사용후핵연료 종류와 발생량

사용 후 핵연료는 핵연료 사이클에서 남은 핵연료로, 폐기하면 고준위 방사성 폐기물이 되지만 재처리하면 핵연료나 귀금속 자원이 된다. 사용 후 핵연료는 ＇상업용 또는 연구용 원자로에서 사용되는 핵연료 물질의 방법으로 연료 또는 기타 핵연료로서 분열된 핵연료 물질＇이다. 사용 후 핵연료와의 뚜렷한 차이는 없지만, 원자로 내에서의 방사선 조사와 핵분열 연쇄 반응으로 물질 조성이 변화하여 방사선과 고열을 방출한다.

 

한국의 발전용 원자로에서 사용되는 핵연료에는 원자로의 종류에 따라 경수로와 중수로의 2종류가 있으며, 연료 U-235농도가 0.7%인 천연우라늄과 3~5%의 농축우라늄을 사용한다. 두 타입 모두 핵연료의 초기에는 우라늄만이 존재하지만, 원자로 내에서 핵분열 연쇄 반응이 진행됨에 따라 사용 후 핵연료 중에는 많은 방사성 핵종이 존재한다.

핵분열 연쇄 반응이 진행되면 첫 번째로 적재된 우라늄은 원자로에 존재하는 중성자를 흡수하여 반감기가 길고 지속적인 관리가 필요한 넵투늄 Np, 플루토늄 Pu, 아메리슘 Am 및 큐륨 Cm으로 변한다. 우라늄과 플루토늄을 제외하면 원자번호 92 이상의 초우라늄 원소는 중수 사용 후 연료로 약 0.02%, 경수 사용 후 연료로 약 0.2%이다.

또한 핵분열에 의해 생성되는 원소는 중수 중 사용 후 연료의 약 0.8%, 경수로의 사용 후 연료의 약 5.6%를 차지하여 초기 열과 방사선 발생의 대부분을 일으킨다. 사용 후 연료의 대부분은 미연소 우라늄과 새로 생산된 플루토늄을 포함하고 있어 회수·재사용하는 방법이 검토되고 있다. 현재(2015년 3분기 현재), 가동 중인 원자력 발전소에서는 약 750톤의 사용 후 핵연료가 생산되고 있으며, 2016년 이후에는 포화상태가 될 것으로 전망되고 있다.

 

습식 저장은 농축 저장을 사용하여 저장 용량을 늘리거나 원자력 발전소와 같은 부지 내의 다른 저장 시설로 이전하면 2024년까지 상황에 따라 약간의 변동을 저장할 수 있다. 그러나 포화하면 부지 내 건식 저장 시설을 최대한 확보하거나 별도의 중간 저장 시설 또는 영구 처분 시설도 필요하다. 원전에서 발생하는 사용 후 핵연료는 원전 관련 시설인 가설저장시설에 보관·관리되고 있다. 현재 가동 중인 24기의 원자로 가운데 20기의 경수로는 사용 후 연료 저장탱크(습식시설)에, 4기의 중수로(월성)는 사용 후 연료 저장탱크와 건식저장시설에 보관·관리되고 있다.

 

습식저장시설은 사용 후 연료를 냉각하고 방사선 누출을 차폐하기 위해 물을 사용하는 원자력발전소의 물탱크 타입의 시설로, 건식시설이란 사용 후 연료를 공기나 불활성 가스로 냉각하고 콘크리트나 금속으로 방사선 누출을 차폐하는 시설이다. 대한민국은 2016년 고리 원자력발전소에서 임시저장탱크를 포화시킬 것으로 예상하고 있다.

만약 농축된 저장시설을 사용하여 저장용량을 확장하거나 원자력발전소 등의 다른 저장시설로 이전하더라도 2024년에는 포화하기 때문에 별도의 중간저장시설이나 영구처분시설이 필요하다.

중간저장이란 최종 처분 전 40∼80년 동안의 중장기 안전한 저장을 말하며, 최종 처분은 조기(10만 년 이상)에 인명으로부터 항구적으로 격리함으로써 항구적인 지질학적 안전성이 필요하다.

 

사용 후 연료는 지하 500~1,000m 깊이에서 처분되는데, 현재 대부분 국가가 주일 처분 방법을 선호하고 있으며 핀란드와 스웨덴은 높은 수준의 저장소 사이트를 확보하고 있다. 대한민국은 사용 후 핵연료에 관한 국민적 합의를 창출하고 관리계획을 도출하기 위하여 국민의견일치위원회를 설치·운영하였으며, 2015년 6월 최종 권고가 제출되었고, 이에 따라 정부는 2016년 5월 26일에 발표하였다.＂고준위 방사성폐기물 관리 기본계획(과제)＂ 이 계획에서는, 고준위 폐기물의 안전관리 순서와 방법에 기초하여 일정을 제시하는 것과 동시에, 앞으로 12년간의 입지 선정 프로세스를 제시해, 책임을 가지고 실시하기로 했다.