4월 과학기술인상, 한국원자력연구원 이창수 박사 선정

-고준위방사성폐기물 심층처분 위한 복합거동 해석시뮬레이터 개발

과학기술정보통신부(장관 임혜숙, 이하 ‘과기정통부’)와 한국연구재단(이사장 이광복, 이하 ‘연구재단’)은 이달의 과학기술인상 4월 수상자로 한국원자력연구원 저장처분기술관리부 이창수 박사를 선정했다고 지난달 6일 밝혔다.
  ‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매월 1명씩 선정하여 과기정통부 장관상과 상금 1천만 원을 수여하는 시상이다. 과기정통부와 연구재단은 지하 수백 미터 깊이에 고준위방사성폐기물을 격리하는 심층처분 방식에 대한 공감대가 세계적으로 확산되는 가운데 이창수 박사가 신뢰할 수 있는 처분장 설계 및 성능평가 요소기술을 개발한 공로를 높이 평가했다고 밝혔다.
  심층처분 방식으로 고준위방사성폐기물을 영구 격리하려면 처분시스템의 온도변화와 지하수 유입, 폐기물을 감싼 완충재의 포화도 변화 등에 따른 처분장 주변 암반 및 공학적 방벽에서의 열-수리-역학적 복합거동을 정밀하게 예측할 수 있어야 한다.
  이창수 박사는 기존 심층처분시스템 복합거동 예측 시뮬레이터들의 단점인 긴 해석 시간을 단축하고 효율성을 높인 열-수리-역학적 복합거동 병렬해석 시뮬레이터를 자체 개발했다. 연구팀은 국내에 유일한 지하처분연구시설(KURT)에서 5년간 수행한 현장시험 데이터를 기반으로 국내 적용성을 평가한 결과 10만 년 동안 처분시스템의 성능이 유지됨을 확인했다. 또한, 개발한 수치모델과 해석시뮬레이터를 이용하여 기존 처분시스템 성능을 유지하면서도 처분장 면적을 절반 이하로 줄이는 다층처분장 설계안도 제시하였다.
  개발된 해석시뮬레이터는 스웨덴, 스위스, 일본 등 14개국 52개 기관이 참여한 국제공동연구를 통해 국제적 신뢰를 확보했으며, 검증결과의 우수성은 다수의 국제 학술지에 발표하였다. 관련 연구성과는 최근 3년간 SCIE급 학술지 8편(상위1% 저널 3편, 상위 5% 저널 1편 포함)과 국내 논문 27편에 소개됐으며, 국제 공동연구 보고서도 3건 발간됐다.
  이창수 박사는 “이번 연구는 방사성폐기물 심층처분 시 예상되는 열-수리-역학적 복합거동 해석시뮬레이터를 독자적으로 개발한데 의의가 있다”며 “앞으로도 차세대 혁신기술 개발을 통해 방사성폐기물 처분시스템 요소기술 개발에 이바지하겠다”고 밝혔다.

[주요 연구성과 설명]

<심층처분시스템 복합거동 해석모델 및 시뮬레이터 개발>

<그림 1> 병렬 해석기법을 이용한 심층처분시스템 THM 복합거동 해석시뮬레이터 개발 및 검증
원자력의 녹색 에너지 인증을 위한 고준위방사성폐기물 처분을 위해서는 처분시스템에서 발생하는 핵심 현상인 열-수리-역학적(THM) 복합거동에 대한 이해를 바탕으로 처분장이 설계돼야 한다. 또한, 10만 년 이상 그 성능이 유지 가능한지도 평가할 수 있어야 한다. 계산의 효율과 해석의 정확성이 떨어지는 기존 해석기법의 한계를 극복하기 위해 병렬 해석기법을 기반으로 한 THM 복합거동 해석시뮬레이터와 처분시스템의 구성요소에 적합한 열·탄소성 해석모듈을 자체 개발하였다. 또한, 관련 내용은 12년간 14개국 52개 기관이 참여한 국제공동연구를 통해 검증받았다.

<그림 2> 국내 처분시스템 실증 데이터 기반 성능평가 및 처분장 면적 감소를 위한 다층 처분시스템 제시
처분시스템에서 예상되는 THM 복합거동 특성 평가를 위해 국내 유일의 지하처분연구시설(KAERI Underground Research Tunnel, KURT)에서 1/2 규모의 현장시험(In-DEBS)을 5년간 수행하였다. 더불어, 현장시험 데이터를 기반으로 개발된 해석모델과 해석시뮬레이터의 국내 적용성을 평가하였다. 이후, 국내 적용성 평가를 마친 해석시뮬레이터를 이용하여 국내 처분 시스템에 대한 THM 성능을 평가하여 10만 년 동안 처분시스템의 THM 성능이 유지됨을 확인하였다. 또한, 개발된 수치모델과 해석시뮬레이터를 이용하여 기존 처분시스템의 THM 성능은 동일하게 유지되지만, 고준위방사성폐기물 처분장의 면적을 1/2 ~ 1/3로 감소시킬 수 있는 대안 처분기술인 다층처분장에 대한 설계안을 제시하였다.

이창수 박사 인터뷰

안전하고 깨끗한 에너지원 확보는 현대 인류가 직면한 가장 큰 난제입니다. 원자력에너지 역시 그린에너지로 자리매김하기 위해 넘어야 할 관문이 있는데요. 바로 현세대뿐만 아니라 후세에도 안전한 사용후핵연료 처분방안 마련입니다. 세계적으로 다양한 처분방안이 모색되는 가운데, 한국원자력연구원 이창수 박사가 최근 국가사업인 고준위방사성폐기물 처분사업에 필요한 요소기술 개발의 단초를 마련하며 주목받았습니다. 대학원 시절부터 국내 유일의 지하처분연구시설(KURT)과 인연을 맺어온 그는 처분부지 선정의 중요성을 누구보다 잘 알고 있는 만큼 국제공동연구를 통해 수치해석 모델과 해석시뮬레이터를 개발·검증하고, 이를 바탕으로 한국형 처분시스템의 열-수리-역학적 복합거동을 예측해왔습니다. 안전하고 신뢰받는 원자력을 목표로 오늘도 지하처분연구시설(KURT)에서 사용후핵연료 최종처분 실현성 향상 연구에 매진하는 이창수 박사 연구 이야기를 소개합니다.

수상 소감과 근황에 대하여

이달의 과학기술인상을 수상하게 되어 매우 영광입니다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단 관계자들께 감사드립니다. 또 저를 응원해 주는 가족들, 특히 항상 저를 웃게 해주는 사랑하는 딸에게 고맙다는 말을 전하고 싶습니다. 그리고 함께 연구해온 한국원자력연구원 사용후핵연료 저장처분연구단원들과 국제공동연구 데코발렉스(DECOVALEX)를 함께 수행하는 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)의 젠스 버크호울저(Jens Birkholzer) 이하 14개국 52개 기관의 모든 참여 연구원들께 감사드립니다. 앞으로도 공동연구를 통해 개발·검증된 열-수리-역학적 복합거동(coupled Thermo-Hydro-Mechanical, THM) 해석모듈과 해석시뮬레이터를 대한민국 고유의 고준위방사성폐기물 처분시스템에 대한 설계와 성능평가에 적용해 처분장의 안전성(safety)과 안정성(stability) 확보에 최선을 다하고자 합니다.

-----이하 생략

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2022년 5월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>

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