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韓英, 우주탐사용 원자력전지 공동 개발한다

정영욱 한국원자력연구원 융복합양자과학연구소 소장(왼쪽)과 이언 길레스피 영국 레스터대 부총장보는 지난달 30일 레스터대에서 우주탐사용 원자력전지 공동연구 양해각서를 체결했다. 한국원자력연구원 제공 한국과 영...

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정영욱 한국원자력연구원 융복합양자과학연구소 소장(왼쪽)과 이언 길레스피 영국 레스터대 부총장보는 지난달 30일 레스터대에서 우주탐사용 원자력전지 공동연구 양해각서를 체결했다.

한국과 영국이 우주 탐사용 원자력전지 개발 공동연구에 나선다. 미국과 러시아만 보유하고 있는 원자력전지 개발기술을 확보함으로써 우주탐사 핵심기술을 확보한다는 목표다.

한국원자력연구원은 유럽우주국(ESA)이 개발중인 우주용 원자력전지 ‘방사성동위원소 열전발전기(RTG)’의 개발을 담당하고 있는 영국 레스터대, 영국 원자력연구소(NNL)와 우주탐사용 원자력전지 개발 협력 및 공동연구를 추진한다고 2일 밝혔다.

이를 위해 정영욱 원자력연구원 융복합양자과학연구소 소장과 이언 길레스피 레스터대 부총장보, 케이트 플릿우드 NNL 수석사업화담당관은 지난달 30일 레스터대에서 ‘우주탐사용 원자력 전원공급시스템 연구협력 양해각서’를 체결했다. 우주 원자력전지 시스템과 우주용 장치를 함께 연구하고 우주용 원자력전지 인허가 관련 국제표준을 수립하기 위한 협력관계를 구축하기로 하는 내용이 담겼다.

원자력전지는 방사성동위원소가 붕괴하며 내뿜는 방사선에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치다. 변환 방식에 따라 방사선 에너지를 열로 바꾸는 열전, 베타선을 전기로 바꾸는 베타볼테익, 온도차를 이용해 동력을 만드는 스털링, 압력차에서 전기를 만드는 압전 등으로 나뉜다. 외부동력원 없이도 자체적으로 전력을 생산할 수 있고 극저온이나 고온의 환경에서도 안정적 전력 생산이 가능해 우주용으로 유리한 조건을 갖추고 있다.

우주탐사에 원자력에너지를 동력원으로 쓰는 시도는 미국에서 처음 시작했다. 미국이 1961년 발사한 항법위성 ‘트랜짓 4A’에 RTG가 탑재됐다. 이후 NASA 아폴로 프로그램, 목성 탐사선 ‘갈릴레오’, 토성 탐사선 ‘카시니’, 명왕성 탐사선 ‘뉴허라이즌스’에 RTG가 쓰였다. 러시아연방우주국도 RTG를 개발해 우주탐사에 써 왔다.

현재 전 세계적으로 우주용 원자력전지를 제작할 수 있는 나라는 미국과 러시아뿐이다. 한국은 열전기술과 베타볼테익기술을 이용한 원자력전지를 원자력연구원이 개발하고 있다. 이번 양해각서 체결과 함께 한국과 영국 연구팀은 원자력전지 기술 개발을 위해 교차시험과 기술교류 등 협력에 나서기로 했다. 우주용 원자력전지 완성도를 높이고 국제표준 수립도 함께 진행한다.

한국원자력연구원에서 개발중인 원자력전지 시제품.

갑작스러운 협력은 아니다. 영국과 한국 연구팀은 2017년부터 상호 기술검토를 해왔다. 상대기관의 기술수준을 분석해 상호 협력대상으로 인식해 왔다. 열전소자 설계 및 제조기술, 우주선 발사진동에 의한 내진설계 기술은 원자력연구원이 앞서고, 레스터대학은 시험시설이 우수하다. 플라즈마 풍동시험 기술 원자력연구원이 앞서고, 내충격시험 관련 기술은 레스터대학이 앞서는 등 상호 기술협력이 가능한 구조다.

특히 ESA가 개발하고 있는 방사성동위원소 공동 활용도 가능할 것으로 기대된다. 원자력전지에는 플루토늄-238이 주로 활용되는데 수입에 의존해야 하고 수급도 쉽지 않다. ESA는 대체재로 아메리슘-241을 주목하고 있다. 아메리슘-241은 사용후핵연료에서 값싸게 얻을 수 있을뿐더러 반감기가 432년으로 플루토늄-238보다 5배 길어 장기 심우주 탐사에 적합하다. NNL은 사용후핵연료 재처리를 통해 아메리슘-241 열원을 제조하는 공정을 개발했다. NNL은 이를 한국에 공급하는 것도 검토중이다.

손광재 원자력연구원 중성자동위원소응용연구부 책임연구원은 “우주 탐사용 원자력전지는 선진국 전략기술로 자체기술 확보에 어려움이 있었다”며 “이번 양해각서는 한국의 우주용 원자력전지 기술력이 국제적으로 인정을 받기 시작했다는 의미로 영국과 연구협력으로 원자력전지 핵심기술 확보 기간을 크게 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.