하나로 원자로

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1. 개요
2. 연혁
- 2.1. 대한민국 연구용 원자로 개발사
- 2.2. 하나로 개발 및 운영
3. 규격
4. 특징
5. 활용 분야
- 5.1. 주요 이용 실적 (2011~2013년)
6. 실험 시설
- 6.1. 열중성자 실험시설 (1993~2005년 구축)
- 6.2. 냉중성자 실험시설 (CNRF, 2005~2010년 구축)
참조

1. 개요

하나로 원자로는 대한민국 대전광역시 유성구에 위치한 한국원자력연구원 내 연구용 원자로이다. 1985년부터 건설이 계획되어 1995년에 완공되었으며, 2004년에는 설계출력인 30MWth에 도달했다. 하나로는 저온, 대기압에서 운전되며, 다양한 연구 분야에 활용된다. 주요 활용 분야로는 산업, 환경, 우주, 의학, 농학, 약학, 생명, 고고학 등이 있으며, 중성자를 이용한 비파괴 검사, 의료용 방사성동위원소 생산, 반도체 생산, 핵연료 조사 시험 등에 기여한다. 하나로에서는 냉중성자와 열중성자를 이용한 실험이 가능하며, 2011년부터 2013년까지 연평균 85개 기관, 710명의 연구자가 이용했다.

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하나로 원자로
기본 정보
명칭	HANARO (High-Flux Advanced Neutron Application Reactor, 고유량 첨단 중성자 응용 연구로)
원자로 상단, 2009년
위치	대전광역시
좌표	36° 25′ 26″ N, 127° 22′ 13″ E
운영 기관	한국원자력연구원
유형	개방형 수조형 다목적 연구용 원자로
열출력	30 MW
건설 정보
건설 시작	1990년
건설 기간	4년
첫 임계	1995년 4월
가동 중단	해당 없음
해체	해당 없음
핵연료 및 냉각
최대 열중성자속	4.4x10¹⁴ n/cm²/초
최대 고속 중성자속	2.1x10¹⁴ n/cm²/초
핵연료 유형	U₃Si, 19.75% 농축 우라늄
냉각재	경수
감속재	해당 없음
반사체	중수
제어봉	하프늄
피복재	해당 없음
핵연료 집합체 수	36개 육각형 + 18개 원통형
연료 요소당 연료봉 수	해당 없음

2. 연혁

1985년부터 하나로 원자로 건설이 계획되어 1995년에 건설되었으며, 2004년에는 설계출력인 30 MWth에 도달하였다. 1995년 초기임계에 도달하였을 당시에는 원자로 본체만을 갖추고 운전하였으나, 추가로 실험설비를 설치하였다.

1983년 12월 다목적연구로 건설 타당성 조사 및 평가가 이루어졌다. 1985년 5월, 경제기획원은 다목적연구로 사업을 검토하고 추인하였다. 1987년 12월, 원자력위원회는 건설운영 허가를 의결하였다. 1989년 3월, 다목적연구로 기공식이 열렸다. 1993년 8월에는 다목적연구로 원자로 본체 설치에 착수하였다. 1994년 8월, 다목적연구로의 명칭이 "하나로"로 결정되었다.

1995년 2월 2일 하나로 핵연료가 장전되었고, 2월 8일 첫 임계에 도달하였다. 4월 7일에는 하나로 준공식이 열렸으며, 5월부터 12월까지 하나로 성능시험이 진행되었다. 1996년 1월부터 하나로 출력 운전이 시작되었다.

2004년 12월, 하나로는 30MW 운전을 시작하였다. 2007년 4월에는 하나로 Fuel test Loop 설치가 완료되었고, 2008년 4월 28일에는 하나로 가동 2000일을 달성하였다. 2009년 8월에는 하나로 Cold Neutron Source가 설치 완료되었다.

2. 1. 대한민국 연구용 원자로 개발사

2. 2. 하나로 개발 및 운영

1985년부터 계획하여 1995년에 건설되었으며, 2004년에는 설계출력인 30 MWth에 도달하였다. 1995년 초기임계에 도달하였을 당시에는 원자로 본체만을 갖추고 운전하였으나, 추가로 실험설비를 설치하였다.

1983년 12월 다목적연구로 건설 타당성 조사 및 평가가 이루어졌다. 1985년 5월, 경제기획원 다목적연구로 사업 검토 및 추인이 있었다. 1987년 12월, 원자력위원회는 건설운영 허가를 의결했다. 1989년 3월 다목적연구로 기공에 들어갔으며, 1993년 8월에는 다목적연구로 원자로 본체 설치에 착수했다. 1994년 8월 다목적연구로 명칭을 "하나로"로 결정하였다.

1995년 2월 2일 하나로 핵연료를 장전하고, 2월 8일 첫 임계 도달에 성공하였다. 4월 7일에는 하나로 준공식을 가졌다. 이후 같은 해 5월부터 12월까지 하나로 성능시험을 거쳐, 1996년 1월부터 출력 운전을 시작하였다. 2004년 12월, 하나로는 30MW 운전을 시작하였고, 2007년 4월에는 Fuel test Loop 설치를 완료하였다. 2008년 4월 28일에는 하나로 가동 2000일을 달성하였으며, 2009년 8월에는 Cold Neutron Source 설치를 완료하였다.

3. 규격

하나로 원자로는 개방수조형 원자로이다. 열출력은 30 MWth이며, 최대 열중성자속은 5 X 10¹⁴n/cm²/sec이다. 핵연료는 19.75% U-235 저농축 우라늄을 사용하며, U3Si-Al 심재와 Al 피복재로 구성된 36봉 및 18봉 핵연료 집합체 형태이다. 냉각재, 감속재, 반사체로는 경수와 중수가 사용된다. 노심 냉각은 상향 강제순환식으로 이루어지며, 제어봉과 정지봉으로는 하프늄이 사용된다.

4. 특징

대전광역시 유성구 대덕대로989번길 111 한국원자력연구원 터 안에 있는 하나로는 발전용 원자로와 달리 저온(45°C), 대기압(1기압)에서 운전하며, 318톤의 물로 채워진 수조 12미터 아래에 있다. 처음에는 한국다목적연구로(KMRR)라 불렸지만 ‘하나밖에 없는 연구용 원자로’라는 의미에서 하나로(HANARO)로 명명되었다. 하나로는 가동 이후 점진적으로 시설과 성능을 보강하여, 여러 가지 연구 시설을 추가로 설치했다. 1997년 방사성동위원소 생산시설을 가동했으며, 2004년에는 열출력을 30MW로 향상시켜 운전을 하고 있다. 2010년에는 냉중성자연구시설과 원자력발전소의 핵연료 성능을 종합적으로 검증할 수 있는 핵연료 노내조사시험설비 구축 등 다목적 연구로의 모습을 갖추어, 현재는 세계에서 가장 연구개발이 활발한 연구용 원자로로 평가 받고 있다.

하나로는 원자력발전소나 연구용 원자로에 사용되는 재료 및 핵연료를 시험하고 중성자를 생산해 산업·환경·우주·의학·농학·약학·생명·고고학 등 다양한 분야의 연구를 진행한다. 산업분야에서는 중성자를 이용한 비파괴검사로 배관이나 항공기의 날개, 선박용 강판 등 물질의 내부구조를 들여다보고 미세한 결함까지도 찾아내 성능개선에 기여하고 있다. 또한 하나로에서 생산된 중성자는 수소 거동을 보는 데 장점이 있어, 수소 연료전지 개발에도 활용되고 있다. 의료용으로는 갑상선암 치료에 쓰이는 I(요오드-131) 등 질병의 진단과 치료에 사용되는 의료용 방사성동위원소 생산에도 기여한다.

하나로의 설계·건조 및 운영으로 대한민국 연구용 원자로의 기술은 한 단계 진전되었으며, 이를 기반으로 대한민국 최초로 연구용 원자로를 2009년 요르단에 수출할 수 있게 되었다.

하나로에서는 냉중성자와 열중성자를 이용한 실험을 진행할 수 있다. 열중성자 실험시설은 1993년부터 2005년까지 구축되었으며, 7개의 수평 빔튜브에 중성자를 이용하는 장치가 설치되어 있다. 냉중성자 실험시설은 2005년부터 2010년까지 구축되었으며, 장파장 중성자를 이용한 nm 영역의 구조 및 동역학 연구에 독보적인 능력을 보유한 국가 핵심 연구기반시설이다.
이용 실적 (2011~2013년 평균)

이용자 수: 연간 평균 85개 기관, 710명
동위원소 생산: 비파괴 검사용 Ir-192 생산 (국내 수요의 95% 이상), 의료용 I-131 생산 (국내 수요의 70%)
중성자 도핑을 이용한 반도체 생산 : 세계 생산량의 20% (2012년)
미량원소 분석: 연간 약 2,000 시료
핵연료 조사시험: 이중냉각핵연료, 신형경수로핵연료, U-Mo 핵연료 등

5. 활용 분야

하나로는 대전광역시 유성구 대덕대로989번길 111 한국원자력연구원 내에 위치한 연구용 원자로이다. 저온(45°C), 대기압(1기압)에서 운전되며, 318톤의 물로 채워진 수조 12미터 아래에 위치한다. 처음에는 한국다목적연구로(KMRR)로 불렸으나, '하나밖에 없는 연구용 원자로'라는 의미로 하나로(HANARO)로 이름이 변경되었다.

하나로는 가동 이후 지속적으로 시설과 성능을 보강하여 다양한 연구 시설을 추가했다. 1997년 방사성동위원소 생산시설 가동을 시작으로, 2004년에는 열출력을 30MW로 향상시켰다. 2010년에는 냉중성자연구시설과 핵연료 노내조사시험설비를 구축하여 다목적 연구로의 면모를 갖추었으며, 현재는 세계적으로 활발한 연구가 이루어지는 연구용 원자로 중 하나로 평가받고 있다.

하나로는 원자력발전소나 연구용 원자로에 사용되는 재료 및 핵연료 시험, 중성자 생산을 통해 산업, 환경, 우주, 의학, 농학, 약학, 생명, 고고학 등 다양한 분야의 연구를 지원한다. 산업 분야에서는 중성자를 이용한 비파괴검사로 배관, 항공기 날개, 선박용 강판 등 물질 내부 구조의 미세 결함을 찾아내 성능 개선에 기여하며, 수소 연료전지 개발에도 활용된다. 의료 분야에서는 갑상선암 치료에 사용되는 I(요오드-131) 등 질병 진단 및 치료에 필요한 의료용 방사성동위원소를 생산한다.

하나로의 설계, 건조 및 운영 경험은 대한민국 연구용 원자로 기술 발전에 기여했으며, 이를 바탕으로 2009년 요르단에 연구용 원자로를 수출하는 성과를 달성했다.

하나로에서는 연간 평균 85개 기관, 710명의 이용자가 연구를 수행한다.(2011~2013) 비파괴 검사용 Ir-192는 국내 수요의 95% 이상, 의료용 I-131은 국내 수요의 70%를 생산하며, 중성자 도핑을 이용한 반도체 생산량은 세계 생산량의 20%를 차지한다.(2012년) 또한, 연간 약 2,000건의 미량원소 분석을 수행하고, 이중냉각핵연료, 신형경수로핵연료, U-Mo 핵연료 등 핵연료 조사시험을 진행한다.

하나로에서는 냉중성자와 열중성자를 이용한 실험을 진행할 수 있다.

5. 1. 주요 이용 실적 (2011~2013년)

6. 실험 시설

'''하나로에서는 냉중성자와 열중성자를 이용한 실험을 진행할 수 있다.'''

'''1.[열중성자 실험시설]'''

[시설개요]

구축기간 : 1993년 ~ 2005년
하나로의 열중성자를 활용하는 중성자산란 장치들로 구성된 시설
7개의 수평 빔튜브에 중성자를 이용하는 장치 설치

[활용 분야]

기초과학(물리, 화학, 생명, 지구·우주) 연구,
산업 활용(신소재·첨단부품개발 및 대전력반도체 소자 생산)
원자력안전(재료·핵연료), 의료·산업용 동위원소 생산

[열중성자빔 이용 장치]

중성자잔류응력장치('''RSI''' Residual Stress Instrument)
고분해능분말회절장치('''HRPD''' High Resolution Powder Diffractometer)
중성자4축회절장치('''FCD''' Four-Circle Neutron Diffratometer)
중성자영상장치('''NRF''' Neutron Radiography Facility)
노외 중성자조사시설('''ENF''' Ex-core Neutron irradiation Facility)

'''2. [냉중성자 실험시설 (CNRF, Cold NeutronResearch Facility)]'''

[시설 개요]

구축기간: 2005년~2010년
하나로의 냉중성자를 활용하는 중성자산란 장치들로 구성된 시설
장파장 중성자를 이용한 nm 영역의 구조 및 동역학 연구에 독보적인 능력을 보유한 국가 핵심 연구기반시설

[활용 분야]

나노 구조 물질의 구조 및 저에너지 동역학 기초과학 연구
전자부품, 컴퓨터 칩, 평판 디스플레이 개발 활용 나노 소재원천기술 개발
난치병 치료용 약물전달 물질 개발
나노 바이오 구조 분석을 위한 첨단 분석기술 개발

[냉중성자빔 이용 장치]

40m 중성자소각산란장치('''40M-SANS''' 40m Small Angle Neutron Scattering Instrument)
18m 중성자소각산란장치('''18M-SANS''' 18m Small Angle Neutron Scattering Instrument)
극소각중성자소각산란장치('''KIST-USANS''' KIST Ultra-Small AngleNeutron Scattering)
디스크쵸퍼비행시간분광장치('''DC-TOF''' Disk Chopper Time-of-Flight Spectrometer)
냉중성자 삼축분광장치('''Cold-TAS''' Cold Neutron Triple-Axis Spectrometer)
수직형중성자반사율측정장치('''REF-V''' Vertical Neutron Reflectometer)
생체계면반사율측정장치('''Bio-REF''' Bio-Reflectormeter)
유도관테스트스테이션 ('''G-TS''' Guide Test Station)

6. 1. 열중성자 실험시설 (1993~2005년 구축)

대전광역시 유성구 대덕대로989번길 111 한국원자력연구원 터 안에 있는 하나로는 발전용 원자로와 달리 저온(45°C), 대기압(1기압)에서 운전하며, 318톤의 물로 채워진 수조 12미터 아래에 있다. 처음에는 한국다목적연구로(KMRR)라 불렸지만 ‘하나밖에 없는 연구용 원자로’라는 의미에서 하나로(HANARO)로 명명되었다.

1993년부터 2005년까지 구축된 열중성자 실험시설은 하나로의 열중성자를 활용하는 중성자산란 장치들로 구성되어 있다. 7개의 수평 빔튜브에 중성자를 이용하는 장치가 설치되어 있으며, 기초과학(물리, 화학, 생명, 지구·우주) 연구, 산업 활용(신소재·첨단부품개발 및 대전력반도체 소자 생산), 원자력안전(재료·핵연료), 의료·산업용 동위원소 생산 등에 활용된다.

열중성자빔 이용 장치로는 중성자잔류응력장치(RSI, Residual Stress Instrument), 고분해능분말회절장치(HRPD, High Resolution Powder Diffractometer), 중성자4축회절장치(FCD, Four-Circle Neutron Diffratometer), 중성자영상장치(NRF, Neutron Radiography Facility), 노외 중성자조사시설(ENF, Ex-core Neutron irradiation Facility) 등이 있다.

6. 2. 냉중성자 실험시설 (CNRF, 2005~2010년 구축)

대전광역시 유성구에 위치한 한국원자력연구원의 하나로는 냉중성자를 활용하는 중성자 산란 장치들로 구성된 냉중성자 실험시설(CNRF, Cold Neutron Research Facility)을 2005년부터 2010년까지 구축했다. 이 시설은 장파장 중성자를 이용하여 nm 영역의 구조 및 동역학 연구에 독보적인 능력을 보유한 국가 핵심 연구 기반 시설이다.

냉중성자 실험시설은 나노 구조 물질의 구조 및 저에너지 동역학 기초과학 연구, 전자부품, 컴퓨터 칩, 평판 디스플레이 개발에 활용되는 나노 소재 원천 기술 개발, 난치병 치료용 약물 전달 물질 개발, 나노 바이오 구조 분석을 위한 첨단 분석 기술 개발 등에 활용된다.

냉중성자빔 이용 장치로는 40m 중성자소각산란장치(40M-SANS), 18m 중성자소각산란장치(18M-SANS), 극소각중성자소각산란장치(KIST-USANS), 디스크쵸퍼비행시간분광장치(DC-TOF), 냉중성자 삼축분광장치(Cold-TAS), 수직형중성자반사율측정장치(REF-V), 생체계면반사율측정장치(Bio-REF), 유도관테스트스테이션 (G-TS) 등이 있다.

참조

_[1] 웹사이트 High Flux Advanced Neutron Application Reactor (HANARO) https://neutronsourc[...] 2023-05-05
_[2] 웹사이트 Contribution of HANARO to the R&D relevant to the SMART & VHTR Systems https://www-pub.iaea[...] 2023-05-05
_[3] 웹인용 원자력연구시설운영 http://www.kaeri.re.[...] 2012-07-12

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