사용후 핵연료와 고준위 방폐물: 알아야할 모든 것

원자력 에너지는 현대 사회에서 중요한 전력원이지만, 이에 따른 부산물인 방사성 폐기물, 특히 고준위 방사성 폐기물에 대한 이해가 필요합니다. 이 글에서는 고준위 방사성 폐기물과 사용후 핵연료에 대해 자세히 알아보겠습니다.

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고준위 방사성 폐기물이란?

고준위 방사성 폐기물(이하 고준위방폐물)은 열과 방사능의 준위가 높은 폐기물을 말합니다. 우리가 전기를 사용하기 위해 핵발전을 할 때, 피할 수 없는 부산물이 바로 고준위 방사성 폐기물입니다. 고준위 방사성 폐기물은 강한 방사능과 열을 내뿜어 인체와 환경에 큰 영향을 미치기 때문에 안전하게 관리해야 하는 매우 중요한 문제입니다.원자력안전법에 따르면, 고준위방폐물은 다음과 같은 특성을 가집니다

• 열 발생량: 2㎾/㎥ 이상
• 반감기: 20년 이상인 알파선을 방출하는 핵종 방사능
• 농도: 그램당 4,000베크렐 이상

우리나라에서 발생하는 고준위방폐물의 대부분은 사용후 핵연료입니다.

 

사용후 핵연료 발생원(출처:한국원자력환경공단)

고준위 방사성 폐기물, 왜 위험할까요?

• 강한 방사능: 고준위 방사성 폐기물은 플루토늄, 우라늄 등의 방사성 물질을 다량 함유하고 있어 강한 방사선을 방출합니다. 이 방사선은 인체에 노출될 경우 암 등 심각한 질병을 유발할 수 있습니다.
• 높은 열: 핵분열 과정에서 발생한 열을 오랫동안 지속적으로 방출합니다. 이 열을 효과적으로 관리하지 못하면 심각한 사고로 이어질 수 있습니다.
• 긴 반감기: 방사능 물질의 양이 절반으로 줄어드는 데 걸리는 시간인 반감기가 매우 길어 수십만 년 동안 방사능을 방출합니다. 따라서 장기적인 관리가 필요합니다.

 

사용후 핵연료 : 고준위 방사성 폐기물의 주범

사용후 핵연료는 원자력 발전소에서 연료로 사용된 후 더 이상 핵분열 반응을 일으킬 수 없게 된 핵연료를 말합니다.

 

• 사용후 핵연료의 생성 과정: 원자력 발전소에서는 핵연료를 원자로 속에서 핵분열을 일으켜 이때 나온 열을 이용하여 전력을 생산합니다. 경수로형 원전의 경우 약 3주기(4~5년) 정도, 중수로형 원전의 경우 약 10개월 정도 사용한 후 새로운 핵연료로 교체하고 사용후 핵연료를 인출합니다.
• 사용후 핵연료의 구성: 사용후 핵연료에는 우라늄의 핵분열로 발생한 세슘 등의 핵분열생성물 외에도 아직 연료로서 사용할 수 있는 우라늄과 플루토늄 등이 포함되어 있습니다.

사용전 핵연료와 사용후 핵연료 비교 (출처: 한국원자력환경공단)

 

사용후 핵연료, 어떻게 관리해야 할까요?

사용후 핵연료는 매우 위험한 물질이기 때문에 안전하게 관리하는 것이 매우 중요합니다. 현재 전 세계적으로 사용후 핵연료를 안전하게 처리하고 저장하는 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.

• 건식저장: 사용후 핵연료를 건조한 상태로 저장하는 방법으로, 공간 효율성이 높고 안전성이 높다는 장점이 있습니다.
• 습식저장: 사용후 핵연료를 물에 담가 저장하는 방법으로, 열을 효과적으로 식힐 수 있다는 장점이 있습니다.
• 지하 심층 처분: 사용후 핵연료를 지하 깊은 곳에 안전하게 격리하여 영구적으로 관리하는 방법입니다.

사용후 핵연료 저장(출처:동아사이언스)

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고준위 방사성 폐기물, 특히 사용후 핵연료는 인류가 해결해야 할 가장 어려운 과제 중 하나입니다. 우리는 안전하고 효율적인 폐기물 관리 시스템을 구축하고, 미래 세대를 위해 안전한 환경을 만들어야 합니다.

 

방사성 폐기물: 정의와 종류