고준위 폐기물 처리의 기반을 닦는 한국형 지하처분연구시설 (KURT)

출처 :픽사베이

안녕하세요?

어느새 겨울이 되고 날씨도 추워졌습니다.

날씨가 추워질수록 건강과 안전을 생각해야 합니다.

 

오늘은 고준위 폐기물 처리에 대해 얘기하려고 합니다.

모든 에너지를 발전시키면 그에 따른 폐기물은 나올 수 밖에 없습니다.

 

폐기물을 잘못 관리하면 여러 좋지않은 상황이 발생하므로

폐기물은 철저히 관리가 필요합니다.

출처: 픽사베이

 

원자력발전은 우라늄이라는 원료를 사용하여 에너지를 생산합니다.

이 때 우라늄235를 사용하는데 이 우라늄은 연쇄반응에 필요한 양보다 더 많은 중성자가 발생합니다.

또한 연료에는 우라늄238이 들어있는데 235보다 더 많이 들어있습니다.

 

이런 원료를 사용 후 생기는 사용후 폐기물이 발생합니다.

이폐기물은 저준위 폐기물과 고준위 폐기물로 구분됩니다.

 

고준위 폐기물은 보통 95% 이상의 준위를 가진 방사능을 말합니다.

우리가 부르는 사용후 핵연료는 고준위 폐기물에 속합니다.

 

출처: 픽사베이

 

사용 후 핵연료는 우라늄,제논,세슘,스트론튬등이 속합니다.

이 연료는 재처리 과정을 통하여 다시 핵연료로 사용할 수도 있지만,

플루토늄은 핵무기의 연료이기 때문에

재처리가 금지되어 있습니다.

 

 

출처:픽사베이

 

고준위폐기물을 보관하려면

지하 동굴에 밀봉하여 격리처분하는 기술이 필요합니다.

 

쉽게 말하여 고준위 폐기물을 부식에 강한 금속의 용기에 넣어

지표면으로부터 수백미터에 위치하고 있는 안전한

암반에 건설되어 있는 지하동굴에 밀봉하여 격리하는 것입니다.

 

 

지속적인 원자력 발전을 위해서는

원전 운영의 안정성과 함께 폐기물 처분의 안전성 또한 확보되어야합니다.

 

특히 처분을 장기적으로 하기 위해서는

한국의 지질환경과 특성에 적합한 고유 처분시스템을 개발하여야 합니다.

 

출처: 한국원자력연구소 방사성폐기물처분연구부

 

따라서 1997년부터 중장기 연구를 한 결과

한국형 시설인 지하처분연구시설(KURT)이 만들어졌습니다.

 

이 시설은 대전광역시 유성구 한국원자력연구소 부지의

후면에 있는 산에 위치하고 있습니다.

 

KURT는 255m의 지하터널로 진입터널과 연구모듈로 구성되어 있으며

연구모듈은 90m 깊이의 화강안반 내에 위치하고 있습니다.

 

 

출처: 한국원자력연구소 방사성폐기물처분연구부

 

터널은 말발굽모양으로 폭과 높이는 6M로 구성되어 있으며,

빨간색이 산이고 세로축이 깊이입니다.

 

이러한 고준위처분시설에 보관되는 폐기물은

다중방벽시스템을 이용하여 안전하게 보관이 됩니다.

 

다중방벽시스템은 처분용기, 옹충재, 뒷채움재로 구성되어 있는

공학적 방벽시스템과 주위의 암반에 의해 2중 3중으로 보호되는 방벽입니다.

 

지하처분 연구시설의 주목적은

향후 고준위폐기물을 지하에 처분할 경우를 대비하여 지하 환경에서

각종 화학적 실험을 하는 것이 목적입니다.

출처:픽사베이

KURT는 방사성 물질 관련 실험이 금지된 일반 시설로 분류되어 있기 때문에

방사성 물질 관련 실험이 원천적으로 불가능하므로 안전한 시설입니다.

 

주로 연구하는 것은 시설을 이용하여 개발된 처분기술들을

실제 처분장에 적용하였을 경우 성능을 확인하기 위한 다양한 현장실험을 주로 하게됩니다.

 

KURT에서 실시하고 있는

다양한 현장실험을 소개해 드리겠습니다.

 

<암반의 열적거동 현장실험>

 

고준위폐기물은 방사선물질이 붕괴되면서 열이 발생하게 됩니다.

이 때 열로 인하여 주변 암반의 온도가 함께 상승됩니다.

 

이와 같은 변화는 암반의 응력, 변형특성 ,강도와 같은 역학적 특성과

지하수의 유통 및 화학에 영향을 주기 때문에

이것을 확인하는 실험이 열적거동 현장실험입니다.

 

이러한 변화는 처분된 폐기물과 방벽의 장기적인 건전성을 저하시키므로

현장실험이 꼭 필요한 실험입니다.

 

이 실험을 위해서는 터널 벽면에

지름 11CM의 히터공을 만든 후 히터를 장착하여 실험을 합니다.

주요조사내용은 아래와 같습니다

<공학적방벽시스템의 열-수리-역학적 거동 현장실>

출처: 한국원자력연구소 방사성폐기물처분연구부

 

이 실험은 터널 바닥에 지름 1.2M, 길이2M의

원통형 전기 히터를 설치한 후

히터 외벽과 시험공 내벽 사이는

압축 칼슘벤토나이트라는 완충재 블록으로 채워서 실험합니다.

 

이 실험에서는 폐기물로부터 방출되는 붕괴열이 발생될 때

주위 암반으로부터 지하수가 침투했을 경우

방벽 내 온도 변화와, 재포화 현상 등의 변화를 규명하기 위해 실시합니다.

 

<지하암반 균열에서의 용질이동 지연 특성 현장실험>

 

 

이 실험은 암석의 균열대에 존재하고 있는

추전광물의 용질의 이동 및 지연특성을 규명하는 실험입니다.

 

터널 벽면의 단층 혹은 균열면을 따라

수착성 용질을 일정량 주입한 후 시간이 지난 뒤 개봉하여 보면

용질의 이동경로와 특성을 관찰할 수 있습니다.

 

<심부지질 조사기술 개발>

 

지하처분 연구시설을 이용하면 품질관리 절차를 개발할 수 있습니다.

터널에 심부 시추공을 뚫어 품질관리 절차를 통하여

장심도 시추기술, 광물 및 지하수 시료 채취등 다양한 기술을 확보할 수 있습니다.

 

<수리지질 및 지구화학 기초자료 조사>

 

 

 

 

 

지하처분 연구시설에서 현장실험에 요구되는 기초자료 조사를 수행할 수 있습니다.

주요 기초자료 조사로는 수리지질학적 조사와 지구화학적 조사가 있습니다.

이 실험을 통하여 주변 지질구조, 지하수 유입량, 수질변화 및 압력변화 등을 조사할 수 있습니다.

 

이외에 다양한 현장연구가 많이 실시되고 있으며 이러한 현장연구를

세계 여러 연구시설과 연구결과를 상호 공개함으로써

한국의 처분 기술을 향상시키는데 기여하고 있습니다.

 

고준위 폐기물 연구에 늦게 뛰어든 만큼 한국형 고준위폐기물시설을 만들어

폐기물을 더욱 안전하게 처리하여 사회적으로 안전한 대한민국이 되었으면 좋겠습니다.