• 검색 결과가 없습니다.

저작자표시

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2022

Share "저작자표시"

Copied!
84
0
0

로드 중.... (전체 텍스트 보기)

전체 글

(1)

저작자표시 2.0 대한민국 이용자는 아래의 조건을 따르는 경우에 한하여 자유롭게

l 이 저작물을 복제, 배포, 전송, 전시, 공연 및 방송할 수 있습니다. l 이차적 저작물을 작성할 수 있습니다.

l 이 저작물을 영리 목적으로 이용할 수 있습니다. 다음과 같은 조건을 따라야 합니다:

l 귀하는, 이 저작물의 재이용이나 배포의 경우, 이 저작물에 적용된 이용허락조건 을 명확하게 나타내어야 합니다.

l 저작권자로부터 별도의 허가를 받으면 이러한 조건들은 적용되지 않습니다.

저작권법에 따른 이용자의 권리는 위의 내용에 의하여 영향을 받지 않습니다. 이것은 이용허락규약(Legal Code)을 이해하기 쉽게 요약한 것입니다.

Disclaimer

저작자표시. 귀하는 원저작자를 표시하여야 합니다.

(2)

2021年 2月 碩士學位 論文

국내 고준위방사성폐기물 처분비용 평가에 관한 고찰

朝 鮮 大 學 校 大 學 院

原子力工學科

金 成 俊

[UCI]I804:24011-200000360041

[UCI]I804:24011-200000360041

(3)

국내 고준위방사성폐기물 처분비용 평가에 관한 고찰

A Study on the Evaluation of High-Level Radiation Waste Disposal Cost in Korea

2021년 2월 25일

조 선 대 학 교 대 학 원

원자력공학과

김 성 준

(4)

국내 고준위방사성폐기물 처분비용 평가에 관한 고찰

지도교수 정 운 관

이 논문을 공학 석사학위신청 논문으로 제출함

2020년 10월

조 선 대 학 교 대 학 원

원자력공학과

김 성 준

(5)

김성준의 석사학위 논문을 인준함

위원장 조선대학교 교 수 이경진 (印) 위 원 조선대학교 교 수 송종순 (印) 위 원 조선대학교 교 수 정운관 (印)

2020년 11월

조선대학교 대학원

(6)

목 차

표 목차

···3

그림 목차

···5

ABSTRACT

···7

제 1 장 서 론

···9

제 1 절 연구 배경

···9

제 2 절 연구 목적

···10

제 2 장 방사성폐기물의 정의 및 관리

···11

제 1 절 방사성폐기물의 정의

···11

제 2 절 방사성폐기물의 처리와 처분

···15

제 3 절 사용후핵연료 관리방안

···22

제 3 장 해외 처분 전략 및 비용 현황

···35

제 1 절 미국

···35

제 2 절 캐나다

···38

제 3 절 독일

···41

제 4 절 프랑스

···44

제 5 절 스웨덴

···48

(7)

제 6 절 핀란드

···51

제 4 장 국내 사용후핵연료 정책 및 발생 현황

···54

제 1 절 사용후핵연료 정책 현황

···54

제 2 절 사용후핵연료 발생 현황

···55

제 5 장 처분 비용 산출

···61

제 1 절 처분비용 평가방법

···61

제 2 절 처분비용 평가인자

···63

제 3 절 처분비용 평가체계

···66

제 4 절 고준위방사성폐기물 처분 비용 평가

···69

제 6 장 결론 및 고찰

···77

참고문헌

···78

(8)

표 목 차

표 1. 2019년 12월말 기준 사용후핵연료부담금 납부현황 ···10

표 2. 2009년 IAEA가 개정한 방사성폐기물의 신분류 기준···12

표 3. IAEA 개정안을 기반으로한 우리나라 방사성폐기물 분류 기준···14

표 4. 방사성폐기물의 특징···17

표 5. 사용후핵연료 저장을 위한 기술 ···27

표 6. 사용후핵연료에 관한 미국의 주요 활동내용···36

표 7. 캐나다 핵연료 폐기물 장기관리계획···38

표 8. 캐나다의 사용후핵연료 장기관리방안 비용산정···40

표 9. 프랑스의 재처리 시나리오별 방사성폐기물 및 사용후핵연료 예상 발생량 44 표 10. 스웨덴의 고준위방사성폐기물 처분 비용···50

표 11. 각 국가별 사용후핵연료 관리 정책···54

표 12. 10년간 각 발전소 부지에서 분기마다 발생한 국내 사용후핵연료 총합··55 표 13. 국내 사용후핵연료 관련 고시···60

표 14. 현재가치법과 Overnight Costing···62

표 15. 처분비용과 관련된 기술적 인자···64

표 16. 시나리오1에 따른 사용후핵연료 예상누적발생량···71

표 17. 시나리오2에 따른 사용후핵연료 예상누적발생량···72

표 18. 시나리오3에 따른 사용후핵연료 예상누적발생량···72

표 19. 시나리오4에 따른 사용후핵연료 예상누적발생량···73

(9)

표 21. 시나리오 1에 대한 결과값···74

표 22. 시나리오 2에 대한 결과값···74

표 23. 시나리오 3에 대한 결과값···75

표 24. 시나리오 4에 대한 결과값···75

표 25. 각 시나리오에 따른 결과값···76

(10)

그 림 목 차

그림 1. IAEA의 방사성폐기물 분류체계의 개념적 그림···13

그림 2. 각 방사성폐기물의 처리 흐름도···18

그림 3. 표층 처분시설에 대한 개념도···20

그림 4. 동굴처분 시설에 대한 개념도···20

그림 5. 사용후핵연료의 임시저장조와 처분용기···23

그림 6. 사용후핵연료에 대한 시간에 따른 핵종별 방사능 변화···23

그림 7. 사용후핵연료 운반용기의 종류···25

그림 8. 국내에서 개발한 KORAD-21 사용후핵연료 운반용기···25

그림 9. 습식 및 건식 저장시설(Olkiluoto NPP 습식저장조와 Dukovany NPP 건식저장)···28

그림 10. 원자력발전에 의해 발생하는 방사성폐기물의 종류와 처분과정···32

그림 11. 스웨덴 Forsmark의 사용후핵연료의 처분장 개념도···33

그림 12. 구리로된 외장재와 사용후핵연료를 담을 주철, 덮개 또한 구리재질을 사용···33

그림 13. 지하 약 500m 깊이의 최종 처분시설에 저장된 캐니스터와 캐니스터 주위의 벤토나이트···34

그림 14. 캐나다의 처분비용산정···40

그림 15. 암염층인 앗쎄 연구광산에서의 실험모습···42

그림 16. 프랑스의 유리고화 폐기물 저장용기와 폐기물을 정치하는 과정···45

그림 17. 프랑스의 처분장 개념도···46

(11)

그림 18. 2014년 프랑스 방사성폐기물 관비용의 비율···47

그림 19. 스웨덴의 Clab 사용후핵연료 집중 중간저장시설···48

그림 20. 스웨덴의 방사성폐기물 관리비용···50

그림 21. 오른쪽에서부터 러시아형가압경수로(WER)용, BWR용, 건설중인 유럽형가압경수로(EPR)용의 캐니스터···52

그림 22. SB-3V 설계도(왼쪽)와 KBS-3H 설계도(오른쪽)···52

그림 23. 핀란드의 처분 비용 내역···53

그림 24. 고준위방사성폐기물의 관리절차와 방식의 단계별 로드맵···59

그림 25. 건설투자비 산정절차 체계···66

그림 26. 운영비 산정절차 체계···67

그림 27. 폐쇄비 산정절차 체계···68

그림 28. CAFE 프로그램 메인화면···69

그림 29. CAFE 프로그램 입력화면 예시···70

그림 30. CAFE 프로그램 출력화면 예시···70

그림 31. 각 시나리오별 지상시설, 지하시설 비용평가 총합에 대한 결과값···76

(12)

ABSTRACT

A Study on the Evaluation of High-Level Radiation Waste Disposal Cost in Korea

Seong Jun Kim

Advisor : Prof. Chung, Woon-kwan Department of Nuclear Engineering Graduate School of Chosun University

The global operation of nuclear power plants has raised the issue of permanent disposal of spent nuclear fuel. In Korea, two types of power plants are operating, heavy water reactors and light water reactors, and discussions have been made steadily that spent nuclear fuel generated from them should be disposed of permanently. According to the Nuclear Environment Corporation's "Basic Plan for High Level Radioactive Waste Management," the site is planned to be selected for 12 years and the operation year of permanent disposal facilities is planned for 2053.

Several methods are considered for permanent disposal of spent nuclear fuel, which is a high-level radioactive waste, such as disposal of the deep layer, disposal of the ocean, disposal of glaciers, and disposal of the deep-seated waste. Among them, the IAEA recommends that high-level waste be disposed of in the deep layer in consideration of economic feasibility and safety. For this reason, there has been much discussion in Korea about the disposal of the deep layer. Although South Korea started its first operation on July 13, 2015 to store medium and low-level waste, its policy on disposal of high-level radioactive waste sites and disposal facilities is still insufficient.

(13)

As such, the issue of deep layer disposal of high-level radioactive waste is important, but the assessment of the costs incurred in the overall disposal process is also very important. As of 2018, the cost of treating spent nuclear fuel is expected to reach at least 64.13 trillion won directly to dispose of high-level radioactive waste generated from nuclear power plants, including 26.3565 trillion won (3.711 trillion won for construction, 22.3381 trillion won for operation), 37.7736 trillion won for permanent disposal facilities (6.9 trillion won for construction and 27.5649 trillion won for operation). Therefore, the estimated disposal costs were assessed using a computer program developed by the Korea Atomic Energy Research Institute based on overseas cases related to the assessment of disposal costs and the latest domestic 8th power supply plan.

(14)

제 1장 서론

제 1 절 연구배경

1953년 UN 총회에서 미국 아이젠 하워드 대통령의 “Atoms for Peace”라는 역 사적인 연설을 시작으로, 1950 ~ 1960년대에는 세계 여러나라에서 원자력발전소를 이용하기 시작되었다. 원자력은 우라늄채취 및 운반, 발전소 건설 과정을 제외하 면 전기를 생산하는 과정에서 화석연료와는 다르게 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경적인 에너지였다. 하지만, 세계적으로 원자력발전소를 이용하여 전기를 생 산하는 목적이 더 컸으며, 이로인해 발생되는 사용후핵연료에 관한 문제는 큰 이 슈 거리로 생각하지 않고 있었다.

현재 원전을 운영하는 국가들은 고준위방사성폐기물인 사용후핵연료에 대한 처 리방안에 대해 많은 논의가 이뤄지고 있으며, 이를 해결하기 위해 우리나라 또한 사용후핵연료 공론화위원회를 출범하여, 처리방안을 모색한바 있다.

그러나, 아직까지 스웨덴과 핀란드를 제외한 사용후핵연료에 대한 처리방안 및 부지선정에 관해서는 결정된 바가 없다. 사용후핵연료의 처분과 관련된 여러 문제 가 존재하지만, 심지층처분을 하기 위해 발생하는 비용 또한 무시할 수 없다.

국내 원자력발전소는 크게 두 타입이 가동되고 있으며 경수로와 중수로이다.

월성원자력발전소는 중수로 타입이며 매일 16다발씩 일정량 교체되고 있다. 경수 로 18개월주기로 전체량의 1/3의 핵연료다발을 교체하고 있다. 심지층처분 비용에 가장 큰 비중을 차지하는 것은 운영비용으로 사용후핵연료에 양에 따라 발생되는 비용이 다양해진다.

2018년에 발표된 자료에 따르면 중간저장시설에 26조3565억 원(건설비 3조7114 억 원, 운영비 22조3381억 원), 영구처분시설에 37조7736억 원(건설비 6조9024억 원, 운영비 27조5649억 원) 등 사용후핵연료를 심지층처분 하는데 약 64조1301억 으로 추산됐다.

위 금액은 2015년 수립된 제7차 전력수급기본계획에 의해 원전 36기가 설계수 명이 만료될 때까지 운영되고, 중간저장시설 운영기간이 96년, 영구처분시설이 78 년을 기준으로 산정된 금액이다. 따라서 현재 제8차 전력수급기본계획에 따른 심

(15)

연 도 회계결산일 기준 기금 현금 납부일 기준

2010 2,501억원 2,965억원

2011 2,843억원 2,395억원

2012 3,105억원 2,980억원

2013 4,036억원 3,330억원

2014 5,979억원 6,460억원

2015 7,216억원 7,272억원

2016 7,108억원 7,147억원

2017 5,930억원 6,412억원

2018 7,439억원 6,677억원

2019 6,487억원 6,569억원

제 2 절 연구 목적

국내에서 발생 되는 사용후핵연료는 월성 부지 내에 캐니스터 형식으로 저장되 고 있는 중수로 핵연료 다발을 제외한 나머지는 발전소 수조 내에서 잠열을 제거 하기 위해 저장되고 있다. 제8차 전력수급기본계획을 통해 2031년까지 사용후핵연 료의 누적발생량은 경수로 59,113다발, 중수로 584,087다발로 예상된다. 현재 우 리나라는 사용후핵연료에 대한 부담금을 납부하고 있으며, 2020년 3월에 발표된 자료에 의한 비용은 아래의 표와 같다.

표 1. 2019년 12월말 기준 사용후핵연료부담금 납부현황[1]

처분 비용 평가에 관한 자료가 부족하기 때문에 심지층처분장의 비용평가는 실 제적인 비용이 아닌 추정된 비용이다. 따라서 본 연구에서는 향후 원자력발전소에 서 발생하는 사용후핵연료 처분비용을 컴퓨터프로그램을 이용하여 지상시설비용과 지하시설에관한 비용을 평가하고자 한다.

(16)

제 2 장 방사성폐기물의 정의 및 관리

제 1 절 방사성폐기물의 정의

방사성폐기물은 원자력을 이용하는 과정에서 발생하는 폐기물이다. 방사성폐기 물로 간주하는 대상과 범위는 법으로 정하고 있다. “원자력안전법”에서는 방사 성폐기물을 “방사성물질 또는 그에 따라 오염된 물질로서, 폐기의 대상이 되는 물질(제35조 제4항에 폐기로 결정한 사용후핵연료를 포함)을 말한다.”라고 규정 하고 있다.

방사성폐기물은 원자력발전소의 연료로 사용했던 사용후핵연료를 비롯해 원자 력발전소 내의 방사선 관리 구역에서 종사자들이 작업하며 사용했던 방사성물질에 오염된 작업복, 장갑, 마스크, 기기 교체 부품 등과 RI(방사성동위원소)를 사용하 는 산업체와 연구기관 그리고 병원에서 발생하는 시약병, 주사기, 튜브등 RI폐기 물을 포함한다.

사용후핵연료의 경우에는 원자력안전법이 개정된 2014년을 전후하여 방사성폐 기물에 속하는 범위가 변경되었다. 2014년 이전에는 모든 사용후핵연료를 방사성 폐기물로 간주했지만, 현재 원자력진흥위원회의 심의 의결을 통해 폐기하기로 결 정한 사용후핵연료만을 방사성폐기물로 간주하고 있다.

방사성폐기물의 종류로는 원자력발전소, 연구시설 및 RI을 이용하는 시설 및 장비등에서 발생하며 방사능 농도와 물리적·화학적 조성 또한 다양하다. 방사성 폐기물은 분류 목적과 체계에 따라 분류한다. 일반적으로 방사능 농도은 즉, 고준 위와 저준위, 폐기물의 상태, 발생 근원지 등에 따라 분류한다.[1]

2009년 IAEA는 방사성폐기물 최종관리의 다양화를 통한 최적화를 위해 방사성 폐기물의 분류 기준을 좀 더 구체적으로 신분류 기준을 아래의 표 1.과 같이 제시 하였다.

IAEA의 권고에 따라, 방사성 폐기물을 방사능 농도와 열 발생률에 따라 극저준 위(Very low-level) 방사성폐기물, 저준위(Low-level) 방사성폐기물, 중준위 (Intermediate-level) 방사성폐기물과 고준위(High-level) 방사성폐기물 4가지로

(17)

미국, 영국, 프랑스, 일본등과 달리 우리나라는 사용후핵연료를 재처리 하고 있지 않기 때문에 방사성폐기물도 방사능 준위가 매우 낮은 저준위폐기물만 주로 발생하고, 중준위나 고준위방사성폐기물은 거의 발생하지 않고 있다. 고준위방사 성폐기물인 사용후핵연료는 원자력발전소 소내에 저장하여 관리하고 있다.

표 2. 2009년 IAEA가 개정한 방사성폐기물의 신분류 기준

구분 분류기준 처분방법

규제면제 (Exempt Waste : EW)

규제배제, 규제면제, 규제해제 관리기준을 만

족하는 방폐물 제한없음

극반감기폐기물 (Very Short Lived

Waste : VSLW)

연구 및 의료목적으로 사용된 단반감기 방사성 핵종을 포함한 방폐물로 수년정도 저장하면 무 제한적 처분가능(T : 100일 이하)

제한없음

극저준위폐기물 (Very Low Level

Waste : VLL)

EW 이상의 방폐물로 격납이나 격리가 필요없는 방폐물, 장반감기 핵종 및 천연방사성 핵종의 농도는 매우 낮음.

천층처분

저준위폐기물 (Low Level Waste :

VLW)

취급이나 운반시 차폐가 필요하지 않은 방폐물 표면방사선량률이 2mSv/h 이하이고 표면에서 30m 깊이 정도에 처분

-  장반감기 핵종 평균제한치( < 400 Bq/g ) - / 장반감기 핵종 평균 제한치 ( < 10,000

Bq/g )

천층/동굴 처분

중준위폐기물 (Intermediate Level

Waste : ILW)

장반감기 핵종을 포함하고 방사능준위가 상대 적으로 높아 천층처분보다는 높은 격리가 요구 되는 방폐물로 처분 깊이는 수십에서 수백미터 이다.

동굴처분/

심지층처분

고준위폐기물 (Hight Level Waste : HLW)

방사능준위가 매우 높고, 방사성붕괴를 통한 열이 발생하며, 고준위의 단/장 반감기 핵종을 포함하고 공학적 방벽을 갖춘 심지층처분이 요 구된다.

- 열 발생률 : 2 ~ 20 kW/m - 방사능 준위 104 ~ 106 TBq/m

심지층처분

(18)

그림 1. IAEA의 방사성폐기물 분류체계의 개념적 그림[3]

현재 우리나라 또한 IAEA의 권고와 저준위폐기물을 좀 더 세분화하여 관리할 필요가 있다고 판단하여 2013년 12월 원자력안전위원회(이하 원안위)에서 IAEA 신 분류기준을 통하여 새로운 방사성폐기물 분류기준 및 이에 따른 처분관리 기준을 의결하였다.

방사성폐기물을 고준위폐기물, 중준위폐기물, 저준위폐기물, 극저준위폐기물, 규제해제로 처분방식을 세분화 하고, 고준위폐기물은 심지층처분, 중준위폐기물은 중간층, 저준위 및 극저준위폐기물은 천층처분, 규제해제폐기물은 다른 법령에 따 른 매립이나 재활용과 같은 방법으로 처리하도록 규정하였다. 우리나라 기준 개정 안은 아래의 표 2.와 같다.

(19)

표 3. IAEA 개정안을 기반으로한 우리나라 방사성폐기물 분류 기준.

분 류 기 준 방사성폐기물 종류 및 특성

규제해제 폐기물

연간 10 Sv 이하

Ÿ IAEA RS-G 1.7에서 정한 기준 농도 또는 선량 이하의 모든 핵종

극저준위 폐기물

처분시 방호기능 상실한

경우에도 1 mSv 이하

Ÿ 규제 해제의 100배 미만

Ÿ 반감기 20년 이상인 알파핵종은 농도와 관계없 이 극저준위로 분류

저준위 폐기물

처분장 침입자 선량 연간 1 mSv이하

Ÿ 10 핵종 및 전알파 기준 이하

Ÿ 공단인수기준 충족

Ÿ 처분장의 처분 시설별 인도 기준은 사업자가 정 하도록 규정한다.

중준위 폐기물

저준위 기준 초과

Ÿ 저준위 폐기물 분류기준 이상

Ÿ 폐밀봉선원, 고방사능 폐수지

Ÿ 농도 범위는 넓지만, 폐기물의 양은 상대적으로 적다.

고준위 폐기물

반감기 및 열 발생률

Ÿ 반감기 : 20년 이상

Ÿ 핵 종 :  핵종

Ÿ 농 도 : 4,000 Bq/g

Ÿ 열 발생률 : 2 kW/m

(20)

제 2 절 방사성폐기물의 처리와 처분

1. 방사성폐기물의 처리

원자력발전과 방사성동위원소를 이용하는 과정에서 법으로 규정된 규모 이상의 방사성물질을 다루는 시설지역은 방사선 관리구역으로 지정하고 출입을 통제한다.

이 구역에 들어간 모든 물질은 방사능물질에 의해 오염된 것으로 간주하여 “규제 해제”를 받아야 자연환경으로 방출하거나 비방사성 물질로 관리할 수 있다.

따라서 관리구역에서 발생하는 모든 기체 및 액체 폐기물은 굴뚝과 배수구등에 의해 방사성폐기물 배출허용에 맞게 여과, 이온교환, 증발, 침전 등의 방법으로 처리하여 환경으로 방출될 수 있다. 처리 과정에서 발생한 폐기물들은 처분수용 기준에 맞게 고정화 및 포장 과정을 통해 영구처분한다.

① 재활용 : 유용한 물질은 가능한 제염을 한 후 재활용.

② 눙축 및 저장 : 장기 관리가 필요한 폐기물은 그 부피를 감소시킨 후 고화시켜, 처분할 때 관리가 용이한 형태로 전환하여 생태계로부터 격 리한다. 중준위와 고준위폐기물의 폐액 처리에 이용.

③ 희석 및 분산 : 주로 희석을 통해 방출 허용농도 이하까지 방사능 준위 를 낮춰 대기 또는 공해로 방출한다. 저준위 폐액처리에 사용.

④ 지연 및 붕괴 : 반감기가 짧은 방사성해종을 함유한 폐기물을 적당한 기간 저장하여 방사능을 감쇠시키는 방법.

⑤ 감용 : 방사성폐기물의 정확한 분류, 처리 과정 변경, 체적 치소화 등 의 방법을 사용해 부피를 감소시키는 방법.

가. 고체 폐기물 감용 및 재활용

원자력발전소의 고체 폐기물은 중저준위 폐기물로 크게 다음 네 가지로 분류할

(21)

① 기체나 액체 폐기물 처리과정에서 발생한 폐필터와 폐수지

② 원전1차계통 액체폐기물 처리과정에서 발생한 농축폐액과 처리 고화체

③ 원전작업종사자 피폭, 휴지, 비닐 등 소각성 폐기물

④ 원전 유지 보수 오염 장비 등 잡고체 폐기물

가연성 폐기물이나 잡고체 폐기물은 최종 처분 폐기물의 부피를 감용하며 압 축, 소각, 절단, 용융등의 방법으로 감용처리한다. 가연성폐기물은 일반 소각 또 는 고온 용융 처리하여 소각재만 방사성폐기물로 처분하고 압축성 고체 폐기물들 은 압축 후 포장하여 처분한다. 그리고 표면이 오염된 금속성 폐기물들은 물리/화 학적 제염 후 재활용하고 제염하고 나온 폐액만 따로 고화처리하여 처분한다. 제 염된 금속성폐기물은 재활용하고 방사성물질은 주로 slag로 방출되도록한다. 또한 금속성 폐기물은 용융제염을 통해 폐기물의 감용효과뿐만 아니라 방사능 농도와 그리고 표면의 방사성 오염도 낮추는 효과를 기대할 수 있어, 폐기물 처리기술로 서 기술 이용이 확대될 것으로 본다.

나. 액체 폐기물 처리

원자력발전소에서 발생하는 중저준위 방사성 액체폐기물은 방사능 농도에 따라 이온교환, 흡착, 침전, 증발농축, 자연증발 등의 방법으로 처리한다.

응집 침전처리란 방사성폐액에 각종의 화학약품을 넣어 침전시키고, 이렇게 침 전 되는 가운데 흡착이나 흡수로 방사성핵종을 회수하는 식으로 처리하는 방법이 다.

증발 농축은 폐액을 증발기로 보내 가열하여 증발시키 농축하는 방법이다. 수 분은 증기가 되어 증발하고 응축기로 인해 다시 물로 변한다. 사용후핵연료 습식 저장조 같은 방사성물질로 오염된 액체는 이온교환처리로 수중의 핵종을 제염한 다.

다. 기체 폐기물 처리

원자력발전소의 기체 방사성폐기물은 원자로의 운영 중 계통의 탈기 또는 누출

(22)

로 인해 주로 발생한다. 계통 탈기 과정에서 발생한 기체 방사성폐기물은 감쇠탱 크 도는 활성탄 지연대를 이용하여 방사능을 감소시킨 후 배출전 또는 주기적으로 시료채취 및 방사능 분석을 수행하며, 배출 시에는 연속 유출물 방사선감시기를 통해 대기로 배출된다.

오염 입자를 필터에 의해 여과하는 방법에는 고성능필터법(HEPA Filter)과 격 막법이 사용되고 있고, 냉각 응축법에는 정온 흡착법과 저온 증류법 등이 사용된 다. 일반 산업체의 공기 부유 입자 처리와 다른 점은 전처리 필터 처리 후 고성능 필터를 사용하여 0.3m 미세입자를 99.97% 까지 제거해야 한다는 점이다.

기체처리에는 실리콘 고무막, 아세틸셀루로스막 등의 기체에 대한 선택적 투과 성을 이용한 격막법이 있고, Silica gel, molecular sieve, 활성 Alumina, 활성탄 같은 흡착제에 의한 흡착법이 있다. 원전 운전 중뿐 아니라 핵사고 시에도 발생하 는 단반감기 방사성 요오드는 칼륨과 요오드를 첨가한 첨착 활성탄 필터를 사용하 여 제거한다. 각 폐기물에 대한 흐름과 특징은 아래의 표와 그림과 같다.

표 4. 방사성폐기물의 특징

특 성 주요 발생원 처리방법

고체

Ÿ 농축폐액 분말, 폐이온교환수지

Ÿ HEPA 필터 및 폐필터 카트리지

Ÿ 종이, 피복, 장답 등 잡고체

주로 단반감기 핵종으로 HEPA 및 활성탄 필터로 여과 후, 일정기 간 체류시켜 방사능 지연/감쇄 후 방출

액체

Ÿ 원자로 냉각재 계통

Ÿ 기기 배수 또는 누설수

Ÿ 세탁실 및 제염실 배수

폐액증발, 필터 및 이온교환수지 등을 사용하여 방사성물질을 제 거

기체

Ÿ 냉각재의 탈기

Ÿ 체적제어탱크 배기

Ÿ 각종 탱크의 Cover Gas

폐이온교환수지, 농축폐액 등은 건조 후 고화처리 또는 HIC 용기 에 포장, 폐필터는 고화처리 또 는 차폐 포장용기에 포장, 잡고 체 방사성폐기물은 압축하여 포 장용기에 포장

(23)

그림 2. 각 방사성폐기물의 처리 흐름도

(24)

2. 방사성폐기물의 처분

방사성폐기물에 대한 저장개념과 처분개념이 있는데, 둘의 개념에 대한 가장 큰 차이는 나중에 회수할 의도가 있는지에 대한 여부이다. 저장은 방사성폐기물을 나중에 회수할 의도를 가지고 시설이나 부지에 보관하는 것이며, 처분은 나중에 회수할 의도없이 보관하는 것이다. 저장과 처분의 공통점은 폐기물을 인간 생활권 으로부터 필요한 기간 동안 격리하다는 것이다. 그러나 저장은 그 이후 어떠한 임 시조치가 예정되어 있는 것이며, 그 조치로 폐기물의 추가 처리나 포장 또는 처분 을 진행한다.

방사성폐기물 처분 안전성을 확보하는 방법에는 한 장소에 폐기물을 격리하거 나, 도는 자연현상으로 하여금 폐기물을 해롭지 않은 상태로 희석, 확산시키는 것 이다. 최근 방사성폐기물 처분안전성 평가는 격리와 확산개념 적용을 확대하는 방 향으로 나가고 있다. 예를들면, 저준위폐기물 처분장은 약 300여 년 동안 안정성 이 유지되도록 제도적 감시 및 관리를 한다.

그러나 제도적 관리 기간 이후에는 방사성핵종의 확산과 희석을 허용한다. 방 사성폐기물 처분안전성 계통의 기능적 요건은 다음과 같다.

① 처분계통이 필요로 하는 장기간의 안전성

② 폐쇄 이후에도 매우 낮은 방사선 누출을 보장

③ 인간의 행위 및 자연재해로부터 폐기물의 격리

④ 적용된 처분기술의 타당성과 경제성

⑤ 처분계통의 물리, 화학 및 생물학적 안전성 모델 확보

중저준위 방사성폐기물의 처분은 반감기와 방사능에 따라 표층처분 천층처분, 동굴처분, 중간 지층처분 등으로 처분 방식을 달리한다. 각 시설에 대한 개념도는 아래와 같다.

(25)

그림 3. 표층 처분시설에 대한 개념도 [5]

그림 4. 동굴처분 시설에 대한 개념도 [8]

(26)

극저준위 폐기물은 주로 표층처분을 하며, 저준위 폐기물은 천층처분이나 동굴 처분을 한다. 폐기물 처분장은 300년 내외의 제도적 관리를 하고 그 이후에는 방 사능이 환경 방출 수준으로 소멸하거나 도는 서서히 자연현상에 의한 확산 및 희 석으로 생태계 위험이 없어야 한다.

그러나 방사능 준위가 높거나, 또는 알파 폐기물처럼 반감기가 길며 열발생량 이 크지 않은 방사성폐기물은 중준위폐기물로 분류하여 지하 100m 내외의 중간 지 층에 처분한다. 천층보다 더 깊은 중간지층에 처분해도 지하수 등 지하 방사능 핵 종 이동 경로는 크게 다르지 않다. 더 깊은 지하에 처분하게 되면 비용은 증가하 지만, 도굴 등 미래의 인위적 침투를 막는데는 효과가 클 것으로 본다.

고준위방사성폐기물은 중저준위 방사성폐기물보다 방사능이 수천만 배 이상 높 고 별도 냉각이 필요한 발열체이기 때문에 수만 년 이상 생태계 격리가 필요하다.

그러나 현재 안정상 지하 500m 이상 심지층처분을 하고 방사능물질이 지하수 등을 통해 생태계에 영향을 미치지 않도록 하는 것이다.

(27)

제 3 절 사용후핵연료 관리방안

1. 사용후핵연료의 특징

대부분의 원자로의 핵연료는 연료집합체인 얇은 금속 튜브(예: 스테인리스강 또는 지르코늄 합금) 내에 밀봉된 세라믹 이산화 우라늄 펠릿 형태이다. 원자로 장전된 후, 연료는 주로 핵분열생성물의 형성으로 인해 고방사능을 띠게 된다. 시 간이 흐름에 따라 연료 내 핵분열생성물의 축적은 줄어들고, 연료교체시기에 원자 로에서 제거하여 교체해야 된다.(즉, 사용후핵연료가된다). 이때 235U의 농축도는 3~5%에서 약 0.8%로 줄어든다.[6]

사용후핵연료는 핵분열생성물을 비롯해 극미량인 플루토늄과 초우라늄원소는 200년이상의 반감기를 가지고 방사선을 방출하고 있어 원전에서 인출 후에도 오랜 기간 특수 차폐용기에 보관 및 관리한다. 특히 초우라늄 원소와 핵분열생성물 중 에 불안정한 핵종들이 안정한 핵종으로 방사성 붕괴를 일으키며 많은 열과 방사선 을 방출한다. 붕괴열은 초기에 10년 정도에서 급격히 감소하다가 그 이후에는 서 서히 감소한다. 사용후핵연료가 원자로에서 발생된 후 초기의 열량은 대부분 전체 의 5% 미만을 차지하는 핵분열생성물에 의한 붕괴열이며 100년 정도 지난 후에는 수 % 이내로 존재하는 초우라늄 원소에 의한 붕괴열이 주가 된다.

사용후핵연료를 장기적으로 안전하기 관리 및 처분하는 측면에서 붕괴열은 매 우 중요하게 작용하며 냉각 성능의 유지가 필요하다. 특히 초기에 발생하는 붕괴 열의 특성을 보면 Cs과 Sr의한 붕괴열이 최대 70%까지 차지하며 이 두핵종을 사용 후핵연료에서 제거하면 관리가 수월해진다. 사용후 핵연료는 아래의 그림과 같이 중간저장시설의 물밑에 장전되어 지며, 처분이 결정되면 강철과 구리로된 캐니스 터에 담겨진다.

(28)

그림 5. 사용후핵연료의 임시저장조와 처분용기 [6]

(29)

2. 사용후핵연료의 운반

사용후핵연료 관리에는 원자력발전소, 저장시설, 재처리 시설, 그리고 최종적 으로 처분시설에 따라 여러 운송 단계가 포함된다. 운반은 일반적으로 보안과 외 부위험으로부터 작업자와 일반 대중을 보호하며 연료를 냉각시키기위해 특수 설계 된 운반 컨테이너에서 수행된다. 이러한 운반 작업은 IAEA 안전 표준 시리즈 번호 SSR-6, 방사성 물질의 안전한 운송을위한 규정(2012)의 운반 규정에 따라 엄격하 게 통제된다. 대부분의 운반 작업은 한 국가 내에서 수행되지만 일부는 운반을 하 기위해 다른 나라의 국경을 넘어가는것도 있다. 국가 간 이동을 위한 운반 작업이 적절한 방식으로 수행되고 출발지, 목적지 및 경유 국가의 승인을 받도록 조치를 취해야한다.[7]

사용후핵연료 운반에 대한 기술이 성공적으로 이루어졌는데, 주로 사용후핵연 료를 재처리 공장으로 운송하기 위한 것으로 추정되며, 총 운송량은 약 100,000 tHM이다.[8]

국가 전체에 걸쳐, 그 국가 및 국제 규정을 준수하여 허가된 사용후핵연료 운 반 용기를 제작하고 있다. 그러나 1980년대부터 AFR 설비의 사용후핵연료 추가 저 장에 대한 수요가 증가하기 시작하면서 사용후핵연료의 건식 저장·운반 할 수 있 는 캐스크 기술이 적용되기 시작했다. 이로 인해 이중 목적 서비스용 캐스크(저장 용과 운반용용)가 개발되었으며, 처음에는 저장 전용으로 개발되었으나 현재는 이 중으로 사용하기 위한 목적으로 콘크리트 기반 캐니스터형 운반 및 저장용기개발 이 꾸준하게 이뤄지고 있다.[8]

사용후핵연료의 운반 용기는 차폐, 냉각 그리고 운송 중 충돌, 화재 등 안전성 이 입증되어야 사용할 수 있다. 세계 각국에서는 운반목적에 따라 다양한 종류의 사용후핵연료 운반 용기를 개발하여 사용하고 있다. 일부 대형 운송 용기는 그 무 게가 대략 100ton이 넘어가며, 최근에는 전 세계적으로 대용량의 고 연소도 핵연 료 수송, 저장 겸용 용기를 개발하고 있다. 사용후핵연료의 운반 용기에 대한 한 예와 우리나라에서 개발한 운반 용기는 아래의 그림과 같다.

(30)

그림 7. 사용후핵연료 운반용기의 종류.[9]

그림 8. 국내에서 개발한 KORAD-21 사용후핵연료 운반용기 [10]

(31)

2. 사용후핵연료의 저장

어떤 저장방식을 선택하든 사용후핵연료의 저장이 일정 기간 요구된다. 저장 기간은 몇 개월에서 수십 년 또는 그 이상 채택된 관리 전략에 따라 달라진다. 저 장방식에는 습식 저장조 또는 건식 저장 또는 볼트 방식의 건식 저장이 포함된 다.[6]

대부분의 원자로는 사용후핵연료가 인출될 때 원자로 건물내 습식저장조인 수 조에 저장된다. 사용후핵연료는 몇 년간 냉각한 후에 부지외로 운반된다. 사용후 핵연료는 재처리하거나 직접 처분하기 전에 추가적으로 냉각을 할 수 있도록 장기 간 보관될 것이다. 실제로 재처리는 현재 일부 국가에서만 이뤄지고 있으며, 사용 후핵연료에 대한 처분은 연구 및 부지선정에만 국한되고 실질적으로 이뤄지고 있 지는 않다. 따라서 사용후핵연료의 저장기술에 대한 필요성이 증가했고, 일부 국 가에서는 임시적으로 부지외에 저장소를 구축하여 보관하고 있다.

심지층처분시설에서 사용후핵연료의 처분전 냉각기간은 처분시설의 설계 및 지 질학적구조, 그리고 SNF의 특성에 따라 달라진다. 일반적으로 30-50년 또는 그 이 상이다. 이러한 기술적 이유 외에도 일부 국가는 처분 기간에 영향을 미칠 수 있 는 다른 특수 조건들을 가지고 있다. 소규모 원자력발전이 있는 국가의 경우, 자 체적인 심지층처분시설 프로젝트를 시작하는 것을 정당화하는 사용후핵연료의 재 고 목록을 축적하기 위해 수년간의 운영이 필요할 것이다. 표 5. 는 현재 이용 가 능한 사용후핵연료 저장기술에 대한 개요를 나타낸다.

사용후핵연료를 습식저장소에 수년간 저장한 후 방사성붕괴에 의한 열발생량이 점점 줄어들면 건식 저장시설에 저장할 수 있다. 이 시설들은 운영비가 저렴하고 모듈식으로 구현될 수 있다. 캐니스터는 차폐된 건물을 필요로 하지 않으며 심지 어 야외의 적재하여 보관할 수 도 있다. 또한 다목적 캐니스터에 대한 개념은 사 용후 핵연료의 운반, 보관 및 처분에도 사용될 수 있다. 다량의 사용후핵연료(약 600t 이상)가 한 번에 확장보관을 할 수 있도록 준비된다면, 저장시설의 건식저장 또한 경제적인 해결책이 될 수 있다.

습식 저장시설과 건식 저장시설은 모두 수십 년에 걸쳐 입증되었다[그림 9.]

그러나 고려해야 할 몇 가지 문제가 있다. 높은 열발생으로 신연료를 수집하는 원 자로저장소의 저장조는 설계기준 이상으로 가능성이 매우 낮은 상황에서도 충분한

(32)

냉각을 보장하기 위한 수동적 안전조치를 위한 장비를 구축하는 것이 요구된다.

또한, 습식저장은 사용후핵연료가 향후 축적될 수 있도록 초기에는 대형 설비를 건설해야 하므로 저장 공간의 상당 부분이 장기간 사용되지 않은 상태로 남아 있 다. 게다가, 향후 처분이 결정되어 진다면, 유지보수에 대한 비용이 많이 들 수 있다. 건식 저장의 경우, 연료의 장기 건전성에 대한 일부 우려가 있으며, 수년 후에 연료가 용기에서 제거될 수 있도록 하기 위한 후속 프로그램이 필요할 것이 다.

표 5. 사용후핵연료 저장을 위한 기술[6]

유형 저장옵션 열전달

물질 격납 차폐체 특징 예시

습식 Pool 물 물/건물 물 일반적인

방법

대부분의 저장소에

이용

건식

금속캐스크 캐스크 벽

이중 덮개금속

가스켓 (불활성기

체)

금속벽 다중목적

CASTOR, TN, NAC-ST/STC

, BGN 콘크리트

캐스크/사 일로

자연대류

캐비티 라이닝/용 접(불황성

기체)

콘크리트

및 금속 수직 CONSTOR, HI-STORM

콘크리트

모듈 자연대류

캐니스터 씰링(불황 성기체)

콘크리트벽 수평

NUHOMS, NAC-MPC/

MS, MAGNASTOR 볼트방식 자연대류 Thimble

tube 콘크리트벽 MVDS, MACSTOR Drywell/

tunnel

지면을 통한 열전달

캐니스터(

불황성기 체)

지면 땅 밑 Not

commercial

(33)

보안 문제로 인해 지하 저장시설을 구축 할 경우 잠재적인 이점에 대한 관심이 높아지고 있으며, 나중에 이러한 시설을 처분시설로 전환하는 대안이 있을 수 있 다. 이 개념은 'hardened'된 시설이라고 일컬어 왔다. 일부 저장시설은 상업용 항 공기 및 미사일 충격에 대해서도 평가되었다. 전 세계적으로 사용후핵연료의 양은 다음과 같은 이유로 향후 수십 년간 계속 증가 될 것으로 예상된다.[6]

- 스웨덴, 핀란드 또는 프랑스의 첫 번째 심층지층 처분장은 2020년대에 가동 을 시작할 것으로 예상된다 다른 나라들은 세기 중반 또는 그 이후에 가동을 시작 할 계획이다.

- 사용후핵연료를 먼저 충분히 축적해야 하거나 아직 처분비용을 조달할 수 없 거나 향후 신규 원자로가 가동될 예정이 있는 다른 나라의 처분장은 복합적인 문 제로 인한 지연으로 훨씬 늦어질 것으로 보인다.

- 사용후핵연료를 재처리하는 대한 관심이 되살아나 일부 국가는 여러 옵션을 선택하기 위해 부지 외에 저장시설을 확장하고 있다. 사용후핵연료가 폐기 대상이 아닌 유용한 자원으로 이용될 수 있다.

그림 9. 습식 및 건식 저장시설(Olkiluoto NPP 습식저장조와 Dukovany NPP 건식저 장)[6]

(34)

3. 사용후핵연료의 처분

IAEA 및 각 나라들은 고준위방사성폐기물이나 사용후핵연료에 대해 장기적 안 전성을 확보할 수 있는 유일한 방법은 심지층처분시설에서의 격리뿐이라는 것이 널리 받아들여지고 있다. 장반감기 폐기물을 처분하기 위한 심지층처분시설은 적 절한 공학적방벽에 건설된다면 방사능물질을 격리시킬 수 있다는 장점이 있다. 만 약 수 백 미터 깊이의, 지질학적으로 안정된 위치에서, 처분시설을 손상시킬 수 있는 환경이라면 지하 깊은 곳에서는 그 과정이 매우 느리기 때문에 수십만 년 또 는 심지어 수백만년 동안 실질적으로 변화하지 않을 것으로 예상된다.

심지층처분 개념은 널리 받아들여지고 있지만, 사용후핵연료나 고준위방사성폐 기물을 위한 심지층처분장의 운영은 아직 세계 어느 곳에서도 시작되지 않고 있 다. 그러나 핀란드, 프랑스, 스웨덴에서 좋은 진전이 이뤄지고 있다. 다른 나라들 은 심지층처분에 대한 연구개발을 활발하게 하고 있지만 최종적으로 선정된 곳은 스웨덴과 핀란드뿐이다.

처분과정에서 해결해야 할 기술적, 사회적, 경제적 문제가 있으며, 이러한 모 든 문제는 소규모 또는 새로 건설예정인 원자력발전 산업을 보유한 국가들은 그 나라의 상황에 맞게 준비되야한다. 심지층처분시설에 대한 주요 과정은 다음과 같 으며, 원자력발전으로부터 발생하는 사용후핵연료를 포함, 방사성폐기물의 발생에 대하여 그림 10.과 같다.

방사성폐기물 처분장의 안전성은 다중방벽 개념에 기초하여 처분 시스템 내의 공학적방벽과 자연방벽 개념을 포함한다. 사용후핵연료를 담기 위해 제안된 캐니 스터 용기는 구리(예: 핀란드 및 스웨덴) 또는 고건전성 부식 방지 합금(예: 캐나 다 또는 미국)과 같은 물질이기 때문에 매우 오랜 시간 동안 내식성이 있어여 하 며 그림 12.와 같다. 사용후핵연료의 포장은 처분 직전에 이뤄지기 때문에, 향후 수 년 동안만 높은 비용이 발생할 것으로 예상된다.

심지층처분을 위해 적합한 암반들의 특성은 수 십년 걸친 다양한 모암(Host Rock)들의 과학적 조사들을 통해 선정된다. 국가별로 선택된 종류는 대표적으로 화강암, 변성암, 퇴적암, 점토암, 암염 등이 포함된다.

(35)

• 화강암 (핀란드)

핀란드의 방사성폐기물관리 기구(POSIVA)는 온칼로에서 URL을 포함한 올킬루오 토(Olkiluoto)의 심지층처분을 위해 20년 이상 광범위한 현장 특성화 조사를 실시 했다. 2015년 12월 올킬루오토 심지층처분에 대한 건설 허가가 승인되었다.

• 화강암 (스웨덴)

스웨덴의 모암이 심지층처분에 적합한지에 대한 현장 조사는 1970년대에 시작 되었고 스웨덴 핵연료 폐기물 관리 회사(SKB)는 2000년부터 현장 조사를 시작했 다. Äspö URL에서의 조사는 1990년에 시작되었으며 Forsmark 시설에 대한 현장 조 사는 2002년에 시작되었다. SKB는 2011년에 허가 신청서를 제출했다.

• 점토암 (프랑스)

프랑스 폐기물 관리 기구(ANDRA)는 1990년대부터 미즈-하우트-마르네 지구에서 광범위한 현장 조사를 실시해 왔다. 1단계에서는 깊은 보어홀을 이용해 지표면으 로부터 지질조사를 실시했다. ANDRA는 2000년부터 URL을 구축해 운영하고 있으며, 심지층처분에 대한 인허가 신청서는 2021년 규제당국에 제출될 예정이다.

• 점토암 URL 시설(벨기에)

HEADS는 유럽에서 가장 오래된 URL로 점토암에서 심지층처분 가능성을 연구하 기 위한 목적으로 건설되었다. 225m 깊이의 Boom Clay에 위치하고 있으며, 방사성 폐기물의 심지층처분의 안전성과 타당성을 연구하는데 중심적인 역할을 하고 있 다. 전문가들은 이것을 깊은 점토에 있는 폐기물 저장소를 만들고, 운영하고, 폐 쇄 하기위한 기술들을 개발하는 연구에 이용 하고 있다.

• 암염층 (미국)

미국 에너지부는 1975년 Waste Isolation Pilot Plant(WIPP) 현장의 특성화 프 로그램의 일환으로 탐사 및 시추를 시작했으며, 여기에는 암반 샘플링 및 시험, 지하수의 유동에 대한 시험 및 분석이 포함되었다. WIPP 부지는 TRU 방사성 폐기 물의 심지층처분을 위한 것이다. WIPP는 운영 허가를 받았고 1999년에 첫 번째 폐 기물 선적을 받았다.

(36)

소규모 또는 신규 원자력발전소를 보유한 국가는 심지층처분장 시설을 구축하 기 위한 결정이 내려지면 수십 년간의 과정이 소요된다는 것을 깨닫는 것이 중요 하다. 여기에는 적합한 부지를 선정하기 위한 지표 탐사 및 과학적 근거에 의한 평가, 접근 및 지하 탐사 터널 또는 축대 건설, 처분 시설 건설, 폐기물 및 근거 리 현장에서 공학적 장벽 설치, 폐기 터널 및 AC 구역의 뒷채움재 및 밀봉 등이 포함된다.

심지층처분을 위해 노력하고 있는 원자력 프로그램을 보유한 모든 국가, 특히 소규모 또는 신규 원자력발전소를 건설하고자 하는 국가들에 대해 OECD/NEA는 다 음 주요한 몇 가지의 요점에 강조하고 있다.

- 각 단계에서는 모든 관련 이해관계자와의 소통과 상호작용이 필수적이다.

- 일부 단계는 몇 년 또는 심지어 수십 년 동안 지속된다. 장기간에 걸친 이유는 기술적, 운영적 또는 사회적, 그리고 종종 이것들의 혼합에 있다.

- 실제 사용후핵연료 방출 단계는 냉각이 끝난 연료를 사용할 수 있을 때까지(즉, 원자로에서 제거 후 약 30~50년 후) 시작할 수 없다.

- 심지층처분 종합전략계획서 작성에 큰 자원이 필요하지는 않지만, 첫 단계부터 큰 비용이 발생한다. 매우 가변적인 건설 비용과 운영 비용은 컴퓨터 프로그램에 의해 추정될 수 도 있지만, 소규모 재고의 경우에도 이러한 비용은 수십억 달러로 측정된다.[11]

(37)

그림 10. 원자력발전에 의해 발생하는 방사성폐기물의 종류와 처분과정[12]

(38)

그림 11. 스웨덴 Forsmark의 사용후핵연료의 처분장 개념도.[12]

그림 12. 구리로된 외장재와 사용후핵연료를 담을 주철, 덮개 또한 구리재질을 사

(39)

그림 13. 지하 약 500m 깊이의 최종 처분시설에 저장된 캐니스터와 캐니스터 주위의 벤토나이트.[13]

벤토나이트와 같은 완충재는 지하수가 캐니스터 내부로 침투하는 것을 방지하 는 역할을 하며, 방사성핵종이 외부로의 유출을 막는 역할을 한다. 이론적인 방사 선량률은 40년 후에는 처분시설에 저장된 캐니터의 표면방사선량률이 시간당 약 59mSv 정도이며, 500년 후에는 시간당 0.4mSv, 10,000s년 후에는 시간당 약 0.1mSv로 예상하고 있다. 대략 2m 두께의 암석은 방사선량을 자연방사선 수준으로 감쇠시킬 수 있으며, 핀란드의 연구결과 자연방사선이 시간당 약 0.00004 ~ 0.0003mSv 사이의 수준으로 변화하는 것을 알 수 있었다. 그림 19.는 최종처분장 에 저장 되어질 캐니스터를 보여준다.[13]

(40)

제 3 장 해외 처분 전략 및 비용 현황

제 1 절 미국

1. 사용후핵연료 관리와 처분방침

미국은 상업용 원자력발전에 의해 발생하는 사용후핵연료를 재처리하지 않고 심지층 처분하는 것을 전제로 하고 있다. 2013년말 약 71,7000톤, 2012년 시점에 서 운전중인 104기의 원자로가 모두 60년간 운전할 경우 발생량은 약 14만톤에 달 할것으로 추정하고 있다.[14] 미국은 사용후핵연료 및 고준위방사성폐기물을 처분 할 수 있는 심층처분장을 네바다주의 Yucca Mountain에 건설을 추진하였다.[15]

현재 발생한 사용후핵연료는 원자력발전소내에 저장조에 저장 또는 건식저장 캐스 크를 통해 저장되고 있지만, 일부는 소외에 중간저장 되고 있다. 소외에서 중간저 장 시설은 일리노이주의 습식저장 방식인 모리스 중간저장시설이 유일하다. 이 시 설은 GE사가 건설하고 있던 민간 재처리공장 사용후핵연료 저장조를 활용한 것이 며 일리노이주 원자력발전소에서 발생한 약 670톤의 사용후핵연료를 1972년부터 저장하고 있다.[14]

2. 연구 및 기술개발

1982년 방사성폐기물정책법에서 DOE가 처분장을 개발하도록 규정되어 있으며, DOE 중에 민간 방사성폐기물관리국(OCRWM)을 설치하는 것을 규정하고 있다. 이 관 리국은 실제 처분계획을 수헹하고 부지특성 조사를 실시하며 처분예정지로서의 적 합성을 평가하기 위한 연구를 수행하였다. DOE가 지하에서 시험, 평가시설 건설, 운영 및 보수를 실시하는 것도 규정되어 있다.

OCRWM은 미국내 연구기관 및 관리, 운영계약자의 위탁 등에 라 처분기술 및 안전성 평가 등에 관한 연구를 추진하였다. 2006년 1월에는 주된 연구소로써 샌디 아국립연구소가 지정되었다. 또한 캐나다, 일본, 프랑스, 스웨덴, 스위스, 스페인 의 각국과 방사성폐기물 처분에 관한 정보교환 및 공동연구를 실시했다.[14]

(41)

표 6. 사용후핵연료에 관한 미국의 주요 활동내용.[14]

회계년도 활동내용 비용

(천 $)

2011

Ÿ 장기저장 지원에 필요한 사용후핵연료의 평가응 규정하는 Gab분석,

Ÿ 사용핵연료 저장의 필요성을 평가하기 위한 전략계획 작성

Ÿ 연구개발 활동의 우선순위를 위한 처분연구개발 로드맵 작 성

Ÿ 건식저장하고 있는 사용후핵연료의 준비로서 운반을 위한 데이터베이스 개발

Ÿ 일반적인 인공방벽 시슴템(EBS) 및 천연방벽 시스템에 관 한 정보를 사용한 일반적인 성능평가 모델화의 지속, 데이 터베이스 및 소프트 유출시작

32,535

2012

Ÿ 최초의 집중 중간저장, 표준 용기의 사용, 운반 효율향상 을 포함한 시스템 해석 시작

Ÿ 건식 및 습식저장의 안전성에 관한 문제점 평가를 포함하 는 사용후핵연료 장기 저장에 관한 연구개발 실시

Ÿ 대체환경에서의 심층처분에 관한 연구개발 실시

Ÿ 암염을 포함한 가능성 있는 심층처분의 모암의 원위치 특 성조사 시작

59,650

2013

Ÿ 집중중간저장, 표준용기, 운반에 관한 시스템 해석 지속

Ÿ 사용후핵연료 장기저장에 관한 연구개발 지속

Ÿ 사용후핵연료 장기저장을 위한 기술기반을 지원하기 위한 시험검증 복합시설 설계 완료

Ÿ 사용후핵연료 운반에 관한 가능성 있는 이해관계자와의 교 류 확대

Ÿ 사용후핵연료 및 고준위방사성폐기물 안전운반에 관한 전 미과학아카데미(NAS) 보고서의 검토에 따라 특정된 실시작 업 시작

Ÿ 대체 환경에서의 심층처분에 관한 연구개발 계속, 심부시 추공처분 개념을 위한 연구개발 및 로드맵 완성

59,668

(42)

회계년도 활동내용 비용 (천 $)

2014

사용후핵연료 처분 연구개발

Ÿ 사용후핵연료 장기저장을 지원하는 연구개발

Ÿ 대체환경에서의 처분 연구개발

Ÿ 발열성폐기물 처분을 위한 암염처분장 필드 테스트

Ÿ 심부시추공처분 연구

Ÿ 사용후핵연료 처분에 관한 국제 조직등 참가

Ÿ 사용후핵연료 운반을 지원하는 연구개발

60,000 고준위방사성폐기물 관리 및 처분 시스템 설계

Ÿ 부지선정 프로세스 계획수립

Ÿ 폐로된 원자로 부지에서 초기 사용후핵연료 운반 해석

Ÿ 일반적인 심지층처분시설과 운반시스템의 개념설계

Ÿ 다양한 사용후핵연료 관리 시스템의 시스템 구조와 운용평 가

Ÿ 저장, 운반, 처분도 포함한 표준 용기 평가

Ÿ 지역 그룹과 운반 문제에 대하여 협력작업

Ÿ 폐로 원자로 부지에서 집중중간저장시설로 초기 운반에 대 응하는 형태로 전미 운반계획 갱신

3. 처분비용

고준위방사성폐기물 처분비용은 1982년 방사성폐기물정책법 제 11조에 의해 폐 기물 발생자 및 소유자가 부담하는 것으로 되어 있다. 동법 제 302조에 의한 방사 성폐기물기금(NWF)이 재무성에 실치되어 있다. 폐기물발생자인 원자력발전사업자 는 발전 1kwh당 0.0001달러를 기금에 납부하고 있다. 처분 비용 총액은 2007년 기 준으로 약 962억 달러로 산정된다. 2015년 9월말 기준 적립액은 약 424억 달러이 다. 다만 재판소 결정에 근거하여 2014년 5월 동 기금에 대한 납부는 정지되었 다.[14]

(43)

제 2 절 캐나다

1. 사용후핵연료 관리와 처분방침

캐나다에서는 원자력발전소에서 인출된 사용후핵연료를 인출됨과 동시에 폐기 물로 취급되며 핵연료폐기물로 정하고 있다. 연료로는 천연우라늄을 사용하고 있 기 때문에 연소도가 낮고 사용후핵연료 내에 있는 플루토늄량 많지 않기에 재처리 는 경제적으로 적합하지 않는 것으로 판단한다고 있다. 원자력발전소에서 발생한 사용후핵연료는 발전소 소내에 저장되어 있다. 원자로에서 인출된 사용후핵연료는 저장조에서 약 6~10년간 냉각시킨 후 건식저장 관리시설로 이동된다. 2015년 6월 시점에서 사용후핵연료 저장량은 약 260만개, 약 52,000tU 이다. 이중 약 110만개 가 건식저장 되어있다. 캐나다에서는 재처리하지 않고 고준위방사성폐기물로 지정 하고 처분할 방침이다.[14]

표 7. 캐나다 핵연료 폐기물 장기관리계획[14]

제 1 기 집중관리

준비 (약 30년)

단계적 관리를 위한 정부결정

Ÿ 원자로부지의 사용후핵연료 저장 및 모니터링

Ÿ 관련 프로그램, 부지선정 프로세스 수립, 실시

Ÿ 집중시설(지하특성조사시설, 심층처분장, 천층부 암반공동) 선정작 업

Ÿ 집중시설 부지특성조사, 안전해석 및 환경평가

Ÿ 기술개발

Ÿ 캐나다 환경평가법에 근거한 인허가 절차 및 환경평가

각 사안을 통하여 천층부 암반공동 에서의 집중저장을 할것인지 결정

Ÿ 지하특성조사시설 인허가 절 차

Ÿ 천층부 암반공동 시설 인허가 절 차

(44)

제 2 기 집중저장과

기술실증 (약 30년)

Ÿ 원자로부지에서의 저장지속

Ÿ 지하특성조사

Ÿ 심층처분장으로서의 적합성 확인

Ÿ 사용후핵연료 운반(30년 필요)

Ÿ 천층부 암반공동시설에서 집중저 장

Ÿ 각 사안을 통해 최종설계를 준비, 심층처분장과 부속시설 건설시 기를 결정

Ÿ 심층처분장 건설 허가를 얻음

제 3 기 장기폐쇄

격리 모니터링

Ÿ 심층처분장으로 사용후핵연 료 운반

Ÿ 모니터링 및 성능평가를 위 하여 필요에 따라 회수가능 으로 하기 때문에 접근 유지

Ÿ 천층부 암반공동시설 해체

Ÿ 폐쇄전 모니터링은 최대 300년간(원자로 부지등에서 저장 60년, 처분시설 240년) 처분장을 폐쇄할지를 결정,(폐쇄,해체)

2. 연구 및 기술개발

캐나다에서는 NWMO가 방사성폐기물 처분을 실질적으로 담당하고 있으며, 처분 의 장기적 방안으로 채용된 “적응성 있는 단계적 관리”실시를 지원하기 위한 기 술적 연구를 진행하고 있다. 연구기술 프로그램은 NWMO 외에 캐나다 국내의 대학 을 포함하는 전문 기술자에 의해 실시되며 독립 평가 그룹에 의해 일년에 한번 검 토되고 있다 또한 NWMO는 스웨덴, 핀란드, 스위스, 프랑스 등의 해외 조직과도 연 계하여 연구를 추진하고 있다. 연구 및 기술개발의 성과를 포함한 NWMO의 검토는 연차보고서와 3년차 보고서로 시행되고 있다.[14]

(45)

3. 처분비용

캐나다의 방사성폐기물 심지층처분장 건설 이후, 발생하는 미래비용을 확보하 기 위해 방사성폐기물법에 근거하여 사용후핵연료 관리책임을 가지는 원자력사업 자인 온타리오, 파워제너레이션, 뉴 브런즈윅 파워, 하이드로 퀘벡, AECL은 각각 독자적으로 설립한 신탁기금에 매년 비용을 적립하고 있다. 2015년 말 기금된 잔 고의 합계는 약 3조 2,460억원이다.[14]

그림 14. 캐나다의 처분비용산정[13]

표 8. 캐나다의 사용후핵연료 장기관리방안 비용산정[14]

선택지 비용(억 캐나다달러)

350년후까지 1,000년까지지

1. 심지층처분 162 163

2. 원자력발전소 소내저장 176 684

3. 집중저장 200 470

4. 적용 가능한 단계적 관 리

244 244

226 115

(46)

제 3 절 독일

1. 사용후핵연료 관리와 처분방침

독일에서는 처음에 사용후핵연료를 재처리하여 핵물질을 재이용하도록 법률로 규정되어 있었으나 1994년 원자력법 개정되어 재처리하지 않고 사용후핵연료를 직 접처분하는 것을 원자력발전사업자가 선택할 수 있게 되었다. 그 후 원자력발전으 로부터 단계적 철퇴정책을 시행하여 2002년 4월에 개정된 원자력법에 있어 재처리 를 목적으로한 사용후핵연료의 원자력발전소로부터의 반출을 2005년 7월 이후 영 구적으로 금지하고 있다.

2011년 12월말 시점에서 독일 내의 사용후핵연료 저장량은 약 7,790톤(우라늄 환산, 이하 동일)이다. 또한 이미 약 6,670톤의 사용후핵연료가 프랑스 및 영국에 서 재처리되었다.

일부의 사용후핵연료는 원자력발전소에서 반출되어 고어레벤과 아하우스의 2곳 에 집중중간저장시설에서 저장되고 있다. 전력회사 등이 출자한 이들중간저장시설 을 운영하는 원자력서비스회사(GNS)는 고어레벤 중간저장시설에서의 사용후핵연료 뿐 아니라 프랑스와 영국에 위탁한 재처리에서의 반환 유리고화체(고준위방사성폐 기물)를 병행하여 저장할 계획이었다. 고어레벨 중간저장시설에서는 1995년부터 사용후핵연료를 밀봉한 “원반저장겸용캐스크”의 반입이 시작되었다.

그러나 사용후핵연료 운반에 대한 반대 운동이 격하여 1997년을 마지막으로 사 용후핵연료는 반입되지 않았다. 외국으로부터의 반환 유리고화체 반입은 계속되고 있었으나 2013년 3월 연방과 니더작센주의 합의에 근거하여 반입이 중지되었다.

아하우스는 중간저장시설에서는 주로 연구로 및 고온가스로(실험로와 실증로, 둘 다 1980년대 말에 정지)의 사용후핵연료를 건식저장 되어있다. 또한 구 동독에 도 입된 원자력발전소의 해체에 동반하여 이들 발전소로부터의 사용후핵연료가 놀트 집중중간저장시설에 건식저장되어있다. 독일에서는 방사성폐기물을 처분하는 경우 는 모두 국내에서 심지층처분할 방침이다.[14]

(47)

2. 연구 및 기술개발

심지층처분에 관한 연구개발은 부지후보지로서 지하조사도 진행되어 온 고어레 벤을 중심으로 한 조사와 보다 일반적인 조사, 연구로 분류된다. 고어레벤에 관한 조사, 연구는 실지주체인 BfS 및 DBE가 실시해 왔다. 일반적인 조사, 연구는 각종 기관이 각각의 전문영역 연구활동을 실시하고 있다. 주된 기관으로는 지질관계 연 구소인 연방지구과학·천연자원연구소(BGR), 율리히, 카를스루에, 로센도르프의 각 국립연구소(FZJ, FZK, FZR), 시설·원자로안전협회(GRS), 대학연구시설 등이 있다. 고준위방사성폐기물 처분에 관해서는 처분대상으로 고려되던 암염 외에 결 정질암 및 퇴적암 그리고 암종에 의존하지 않는 연구도 진행중이다.[14]

그림 15. 암염층인 앗쎄 연구광산에서의 실험모습[13]

(48)

3. 처분비용

독일에서의 고준위방사성폐기물 처분비용은 모두 폐기물발생자가 부담하는 것 이 원자력법으로 정해져 있다. 처분비용을 산정하기 위한 공적인 기금제도는 존재 하지 않으며 폐기물발생자인 전력회사 등이 적립금을 확보하고 있다. 현 단계에서 발생하는 비용에 대해서는 처분장 설치 및 운영의 책임을 가지는 연방정부에 대하 여 원자력발전사업자가 매년 지불하고 있다. 그러나 2016년에 새로운 법이 제정되 어 공적 기금을 설치하여 처분비용 등을 관리하는 것이 결정되었다.

자금확보제도에 있어 “탈원자력과 관련한 자금 확보에 대한 검토위원회”가 2015년 10월에 설치되어 검토한 결과, 2016년 4월에 공적 기금의 설치등을 권고 하였다. 이 권고에 근거하여 2016년 12월에 공적기금 설치 등을 규정한 법률이 제 정되었다. 이 법률에 따라 폐기물 발생자인 전력회사는 기금에 대하여 방사성폐기 물 관리의 장래비용으로 약 22조 7천억원 및 리스크에 대비하기 위한 보험료로서 약 9조원을 납부하게 된다. 납입 이후 방사성폐기물 관리비용은 이 기금에서 지출 되며 부족한 경우에는 연방정부가 부담하게 된다.

또한 기금에서 제공하는 방사성폐기물 관리비용에는 방사성폐기물 운반, 중간 저장, 처분장 건설·운영·폐쇄비용이 포함되어 있다.

발열성방사성폐기물 처분장의 건설·운영·폐쇄에 관한 비용은 약 9조 5,929억 원이고 이중 처분장 건설 비용이 약 4조 2,358, 폐쇄비용이 약 4,982억원이다. 부 지선정을 위한 비용은 약 2조 4,917억원으로 산정하고 있다.[14]

(49)

제 4 절 프랑스

1. 사용후핵연료 관리와 처분방침

프랑스의 모든 원자력발전소에서 발생하는 사용후핵연료는 연간 약 1,150톤이 며 그총 연간 약 1,050톤이 라하그 재처리시설에서 재처리되며 나머지는 재처리되 지 않고 사용후핵연료인 채로 저장되어 있다. 재처리를 기다리는 사용후핵연료는 각 발전소에서 저장되어 있으며 라하그 재처리시설에도 인수시설로서의 저장시설 이 있다.(모두 저장조에서의 습식저장). 또한 라하그 재처리시설에는 재처리후에 발생하는 고준위 유리화고화체 저장시설도 있으며, 향후 심층처분장 개설까지 저 장한다.

프랑스에서 최종적으로 심지층처분 해야할 고준위폐방사성폐기물 등의 구성 및 양은 향후 사용후핵연료 재처리 상황에 따라 달라질 것으로 예상된다. 2015년에는 가동중인 58기의 원자로에서 발생하는 사용후핵연료에 대하여 다음과 같은 복수의 재처리 시나리오를 가정하여 최종적으로 심층처분이 필요한 방사성폐기물량을 계 산하고 있다.[14]

표 9. 프랑스의 재처리 시나리오별 방사성폐기물 및 사용후핵연료 예상 발생량 [14]

전량 재처리 (원자로 50년 운전)

재처리 정지 (2019년 재처리정지,

원자로40년 운전)

유리고화체 10,000m 3,900m

장반감기

중준위방사성폐기물 72,000m 65,000m

사용후핵연료 약 57,000개

(핵연료집합체단위)

(50)

2. 연구 및 기술개발

프랑스에서는 재처리를 통해 발생한 고준위방사성폐기물은 고온에서 녹인 규산 유리와 혼합되어 유리고화체로서 스테인리스강 캐니스터에 밀봉된다. 캐니스터 1 개에는 사용후핵연료를 약 1.3톤 재처리한 경우에 발생하는 고준위방사성폐기물을 수납할 수 있다. 이것을 높이 1.3~1.6m, 직경 0.57~0.64m, 무게 1.7톤, 두께 약 5cm의 강철 용기(Over-Pack)에 밀봉하여 처분한다. 유리고화체는 냉각을 위하여 AREVA의 라하그 재처리시설 및 마쿨 재처리시설의 전용시설에서 저장되고 있다.

뷰어 지하연구소에서 조사하고 있는 점토층에서의 처분개념은 지하 500m 점토층 내에서 처분갱도를 건설하고, 다음 3가지 방벽으로 구성되는 다중방벽시스템에 의 해 폐기물을 격리한다.

① 폐기물포장물 (방사성폐기물 그자체와 이것을 담고 있는 캐니스터)

② 인공방벽 (처분공 내의 강철제 슬리브)

③ 천연방벽 (부지의 지질학적 환경특성)

처분공 내의 슬리브는 처분공을 역학적으로 지지함과 동시에 폐기물포장물의 정치와 회수를 용이하게 하는 기능을 가지고 있다. 처분장 지하시설은 고준위방사 성폐기물의 처분구역, 장수명 중준위방사성폐기물의 처분구역으로 구분되어 있다.

또한 각 처분구역에서 실시되는 건설작업 및 폐기물 정치작업의 범위를 나누기 위 해 세분화하고 처분구역이 만들어진다.[14]

(51)

그림 17. 프랑스의 처분장 개념도[14]

(52)

3. 처분비용

고준위방사성폐기물 및 장수명 방사성폐기물 처분비용은 방사성폐기물관리계획 법 제 16조에 의해 EDF,AREVA, CEA등의 원자력기본시설을 가지는 사업자가 부담하 고 있다.

고준위방사성폐기물 및 장반감기 중준위방사성폐기물 처분비용은 중간저장시설 또는 처분장 건설 운영 폐쇄 보수 및 모니터링이 대상이 된다. 또한 고준위방사성 폐기물 및 장반감기 중준위방사성폐기물 처분비용은 ANDRA가 산정하고 최종적으로 에너지담당 장관이 처분비용의 산정액을 결정한다. 2014년에 ANDRA가 산정한 비용 은 약 42조 8,566억원이었다. 이에 대하여 2016년 1월에 에너지 담당장관은 폐기 물발생자 및 원자력안전기관(ASN)의 의견에 따라 처분비용의 목표액으로 약31조 1,458억원을 제시했다.

프랑스에서는 2006년 방사성폐기물관리 계획법에 따라 고준위방사성폐기물 등 을 위한 중간저장시설 또는 가역성 있는 심지층처분장의 건설, 운영, 등의 자금을 INB 운영자가 충당금으로서 확보한다. 또한 건설단계 이후에 ANDRA 내에 독립한 회계 관리를 실시하는 기금을 설치하는 것도 규정되어 있으며, 필요한 자금은 운 영자로부터 납부된다.

2015년말 시점에 EDF는 프랑스에서의 고준위방사성폐기물 및 장반감기 중준위 방사성폐기물을 포함하는 방사성폐기물 전체의 저장, 처분을 위하여 10조 7,500억 원 을 충당하고 있다.[14]

참조

관련 문서

1 John Owen, Justification by Faith Alone, in The Works of John Owen, ed. John Bolt, trans. Scott Clark, &#34;Do This and Live: Christ's Active Obedience as the

 Evaluations of the potential for the unpredictable disruption of nuclear fuel markets and the possibility of mutual assistance in the event of such disruption;. 

ANDRA, France’s radioactive waste management agency, has estimated the repository tunnels for the radioactive waste generated by its reprocessing and plutonium recycle

Ejectors is a fluid transportation device for which a principle is used that high-pressure fluid are spouted through driving pipe and the pressure

• 음식물 폐기물: collected by trucks food waste resource center (generate resources such as animal feed, compost, or fuel) the resources are sent

Finally, chapter 3 presents methods of education and those are classified the teaching methods for virtues of character, such as justice, temperance, and

Waste lubricating oil, which is radioactive waste generated from nuclear power plants, is a lubricant for major equipment of nuclear power plants, and is incinerated

 In the present study, as a preliminary study, a LACC-based Compton CT was developed to estimate the activity of the spot inside the radioactive waste drum. To