이 연구 주제는 원자로 내부와 주변 계통에서 발생하는 열전달, 유동, 상변화 현상을 정밀하게 이해하고 예측하는 데 초점을 둔다. 특히 연구실은 원자력열수력학을 기반으로 단상 및 이상유동, 비등열전달, 자연순환 유동과 같은 핵심 현상을 다루며, 원자로의 정상 운전뿐 아니라 과도 상태와 사고 상황에서의 열수력 거동까지 폭넓게 분석한다. 이러한 연구는 원전의 안전성 확보와 성능 향상에 직접 연결되는 기반 기술로서 의미가 크다. 세부적으로는 비등 개시, 기포 성장과 이탈, 열유속 증가에 따른 임계열유속 특성, 협소 유로 및 금속 표면에서의 풀 비등 거동 등 열전달 증진 메커니즘을 실험 및 해석적으로 규명한다. 탄소나노튜브 코팅을 활용한 금속 표면의 풀 비등 열전달 향상 연구는 이러한 방향성을 잘 보여주며, 표면 개질을 통해 고성능 냉각 특성을 구현하려는 접근이 특징적이다. 또한 협소 채널과 자연순환 계통에서 나타나는 다상유동의 불안정성, 열적 한계, 계통 응답을 분석하여 차세대 원자로 설계에 필요한 데이터와 모델을 축적한다. 궁극적으로 이 연구는 소형모듈원자로(SMR), 용융염원자로(MSR), 차세대 고속로 등 다양한 원자력 시스템의 설계 신뢰도를 높이고 피동안전성을 강화하는 데 기여한다. 원자로 냉각 성능을 정량화하고 열수력적 취약 구간을 사전에 파악함으로써, 실제 설계와 인허가 단계에서 요구되는 과학적 근거를 제공할 수 있다. 나아가 다물리 해석과 결합될 경우 노물리, 재료, 화학반응과 연동된 통합 원자로 안전평가 체계의 핵심 축으로 확장될 수 있다.

연구실의 또 다른 핵심 축은 원자력발전소 및 혁신형 원자로에서 발생할 수 있는 중대사고를 해석하고, 사고 진행 과정에서의 위험도를 정량적으로 평가하는 것이다. 이는 단순한 사고 시나리오 분석을 넘어, 격납건물 내 방사성물질 거동, 수소 발생과 연소 가능성, 압력 상승, 핵분열생성물 이동 등 복합적인 안전 현상을 통합적으로 다루는 연구 영역이다. 특히 연구실은 실제 인허가와 안전규제 대응에 활용될 수 있는 수준의 해석 도구와 평가 기술 개발에 강점을 보인다. 대표적으로 격납건물 내 방사성물질 거동 상세해석 도구 개발, 혁신형 SMR 고유 중대사고 종합해석 평가기술 개발, 수소 위험도 예측 방법 및 프로그램 개발과 같은 다수의 프로젝트와 특허가 이를 뒷받침한다. 연구는 MELCOR와 같은 중대사고 해석체계, 후처리 프로그램, 다중 격실 위험도 평가, 화염전파와 화염가속, 폭연폭굉천이(DDT) 가능성 판단 등 매우 실질적인 안전평가 요소를 포함한다. 이러한 접근은 사고 완화 능력 검증과 표준설계 인허가 문서 작성에도 직접 활용될 수 있다는 점에서 공학적 파급력이 크다. 이 연구의 가치는 원전 안전성의 사전 확보와 사고 대응 전략 고도화에 있다. 사고 시 원자로 계통과 격납건물에서 어떤 위험이 어떻게 증폭되는지를 정밀하게 예측함으로써, 설계 개선, 피동안전계통 보강, 가연성 기체 제어, 방사성물질 방출 저감 전략 수립이 가능해진다. 더 나아가 기존 대형 경수로뿐 아니라 자연순환 SMR과 같은 차세대 원자로에도 적용 가능한 해석 기반을 마련함으로써, 미래 원전의 안전 설계 패러다임을 선도하는 연구로 확장되고 있다.

연구실은 차세대 원자로 가운데서도 용융염원자로(MSR)와 소형모듈원자로(SMR)의 열수력 및 안전 설계에 집중하고 있다. 이 분야는 탄소중립과 분산형 전원, 해양 활용, 수소생산 등 미래 에너지 수요에 대응할 수 있는 혁신 원자로 기술로 주목받고 있으며, 연구실은 자연순환 기반 시스템과 피동안전 개념을 결합해 보다 단순하고 신뢰도 높은 원자로 시스템을 구현하려 한다. 특히 액체 연료 또는 용융염 냉각재를 사용하는 계통의 특수성을 고려한 안전전략 수립이 중요한 연구 대상이다. 관련 프로젝트에서는 다목적 자연순환 소형용융염고속로의 열수력-피동안전 시스템 핵심기술 개발, 해양용 MSR 안전성 기술 개발, 무한냉각 개념이 적용된 차세대 자연순환 SMR 중대사고해석체계 개발 등이 수행되고 있다. 또한 용융염 원자로 시스템, 원자로 냉각 모듈, 비용해성 핵분열생성물 포집 모듈, 초소형 용융염-금속 원자로와 같은 특허 성과는 연구실이 단순 해석을 넘어 실제 시스템 개념설계와 장치 구현까지 연구 범위를 확장하고 있음을 보여준다. 이 과정에서 자연순환, 피동안전계통, 격납 개념, 누출사고 대응, 핵분열생성물 관리 기술이 통합적으로 다뤄진다. 이 연구는 차세대 원자로의 경제성과 안전성을 동시에 높이는 기반이 된다. 능동기기 의존도를 줄이고 자연 법칙에 기반한 냉각 및 열 제거 메커니즘을 활용함으로써, 정전이나 외부 충격 같은 극한 상황에서도 원자로의 안정성을 유지할 수 있는 설계가 가능해진다. 향후에는 다물리 해석, 실험 검증, 인공지능 기반 진단 기술과 결합되어 차세대 원전의 설계 최적화와 운전 신뢰성 향상에 핵심 역할을 할 것으로 기대된다.

연구실은 전통적인 열수력 및 안전해석 연구에 더해, 인공지능을 활용한 원전 사고 진행 예측과 신뢰성 향상 연구도 수행하고 있다. 특히 설명가능 인공지능(XAI)을 적용하여 원자력발전소 중대사고의 전개 양상을 보다 신뢰성 있게 예측하려는 시도는, 복잡한 물리 현상을 데이터 기반 모델과 접목하는 대표적인 융합 연구라 할 수 있다. 이는 원전 안전 분야에서 단순 예측 성능을 넘어, 왜 그런 판단이 나왔는지를 해석 가능한 형태로 제공한다는 점에서 중요성이 크다. 관련 논문에서는 severe accident progression을 reliable prediction의 관점에서 다루며, 인공지능 모델이 어떤 입력 변수와 사고 조건에 민감하게 반응하는지 분석하는 접근이 핵심이다. 원전 안전 분야는 보수성과 검증 가능성이 매우 중요한 영역이기 때문에, 블랙박스형 AI보다 설명 가능성과 물리적 일관성을 확보하는 기술이 필수적이다. 연구실은 이런 요구를 반영하여 해석 코드 기반 데이터, 사고 시나리오, 안전 변수 간 관계를 체계적으로 활용하고, AI 결과를 공학적으로 이해할 수 있는 형태로 전환하는 연구 방향을 보여준다. 이 연구는 향후 디지털 트윈 기반 원전 안전감시, 실시간 사고 대응 의사결정 지원, 차세대 원자로 운전 보조 시스템으로 발전할 가능성이 높다. 열수력 해석과 중대사고 평가에 축적된 연구실의 전문성이 AI 기술과 결합되면, 예측의 정확성뿐 아니라 설명력과 현장 적용성까지 높일 수 있다. 결과적으로 원전 운전자의 판단을 지원하고, 안전규제 대응에 필요한 근거를 강화하며, 미래 지능형 원전 운영체계 구축에 중요한 기반을 제공할 수 있다.