사용후핵연료의 중간저장기술에 대해서는 여러나라에서 연구개발중이며 이미 실용화 또는 실용화계획이 추진되고 있는 국가도 있다. 미국에서도 사용후핵연료의 중간저장기술에 관한 연구개발이 행해지고 있는데 원자력발전소 사이트내저장을 위해 DOE를 중심으로 추진되고 있는 고밀도저장 및 건식저장의 실증시험계획을 소개한다.
한국원자력연구소 부설원자력환경관리센터에서는 사용후핵연료 소외 중간저장 종합관리시설 관련 부지선정, 설계, 건설, 운영, 환경감시 및 폐쇄 제 단계 인허가에 필요한 기술기준들을 1989년부터 1997년까지 개발해 오고 있다. 본 논문에서는 현재까지 이들 기술기준들의 개발현황과 향후 개선점들을 종합적으로 조명하여 보았다.
한국원자력연구소 부설원자력환경관리센터에서는 사용후핵연료 소외 중간저장 종합관리시설 관련 부지선정, 설계, 건설, 운영, 환경감시 및 폐쇄 제 단계 인허가에 필요한 기술기준들을 1989년부터 1997년까지 개발해 오고 있다. 본 논문에서는 현재까지 이들 기술기준들의 개발현황과 향후 개선점들을 종합적으로 조명하여 보았다.
원자력발전소에서 연소된 사용후핵연료를 여러 외국에서는 재처리 또는 처분키로 하고 있다. 그러나 그 이전에 중간저장을 고려하고 있으며 이를 위해 여러 가지 방식이 개발, 실용화되고 있다. 다음은 이들 여러나라의 동향 및 개발, 실용화된 주된 방식의 특징과 장${\cdot}$단점의 개략이다.
사용후핵연료 건식 중간저장시설은 설계수명기간 동안 방사능 차폐, 냉각, 보호 등과 같은 주요 기능이 확실히 보장되도록 설계 및 유지·관리되어야 한다. 이러한 주요 기능은 여러가지 설계하중 하에서 구조물의 거동을 정확히 파악한 결과를 설계에 반영함으로써 보장된다. 본 연구에서는 구조물의 건전성을 보장할 수 있는 기능적 측면과 구조적 측면에서 고려되어야 할 항목 및 내용을 국외에서 적용되고 있는 기술기준을 토대로 하고 풍하중, 홍수방호, 내진설계, 열하중해석, 철근콘크리트 및 강구조물, 기초지반과 같은 세부항목에 대한 해석 및 설계의 연구결과를 추가하여 국내 원자력법령과 시행령에 부합되는 사용후핵연료 건식중간저장시설의 구조 및 설비기준을 개발하였다.
국내 사용후연료는 중간저장시설 확보가 지연됨에 따라 점차 각 발전소의 사용후연료 저장조가 포화상태에 이르고 있다. 국가정책에 따른 사용후연료 중간저장시설의 운영이 시작되는 시점까지 발전소에서 사용후연료 저장용기가 하나의 대안으로 고려될 수 있다. 경수로 사용후연료의 저장용기의 구조설계는 취급사고의 한 형태로서 낙하조건에 대한 안전성을 요구하고 있다. 경수로 사용후연료 24 다발을 적재하는 캐니스터는 콘크리트 외부용기(overpack)의 상부로부터 하향 방향으로 삽입된다.(중략)
사용후핵연료 중간저장 시설의 누수사고시 예상되는 핵연료봉의 온도상승을 SFUEL 컴퓨터 코드 분석결과에 따른 실제 $UO_2$의 산화거동을 실험하였다. 외기 온도 38$^{\circ}C$에서 환기회수가 시간당 0, 1, 2회인 조건에서 저장용기 밑바닥 구멍 크기가 2.54, 5.08, 7.62 cm인 경우의 실험결과 환기회수 0회 바닥구멍 크기 2,54 cm 일 때 약 15시간 후 건전성 상실(0.6% 무게증가)이 일어났으며 환기회수 2회 바닥구멍 크기 7.62 cm 일 때는 약 21시간 이후에 건전성 상실이 일어나 가장 느렸다. 바닥구멍 크기가 증가할수록 공기 순환비의 영향을 크게 받으며, 또 외기 온도가 낮을 수록 공기 순환비의 영향을 크게 받았다.
사용후핵연료 중간저장 시설의 누수사고시 예상되는 SFLFL 컴퓨터 코드 분석 결과에 따른 실제 피복관의 산화시험 결과 저장용기 밑바닥 세가지 구멍은 크긴 조건들에 대히 환기회수가 시간당 0회인 경우는 사고후 48시간 경과시 매우 심각한 산화가 예상되며, 나머지 조건의 경우에는 48시간 산화 후 최대 산화량이 90mg/dm$^2$으로 시설의 누수사고시 산화막에 의한 영향은 거의 무시 할 수 있는 것으로 나타난다. 9가지의 시험조건중 안전성은 구멍의 크기가 7.62cm, 환기수가 시간당 2회인 경우가 가장 놓으며. 두번째는 구멍의 크기가 5.08cm, 시간당 환기수 2회의 경우였다. 같은 환기회수의 경우 구멍의 크기가 5.08과 7.62cm인 경우는 비슷하게 나타나지만 2.54와 5.08cm의 경우는 큰 차이를 보인다. 여기에서 수행된 시험은 미조사, 미전처리 시편을 사용한 것이므로 실제로 조사 및 로내 산화막이 입혀진 시편에 대한 추후 시험이 요구된다.
일본 정부는 사용후핵연료의 중간저장시설의 입지로 아우모리현의 무쯔시를 선정했다. 2000년부터 시작된 유치활동이 5 년만에 결실을 맺은 것이다. 한국은 사용후핵연료를 원자력 발전소 내에 저장하고 있는데 2016년이면 저장한계에 이를 것으로 전망되고 있어 일본의 사례연구는 한국에 시사하는 바가 크다. 한국은 경주에 중, 저준위 방사성 폐기물 저장시설을 성공적으로 유치한 경험이 있어 사용후핵연료의 저장시설을 유치하는 학습경험을 축적한 바 있는데 두 나라의 큰 차이점은 한국은 경쟁적인 주민투표를 통하면서 막대한 지역지원금을 지원한다는 점이고 일본은 주민투표를 시행하지 않고 지방자치 정치의 리더쉽이 문제를 해결하는 방식을 택했다는 점이다. 엄청난 지역지원금이 지원되지 않은 점도 일본의 특징이다. 본 연구가 한국의 사용후핵 연료 저장시설을 유치하는 데 도움이 되었으면 하는 바람이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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