1.서론

현재 국내에서 발생된 대부분의 폐밀봉선원은 발생기관 또는 업무대행기관을 통해 한국원자력환경공단에 인도된 후 한국원자력연구원 내에 위치한 방사성동위원소(RI) 폐기물 폐기시설에 임시 보관되고 있다. 한국원자력환경공단에서 는 방사성폐기물 처분사업을 중·저준위(1단계 동굴처분방 식, 2단계 표층처분방식) 및 극저준위(3단계)로 구분하여 순 차적으로 추진할 예정이다. 경북 경주시 양북면 봉길리 일원 에 건설된 처분시설 1단계 사업은 2014년 12월 원자력안전 위원회로부터 사용 승인을 득한 후 2015년 7월에 최초 처분 이 시작되었으며 2단계 사업은 방폐장 부지 내에 2019년 12 월 준공을 목표로 추진되고 있다.

2015년 7월 16일 7개의 폐밀봉선원(⁶³Ni, 4상자)에 대한 인수업무가 처분시설에서 최초로 수행되었으며 인수절차 완 료 이후 현재는 동 부지의 인수저장건물에 저장되어 있다[1]. 처분시설에서는 향후 한국원자력환경공단의 RI관리팀 및 방 사선관리팀 주관하에 주1회 계속적으로 RI 밀봉선원 폐기물 을 인수(연 평균 33드럼)할 예정이다. 현행‘RI 폐기물 폐 기시설 사용협약’에 따르면 중·저준위 방사성폐기물 처분 시설 준공 후 1년 이내에 폐기시설을 한국원자력연구원 측 에 반환하여야 하나 현재까지 폐밀봉선원에 대한 처분방법 등이 구체적으로 마련되어 있지 않다. 따라서, 방사성폐기 물관리사업자의 처분시설 건설·운영 추진계획과 연계하여 폐밀봉선원에 대한 향후 처분방안을 조속히 수립할 필요가 있다. 한수원(주) 원자력환경기술원에서 밀봉선원폐기물 처 분대책 수립 및 최적 처분방안 도출을 위한 연구[2]가 수행된 바 있으며, 해당 연구에서는 전체 밀봉선원폐기물을 방사능 준위 및 반감기를 적절히 고려하여 3개의 그룹으로 분류한 후 각 그룹별 처분방안을 제시하고 있다. 그러나, 이러한 방 안에는 폐밀봉선원 발생현황 및 특성, 방사성폐기물 처분 관 련 국내·외 최신 규제요건 등이 반영되어 있지 않아 현 시점 에서 적용이 제한되므로 이를 종합적으로 고려하기 위한 추 가적인 연구가 필요한 실정이다.

폐밀봉선원은 물리적 형태, 방사선학적 특성 등이 매우 다양하므로 안전하고 효율적인 처분방안을 수립하기 위해서 는 국내 처분환경 및 선원 고유 특성 등을 다각적으로 고려 해야 한다. 이에 따라 본 연구에서는 국내 RI 관련 현행 규제 요건에 대한 검토결과를 기초로 국내 폐밀봉선원 분류체계 에 대한 개선안을 제시한 후 각 범주에 대한 처분방식 구성 방안을 도출하였다.

2.폐밀봉선원 분류체계(안)

2.1.국내 방사성폐기물 분류체계 및 처분방식

국내에서 발생된 방사성폐기물의 경우‘방사성폐기물 분류 및 자체처분 기준에 관한 규정’[3] 제3조 및 별표 1~2 에 의거 방사능 농도에 따라 Fig. 1과 같이 5가지 범주(자체 처분(EW), 극저준위방사성폐기물(VLLW), 저준위방사성폐 기물(LLW), 중준위방사성폐기물(ILW), 고준위방사성폐기 물(HLW))로 분류된다. 또한, 동 규정 제4~5조에서는 처분 방식을 크게 심층처분과 천층처분으로 구분한 후 방사능 농 도에 따른 분류별로 다음과 같이 제한하고 있으며 이를 요약 하면 Table 1과 같다.

이러한 현행 규제요건에 따르면 국내에서 발생된 모든 폐밀봉선원은 자체처분 대상, 극저준위 또는 중·저준위 방 사성폐기물에 해당하며, 기본적으로 Table 1에 제시된 처분 방식 제한규정을 준수해야 한다. 그러나, 해당 규정은 방사 능 농도를 기준으로 한 방사성폐기물 분류체계에 따라서만 처분방식을 제한하고 있으므로, 물리적 형태, 방사선학적 특 성 등이 매우 다양한 폐밀봉선원에 대한 안전하고 효율적인 처분방안을 수립하기 위해서는 다음과 같은 선원 고유 특성 을 추가적으로 고려할 필요가 있다.

2.2.방사성핵종 반감기

현행 규제요건에서는 방사성폐기물 분류과정에서 반 감기는 고려하지 않고 있다. 그러나 IAEA General Safety Guide No. GSG-1[4]에 제시된 신분류체계에서는 제한된 기간(수년 내) 동안 붕괴저장을 통해 규제 면제기준을 충족 할 수 있는 폐기물을‘극단반감기 폐기물(Very Short-Lived Waste,‘VSLW’)’로 별도 구분하고 있으며, Table 2에 기술 한 바와 같이 폐밀봉선원을 사용하는 대부분의 국가에서 방 사성핵종 반감기를 방사성폐기물 분류를 위한 추가적인 기준 으로 적용하고 있다. 또한, IAEA Technical Reports Series No. 436[5]에서는 불용 방사선원에 대한 처분옵션을 방사선원 반 감기에 따라 Table 3과 같이 구분하고 있으며, Fig. 2에 제시된 흐름도에 따라 처분옵션을 식별·선정할 것을 권고하고 있다.

이와 같이, 극단반감기 핵종을 포함하는 폐밀봉선원 의 경우 붕괴저장을 통해 관리하는 것이 효과적이며 제도 적 관리기간 내 안전 제한치까지 붕괴될 것으로 예상되는 핵종 반감기를 추가적으로 고려할 필요가 있다. 이에 따라 본 연구에서는 IAEA 권고사항과의 일관성을 유지하기 위해 반감기를 3개(100일 미만, 100일 이상 30년 미만, 30년 이상) 의 그룹으로 분류하였으며, 이러한 기준을 적용하여 국내 발 생 폐밀봉선원을 분류하면 Table 4와 같다. Table에 제시한 바 와 같이 ⁹⁰Sr 및 ⁹⁰Sr/⁹⁰Y 핵종의 경우 실제 반감기는 30년 미만 (단반감기 그룹)이지만, IAEA 권고를 반영하여‘30년 이상’ 의 장반감기 그룹으로 분류하였다. 또한, 방사성핵종 반감기 를 분류체계에 실제적으로 적용하는 경우 그룹간 경계값 부근 의 반감기를 갖는 특정 핵종(⁷⁵Se(119.79일), ²¹⁰Po(138.38일), ⁹⁰Sr(28.79년), ¹³⁷Cs(30.07년) 등)은 처분환경 및 시설 특성 등 에 따라 현재와 다른 그룹으로 분류하는 것을 고려할 수 있다.

2.3.A/D 값

폐밀봉선원에 사용되는 각 방사성핵종의 방사선준위는 매우 다양하므로 일반적 기준에서 선원 및 행위의 상대적 순 위를 수치적으로 결정하기 위해 표준화 인자(Normalizing Factor)를 도입할 필요가 있다. IAEA Safety Standards Series No. RS-G-1.9[6]에서는 각 선원의 방사능(A)을 방사성핵종 고유의 D 값으로 나눈 A/D 값에 따라 방사선원을 Table 5 와 같이 5개의 범주로 분류한 후 해당 범주 체계의 규제 활 용방안에 대한 지침을 제시하고 있다.‘D 값’은 선원이 통 제되지 않는 경우 내부 및 외부피폭을 통해 심각한 결정론적 영향을 야기할 가능성이 매우 높은‘위험 선원(Dangerous Source)’의 방사능을 나타내며 보수적인 가상의 피폭 시나 리오에 따라 핵종별로 결정된다[7]. 즉, 선원의 방사능은 매 우 다양하므로 D 값을 활용하여 정규화하며 A/D 값이 선원 의 위험도를 평가하는 기초적인 기준이 된다.

방사선원 범주화는 일반적으로 해당 선원으로 인해 결정 론적 건강영향이 발생할 가능성을 근거로 하여 수행되므로 선원 및 행위의 상대적 우선순위를 결정하기 위해 작업자 및 일반 대중에 대한 잠재적 위험도를 의미하는‘D 값’을 표준 화 인자로 적용하는 것은 합리적인 것으로 간주할 수 있다. 폐밀봉선원 분류체계를 개발하기 위한 목적으로 각 방사성 핵종에 대해 다음과 같은 가상 시나리오를 상정하여 도출된 값 중 보다 제한적인 수치를 표준화 인자(D)로 적용하였다.

본 연구에서는 IAEA 권고사항[6]과의 일관성을 유지하기 위해 A/D 항목에 대한 경계값을 1000, 10, 1, 0.01로 설정하 였으나, 실제 적용과정에서는 관리 측면에서의 편의성을 고 려하여 일부 범주를 통합하여 적용할 수 있다.

3.국내 폐밀봉선원 처분방식(안)

앞서 기술한 바와 같이, 현행 규제요건은 방사능 농도를 기준으로 한 방사성폐기물 분류체계에 따라서만 처분방식 을 규정하고 있다. 본 연구에서는 폐밀봉선원의 다양한 특 성을 고려한 안전하고 효율적인 처분방안을 수립하기 위해 이러한 분류체계 이외에 반감기(100일, 30년) 및 A/D 값 (1000, 10, 1, 0.01)에 대한 기준을 추가적으로 적용하여 범 주를 세분한 후 각 범주에 대한 처분방식 구성방안을 도출하 였다. 이러한 처분방식(안)을 Fig. 3 및 Table 6에 제시하였 으며, 폐밀봉선원 분류체계(안)에 따른 해당 처분방안의 적 용방법 및 특정 시점에서의 적용 가능성 검토결과를 이하 절 에 세부적으로 기술하였다.

3.1.적용방법

재활용이 가능한 선원의 경우 처분 대상에서 제외하여 별 도 관리하는 것이 바람직하며, 재활용되지 않는 선원은 우선 적으로 방사성핵종의 반감기(극단반감기, 단반감기 및 장반 감기)를 기준으로 각각 다음과 같이 상이한 절차가 적용된다.

3.1.1.극단반감기 핵종

반감기가 100일 미만인 극단반감기 핵종을 포함하는 폐 밀봉선원의 경우 밀집저장용기 또는 별도 용기에 포장한 후 방사능 농도가 해당 핵종에 대한 자체처분 허용농도의 100 배 미만이 될 때까지 붕괴저장을 통해 관리한다. 일정 시간이 경과한 처분시점에서 평가된 A/D 값이 0.01 이상(IAEA 선원 범주 1~4)인 경우 계속 붕괴저장을 거치게 되고, 0.01 미만 (IAEA 선원 범주 5)인 경우 규제요건에 제시된‘자체처분 허 용농도’를 기준으로 자체처분 또는 매립처분을 수행하는 방 안을 제안한다. 원칙적으로 법적 요건을 충족하는 경우 규제 해제를 통해 매립이 가능하지만, 실제로 폐밀봉선원을 일반 매립지에 처분하게 되는 경우에는 주민 수용성 등을 종합적 으로 고려하여 매우 신중한 접근이 필요할 것으로 판단된다.

3.1.2.단반감기 및 장반감기 핵종

단반감기(100일 이상 30년 미만) 및 장반감기(30년 이 상) 핵종의 경우 향후 관리목적을 고려하여 기본적인 처리 작업을 수행한 후 중앙저장된다. 이러한 과정에서 생태계 에 유출될 경우 심각한 영향을 야기할 가능성이 높은 알파 방출핵종 및 현 시점에서 처분방안을 확정하기 어려운 중성 자 선원은 처분 대상에서 제외하여 별도로 장기저장을 수행 하는 것이 바람직하다. 중앙저장 이후 일정 시간이 경과한 처분시점에서 평가된 A/D 값에 의거 규제요건에 제시된‘저 준위 또는 중준위방사성폐기물의 방사능 농도 제한치’등을 기준으로 다음과 같은 방법으로 관리하는 방안을 제안한다.

3.2.적용 가능성 검토(Case Study)

2015년 3월말 기준으로 RI 폐기물 폐기시설에 임시저장 중인 폐밀봉선원을 대상으로 본 연구를 통해 도출한 처분방식 구성방안 도출결과(Fig. 3 및 Table 6)의 적용 가능성을 검토 하였다. 폐밀봉선원의 경우 관리기간에 따라 방사능량 등이 변화하므로 처분시기에 따라 상이한 범주에 포함될 수 있다. 현 시점에서 폐밀봉선원의 정확한 처분시기를 예상할 수 없 지만, 중·저준위방사성폐기물 처분시설의 운영기간(60년) 및 제도적 관리기간(100년)을 고려하여 다양한 시점(2020년, 2035년, 2050년, 2065년, 2080년, 2180년)에서 폐밀봉선원 특성 분석을 수행한 후 각 범주에 대한 처분방안별 대상 수 량 및 체적을 평가하였다. 처분 예상시기에 따른 대상 수량 및 체적 변화 추이는 Table 7~8 및 Fig. 4와 같으며, 이에 대 한 주요 분석결과는 다음과 같다.

각 기준시점에서의 평가결과를 통해 본 연구에서 도출 된 처분방안을 2180년까지 처분 예상시기와 무관하게 현재 임시저장 중인 모든 폐밀봉선원에 대해 적용할 수 있음을 확인하였으며, 본 논문에는 중·저준위 방사성폐기물 처분 시설 2단계 건설사업 준공 예정시점(2019년 12월)을 고려하 여 2020년에 대한 결과를 Table 9~10에 제시하였다.

지금까지 발생된 폐밀봉선원 중 현행 규제요건[3]에 자체 처분 허용농도(별표 1) 또는 저준위 방사성폐기물의 방사능 농도 제한치(별표 2)가 제시되지 않은 방사성핵종의 경우 국 내 방사성폐기물 분류체계에 따라 특정 범주로 지정될 수 없 으므로 본 연구를 통해 도출된 처분방안의 적용이 제한된다. 단, 두 가지 농도 중 자체처분 허용농도만 제시되어 있는 방 사성핵종의 경우 방사능 감쇄에 따라 특정 시점 이후에는 극 저준위 또는 저준위 방사성폐기물로 분류될 수 있으며, 이후 본 연구결과에 따라 처분방식이 결정될 수도 있다.

4.결론

현행 규제요건은 방사능 농도를 기준으로 한 방사성폐기 물 분류체계에 따라서만 처분방식을 규정하고 있다. 본 연 구에서는 이러한 분류체계 이외에 IAEA 및 국외 폐밀봉선원 사용국의 방사성폐기물 분류체계, 폐밀봉선원 고유 특성 등 에 대한 검토 및 분석결과를 토대로 반감기와 A/D 값에 대 한 기준을 추가적으로 적용하여 국내 폐밀봉선원 분류체계 에 대한 방안을 제시한 후 각 범주에 대해 안전하고 효율적인 처분방식을 도출하였다.

본 연구결과에는 IAEA에서 권고한 방사성폐기물 신분류 체계 및 폐밀봉선원의 고유 특성(방사능준위, 반감기, 방사 성핵종별 위험도, 방사선 유형 등)을 기초로 다양한 관리 및 처분방안이 제시되어 있다. 다양한 처분시점을 상정한 국내 폐밀봉선원 특성 분석 및 처분방안별 대상 수량·체적 평가 결과를 통해 본 연구에서 도출된 처분방안을 2180년까지 처 분 예상시기와 무관하게 현재 임시저장 중인 모든 폐밀봉선 원에 대해 적용할 수 있음을 확인하였다.

추가적으로, 현재까지 발생된 또는 향후 발생될 폐밀봉 선원 중 방사능량을 확인할 수 없거나 비방사능 및/또는 고 유 A/D 값을 산출할 수 없는 선원 등을 대상으로 본 연구에 서 도출된 처분방식(안)을 적용하기 위해서는 사전에 비방 사능, 체적 등의 선원 고유 특성이 반드시 확인되어야 할 것 으로 판단된다.