국내에서 가동 중인 원전 20기 가운데 16기를 차지하는 경수로의 경우 1기당 약 170개의 핵연료 집합체(다발)가 장전되는데 한번 장전된 집합체는 평균 18개월 이상 연소되는 반면 4~5년 주기로 성능이 향상된 새로운 핵연료가 개발됨에 따라 원자로 내부에 서로 구조가 다른 핵연료가 인접해 장전되는 경우(천이노심)가 있다.

이 경우 집합체 다발 주위를 고온고압으로 흐르는 냉각재와 서로 구조가 다른 집합체 간의 저항(열수력적인 거동)의 차이로 인해 안전에 문제가 발생하지 않도록 양립성을 확보하는 것이 핵연료 성능 및 디자인 개선 등 신형 핵연료 개발의 필수적인 선결 요건이다.

이번에 구축된 PLUTO은 구조가 다른 2개의 핵연료 집합체를 4m가 넘는 실물 크기로 맞대어 장전해 집합체 다발 주위로 흐르는 냉각재와 집합체 간의 간섭에 따른 건전성을 실물 크기로 검증함으로써 핵연료의 건전성을 실증적으로 입증할 수 있도록 한 국내 최초의 시설이다.

PLUTO는 집합체 2다발을 원자로 노심과 동일하게 나란히 배열하고 유량 1400m3/hr, 온도 210 ℃, 압력 3MPa의 최대 운전조건으로 노심과 유사한 조건을 구현할 수 있도록 설계됐다.

PLUTO는 미국 웨스팅하우스사의 유사한 시험시설에 비해 운전 온도 및 압력을 각각 10℃, 0.5 MPa 이상 높이고 시설 기동에 필요한 시간을 24~48시간에서 12시간으로 대폭 단축하고 500시간 연속 운전이 가능하도록 하는 등 성능을 대폭 끌어올려 현존하는 핵연료양립성시험 시설 가운데 최고의 성능을 갖췄다.