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방사성폐기물, 네가 궁금해!

  • 2017.12.19.
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방사성폐기물의 정의

방사성폐기물은 원자력을 이용하는 과정에서 발생하는 부산물이다. 방사성폐기물로 간주하는 대상과 범위는 법으로 정하고 있다. ‘원자력안전법’에는 방사성폐기물을 “방사성물질 또는 그에 따라 오염된 물질로서, 폐기의 대상이 되는 물질(제35조 제4항에 따라 폐기하기로 결정한 사용후핵연료를 포함)을 말한다.”라고 규정하고 있다.

방사성폐기물은 통상 원자력발전소의 연료로 사용하였던 사용후핵연료를 비롯해 원자력발전소 내의 방사선 관리 구역에서 방사선 작업 종사자들이 사용하면서 방사성물질에 오염된 작업복, 장갑, 덧신, 걸레, 기기 교체 부품 등과 방사성동위원소를 사용하는 산업체, 연구기관, 병원에서 발생하는 시약병, 주사기, 튜브 등의 RI 폐기물을 망라한다.

사용후핵연료의 경우, ‘원자력안전법’이 개정된 2014년을 전후하여 방사성폐기물에 속하는 범위가 변경되었다. 2014년 이전에는 모든 사용후핵연료를 방사성폐기물로 간주하였지만, 현재는 원자력진흥위원회의 심의·의결을 거쳐 폐기하기로 결정한 사용후핵연료만을 방사성폐기물로 간주하고 있다.

방사성폐기물의 종류

방사성폐기물은 원자력발전소, 원자력 연구시설, RI 이용 시설 밎 장비 등 다양한 시설에서 발생하며 방사능 농도와 물리적·화학적 조성도 다양하다. 방사성폐기물은 분류 목적과 체계에 따라 분류하는데, 일반적으로 방사능의 높고 낮음, 폐기물의 상태, 발생원 등에 따라 분류할 수 있다.

 

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가장 잘 알려진 분류는 열 발생과 방사능 농도에 따른 것이다. 열 발생률이 2kW/M3 이상이고 반감기 20년 이상의 알파선 방출핵종 농도가 4,000/Bq/g 이상인 폐기물이 고준위 방사성폐기물이다. 고준위 이외의 방사성폐기물에 대한 분류는 중·저준위 방사성폐기물로 포괄하여 분류되었는데, ‘방사성폐기물 분류 및 자체처분 기준에 관한 규정’이 2014년 개정·공포되면서 세분화되었다.

방사능 농도에 따른 분류

중·저준위 방사성폐기물은 방사능 농도에 따라 중준위, 저준위, 극저준위 방사성폐기물로 나뉜다. 방사성폐기물 내 방사성핵종의 농도가 규정치 미만으로 방사학적 위험도가 매우 낮은 방사성폐기물은 자체 처분할 수 있다. 따라서 우리나라는 열 발생과 방사능 농도에 따라 방사성폐기물을 고준위, 중준위, 저준위, 극저준위, 자체처분 폐기물로 분류하고 있다.

국제원자력기구의 신분류기준에서는 방사성폐기물을 고준위, 중준위, 저준위, 극저준위, 극반감기, 규제면제 방사성폐기물로 분류하고 있다. 여기서 극반감기 방사성폐기물은 연구 및 의료 목적으로 사용된 단반감기(100일 이하) 방사성핵종을 포함한 방사성폐기물로서, 일정 기간 저장하여 방사능을 낮추면 무제한적 처분이 가능하다. 규제 면제 방사성폐기물은 방사선 안전 규제로부터 면제, 해제, 또는 제외되는 기준을 만족하는 폐기물이다. 규제 면제 폐기물은 우리나라의 ‘자체처분 폐기물’과 동일한 개념이다.

폐기물 상태에 따른 분류

방사성폐기물은 물리적 상태에 따라 기체, 액체, 고체 방사성폐기물로 분류할 수 있다. 국내 원전의 대부분을 차지하고 있는 가압경수로의 경우, 기체 방사성폐기물은 주로 냉각재 탈기, 체적제어탱크 배기, 커버가스 교환, 붕소 재순환공정 등에서 발생한다. 이들 기체 방사성폐기물은 다양한 방사성핵종을 함유하고 있다. 이 중에서 중요한 핵종은 불활성가스, 요오드, 부유입자이다. 액체 방사성폐기물은 원자로냉각재 계통, 가압기 방출밸브, 원자로냉각재펌프 밀봉, 안전 주입탱크, 핵연료 재장전 커낼 배수, 기기 배수 및 누설 등으로부터 발생한다. 고체 방사성폐기물은 발생원이 매우 다양하다. 액체 방사성폐기물 처리 시 발생하는 증발기 농축물, 폐이온교환수지, 폐필터카트리지, 기체 폐기물 처리 시 발생하는 폐필터, 기타 원자력발전소 유지보수 시 발생하는 종이, 피복, 장갑, 오염된 기기 등의 잡고체 등이 고체 방사성폐기물에 해당한다.

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발생원에 따른 분류

방사성폐기물은 발생원에 따라 핵연료주기 방사성폐기물과 비핵연료주기 방사성폐기물로 분류할 수도 있다. 핵연료주기란 우라늄 채광에서 원자력발전소 연료로 사용된 사용후핵연료의 재처리 또는 방사성폐기물로 영구 처분하기까지 우라늄의 전 일생을 말한다. 핵연료주기는 우라늄의 채광, 정련, 변환, 농축 및 성형가공까지의 선행 핵연료주기와 원자력발전소의 운전 및 해체 그리고 마지막으로 사용후핵연료의 관리까지의 후행 핵연료주기로 구성된다. 이러한 과정에서 발생하는 방사성폐기물이 핵연료주기 방사성폐기물이다.

선행 핵연료주기에서 발생하는 방사성폐기물은 대부분 우라늄을 함유한 중·저준위 방사성폐기물이다. 우리나라는 우라늄 정련 및 농축 시설을 보유하고 있지 않아, 핵연료 성형가공 과정에서 우라늄 함유 폐기물이 발생한다. 이 폐기물은 공정 폐기물, 유지보수 폐기물, 그리고 해체 폐기물로 분류할 수 있는데, 유지보수 폐기물은 작업자 피복, 오염 공·기구 등이고, 해체 폐기물은 수명이 종료된 시설 해체 시 발생하는 폐기물이다.

원자력발전소를 운영하면서도 공정 폐기물, 유지보수 폐기물 그리고 해체 폐기물이 발생한다. 공정 폐기물은 앞서 기술한 기체 및 액체 방사성폐기물들이다. 유지보수 폐기물은 원자력발전소 내의 방사선 구역 출입 방사선 작업 종사자의 피복, 휴지, 오염 공·기구 그리고 잡고체 폐기물이다. 해체 폐기물은 원자력발전소를 해체할 때 발생한다.

후행 핵연료주기 방사성폐기물은 사용후핵연료의 저장, 운반, 재처리 또는 직접 처분 단계에서 발생한다. 사용후핵연료의 저장, 운반, 직접 처분 단계에서는 사용후핵연료가 밀폐된 용기 내에 존재하기 때문에 소량의 중·저준위 방사성폐기물만이 발생한다. 그러나 사용후핵연료를 재처리하면 화학적·방사학적으로 다양한 방사성폐기물이 발생한다.

비핵연료주기 방사성폐기물은 RI를 사용하는 연구, 의료, 산업 활동 중에 발생하며, 크게 개봉선원 폐기물과 밀봉선원  폐기물로 나눌 수 있다. 개봉선원 폐기물은 RI 이용 과정에서 발생하고 방사선준위가 낮은 작업자 피복, 휴지, 주사기, 방출 액체, 동물 사체, 폐필터 등이다. 밀봉선원 폐기물은 방사능이 감쇠되어 사용 가치가 없거나, 사업의 일부 또는 전부를 휴지 또는 폐지함으로써 폐기의 대상이 되는 밀봉선원들이다.

 

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방사성폐기물의 처리

‘방사성폐기물관리법’에 의하면 방사성폐기물의 처리는 “방사성폐기물의 저장·처분·재활용 등을 위하여 방사성폐기물을 물리적·화학적 방법으로 다루는 것”이다. 방사성핵종의 반감기는 인위적으로 변경할 수 없으나 방사선 작업 종사자의 피폭을 최소화하고 방사선 안전을 보장하기 위해, 방사성폐기물을 재활용, 농축 및 저장, 희석 및 분산, 자연 및 붕괴, 감용 등의 원칙에 따라 처리·처분한다.

·재활용: 유용한 물질은 가능한 제염을 한 후 재활용

·농축 및 저장: 장기 관리가 필요한 폐기물은 그 부피를 감소(감용)시킨 후 고화시켜, 처분할 때 관리가 용이한 형태로 전환하여 생태계로부터 격리한다. 중·고준위 폐액 처리에 사용

·희석 및 분산: 주로 희석을 통하여 방출 허용치 이하까지 방사능준위를 낮춰 대기 또는 공해로 방출한다. 저준위 폐액  처리에 많이 사용

·지연 및 붕괴: 반감기가 짧은 방사성핵종을 함유한 폐기물을 적당한 기간 저장하여 방사능을 감쇠

·감용: 방사성폐기물의 정확한 분류, 처리 과정 변경, 체적 최소화 등의 방법을 사용하여 부피를 감소

실제 처리 방법은 방사성폐기물의 방사능 준위와 물리적·화학적 상태 및 함유하고 있는 방사성핵종의 종류를 고려하여 선택한다.

기체 방사성폐기물 중 통상 처리 대상이 되는 방사성핵종들은 아르곤, 크립톤·제논과 같은 불활성가스, 방사성요오드, 부유입자 등이다. 아르곤-41 등과 같이 반감기가 짧은 방사성핵종은 일정 기간 저장 탱크에 수집·저장하였다가 방사능이 충분히 감소되었을 때 방출한다. 크립톤, 제논 등의 불활성가스는 원자 구조가 물리적·화학적으로 안정하여 활성탄 지연법, 저온증류법, 저온흡착법, 흡수법, 격막법 등으로 처리하고 있다.

방사성요오드는 활성탄여과법, 질산은법, 알칼리 세정법 등을 사용하여 처리한다. 삼중수소는 재결합 공정을 통해 액체 방사성폐기물로 전환시키는 공정과 액체 방사성폐기물 내의 삼중수소 제거 공정 등으로 처리한다. 원자력발전소에서 발생하는 초미립자들은 적절한 여과장치를 사용하여 부유 입자를 제거한 후 대기 중으로 방출한다.

액체 방사성폐기물은 핵연료주기 공정에서 주로 발생하며, 그 외에 RI 생산 시설, 연구소, 병원 등에서 발생한다. 액체 방사성폐기물은 폐액 내의 성분, 조성, 방사능 준위, 방사성핵종 및 발생량 등에 따라 적절한 방법으로 처리한다. 액체 방사성폐기물 처리의 기본 개념은 먼저 부피를 감용하고, 그 다음 농축된 폐기물을 고화하는 것이다. 앞 단계는 희석된 액체 방사성폐기물을 농축하는 전처리 공정으로, 응집 및 침전을 이용한 화학처리법, 이온교환법, 역삼투압법, 증발농축법, 건조법, 결정화법 등을 사용한다. 이들 농축된 폐액은 고화시켜 저장소에서 장기 보관을 한다. 고화 공정으로는 시멘트 고화, 아스팔트 고화, 플라스틱 고화 등이 있다. 고준위 방사성폐기물은 일반적으로 유리고화를 한다. 액체 방사성폐기물을 농축하여 부피를 작게 만들면 임시저장과 고화를 위한 시설 규모를 작게 할 수 있고, 고화 공정에서 사용하는 물질의 양도 줄일 수 있다.

고체 방사성폐기물은 원자력 시설 또는 RI 생산 시설의 정상 운전이나 제염 또는 보수 작업 시 발생한다. 고체 방사성폐기물에는 폐필터, 종이, 피복, PVC, 기타 오염 기기 등 잡고체 등이 포함된다. 주로 가연성, 비가연성, 압축성, 비압축성 등으로 분류할 수 있다. 가연성 폐기물은 소각 처리하고, 압축성 폐기물은 기계적 힘을 가해 압축 처리를 하여 부피를 감용한다.

방사성폐기물의 저장과 처분의 차이

저장과 처분의 가장 큰 차이는 나중에 회수할 의도가 있는지 여부이다. 저장은 방사성폐기물을 나중에 회수할 의도를 가지고 시설이나 부지에 보관하는 것이며, 처분은 나중에 회수할 의도 없이 보관하는 것이다. 저장과 처분의 공통점은 폐기물을 인간 생활권으로부터 필요한 기간 동안 격리한다는 점이다. 그러나 저장은 그 이후 어떤 행위가 예정되어 있는 임시 조치이며, 그 행위로는 폐기물의 추가 처리나 포장 또는 처분이 있다.

처분 방식은 심층처분과 천층처분으로 분류하고, 다시 천층처분은 동굴처분, 표층처분, 매립형처분으로 세분하고 있다. 심층처분은 지하 깊은 곳의 안정한 지층 구조에 천연 방벽 또는 공학적 방벽으로 방사성폐기물을 처분하는 것이다. 이는 미국에서 1960년대 제안된 이후 국제적으로 가장 안전하고 신뢰성이 높다고 인정하는 고준위 방사성폐기물 처분 방식이다. 지하 심부 300~1,000m 깊이에 처분장을 건설하고 방사성폐기물을 정치한 후 폐쇄한다. 이러한 처분 시스템은 1,000~10,000년의 공학적 방벽 성능 유지와 10~100만 년 이상의 천연 방벽 기능 유지가 보장되어야 한다. 현재 프랑스, 스위스, 일본, 중국, 스웨덴 등을 중심으로 지하 실험시설에서 관련 기술을 개발하고 있다.

동굴처분은 지하의 동굴 또는 암반 내에 천연 방벽 또는 공학적 방벽을 사용하여 방사성폐기물을 처분하는 것이다. 독일, 스웨덴, 핀란드, 헝가리 그리고 우리나라에서 동굴처분시설을 운영하고 있다.

표층처분은 지표면 가까이에 천연 방벽 및 공학적 방벽을 사용하여 방사성폐기물을 처분하는 것이다. 영국, 미국, 러시아, 프랑스, 스페인, 일본에서 관련 시설을 운영하고 있다. 매립형처분은 지표면 가까이에서 천연 방벽만으로 방사성폐기물을 처분하는 것이다. 방사능준위가 매우 낮은 경우에 사용하며 프랑스, 스페인, 일본에서 관련 시설을 운영하고 있다.

방사성폐기물 분류에 따라 처분 방식도 다르다. 고준위 방사성폐기물은 현재로서는 심층처분 방식으로만 처리할 수 있다. 중준위 방사성폐기물은 표층 또는 매립형처분 방식을 제외한 다른 방식으로 처분할 수 있다. 극저준위 방사성폐기물은 천층 또는 심층처분 방식, 어느 것으로도 처분할 수 있다. 자체처분 방사성폐기물은 소각, 매립, 재활용 등의 방법으로 처분할 수 있다.

원전에서 발생하는 폐기물은 어떻게 처리하나?

원자력을 이용하는 과정에서 발생하는 폐기물은 방사성물질 또는 그에 따라 오염된 물질로서, 폐기의 대상이 되는 물질이다.

방사성폐기물은 방사능의 세기에 따라 고준위방사성폐기물과 중·저준위방사성 폐기물로 구분한다. 고준위폐기물은 원전에서 전기를 생산하고 난 사용후핵연료와 사용후핵연료를 재활용하기 위해 재처리하는 과정에서 발생하는 폐기물로 방사능 수치가 높다. 현재 우리나라는 각 원전 내의 시설에서 사용후핵연료를 저장하고 있으며, 장기적으로 영구 처분할 수 있는 처분시설이 필요하다.

중·저준위 폐기물은 방사성폐기물 발생량의 90%를 차지하는데 방사선관리구역에서 사용된 작업복 등과 기기 교체 부품 및 병원이나 산업체에서 발생하는 방사능 수치가 낮은 폐기물을 말하며 현재 우리나라는 동굴방식으로 건설한 경주 중·저준위 방사성폐기물 처분시설에서 관리하고 있다.

 

출처

「원자력 상식사전」 발췌

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