배지원·김원구 학생, 원자로 내부 열전달 시각화에 관한 연구
원자력발전소 사고에 보다 적극적으로 대응할 수 있는 계기 마련
“대학원에 진학해 원전 안전성 확보를 위해 연구할 계획”

원자력공학과 배지원(14학번), 김원구(13학번) 두 학생이 함께 쓴 논문이 SCI 저널 <International Communications in Heat and Mass Transfer>의 심사를 통과해 오는 3월 1일 자에 게재된다.

배지원 학생은 “처음부터 SCI 저널 게재를 위해 준비한 것은 아닌데 실험을 진행하다 보니 기대했던 것보다 다양한 결과가 도출됐다. 교수님의 지도와 연구실 선배들의 도움으로 좋은 결실을 볼 수 있었다”라고 말했다.

두 학생은 2017년 1월 정범진 교수가 지도하는 ‘원자력안전연구실’에 들어갔다. 당시 배지원 학생은 4학년, 김원구 학생은 3학년이었다. 원자력안전연구실에서는 1~2주 간격으로 연구원들이 모여 세미나를 한다. 세미나에서는 연구주제 선정, 실험 설계 및 결과 도출, 논문 작성 등에 관한 심도 있는 논의가 진행된다. 이 실험실에서는 지난해에도 학부생이 작성한 두 편의 논문이 SCI 저널에 게재된 바 있다.

초고온가스로(VHTR)를 위한 예비연구
두 학생은 원형관 내부의 자연대류 유동을 측정하고 열전달을 시각화하는 연구를 진행했다. 그 결과를 '기울어진 원형관 내부의 자연대류 열전달 시각화(Visualization of Natural Convection Heat Transfer inside an Inclined Circular Pipe)'라는 제목의 논문으로 투고했다.

기존 연구는 원형관 내부 유동을 시각화하는 수준에 머물러 있었는데 이번 연구에서 열전달까지 시각화함으로써 유동의 박리(flow separation) 지점을 관찰할 수 있게 됐다. 연구 범위를 확장시킨 것이다.

산업통상자원부 에너지인력 양성사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구는 기체 냉각재를 채택한 초고온가스로(VHTR, Very High Temperature Reactor)의 자연대류 열전달을 측정하기 위한 예비연구다. 초고온가스로는 기체 냉각재를 활용해 원자로를 냉각시키는 제4세대 원전 가운데 하나로 안전성이 뛰어나다.

연구를 위해 학생들은 실험 장치 설계, 실험 과정을 기록하기 위한 사진 촬영, 실험 결과에 대한 그래프 분석, 문서 정리와 작성 등 여러 작업이 필요했다. 학기 중에는 수업 이후 5시간 정도 실험을 계속했고 방학 때에는 하루 12시간 이상 연구에 몰두했다. 세미나 전날에는 발표 준비를 하느라 밤을 새우기도 했다.

배지원 학생은 후배들에게 “기계적인 암기식의 공부보다는 한 가지 현상을 여러 방식으로 고찰해보는 습관을 길러라. 깊은 사고력을 가지면 연구에도 도움이 된다”라고 조언했다.

원자력발전소 중대사고 분야의 전문가가 되는 것이 목표
원자력공학과에서는 원자력 원리를 이해하기 위한 방사선, 핵분열, 물리, 화학, 생물학 등 다양한 기초 지식을 토대로 원전 건설과 운영을 위한 대기, 지질, 환경, 법규 등의 응용 지식을 습득한다. 배지원 학생은 “한 분야를 깊이 있게 공부하고 싶다는 생각이 들어 원자력안전연구실에 들어왔다. 3월부터는 대학원생 신분으로 연구를 진행하게 된다”라고 말했다.

그는 현재 원자력발전소에서 중대사고가 발생해 원자로심(원자로의 핵연료인 연료봉 다발)이 녹아내렸을 때도 원자로심을 원자로 내에 가둘 수 있는지를 실험적으로 연구하고 있다. 원자력발전소의 안전성을 높이기 위한 연구다. 배지원 학생은 향후 중대사고 분야의 전문가가 되기를 희망한다.

4학년으로 올라가는 김원구 학생은 원형관 외부의 핵비등(금속표면에서 액체가 끓는 현상) 시각화를 실험하고 있다. 원자력발전소에서 중대사고가 발생하였을 때, 원자로 외부를 물로 채워서 냉각시키는 메커니즘에 관한 연구다. 그는 이 실험으로 학부 기간 내에 1저자로 SCI 저널에 논문을 게재하는 것을 목표로 세웠다.

정범진 교수는 “실험실의 축적된 기술로 학부생의 연구가 가능해졌다. 연구의 완성도를 높이기 위해 매주 세미나를 하는 것이 중요하다”라며 “이번 학기부터 시행되는 ‘독립심화학습’이 제도화되면 학부생의 연구 여건이 더 좋아질 것으로 전망된다”라고 말했다.

김상수(커뮤니케이션센터, ss@khu.ac.kr)