌓아 중성자 흡수 효율을 극대화하고, 표면에는 특수 금속층을 형성해 부식을 방지하고 입자 탈락을 막는 고성능 소재를 완성한 것입니다. 또한 소재 내 입자 분산도를 정확히 측정할 수 있는 분석 프로그램과 특허 기술을 함께 개발하여 제품의 신뢰성을 객관적으로 입증했습니다. 이러한 혁신 기술은 원자력 분야를 넘어 항공우주 등 국가 전략 산업의 안전과 경쟁력을 강화하는 데 크게 기여할 전망입니다.