방사성폐기물의 처분방식은 처분대상인 방사성폐기물의 특성, 지질조건, 경제성 을 고려하여 결정된다. 처분방식은 크게 천층처분과 심층처분으로 분류되며, 천층 처분은 땅을 10m 깊이로 얇게 파서 폐기물을 묻는 것이고, 심층처분은 땅 속 깊 은 곳에 처분하는 것이다.
천층처분은 단순 천층처분, 공학적 천층처분, 동굴처분으로 구분하며, 일부 국가 는 중저준위방사성폐기물도 심층처분한다. 단순 천층처분은 점토 등의 불투수층 토양지반에 일정한 깊이의 트렌치를 파서 방사성폐기물을 매설하고, 위에 토양을 덮는 방식으로 강우량이 적은 저투수성의 점토층에 위치한다. 단순 천층처분의 장 점은 다른 처분방식에 비해 건설 및 운영 작업이 용이하다는 것이다. 그리고 단점 은 방사성폐기물이 지하수 및 지표수와 쉽게 접촉한다는 점, 풍화 침식 등의 자연 현상으로 방사성폐기물이 노출될 수 있고 장래에 처분장주변의 지역주민들이 누 설된 방사성폐기물에 접촉될 가능성이 있다는 점이다. 공학적 천층처분은 방사성 폐기물을 콘크리트 용기로 재포장하거나 콘크리트 처분고를 설치하여 핵종 누출 을 최소화하는 방법으로, 프랑스의 L'Aube 처분장이 그 예이다. 트렌치 상부에 다 중의 처분덮개를 설치하여 처분고 안으로 강우가 유입되는 것을 최소화하였다.
동굴처분은 지하 50~300m에서 암반 내 동굴을 굴착하거나 폐광을 재굴착하여 방사성폐기물을 처분하는 방법이다. 방사성 핵종이 인간의 환경권에 도달하는 것 을 최대한 억제하고자 주로 투수성이 낮고 균질한 암체에서 시행한다.1) 동굴처분 1) 대표적인 예는 스웨덴의 SFR이며, 육지에서 굴착하여 해수바닥면 하부 60m의 결정질
암반에 건설되어 있다.
의 장점은 천층처분보다 자연적 또는 인위적 사고로부터 방사성폐기물을 격리하 고 방호할 수 있다는 점이다.
심층처분은 지하 수 백 미터의 지층에서 처분하는 방법이며, 독일의 Morsleben 과 Konrad2) 처분장, 영국이 계획하고 있는 Nirex 처분장이 대표적이다.
저준위방사성폐기물 처분에 대해서는 국가별로 다른 체제를 갖고 있다. 처분방 식을 결정함에 있어서 미국, 캐나다, 스웨덴, 핀란드, 일본은 발생원을 기준으로 하며, 독일, 스위스, 프랑스는 폐기물의 상태를 기준으로 한다.
중저준위방사성폐기물처분장은 1944년 미국 Oak Ridge에 처음으로 건설되었으 며, 이후에는 원전 운영 국가들을 중심으로 지속적으로 건설되어 왔다. 2003년 기 준으로 전세계 30여개국에서 100여개의 중저준위방사성폐기물 천층처분장이 운영 중이거나 운영 후 폐쇄되었다. 그리고 새로이 30여개의 처분시설의 건설 계획이 추진 중이다3).
<표 1> 발생원 기준의 저준위방사성폐기물 처분
대상: 재처리, MOX 연료 가공 등에서 발생하는 TRU핵종을 포함하는 방사성폐기물
국 가 발 생 원 처분주체 처 분 지
미 국 군사적 이용으로 발생 DOE,
연방정부
Carlsbad(WIPP4)), 암염층 속에 지층처분 실시 중
스웨덴 연구소 등에서 발생하는 장수명방사성폐기물 SKB 미정
일 본 재처리, MOX연료종에서 발생 미정 미정
주: 캐나다, 핀란드는 해당 폐기물을 발생하지 않음.
2) 지하 800m에 위치한다.
3) 전세계의 원자력발전국은 31개국이며, 이 중에서 우리나라, 대만, 벨기에, 네덜란드, 슬 로베니아가 원전수거물 관리시설 부지를 확보하지 못하고 있다.
4) Waste Isolation Pilot Plant. New Mexico에 위치하며 1999년부터 운영하였다.
대상: 원자력발전소, 의료, 산업, 연구 등에서 발생하는 저준위방사성폐기물
국 가 처분실시주체 처 분 지
미 국
주(단독 또는 공동) ※방사능수준이 높고 천층처분이 안되는 폐기물은 DOE가 처분책임을 지님.
Richland, Barnwell, Utah Crive(천층처분 실시중) ※DOE의 폐기물은 DOE의 처분장 (Hanford, Savannah River 등)에서 처분함.
캐나다
각 발생자가 처분책임을 지님. ※ 과거발생분은 연방정부가 처분책임 을 지님.
미정 (시설별로 저장중) ※의료, 산업, 연구 등의 발생분은 AECL Chalk River 연구소 에서 천층처분함.
스웨덴 스웨덴핵연료폐기물관리(SKB5))1) Forsmark(SFR6), 지하동굴 처분 실시 중) 핀란드
TVO2), IVO3) ※의료, 산업, 연구 등의 발생분은 각 발생자가 처분책 임을 짐.
Olkiluoto, Loviisa(지하동굴처분 실시 중)
※의료, 산업, 연구 등의 발생분은 각 발생 자가 저장함.
일 본
일본원연(주)1)(日本原燃(株)), 원연오 아라이연구소4)(原硏大洗硏究所) ※ 상기 외의 의료, 산업, 연구 등의 발 생분은 각 발생자가 처분책임을 짐.
아오모리현 롯카쇼무라(원자력발전소의 저 준위방사성폐기물은 천층처분 실시중), 이 바라기현 오아라이(원연, 사이클기구의 연 구활동의 방사성폐기물은 고화시켜서 지표 저장함). ※상기 외의 의료, 산업, 연구 등 의 발생분은 각 발생자가 저장함.
주: 1) 전력회사 출자의 주식회사 2), 3) 전력회사
4) 특수법인
자료: 日本原子力産業會議(2003), 原子力ポケットブック 2003年版
<표 2> 폐기물 상태 기준의 저준위방사성폐기물 처분 대상: 비교적 방사능수준이 낮은 방사성폐기물 등
국 가 폐기물 구분 처분실시주체 처 분 지
독 일 발열하지 않는 것
연방방사선방호청(BfS7)), 연방정부
※실제로 독일폐기물저장소 운영회사(DBE)가 처분실시
Morsleben(암염광산 갱도에서 처분 실시, 현재 정지), Konrad (철광산 갱도에서 처분 예정, 건설 완료)
스위스
단수명의 중저준위 방사성폐기물
Cooperative for Nuclear Waste Management Wellenberg(GNW)1 ), Zwilag방사성폐기물중간저장시설1 )
Wellenberg(지하동굴 지층처분 계획 중), Wüerenlingen(저고준 위방사성폐기물을 최종처분지 로 보낼 때까지 중간저장) 프랑스
단수명의 중저준위 방사성폐기물
프랑스방사성폐기물관리기구
(ANDRA8))1) L'Aube(천층처분 실시)9)
5) Swedish Nuclear Fuel and Waste Management Company 6) sodium-cooled fast reactor
대상: 비교적 방사능수준이 높은 방사성폐기물 등
국 가 폐기물 구분 처분실시주체 처 분 지
독 일 발열하지 않는 것 연방방사선방호청(BfS), 연방정부10)
Gorleben(암염층에서 지층처 분을 계획, 지역특성 조사 중)
스위스
장수명의 α핵종농도 가 비교적 높은 중 준위방사성폐기물
스위스방사성폐기물관리 협동조합(NAGRA11))1)
※처분장의 실제 건설‧운 전을 제외함.
미정
프랑스 장수명의 중준위방
사성폐기물
프랑스방사성폐기물관리 기구(ANDRA)1 )
미정(지층처분, 분리변환기술, 장기저장에서 연구개발 중) 주: 1) 연방정부, 전력회사 등의 공동출자의 협동조합
자료: 日本原子力産業會議(2003), 原子力ポケットブック 2003年版
초기의 저준위방사성폐기물 처분시설은 일반폐기물매설시설과 유사한 형태로 건설되었다. 그러나 일부 처분시설에서 장기관리에 따른 문제점이 지적되어, 건조 지역을 제외하면 단순 천층처분은 실시하지 않고 있다. 이에 따라서 10여개국에 서 초기의 단순 천층처분시설을 폐쇄하였다. 현재 운영 중이거나 계획 중인 처분 시설은 매우 향상된 안전기준을 적용하고 있다.
현대적 개념의 방사성폐기물 처분시설은 다중의 방어개념을 가진 인공방벽 구 조물과 토양이나 암반 등의 천연방벽 내에 방사성폐기물을 가두는 시설이다. 그 리고 독립적인 규제기능을 보장하는 국가 종합관리체계 하에서 발생, 처리, 처분, 폐쇄, 사후관리의 관리단계별로 관리주체에게 적절한 책임을 할당시켜서 안전을 확고히 하고 있다.
사용후핵연료를 재처리해서 우라늄과 플루토늄을 채취하면 핵분열생성물을 포
7) Bundesamt fuer Strahlenschutz(Nuclear Safety Regulator) 8) National Radioactive Wastes Management Agency
9) 장수명의 저준위방사성폐기물은 당분간 저장하고, 일정농도이하의 α핵종을 포함하는 폐 기물은 L'Aube에서 처분한다. 최저준위전용처분장을 L'Aube근처에 건설할 예정이다.
10) 실제로 처분은 독일폐기물저장소‧운영회사(DBE)가 실시한다.
11) National Cooperative for the Disposal of Radioactive Waste
함하는 액체가 남는다. 이 폐액은 방사성수준이 높아서 고준위방사성폐기물이 라 부르며, 유리원료와 합쳐서 유리고화12)시킨다. 고준위방사성폐기물의 지층처 분, 즉 고준위방사성폐기물을 금속용기에 넣어서 지하 300미터보다 깊은 지층에 서 처분한다는 것은 국제적으로 공통된 아이디어로 유리는 물에 잘 녹지 않고 화 학적으로 안정적이므로 방사성물질을 장기간에 안정적으로 보관할 수 있다는 장 점이 있다. 유리고화는 냉각하기 위해서 일시저장한 후에, 다음에 사람들이 관리 하지 않아도 되도록 깊은 지하의 안정된 지층 속에 매설처분한다.
지층처분은 천연방벽과 인공방벽으로 구성되며, 천연방벽으로 화산, 지진, 단층 활동의 영향이 충분히 적으며 안정되고, 동시에 지하 300미터 이상의 깊은 지층 을 선택한다. 이러한 곳은 산소가 적어서 금속이 쉽게 녹슬지 않고 지하수의 움 직임도 매우 느리다. 인공방벽은 유리고화를 두꺼운 금속제 용기(over pack)에 넣 고 완충재의 역할로 물이 침투하기 어려운 점토로 싸서 매설하는 것이다.
원전에서 발생하는 사용후핵연료는 100만 kW 원전의 경우, 연간 약 20tU 전후 이다. EIA가 2001년 5월 발표한 세계 지역별 및 국가별 연간 사용후핵연료 발생 량 전망을 보면, 1998년의 총발생량은 10,700tU이며 2010년에는 10,100tU이다.
12) 포함하고 있는 방사성물질의 종류와 농도에 따라서 방사성물질을 움직이지 않도록 굳 힌다.
<표 3> 각 국의 고준위방사성폐기물 처분 현황
국 가 처분실시주체 처분예정지 자 금 법 제 도
미 국 DOE 1982년 설립
Yucca Mountain1)
방사성폐기물기금 1983년 개시
12조 1,200억원(1999년)
방사성폐기물정책법 (1982년), 1987년 수정
캐나다 NWMO2)
2002년 설립 미정 신탁기금
4,400억원 (최초제출액)
핵연료폐기물법 (2002년)
스위스 NAGRA3)
1972년 설립 미정
방사성폐기물관리기금 2001년 개시
11.5억원(2001년)
원자력에 관한 연방의 결(2001년), 폐기물관리 기금령 (2000년)
스웨덴 SKB
1984년 설립 미정4)
방사성폐기물기금 1981년 개시 33.7억원(2001년)
원자력활동법(1984년), 재원법(1981년)
독 일 BfS 고어레벤
전력회사의 할당금 1982년 개시 40조 1,710억원5)
개정원자력법(1976년), 전불령(前拂令)(1982년)
핀란드 Posiva
1995년 설립 Olkiluoto6)
방사성페기물관리기금 1988년 개시
14.3억원(2001년)5)
원자력법(1987년)
프랑스
ANDRA 1979년 설립, 1992년 개편
미정
전력회사 등의 할당금 1975년 개시
38.3억원(2001년)5)
방사성폐기물관리연구 법(1991년), ANDRA설 치령(1992년)
일 본 NUMO
2000년 설립 미정
NUMO에 대한 제출금 2001년 개시 17.1억원 (2002년)
특 정 방 사 성 폐 기 물 의 최종처분에 관한 법률 (2000년)
주: 1) 2002년 7월에 처분지로 결정됨.
2) 지층처분, 처분장저장, 집중저장 방법에 관해 검토‧제안하고, 승낙되는 방법을 실시함.
3) 처분장 선정까지 담당함.
4) 처분후보지인 오스카샴, 에스트한멀에서 처분지의 적성을 검사중임.
5) 다른 방사성폐기물의 처분을 위한 할당금을 포함함.
6) 2001년 5월에 처분지로 결정됨.
자료: 資源エネルギー廳 原子力政策課(2003), 原子力關聯資料 平成 15年 8月