1.서론

우리나라는 원자력발전소 26기를 비롯하여 경주 중·저 준위 방사성폐기물 처분시설이 운영 중에 있으며 원자력관 련시설의 운영개시 전에 운영 중 정상조건 및 사고조건으로 부터 발생할 수 있는 일반인과 작업자에 대한 피폭을 고려하 여 시설의 방사선적 안전성을 확보할 수 있도록 시설 설계 및 안전운영에 대비하고 있다. 일반적으로 산업계에서는 공정설 계상 및 운영상 문제점을 파악하여 불량률과 사고를 최소화 하기 위해 HAZOP (Hazard and Operability)과 HAZID (Hazard Identification)의 위험도분석방법론을 사용하고 있다.

이미 처분시설을 운영하고 있는 국가들의 경우 HAZOP 및 HAZID와 같은 정성적 위험도분석방법론을 적용하여 잠 재위험요소분석(hazard analysis)을 통해 처분시설 운영 중 사고분석(accident analysis)을 수행하고 있다. 미국[1-2]과 영국[3-5]의 경우 사건(event)을 유발하는 잠재위험요소를 도 출하고 사건발생확률과 평가결과의 심각성에 따라 사건을 선별하고 사고분석을 통해 방사선적 영향을 평가한다. 프랑 스[6]의 경우 처분시설 운영 중 발생 가능한 사건을 도출하 고 사건을 방지할 수 있는 관리방안과 설계안전장치에 따라 사건의 위험수준을 분류하고 사건발생확률을 고려하여 운영 중 사고분석을 수행하고 있다.

현재 우리나라에서 운영중인 1단계 동굴처분시설에 대 한 운영 중 사고분석에서는 정성적 위험도분석법(HAZOP) 을 도입하여 잠재위험요소와 사고유형에 따른 사건발생확률 과 심각성을 고려하여 대표 사고시나리오를 도출하고, 선량 평가를 통해 일반인이 받는 방사선적 영향을 평가하였다[7]. 그러나, 처분시설 운영경험이 부족한 우리나라의 경우 사건 발생확률을 미국[1] 및 영국[3]의 기준을 적용하였으며 결과 의 심각성에 대한 정량적인 선별기준이 없어 대표 사고시 나리오에 대한 타당성 확보가 충분히 이루어지지 못하였다.

본 논문에서는 처분시설 운영 중 사고분석 시 처분시 설 구성요소 별 운영 중 안전기능분석(Operational Safety Function Analysis)을 추가하고, 운영 중 잠재위험요소분석 (Hazard Analysis)시 설계대안과 현장운영을 고려한 관리대 안을 추가함으로써 설계-운영-평가의 상호연계를 통해 안전 목표에 부합하는 처분시설 개발이 가능하도록 평가체계를 개선하였다. 또한, 운영 중 사고발생확률과 결과의 심각성을 고려한 사고분류기준을 제시하고 2단계 표층처분시설의 운 영중안전성평가에 적용함으로써 사고시나리오에 대한 정당 성을 확보하고자 하였다.

2.운영 중 사고평가의 적용

운영 중 사고평가는 처분시설의 건설/운영과 관련된 모 든 잠재적 위험들을 파악하고, 이를 통해 운영 중 사고시나 리오 및 평가모델을 수립하여 운영 중 사고로 인한 작업자 및 일반인의 방사선적 영향을 평가함으로써 처분시설의 운영 중 안전성을 입증하는데 그 목적이 있다.

중·저준위 방사성폐기물 80만 포장물을 대상으로 하는 전체 처분시설 개발계획[8]에 따라 1단계 동굴처분시설과 2 단계 표층처분시설의 개념도를 Fig. 1에 제시하였다. 2단계 표층처분시설의 운영기간은 표층처분고의 건설부터 폐기물 적치 후 밀봉하는 표층처분고 운영기간, 처분덮개를 설치하 는 부분폐쇄기간 및 1단계 동굴처분시설을 포함하여 전체처 분시설이 폐쇄되는 전체폐쇄시점까지 기간이 해당된다. 처 분덮개가 설치된 부분폐쇄 이후에는 표층처분고 및 처분덮 개성능을 모니터링 하기 위해 지하점검로를 운영하고 전체 부지가 폐쇄되는 시점에 지하점검로를 폐쇄할 계획이다[8-9]. 2단계 표층처분시설의 운영에는 폐기물 운반, 인수, 검사, 처 리, 저장, 정치, 처분고 내부채움, 밀봉, 덮개설치 및 전체부 지의 폐쇄전 관리활동 등이 고려된다. 운영 중 사고평가는 안전기능분석, 잠재위험요소분석을 통해 운영기간 동안 예 상되는 사건을 도출하고 위험도분석을 통해 처분시설의 방 사선적 안전성을 확인한다.

2.1.운영 중 안전기능분석

1단계 동굴처분시설의 안전성평가[10]는 IAEA 안전지침 [13-16]에 따라 처분시설‘Safety Case 종합프로그램’[11~12] 의 안전성확보체계에 따라 건설, 운영 및 폐쇄를 포함한 처 분시설의 개발 단계별 평가기반 구축을 통해 운영중안전성 평가를 수행하였다. 처분시설의 운영 중‘Safety Case 종합 프로그램’[11] 이행을 위한 심층방어전략은 처분시설의 정 상운영, 예측된 운영상황 및 사고상황에서 방사성물질과 작 업자, 일반인 또는 환경 사이에 위치하는 물리적/관리적 방 벽의 유효성을 유지하기 위해 다양한 장치 및 절차를 논리적 으로 배치하는 것을 의미한다. 처분시설 운영 중 사고분석 을 위한 절차를 Fig. 2에 제시하였다. Fig. 2와 같이 처분시 설 구성요소의 안전기능분석, 평가기반의 구축, 설계 및 안 전성평가의 반복수행을 통해 처분시설 운영중안전성평가를 수행한다.

운영 중 안전기능분석은 처분시스템을 구성하는 인위적, 자연적, 행정적 요소들을 구성기기로 정의하고 구성기기에 대한 안전기능을 설정하여 각 구성기기들이 처분시설 안전 성에 미치는 영향, 역할 및 상호작용을 분석하는데 목적이 있다. 처분시설 안전기능은 심층방어전략에 따라 주요구성 기기 중 다중안전기능을 가지거나 보완기능을 가지도록 구 성하였다. 한 개의 안전기능 상실 또는 안전행위 미이행이 처분시설의 안전목표 달성을 어렵게 하는 것이 아니라 다 른 안전기능 또는 안전행위로 인해 안전목표를 달성하는 개 념이다[11]. 2단계 표층처분시설의 운영 중 사고분석을 위해 구성기기들의 역할 및 안전기능을 분석하였으며 다음과 같이 크게 3개의 안전기능(Safety Function, SF)으로 분류하였다[17].

처분시설 안전기능은 IAEA[13-16]에 따라 작성된 것으로 안전기능 별 목적에 맞게 세부항목으로 재분류된다. 안전기 능 SF 1(처분대상 방사성폐기물 핵종재고량 관리)의 경우 해 당 목적을 달성하기 위해 폐기물포장물 인수, 검사, 처분준비, 이동, 밀봉, 방사선 영향감시 등 10개의 안전기능으로 세분화 하였다. 안전기능 SF 2(방사선위해로부터 현재 및 미래의 환 경과 인간 보호)의 경우 방사선환경, 공기의 이동경로 및 물의 이동경로에 따른 오염물질로부터 인간 및 환경보호 등 5개로 분류하고 항목별로 세분화하였다. 안전기능 SF 3(방사성폐기 물과 공학적방벽의 보호)의 경우 시간경과에 따른 열화, 외부 자연현상, 동식물 및 인간활동에 의한 폐기물 및 공학적방벽 성능보호로 분류하고 각 항목별로 목적에 맞게 세분화하였다.

안전기능분석에 대한 상세내용은 2단계 표층처분시설 안전성분석보고서[17]에 기술되어 있으며, 본 논문에서는 운영 중 안전기능분석 중‘SF 2.5 물의 이동경로에 따른 오 염물질로부터 인간과 환경보호(SF 2.5 Protect people and environment from contamination by water pathways)’부 분을 발췌하여 기술하였다. Table 1에서는 해당 안전기능의 목적을 달성하기 위해 필요한 처분시설 구성요소와 담당기 능을 제시하였다. 운영 중 안전기능분석결과, 운영 중에는 작업자와 일반인 보호를 위한 운영지침 및 절차 준수가 중요 한 역할을 담당한다. 또한, 2단계 표층처분시설의 경우 운영 중 강우와 방사성폐기물의 접촉을 최소화하기 위해 이동형크 레인쉘터(MCS: Mobile crane shelter)의 차수기능, 그리고 지 하점검로의 방사성배수계통 및 공기조화계통으로부터 방사 성물질 누출에 대한 감시가 중요한 안전사항으로 고려되었다.

2.2.운영 중 잠재위험요소분석

Table 1에서는 처분시설 안전기능분석을 통해 운영 중 안 전성에 영향을 미치는 구성기기/계통/구조물을 파악하였다. Fig. 2의 절차에 따라 이 구성기기들이 폐기물 취급, 운반, 처분하는 과정 동안 유해한 수준의 방사선적 피폭을 초래 할 수 있는 인위적 및 자연적 잠재위험요소를 확인하였다. 운영 중 사고시나리오에 대한 안전성평가를 통해 방사선적 영향을 경감하거나 제어할 필요가 있는 경우에는 추가적인 설계대안 또는 관리대안을 수립하여 운영 중 안전성을 확 보해야 한다. 처분시설 구성요소 별 운영 중 잠재위험요소 분석을 통해 설계 및 관리방안을 확인하고, 운영 중 위험도 분석을 통해 대표 사고시나리오를 선정하는 자세한 절차를 Fig. 3에 제시하였다.

잠재위험요소는 처분시설 운영 중 사고를 유발할 수 있 는 원인으로 미국의 경우, 전기적요인, 열적요인, 가연성물 질, 불꽃, 인화성물질, 폭발성물질, 위치에너지, 운동에너지, 핵임계, 외부사건, 자연현상 등으로 분류할 수 있다[18]. 운영 중 처분시설과 관련된 사고 및 비정상조건은 크게 자연적인 사고와 인위적인 사고로 나눌 수 있으며, 자연적인 사고에는 산사태, 지진, 홍수, 태풍 등이 해당하며 인위적인 사고에는 인간의 부주의한 활동과 기기/계통/구조물 결함에 의한 사건 이 해당한다. 이러한 잠재위험요소로부터 화재, 폭발, 밀폐/ 격납기능 상실, 직접피폭, 핵임계, 외부사건, 자연재해와 같 은 사건이 발생할 수 있다.

잠재위험요소분석의 목적은 시설운영 중 구성물/계통/ 기기를 통해 발생될 수 있는 위험요인을 도출하고 이러한 위 험요인이 사고로 연계되는 것을 방지하는데 있으며, 이를 위 해 관리대안과 설계대안 항목을 추가함으로써 구성요소들이 고유의 안전기능을 달성할 수 있도록 개선하였다.

관리조치(management measure)는 조직적(organizational) 조치와 인간활동에 의한 조치로 운영자 경험, 절차, 설명 등이 해당하며, 설계조치(design measure)는 수동적 방 벽(passive barrier)과 능동적 방벽(active barrier)이 해당한 다. 수동적 방벽에는 구동, 기계적 작동, 전력공급 등과 같 이 외부적 요인에 의존하지 않고 기능을 작동하는 구성요소 (예, 방사선방호벽, 울타리 등)가 해당하고 능동적 방벽에는 구동, 기계적 작동 또는 전원공급과 같은 외부 요인에 의존하 여 기능을 작동하는 구성요소(예, 화재감지, 소화전, 자동정 지장치, 위험물 감지 등)가 해당하며 모두 원자력분야 건설 요건 및 표준코드 (codes of standard)를 준수해야 한다[19].

처분시설을 구성하고 있는 구조물/계통/기기의 안전기 능을 분석하고 사건 발생 시 하나의 사건이 다른 구조물/계 통/기기의 안전기능에 영향을 미치지 않는 범위에서 제어할 수 있도록 독립된 구획으로 구분하였다. 2단계 표층처분시 설에서 사건을 유발시킬 수 있는 모든 잠재위험요소를 파악 하기 위해 방사성폐기물 취급유형에 따라 처분고(IVAU; 1^st vault), 지하점검로(IGAL; 1^st gallery), 운반경로(ORT; Onsite Route of Transportation)를 각각 독립된 구획으로 구분 하였다. 처분시설 각 구획 별로 사고유형에 따라 구조물/계 통/기기에 대한 잠재위험요소를 도출하였다(Table 2 참조). Table 3에 잠재위험요소 중 격납/밀폐기능 손실에 영향을 미 치는 내부침수원(internal flooding source)에 대한 분석결 과의 사례를 제시하였다. 구성요소 별 설계대안과 현장운영 을 고려한 관리항목대안을 통해 사건 경감 및 예방조치가 가 능하도록 하였으며, 주기적 점검 또는 정기정검을 통해 설비 노후화에 따른 부품 교체 시기 및 설비개선 등에 활용할 수 있도록 하였다.

2.3.운영 중 위험도분석

‘Safety Case 종합 프로그램’[11]의 이행에 따른 처분시 설의 강건성(robustness)전략은 처분시스템 개별 구성요소 들이 예측 가능한 외적 장애요인과 불확실성에도 불구하고, 안전기능을 유지하여 전체 처분시설에 요구된 안전목표가 달성된다는 개념이다. 처분시설의 운영 중 안전성은 처분시 설 구성요소들의 기술적 활동과 관리적 활동에 근거하며, 강 건성전략과 심층방어전략을 통하여 보완된다.

기존 운영 중 사고분석에서는 잠재위험요소로부터 도 출된 사건들의 우선순위를 발생확률과 결과의 심각성에 따 라 정성적인 평가에 의존하여 운영 중 사고시나리오에 대한 정당성 확보가 어려웠다(Table 4 참조[6]). Table 4에 제시 된 것처럼 사고 발생가능성과 결과의 심각성을 각각 4단계 로 구분하고 위험 수준이 높은 사건을 대표 사고시나리오로 선정하는 방식[6]이며 발생확률의 경우 국내 처분시설 운영 경험이 없어 해외문헌자료를 참고하여 적용하였다. 본 논문 에서는 구획화된 시설에서 발생된 사건에 대해 발생확률 만 으로 사고를 선별하는 것은 불확실성이 크므로 설계대안 및 관리대안의 위험방지대안을 통해 방사성물질의 유출 가능성 을 판단하여 사건을 선별하였다. 발생 가능한 사건들의 위험 도분석을 위해 사건 유발을 방지하는 위험방지대안과 사건 발생확률에 따라 사고위험수준을 구분하고 평가결과에 대한 척도로 작업자 및 일반인의 피폭선량에 대한 정량적인 사고 분류기준을 수립하여 Fig. 4에 제시하였다.

운영 중 발생 가능한 사건(event)은 정상(normal), 경미 한 사고(incident), 사고(accident), 배제사고(excluded)로 분류하며 사고(accident)는 설계기준 이하의 사고와 설계기 준을 초과하는 사고로 분류하였다[1]. Fig. 4에 제시된 것처 럼 경미한 사고(incident)는 사건발생확률이 10^-1 ~ 10^-2 이 고 관리대안이 1개 이상 있는 경우로 설정하였다. 관리대안 유무와 상관없이 적어도 1개 이상의 설계대안이 있는 경우 는 사고(accident)로 분류하였다. 이 중 사건발생확률이 10^-2 ~ 10^-4 일 경우는 설계기준 이하 사고(Accident within design basis)로, 사건발생확률이 10^-4 ~ 10-6 일 경우에는 설계기준 초과 사고(Accident beyond design basis)로 분류하였다. 사 건발생확률이 10-6 이하일 경우에는 발생 가능성이 희박한 사건으로 정량적 평가에서는 배제(Excluded)하였다. 운영 중 정상조건(normal)의 경우 원안법 시행령[20]에 따라 일 반인은 1 mSv·yr^-1, 작업자는 20 mSv·yr^-1를 기준으로 설정 하였다. 경미한 사고조건(incident)의 경우 관리대안만으로 안전기능이 확보되는 경우로 경미한 사고(incident)발생시 일반인은 1 mSv, 작업자는 20 mSv를 기준으로 설정하였으며 설계기준 이하 사고조건(accident)의 경우 설계대안과 관리 대안이 모두 필요하며 일반인은 5 mSv, 작업자는 50 mSv를 기준값으로 설정하였다. 설계기준 이하 사고조건의 경우 일 반인은 1단계 처분시설 사고평가시 적용한 5 mSv를 성능목 표치로 적용하였으나 작업자의 경우 규제기준치가 없어 1년 에 한하여 최대 허용가능 선량값인 50 mSv·yr^-1를 사고 발생 시 한번에 받을 수 있는 선량값으로 설정하였다.

처분시설의 관리활동은 기술적 활동을 바탕으로 강건성 구현과 불확실성 저감을 달성할 수 있다. 경미한 사고(incident) 의 경우 사건발생확률은 상대적으로 높으나 처분시설 운영 중 관리대안과 운영절차서, 작업자 훈련 등으로 사건방 지가 가능하다. 사고(accident)의 경우 설계 시 안전조치 및 안전여유도를 고려하기 때문에 사건발생 가능성은 낮으나 사건 발생시 피해규모와 복구작업에 따른 방사선적 영향을 고려해야 한다. 그러나, 후쿠시마 지진사고와 경주 지진사고 이후 지진과 같이 사건발생확률이 낮은(10-6 이하) 배제사건 이더라도 일반대중의 관심이 증대됨에 따라 결과의 심각성 이 크거나 인문사회적 영향을 반영하여‘what if’또는‘cliff effect’와 같은 비정상시나리오로 고려할 필요는 있다.

앞서 기술한 운영 중 사고분석 절차에 따라 잠재위험요 소로부터 발생 가능한 사건을 분류하고 위험도분석을 통해 2단계 표층처분시설에 대한 운영 중 사고분석을 수행하였다. 본 논문에서는 처분고(IVAU)에서 유발될 수 있는 위험도분 석결과를 Table 5에 제시하였다.

Table 4에서 제시한 사고분류기준에 따라 Table 5와 같이 사건유형, 발생위치, 해당 구성요소, 사건 원인 및 전개, 위험 방지대안, 발생확률 그리고, 선량평가결과에 따라 사고수준 을 분류함으로써 사고시나리오 선별에 대한 명확한 근거를 제시하였다. 설계대안과 관리대안이 있는 사건은 모두 사고 로 분류되며 이 중에서 발생확률과 평가결과의 심각성에 따 라 사고선별의 우선순위를 결정하였다. 또한, 위험도분석을 통해 사건을 일으키는 원인과 그에 따른 구성기기/계통/구 조물의 안전여유도 및 관리방안 유무를 확인할 수 있으며 사 고예방과 사고발생시 피폭을 최소화할 수 있도록 설계 보강 또는 행정적 조치(관리체계, 운영절차서 보완 등)를 개선함 으로써 안전성을 최적화 할 수 있다. 2단계 표층처분시설의 경우 사고분석결과 일반인과 작업자 모두 1 mSv를 초과하지 않는 것으로 분석되었으며[17], 이는 현재의 설계와 관리계 획으로 충분히 안전성이 확보될 수 있음을 의미한다. 그러나 설비 노후화에 따른 교체와 시설보수, 모니터링 시스템 보완 과 같이 지속적인 관리를 통해 안전성을 유지할 필요가 있다.

3.운영 중 사고시나리오의 설정

일반적으로 하나의 잠재위험요소가 바로 사건으로 이 어지거나 여러 잠재위험요소가 결합되어 하나의 사건 또는 동시다발적인 사건으로 전개되기도 한다. 2단계 중·저준 위 방사성폐기물 표층처분시설에서 고려한 사고 발생위치는 크게 처분고(IVAU), 지하점검로(IGAL), 운반경로(ORT)로 분류되며 처분고에서 고려할 수 있는 대표 사고시나리오에 는 처분고 낙하(IVAU3-2, IVAU3-4), 처분고 화재(IVAU1-1, IVAU1-2, IVAU1-3, IVAU1-4), 처분고 지진(IVAU7-1, IVAU7-1-1, IVAU7-1-2, IVAU7-1-3) 시나리오이다[17]. 대표 사고시나리오 중 처분고 지진 시나리오의 경우 지진으로 인 해 표층처분고에 적치된 폐기물포장물 손상뿐만 아니라 이 차적으로 이동형크레인 파손에 의한 화재, 낙하, 충돌 등이 동시에 발생할 가능성이 있으므로 복합적인 사건을 하나의 사고로 간주하였다.

4.결론

Safety Case 종합프로그램의 안전성확보체계에 따라 처 분시설의 운영 중 안전기능분석에 근거한 시설의 구획화, 잠재위험요소분석, 위험도분석을 통해 운영 중 대표 사고 시나리오를 도출하였으며, 사고시나리오 선별의 정당성을 확보하고자 하였다.

안전하고 지속적인 처분시설 개발을 위해서는 기술적 활 동과 관리활동이 상호 보완되어야 하며, 위험도분석에 설계 대안과 관리대안을 추가하여 설계-운영-평가가 연계되도록 하였다. 또한, 발생확률과 결과의 심각성에 따른 사고분류기 준을 제안하여 대표 사고시나리오에 대한 정당성을 확보하 였다. 이는 Safety Case 안전전략인 논증가능성, 강건성, 심 층방어, 최적화에 부합하는 것으로 계획단계, 건설단계, 운 영단계, 폐쇄후 단계로 구성된 처분시설 개발 단계별 안전성 의 최적화를 통해 신뢰성 증진에 기여할 것으로 기대된다.

그러나, 운영중안전성평가의 사건 선별을 위한 사고분석 이 객관적으로 이루어지기 위해서는 처분시설의 고유 특성 을 반영한 사건 발생빈도와 사건범위에 대한 분석결과가 필 요하며, 이는 처분시설 운영경험과 다양한 사고 시뮬레이션 및 모델링을 통해 확보해야 한다. 설계안전장치와 현장운영 활동이 사고를 효과적으로 경감시킬 수 있도록 제도화할 필 요가 있으며, 처분시설 운영으로 인한 작업자 및 일반인에 대 한 방사선적 영향의 심각성을 판단할 수 있는 규제기준이 뒷 받침될 필요가 있다. 작업자에 대한 피폭관리는 처분시설의 운영 중 철저한 감독 및 적절한 작업절차 그리고 방사선비상 계획 및 비상훈련을 통해서 사전에 예방하거나 만약 사고 시 에도 최소한의 피폭만 받도록 처분시설 운영 개시 전 모든 대 비를 완료해야 한다.