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[원자력탐험대 18화] 원전 연료의 재사용과 보관

  • 2015.06.09.
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재사용 않을 땐 저장… 방사능 노출 우려 ‘안전성 중요’

사용 후 연료, 일부 국가에선 재처리 통해 재사용
우리나라는 발전 시설에 저장 창고 만들어 보관

“당신이 머물다 간 자리는 아름답습니다.”
공중 화장실의 깨끗한 이용을 홍보하는 이 표어는 이젠 산이나 공원 등 여러 사람이 이용하는 공공시설에서 쉽게 만날 수 있다. 공원에 놀러가서 뒷 정리를 잘하지 않는다면 그 피해는, 다음에 올 사람뿐 아니라 환경 오염으로 결국 우리 모두에게 돌아온다.
이 같은 의미에서 원자력 발전도 뒷정리가 중요하다. 원전 연료는 방사능 오염에 노출될 수 있기에 재처리와 보관에 많은 노력이 필요한 때문이다. ‘머물다 간 자리가 아름답기(?)’ 위한 원전 연료의 순환 과정을 자세히 살펴보자.

△ 원전 연료의 일생

우리나라의 원전 운영을 맡고 있는 한국수력원자력은 지난 2010년 아프리카의 니제르와 우라늄 정광 도입 장기 계약을 맺음으로써 안정적인 원전 연료를 확보할 수 있게 됐다. 현재 우리나라가 1년에 소비하는 우라늄 양은 약 4000t 정도. 결코 적지 않은 이 우라늄을 우리는 어떻게 보관할까?
특히 원전 연료로 사용된 뒤엔 어떻게 처리하고 있을까?

천연 우라늄은 원전 연료로 만들어진 뒤 ‘사용 후 연료’로써 일생을 마칠때까지 크게 △정광 △변환 △농축 △선행 주기 △후행 주기 등의 5단계 과정으로 구분한다.
‘정광’은 천연 우라늄에서 불순물을 없애고 핵분열에 적당한 순수 우라늄의 비율을 높이는 과정 또는 이 과정을 통해 탄생한 우라늄을 말한다. 이를 통해 약 70% 이상의 우라늄이 들어간 노란 분말의 산화우라늄이 만들어진다.
‘변환’은 우라늄 정광을 농축할 수 있도록 기체 상태(UF·6불화 우라늄)으로 바꾸는 공정이며, 이어 핵분열의 연쇄 반응을 일으키는 우라늄 235의 함유량을 높이는 ‘농축’ 과정을 거친다.
‘선행 주기’란 앞의 3단계에 이어 펠렛과 연료 집합체를 만들고, 이를 원자로에 넣는 과정까지를 뜻한다.
마지막으로 ‘후행주기’는 원자로에서 모든 핵분열을 마친 연료(이를 ‘사용 후 연료’라고 부른다)를 방사성 폐기물로 처분하거나, 재처리 과정을 거쳐 다시 연료로 사용하는 과정이다.

원자력 발전에 사용되는 핵연료의 일생
원자력 발전에 사용되는 핵연료의 일생. 사용 후 연료의 재사용 여부에 따라 원전 연료는 무한 반복되는 사이클을 갖는다.

월성원자력환경관리센터의 조감도
산업통상자원부와 한국수력원자력이 지난 2007년 착공한 경주 양북면 봉길리의 중·저준위 방사성 폐기물 처분 시설인 월성원자력환경관리센터의 조감도. 바위 동굴 안에 모두 80만 드럼 규모의 저장고를 만들고 있다.

△ 사용 후 연료의 보관과 재사용

원자력 발전소는 우라늄 235 펠렛이 원자로 안에서 핵분열을 하면서 열에너지를 내고, 이 에너지로 증기 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 우라늄 235가 4% 정도 농축된 펠렛 1개에서 나오는 에너지는 석유 450ℓ, 석탄 700㎏을 태울 때의 에너지와 맞먹는다.
펠렛 다발인 연료 집합체는 한 번 원자로에 들어가면 3~5년간 핵분열을 한 뒤, 새 연료로 교체된다.

석탄의 경우, 발전을 위해 태운 연료가 되어 재로 일생을 마치지만 우라늄은 원전 연료로 사용한 뒤에도 새로운 생명을 얻을 수있다. 사용 후 연료의 경우, 엄청난 양의 방사능을 갖기 때문에 발전 연료 또는 원자 폭탄의 재료로 재사용이 가능한 것. 일반적인 원전 연료는 핵분열을 마친 뒤, 방사능이 큰 핵분열성 물질인 우라늄 235와 플루토늄 239을 각각 1%씩 함유하게
된다. 이는 천연 우라늄 속의 핵분열성 물질보다 더 많은 양이기에, 실제로 일부 국가에서는 이 사용 후 연료를 재처리 과정을 통해 다시 핵연료로 재사용하고 있다.

사용 후 연료를 재처리하지 않을 경우, 이를 저장해야 하는 문제가 생긴다. 방사능의 외부 유출을 막기 위해 함부로 버릴수 없는 탓이다. 사용 후 연료의 재처리를 하지 않는 우리나라 역시 이를 한데 모아 보관하는 방식으로 안전성을 확보해 오고 있다. 즉, 대부분 발전소 시설에 연료 저장 창고를 만들어 보관해 온 것. 하지만 수십 년간 사용 후 연료 등을 보관함에 따라 이젠 저장 창고가 수용할 수 있는 한계에 다다랐다. 이에 따라 ‘중·저준위 방사성 폐기물’ 처분 시설인 월성원자력환경관리센터를 경주 양북면 봉길리 일대 약 210만㎡ 터에 짓고 있다.
이 센터는 해수면 80~130m 아래에 위치한 암반 속에 동굴을 파고 그 안에 콘크리트 저장고를 만들어 중·저준위 방사성 폐기물을 담은 드럼을 쌓은 뒤, 이를 메움으로써 방사능 유출을 막는다. 1단계로 약 10만 드럼을 처리할 수 있으며, 최종 80만드럼 규모의 저장고를 보유할 예정이다.

방사성 폐기물이란 핵 에너지를 사용하는 과정에서 발생하는 불필요한 방사성 물질 모두를 말한다. 특히 방사능의 노출 위험 때문에, 방사성 물질이나 이에 오염된 물질 가운데 폐기의 대상이 되는 물질이라고 정의하기도 한다. 원자력 발전소에서의 사용 후 연료는 물론 병원이나 공장 등 방사성 물질을 다루는 곳에서 나오는 폐기물도 모두 이에 속한다. 여기에 핵분열 뒤에 만들어진 생성물이나 냉각수, 냉각가스, 실험이나 작업에 사용된 공구와 헝겊, 종이, 세척수까지도 방사성 폐기물에 포함된다.

[원자력탐험대 18화] 원전 연료의 재사용과 보관

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://goo.gl/ik7g2v

 

 

 

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