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사용후 핵연료 관리 어떻게 하고 있나?
권나형 기자 / skgud244@naver.com 입력 : 2017년 08월 21일(월) 15:15
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정부는 지난해 5월 사용후 핵연료 공론화위원회의 권고안을 반영해 고준위방폐물을 안전하게 관리하는 방식과 절차를 담은 ‘고준위방사성폐기물 관리 기본계획’을 발표했다. 사실상 최초의 고준위방사성폐기물 관리를 위한 중장기 안전관리 로드맵인 셈이다.
이 계획에는 고준위방사성폐기물 관리에 필요한 인허가용 지하연구시설, 중간저장시설, 영구처분시설을 경제성, 안전성 등 다양한 측면을 고려해 동일부지에 건설한다는 방침을 제시하고 있다.
과학적이고 민주적인 방식을 통해 2028년 까지 중간저장시설 부지 선정을 목표로 부지가 확보되면 중간저장시설을 7년간 건설해 가동하고, 영구처분시설을 부지확보 시점에서 24년간 건설 후 운영을 목표로 하고 있다. 부지 확보가 계획대로 진행될 경우 중간저장시설은 2035년경, 영구처분시설은 2053년경 가동할 것으로 예상된다.
정부와 한수원은 고준위방사성폐기물 관리 시설 부지 확보 시점 이전까지 원전에서 발생하는 사용후 핵연료를 안전하게 관리하기 위해 불가피하게 원전 내에 건식저장시설을 확충해 한시적으로 관리해 나갈 계획이다.
중수로형 원전은 저장밀도가 높은 맥스터를 적용하고, 경수로형 원전은 경제성, 수용성 등을 고려해 저장 방식을 채택할 계획이다.
원전 내 건식저장시설은 중간저장, 영구처분 등 관리시설 운영 지연에 따른 것인 만큼, 원전 내의 저장 시설에 관리 책임이 있는 한수원이 지역과 협의해 합리적인 수준으로 지원금을 지원한다.
하지만 최근 산업부 자료 ‘고준위 방사성폐기물 관리 기본 계획 재검토 추진 여부와 향후 진행 계획’에 따르면 공론화 위원회를 다시 운영하고 재공론화에 들어가 내년에 변경을 추진할 것이라고 설명해 논란이 예상된다.
|  | | | ⓒ 황성신문 | |
▲ 사용후 핵연료 발생 전망
2015년 12월 말 기준으로 경수로형 원전에서 1만6천297다발과 중수로형 원전에서 40만8천797다발이 원전 내 습식저장시설과 건식저장시설에서 저장 관리 중이다.
중수로형인 월성은 2019년부터, 경수로형 원전은 한빛 2024년, 고리 2024년, 한울 2037년, 신월성 2038년 순으로 포화가 예상된다. 따라서 월성원전과 한빛원전은 추가로 건식저장시설 확충이 시급하다.
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▲ 세계의 사용후 핵연료 관리
전 세계 31개국이 원전 내에 습식저장 시설을 운영 중이며 17개국은 원전 부지 내에 건식 저장 시설을 운영하고 있다.
프랑스, 영국 등은 상업용 재처리 시설을 운영 중이며 일본은 재처리 시설을 운영 준비 중에 있다. 전 세계 31개국 원전 운영국 중 7개국(핀란드, 스웨덴, 독일, 캐나다, 스페인, 미국, 루마니아)이 직접처분 정책을 채택하고 있으며 핀란드는 2015년 11월 영구처분시설 건설허가를 획득했다.
핀란드의 경우 1980년대부터 부지 선정 작업에 착수해 2001년 세계 최초로 고준위방사성폐기물 영구처분시설 부지를 선정하고, 2012년 건설 허가를 신청해 2015년 11월 건설허가를 획득했다.
▲ 사용후 핵연료란?
원자력 발전은 우라늄을 연료로 사용한다. 발전에 사용됐던 우라늄 연료를 사용후 핵연료(Spent Nuclear Fuel)라고 한다.
중수로형 원전인 월성원자력은 천연우라늄(우라늄-2350.7% 함유)을 연료로 사용해 우라늄 235를 3∼5% 정도로 농축해 사용하는 경수로형 원전보다 사용후 핵연료가 월등히 많이 발생한다.
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▲ 사용후 핵연료 저장 관리 방식 : 습식저장과 건식저장
사용후 핵연료는 높은 열과 방사능이 발생하기 때문에 안전을 위해 특별하게 관리한다.
습식저장은 사용후 핵연료를 저장수조에 넣어서 열과 방사선을 차단하는 방식으로 1954년 러시아에서 원전 가동을 하면서 시작 됐다. 원전 운영 31개국 모두 습식저장시설을 원전 내에 운영하고 있다. 저장 수조는 두꺼운 콘크리트 구조물에 내벽이 스테인리스강인 이중구조로 설계해 운영되고 있다.
사용후 핵연료는 원자로에서 나온 직후에는 물(습식저장시설)로 식히지만, 5∼6년 정도 지난 후 자연냉각방식으로 식히는 건식저장시설로 이동해 관리한다. 건식저장은 습식저장에 비해 운영비용이 적게 들고 용량 확장과 장기적인 관리 측면에서도 유리하다. 1975년 미국에서 처음 상용화돼 원전 운영 31개 중 17개국에서 운영 중이다.
▲ 월성원자력 건식저장시설과 안전성
월성원자력은 국내 원전 중 유일하게 습식저장 시설과 건식저장 시설을 함께 운영하고 있다. 월성원자력의 중수로 사용후 핵연료는 습식저장시설에서 5∼6년 이상 냉각 시킨 후 건식저장시설로 운반해 저장 관리한다.
1992년부터 부지 내에 건식저장시설을 운영하고 있다. 건식저장방식에는 사일로건식저장(캐니스터)시설과 조밀건식저장(맥스터) 시설을 운영하고 있다. 기본적 설계개념은 같으나 맥스터의 소요면적이 캐니스터의 약 3분의 1 수준이며 주기적으로 방사선량 측정과 구조물 건전성 검사 등을 통해 안정성을 확인하고 있다.
월성원자력의 경우 매년 약 2만1천600다발의 중수로 사용후 연료가 습식저장조에서 건식저장시설로 운반되고 있으며 2019년에 포화가 예상된다. 따라서 월성원자력은 조밀식 건식 저장시설인 맥스터 7기의 추가 건설을 추진하고 있으며 16만8천 다발, 8년 분을 저장할 수 있다.
사용후 핵연료 건식 저장시설은 규모 7.0의 지진에도 안전하도록 내진설계 되어 있으며 방사선량은 가장 가까운 표면에서도 시간당 0.009∼0.018mSv로, 시설 울타리 내부 설계 기준치인 시간당 0.025mSv 이내에서 충분히 낮게 관리하고 있다.
▲ 임시저장과 중간저장
사용후 핵연료는 원전 안에 설치되어 있는 습식저장시설에서 5∼6년 이상 열과 방사능이 줄어들 때까지 보관하는 과정을 필수적으로 거쳐야 하는데 이를 임시저장이라 한다.
중간저장은 원전에서 발생한 사용후 핵연료를 재처리 또는 처분하기 전까지 일정기간 동안 저장하는 것을 말하며 보다 더 안전하고 효율적인 관리를 위해 방사성폐기물 관리 사업자가 인수해 관리한다.
사용후 핵연료는 안전한 관리를 위해 별도의 장소에 중간저장하는 것이 바람직하며 우리나라도 저장시설을 설치할 계획이다.
사용후 핵연료 중간 저장 시설 운영기간은 국가에 따라 다르지만 일반적으로 약 50∼60년 정도 운영한다.
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▲ 영구처분과 재처리
지하연구시설(Underground Research Laboratory)은 사용후 핵연료 영구처분시설을 건설하기 전에 땅속 환경을 조사 시험 및 검증하고, 안전한 처분 시설을 설계하기 위해 설치하는 연구시설이다.
영구처분은 사용후 핵연료에서 나오는 높은 열과 방사선으로부터 인간과 환경이 나쁜 영향을 받지 않도록 하기 위해서 필요하다. 영구처분방식으로는 심층처분, 해양처분, 우주처분, 빙하처분 등이 고려되며 이중 국제원자력기구는 경제성과 안전성 등 종합적인 관점에서 심층처분이 가장 적절하다고 권고하고 있다.
핀란드는 원전 운영 국가 중 최초로 규제당국의 허가를 받아 2015년 11월부터 심층처분 방식의 처분시설 건설을 시작했다.
재처리는 사용후 핵연료로부터 플로토늄, 우라늄 등을 뽑아내서 전기 생산에 재사용하는 것을 말한다. 재처리를 통해 무기제조가 가능한 플로토늄을 추출할 수 있기 때문에 국제 조약에 따라 영국, 프랑스, 러시아, 중국 등 일부 국가에만 재처리가 허용 되고 있다. 우리나라는 그 동안 재처리가 전혀 허용되지 않았지만 2015년 발효된 신한미원자력협력협정에서 해외 위탁재처리는 허용되고 있다.
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권나형 기자  skgud244@naver.com
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