1.서 론

이 연구의 제 1 부에서는 인간 환경 내 농축 피폭 집단 에 방사선 피폭을 주는 주요한 핵종들이 A-KRS[1] 처분장에 서 유출된 후 다양한 처분 시스템 내 매질을 이동하는 것에 관련되어 피폭 선량에 어느 정도의 영향을 주는지 보기 위 한 연구가 수행되었다[2]. 제 1 부의 연구를 통하여 근계 영 역 내 주요한 인자로서 처분 용기의 수명, 즉 방벽으로서의 신뢰 시간(credit time), 선원항으로서의 처분 용기에서의 연 간 핵종 유출률(annual nuclide release rate) 그리고 처분장 주요 인공 방벽으로서의 완충재(buffer)의 손실도(degree of loss) 등 이렇게 세 개를 인지하고 이들에 대한 영향과 민감 도를 검토하기 위하여 처분장에 대한 확률론적 안전성 평가 를 병행 수행하였다.

폐쇄 후 처분장 근계 영역 내 처분장의 성능에 영향을 줄 수 있는 이러한 세 가지 주요 설계 관련 요소에 대한 영향과 민감도를 검토해 본 결과, 완충재의 손실과 용기 신뢰시간도 거의 동일하게 상대적으로 가장 큰 영향을 주는 것으로 나타 나고 있는 것을 알 수 있었고, 금속 폐기물에서의 민감도만 으로 볼 때, 이 두 인자보다는 다소 낮긴 해도 용기에서의 핵 종의 유출률도 여전히 영향이 큰 것으로 나타나는 결과를 얻 을 수 있었다.

이어서 별도로 수행되는 이 제 2 부 연구의 목적은, 확률 론적인 방법으로 고찰해 보는 대신, 이들 세 가지 인자에 대 하여 가장 나쁜 경우와 가장 이상적인 조합을 구성하여 결정 론적인 접근 방법으로 평가하기 위한 것이다. 이 연구를 통 하여 이러한 결과를 정상적인 경우와 비교하는 방법을 통하 여, A-KRS 폐쇄 후 처분장 근계 영역 내 처분장의 성능에 영 향을 줄 수 있는 세 가지 주요 설계 관련 요소에 대하여 핵종 별로 최종 피폭 선량에 주는 민감도를 검토하여 보았다.

2.모델링

제 2 부의 연구에서도 A-KRS 시스템 내 핵종의 거동과 다 양한 매질 내 이동에 관한 모델링은 이전의 연구[3-8] 및 제 1 부에서 고려된 처분 시스템과 동일하게 고려하여 A-KRS 처 분 시스템의 처분장 주변의 인공방벽, 즉 근계 영역에 논의 로 국한시킨다.

처분된 파이로처리 폐기물에서 정상적으로 유출된 핵종 의 근계 영역 내에서의 거동을 예측 하기 위한 모델을 기반 으로 하여, 정상 시나리오(normal case scenario)를 참조 시 나리오(reference scenario)로서 도출하였다. 그리고 3 개의 인자의 가장 나쁜 변화가 극단적으로 이루어지는 경우의 최 악 시나리오(worst case scenario)와, 가장 이상적으로 변화 하는 경우의 최선 시나리오(best case scenario) 등 2 개의 추 가 시나리오를 상정하여 이들을 평가해 그 결과를 참조 시나 리오의 경우에 대하여 상호 비교하게 된다. 제 1 부에서와 마 찬가지로 상용 모사 프로그램 개발을 위한 GoldSim[9]을 이 용하여 개발된 프로그램을 평가에 사용하였다.

선별된 3 개의 요소들의 최종 피폭 선량에 대한 민감도와 영향을 평가하기 위한 계산에 사용한 각종 입력 자료는 제 1 부에서 사용한 값을 그대로 사용하였다.

Fig. 1은 금속 폐기물 처분 개념과 이러한 평가를 위하여 GoldSim을 이용하여 구현한 금속 폐기물 처분장 모듈을 도 시한 것이다. 그림에서 보면 금속 폐기물의 경우, WasteCell 로 표시된 선원항에서 핵종의 유출이 연간 일정한 유출률 로 일어나면 상부의 Crown_Path, 측면과 하단의 BaseSide_ Path의 벤토나이트 완충재를 통하여 근계 영역 내 동굴 굴착 에 따른 간섭 지대, 즉 EDZ (Excavated Disturbed Zone)로 그 이동이 진행된다. 이후 모암 내 암반 매질의 균열 네트워 크 내 유동 지하수를 만나면 천연 방벽으로서의 모암 내 원 계 영역으로 핵종의 전달이 이루어진다.

균열 암반 매질을 이동해 나간 핵종은 단층이나 규모가 큰 균열과 같이 지하수의 유동이 급격히, 그리고 대량적으 로 이루어지는 경로로서의 MWCF(Major Water Conducting Geature or Gault) 지역을 필연적으로 만나게 되고, 이를 통 하여 지하매질과 생태계의 경계(Geosphere-Biosphere Interface; GBI)로 간주되는 강의 바닥층을 통하여 생태계로 유 출되고, 이 후로는 인간 생태 환경에서의 다양한 이동 및 피 폭 경로를 통하여 인간에게 피폭을 주게 된다.

Fig. 2는 세라믹 폐기물의 처분 개념과 이를 GoldSim 모 듈로 구현한 것을 도시한 것이다. 세라믹 폐기물 내의 핵종 이 유출되면 수평 및 수직 방향으로 동시에 이뤄지는 확산으 로 기술되어, 비교적 단순한 확산적 이동이 이루어지는 금속 폐기물의 경우와는 달리 다소 복잡한 양상이 된다. 그림에서 보는 대로 “Canister”로 표시된 선원항에서 핵종이 유출되면 “Buff”와 “Plug”로 표시된 완충재로 확산을 통하여 이동해 나 간다. 이후 원계 영역으로의 핵종 전달의 통로가 되는 EDZ 를 통하여 금속 폐기물 처분장의 경우와 동일하게 균열 암반 매질로 전달 이동된다. 이에 대한 상세 모델은 제 1 부의 연 구와 이전의 연구[3-8]에 기술된 대로다.

제 1 부의 연구와 마찬가지로 10^-7 mSv/yr 이상의 선량 률 피크를 가지는 8 개의 핵종 만을 선별하여 3 가지 시나 리오에 대해 비교 평가를 수행하였다. 선별된 8 개의 핵종 은 ¹⁴C (T_0.5= 5,701 년), ⁹³Zr (1.53×10⁶ 년), ¹²⁶Sn (2.23×10⁵년), ¹³⁵Cs (2.30×10⁶년), ²²⁹Th (7,339 년), ²³¹Pa (3.28×10⁴년), ²³⁹Pu (2.41×10 년), 그리고 ²⁴²Pu(3.75×10⁵년) 이다. 이 때 ¹⁴C과 ¹²⁶Sn은 금속폐기물에만, ²²⁹Th은 세라믹 폐기물에만 들어 있는 핵종이고, 그 외 나머지 ⁹³Zr, ¹³⁵Cs, ²³¹Pa, ²³⁹Pu, 그리고 ²⁴²Pu 는 금속과 세라믹 폐기물에 모두 들어 있는 핵종이다.

3.시나리오 별 계산 결과

제 1 부에서는 금속폐기물의 용기에 대해서는 100년과 10,000년 사이에서, 그리고 세라믹폐기물의 용기에 대해서 는 Table 1과 같이 1,000과 100,000년 사이에서 모두 균등분 포(uniform distribution)를 따르는 것으로 가정하였고, 핵종 유출률도 정상적인 10^-5 yr^-1으로 간주하는 대신, 금속 폐기 물과 세라믹 폐기물에 대해 Table 2에서와 같이 통계적으로 10^-6 yr^-1와 10^-4 yr^-1사이에서 균등 분포를 가지고 변화하는 것 으로 가정하였다. 또한 정상적인 완충재의 공극률인 0.41값 대신, 금속 폐기물과 세라믹 폐기물에 대해서 공히 Table 3에서와 같이 통계적으로 0과 1사이에서 균등 분포를 갖는 것 으로 가정하여 확률론적 계산을 수행하였다.

그러나 제 2 부의 이 연구를 통해서는, 제 1 부에서 수행 한 통계적인 민감도를 확률론적으로 검토하는 대신, 세가지 인자에 대하여 가장 나쁜 경우와 이상적인 조합을 Table 4와 같이 구성하여 이를 결정론적으로 평가한 후 그 결과를 정상 적인 경우와 비교하여 보았다.

그 결과로서 얻어진 Fig. 3에서 보면 세 경우에 대하여 그 차이가 뚜렷이 나타나는 것을 알 수 있다. 최악 시나리오, 정 상 시나리오, 그리고 최선 시나리오에 대해서 각각 4.28×10^-4 mSv/yr, 1.54×10^-4 mSv/yr, 그리고 5.37×10^-6 mSv/yr의 값을 농축 피폭 집단에 대한 피크치로 보여 주었다. 이는 완충재 의 방사선적 저지능과 폐기물 용기로 부터 핵종의 유출률, 그 리고 용기의 파손까지 걸리는 시간 모두 이전의 확률론적 민 감도 결과와 마찬가지로 결정론적인 평가 결과에서도 이들 요소의 변화가 최종 피폭 선량률에 상당한 영향을 주고 있다 는 의미가 된다.

이러한 결과에 가장 영향을 주는 핵종으로 판단되는 ¹⁴C, ¹²⁶Sn, 그리고 ²⁴²Pu 이렇게 3 개의 핵종 각각에 대하여 농축 피폭 집단에 기여하는 선량률을 도시한 Fig. 4~6에서 이들 핵 종의 기여에 의한 영향을 관찰할 수 있다.

그러나 이러한 결과는 제 1 부의 확률론적인 평가를 통 해서도 알 수 있었듯이 대부분 피크치에 전적으로 기여하는 금속폐기물 처분장 내 핵종에 의한 것임을 알 수 있다. 이를 확인하기 위하여 금속 폐기물을 제외하고 세라믹 폐기물 처 분장에 의한 전적인 기여에 대해서 검토도 수행하여 보았다.

Table 4의 값에 대하여, 금속 폐기물 처분장에 대해서만 변화를 갖는 경우, 세라믹 폐기물 처분장에 대해서만 변화를 갖는 경우, 그리고 두 폐기물 처분장에 대해서 그 결과를 Fig. 7에 도시해 보았다. 그림에서 보면 두 처분장에 대하여 이들 파라미터 값이 모두 변하는 경우와 금속 폐기물 처분장에 대 해서만 변화하는 경우가 사실상 거의 서로 일치하여 구분되 지 않는 것을 알 수 있었지만, 세라믹 폐기물 처분장에 대해 서는 이러한 변화가 여전히 그다지 인지되지 않는 것을 알 수 있다. 이런 현상은 주요한 3 개의 핵종에 대해 별도로 도시한 Fig. 8~10에서도, 잘 나타나고 있는 것을 알 수 있어서, 실제 로 피크치에 전적으로 기여하고 있는 것은 금속 폐기물 처분 장 내의 핵종들인 것을 알 수 있다. Fig. 5- 6

3.결론

제 1 부의 확률론적인 접근 방법을 통한 연구에 이어, 제 2 부의 이 연구에서는 A-KRS에 대하여, 폐쇄 후 처분장 근계 영역 내 처분장의 성능에 영향을 줄 수 있는 세가지 주요 설 계 관련 요소를 인지하고 핵종별로 최종 피폭 선량에 주는 민 감도를 결정론적으로 접근해 보았다.

인간 환경 내 농축 피폭 집단에 방사선 피폭을 주는 주요 한 핵종들이 처분장에서 유출되어 다양한 처분 시스템 내 매 질을 이동하는 것에 관련되어 피폭 선량에 어느 정도의 영향 을 주는지 보기 위하여, 근계 영역 내 주요한 인자로서 처분 용기의 수명, 즉 방벽으로서의 신뢰 시간, 선원항으로서의 처 분 용기에서의 연간 핵종 유출률 그리고 처분장 주요 인공 방 벽으로서의 완충재의 손실도 등 이들 세 요소에 대하여 이들 의 물리적인 설계치의 변화에 대한 비교 결과를 제시하였다.

최종 피폭 선량률의 영향과 민감도를 확률론적인 방법으 로 검토해 본 제 1 부의 연구 결과에 이어, 마찬가지로 제 2 부의 이 연구에서도 이들 세가지 인자에 대하여 가장 나쁜 경 우와 가장 이상적인 조합으로 구성되었을 때에 대하여 결정 론적인 접근 방법으로 평가되었을 때 나타나는 결과를 정상 적인 경우와 함께 비교되었을 때도 그 차이가 뚜렷이 보여지 최종 피폭 선량률의 영향과 민감도를 확률론적인 방법으로 검토해 본 제 1 부의 연구 결과에 이어, 마찬가지로 제 2 부의 이 연구에서도 이들 세가지 인자에 대하여 가장 나쁜 경우와 가장 이상적인 조합으로 구성되었을 때에 대하여 결정론적인 접근 방법으로 평가되었을 때 나타나는 결과를 정상적인 경우와 함께 비교되었을 때도 그 차이가 뚜렷이 보여지는 것을 알 수 있었다.

따라서 파이로폐기물 처분 시스템 근계 영역 내 이러한 요소에 관련된 설계 변수들에 대하여 폐기물 내에 들어 있는 핵종들 각각의 영향을 잘 연계하여 방사선적으로 보다 안전 한 방벽이나 처분장 설계에 고려하여야 할 것으로 보인다. 제 1부에서 다뤄진 확률론적 접근 방법의 민감도 연구 결과와 함께 이 연구에서 다뤄진 연구 내용과 그 결과는 향후 처분장 의 근계 영역 내 핵종의 유출 및 이동 관련하여 처분 시스템 설계에 모범적인 방법론을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.