원자력 에너지의 사용은 청정하고 효율적인 전력 생산 수단을 제공하지만, 그 과정에서 발생하는 폐기물의 안전한 처리와 처분은 오랜 기간 동안 중요한 환경적 및 기술적 도전 과제로 남아있습니다. 폐기물을 어떻게 관리하고 처분하는지 알아보도록 하겠습니다 !
원자력 폐기물의 분류
우선, 원자력 폐기물은 방사능 수준과 반감기에 따라 저준위 폐기물, 중준위 폐기물, 고준위 폐기물로 분류됩니다. 각 카테고리의 폐기물은 그 위험성과 장기적 안정성 요구 사항에 따라 다르게 관리되어야 합니다.
대부분의 액체, 고체, 기체의 폐기물은 저준위와 중준위 폐기물에 속하며 고체 형태의 폐기물 중 높은 방사성을 가지고 관리가 필요한 것들이 고준위 폐기물에 포함됩니다.
Q) 방사성(Radioactivity) 과 방사선(Radiation) 차이
A) 방사성은 방사선을 방출하는 성질
방사선은 에너지의 형태로 전파되는 입자나 전자기파
| 분류 | 정의 |
| 고준위 폐기물 | - 방사능농도 4kBq/g 및 열발생률 2kW/m^3을 초과하는 경우 - 반감기 20년 이상 알파핵종 |
| 중준위 폐기물 | - 저준위방사성폐기물의 방사능 농도 제한치의 농도 이상인 것 |
| 저준위 폐기물 | - 방사능 농도가 자체처분 허용농도의 100배 이상 - 저준위방사성폐기물의 방사능 농도 제한치의 농도 미만인 것 |
저준위 및 중준위 폐기물 처리
저준위 및 중준위 폐기물은 원자력 발전소, 연구 시설, 의료 기관에서 발생하는 방사성 폐기물 중 상대적으로 낮은 방사능을 지닌 폐기물입니다. 이러한 폐기물의 안전한 관리와 처리는 공중 및 환경 보호를 위해 필수적입니다. 저준위 및 중준위 폐기물 처리 방법에는 여러 접근 방식이 있으며, 이는 폐기물의 특성, 방사능 수준, 그리고 국가별 규제 표준에 따라 달라질 수 있습니다.
저준위 및 중준위 폐기물은 주로 지상에 설치된 보관 시설에서 안전하게 격리되며, 물리적, 화학적 방법을 통해 처리됩니다.
저준위 및 중준위 폐기물 처리 절차
분류와 분리: 폐기물은 처음에 방사능 수준에 따라 분류됩니다. 가능하다면, 재활용할 수 있는 재료는 분리하여 재활용됩니다.
처리: 저준위 및 중준위 폐기물은 대부분 연소, 압축, 고화와 같은 물리적 또는 화학적 처리 과정을 거칩니다. 이러한 처리 과정은 폐기물의 부피를 줄이고, 취급을 용이하게 하며, 장기적 안정성을 높이는 데 목적이 있습니다.
연소: 주로 유기성 폐기물에 사용되어 부피를 현저히 줄입니다.
압축: 금속 스크랩과 같은 고체 폐기물을 압축하여 부피를 감소시킵니다.
고화: 액체 폐기물이나 슬러지를 고체 형태로 변환하여 취급과 처분을 용이하게 합니다.
Q) 슬러지란?
A) 액체 폐기물 중에 고형물이나 반고형물이 혼합된 상태
보관: 처리된 폐기물은 안전한 보관 시설에서 일정 기간 동안 보관됩니다. 이는 방사능 수준이 자연적으로 감소할 시간을 제공하며, 최종 처분 전 추가적인 안전 조치를 취할 기회를 마련합니다.
최종 처분: 저준위 및 중준위 폐기물은 대개 지표 근처 또는 지하의 격리된 처분 시설에 안전하게 매립됩니다. 이 시설은 방사성 물질이 환경으로 유출되지 않도록 설계되어 있으며, 장기적인 모니터링이 수행됩니다.
안전한 것인가?
중 저준위 방사성 폐기물의 안전성은 적절한 관리, 처리, 그리고 처분 절차가 엄격하게 준수될 때 확보될 수 있습니다. 이러한 폐기물은 방사능 수준이 비교적 낮거나 중간 수준이기 때문에, 고준위 방사성 폐기물에 비해 관리가 더 용이하긴 하지만, 중저준위 방사성 폐기물의 안전성은 이러한 관리 시스템의 효과성에 크게 의존합니다.
고준위 폐기물 처리
고준위 폐기물은 사용된 핵연료와 핵분열 과정에서 생성된 다른 방사성 물질을 포함합니다. 이러한 폐기물은 수천 년 동안 높은 방사성을 유지할 수 있으므로, 안전하게 처리하고 격리하는 것이 필수적입니다. 다음은 고준위 폐기물의 처리와 관련된 주요 방법들입니다.
건식 저장
사용된 핵연료 집합체는 냉각 후, 통풍이 잘 되는 콘크리트 또는 강철 용기에 보관됩니다. 건식 저장 방법은 방사성 붕괴로 인한 열을 대기로 방출하여 핵연료를 안전하게 냉각시킵니다.
습식 저장
사용 후 핵연료는 물로 채워진 저장 수조에 잠겨 있으며, 물은 방사성 붕괴로 인한 열을 흡수하고 방사선을 차단하는 역할을 합니다. 습식 저장은 냉각과 방사선 차폐 모두에 효과적입니다.
재처리
재처리는 사용된 핵연료에서 우라늄과 플루토늄 같은 가치 있는 물질을 분리하여 재사용하는 과정입니다. 재처리를 통해 핵연료의 효율을 극대화하고 남은 폐기물의 양을 줄일 수 있습니다. 하지만, 이 과정은 기술적으로 복잡하며 경제적인 측면과 핵확산 위험 측면에서도 고려해야 합니다.
Q) 핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 분리하는 방법은?
A) PUREX(Process for Uranium Recovery by EXtraction)라는 공정으로 우라늄과 플루토늄을 화학적으로 추출하고 재활용합니다.
심층 지하 처분
최종 처분 방법으로 가장 널리 연구되고 있는 방법입니다. 이 방법은 고준위 폐기물을 지질학적으로 안정된 지층 수백 미터 아래에 안전하게 격리시키는 것을 목표로 합니다. 지하 처분소는 폐기물로부터 방출되는 방사성 물질이 장기간 동안 인간과 환경에 영향을 미치지 않도록 설계됩니다.
유리화
유리화는 고준위 방사성 폐기물을 안정된 유리 매트릭스에 결합시켜 고체 형태로 만드는 과정입니다. 유리화된 폐기물은 화학적으로 안정적이며, 물과의 상호 작용을 최소화하여 환경으로의 방사성 물질 유출 위험을 줄입니다. 유리화는 특히 장기 저장과 처분에 유용합니다.
Q) 유리 매트릭스란?
A) 유리 기반의 물질로 고준위 방사성폐기물을 안정화시키는 데 사용.
유리 매트릭스 내에 붕규산염 유리를 통해 방사성 물질은 유리의 구조 내에 안정적으로 결합되어 환경으로 유출이 매우 어려운 형태로 변환됩니다.
.
결론: 원자력 폐기물의 안전한 관리와 처분은 원자력 에너지의 지속 가능한 사용을 위해 필수적입니다. 지속적인 기술적 발전과 국제적 협력을 통해, 우리는 이 중대한 과제를 해결할 수 있습니다.
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