1.서론

우리나라는 중저준위방사성폐기물의 처분을 위한 경주 1단계 동굴처분시설을 운영중이며 2단계 표층처분시설의 건 설을 계획하고 있다. 향후 국내에서 발생되는 중저준위방 사성폐기물의 핵종재고량과 기존 처분시설 등의 운영여건 을 고려하여 처분시설의 효율성 증진을 위해 다양한 처분 방식이 공존하는 복합처분시설(80만 포장물)로 개발할 계획 이다[1].

중저준위방사성폐기물 처분시설의 설계와 운영을 위해 서는 처분대상 방사성폐기물의 핵종재고량이 우선적으로 규 명되어야 하며, 처분시설 운영측면에서 핵종재고량을 고려 한 방사성폐기물의 인수계획과 정치방안 설정이 필요하다.

경주 처분시설의 운영 이후 인수 합격된 방사성폐기물은 2017년 4월 기준으로 총 9,248개 포장물이며, 처분검사까지 완료된 방사성폐기물은 7,770개 포장물이다. 대부분 월성, 한빛, 한울원자력발전소에서 인수된 잡고체 폐기물이며, 방 사성동위원소(RI)폐기물, 한국원자력연구원(KAERI)폐기물 도 포함하고 있다. 처분이 완료된 방사성폐기물의 방사능량 을 기반으로 처분시설의 핵종재고량을 관리하고 있다.

향후 발생되는 방사성폐기물의 예측핵종재고량은 현재 까지 발생된 방사성폐기물의 방사능량 정보와 원자력발전소 해체를 고려한 장기발생예측량을 기반으로 예측하고 있다.

본 논문에서는 잡고체 방사성폐기물을 대상으로 전체처 분부지(80만 포장물)에 대한 장기안전성 예비평가[1]를 위해 산출된 포장물당 예측방사능량과 처분시설로 인수되어 처분 검사가 완료된 잡고체방사성폐기물의 포장물당 실제방사능 량을 비교분석 하였다.

또한, 잡고체 방사성폐기물의 예측방사능량에 대해 척도 인자에 대한 민감도분석을 통하여 준위별 농도 및 수량의 변 화추이를 분석함으로써 향후 처분시설 운영을 위한 기초자 료로 제시하고자 한다.

2.예측방사능량의 평가방법과 결과

예측방사능량은 척도인자와 DTC (Dose-To-Curie) 환산 프로그램[2]을 통해 평가하였다. DTC평가방법은 ISO [3]에서 핵종재고량 평가방법으로 감마핵종 분석방법과 함께 표준방 법으로 규정하고 있으며, 미국 DOE의 TRU폐기물의 방사능 분석 및 스페인, 핀란드에서도 DTC평가방법을 사용하고 있 다. 다만 중수로 폐수지의 경우는 방사화학분석법으로 주요 핵종의 비방사능을 구한 후 전체 폐수지가 균질하다는 가정 을 적용하여 방사능량을 예측하였다[4].

DTC환산프로그램은 방사성폐기물 포장물의 표면선량 률과 무게를 입력하면 감마핵종 존재비를 적용하여 포장물 별 개별 감마핵종의 핵종재고량이 계산되며, 그 중 감마 Key 핵종(⁶⁰Co, ¹³⁷Cs)의 척도인자를 이용하여 알파 및 베타핵종의 핵종재고량을 산출하게 된다. 산출된 개별 포장물의 무게를 나누어 비방사능량(Bq·g^-1)을 산출하고, 예측된 포장물 별 비방사능을 바탕으로 중준위방사성폐기물(이하 중준위), 저 준위방사성폐기물(이하 저준위), 극저준위 방사성폐기물(이 하 극저준위)로 분류하여 핵종재고량을 예측한다[4].

본 논문에서는 예측방사능량을 평가하기 위해 적용된 잡고체의 표면선량률 데이터는 총 40,340개(14년 12월 기 준)[5]이며, 각 드럼 당 무게에 대한 정보는 기술되어 있지 않아서 DTC 개발보고서의 기술된 잡고체방사성폐기물의 밀 도(0.8 g·cm^-3)와 200 L 드럼의 내용적(211,180 cm3)을 고 려하여 폐기물의 무게(169,000 g)[2]를 모든 폐기물 포장물에 동일하게 가정하여 개별포장물의 방사능량을 산출하였다.

예측방사능량은 원자력발전소의 호기 별로 보유하고 있는 표면선량률 데이터를 분류하여 핵종별 비방사능량 (Bq·g^-1)을 계산한 후 준위 별로 분류하고, 각 준위의 핵 종별 평균비방사능량와 방사능량(Bq)을 산출하였다. 각 발전소의 호기 별 포장물의 평균비방사능량와 방사능량은 Table 1~5와 같다.Table 2Table 3Table 4

3.실제방사능량의 평가방법과 결과

실제방사능량은 원자력안전위원회고시[6][7]에 따라 2015년부터 2017년까지 발생지 예비검사, 인수저장시설 인 수검사 그리고 규제기관 처분검사가 완료되어 현재 처분 시설에 처분되었거나 처분대기 중인 잡고체 방사성폐기물 을 대상으로 적용하였다. 중저준위방사성폐기물 시행계획 의 방사성폐기물 검사절차[8]는 Fig. 1과 같으며 월성, 한울, 한빛원자력발전소로부터 인수 후 처분검사까지 완료된 총 6,751개 포장물을 고려하였다. 예측핵종재고량의 산출방법 과 달리 개별포장물의 실제내용물의 준위별 평균무게를 고 려하여 개별포장물의 방사능량을 산출하였다[9].

예측방사능량 평가방법과 동일하게 분석된 비방사능 (Bq·g^-1)을 기준으로 준위 별 방사성폐기물을 분류하며 각 준위의 핵종 별 포장물당 평균비방사능과 방사능량(Bq)을 산출하였다. 각 발전소의 호기 별 포장물의 평균비방사능량 과 방사능량은 Table 6~10와 같다.Table 7Table 8Table 9

4.예측 방사능량과 실제 방사능량의 비교분석

Fig. 2와 Fig. 3은 각각 월성원자력발전소의 1호기 및 2 호기로 저준위에서는 예측방사능량과 실제방사능량이 유사 하게 평가되었지만 극저준위에서는 ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ⁹⁹Tc 그리고 ¹²⁹I 핵종은 예측 방사능량보다 실제 방사능량이 약간 높게 나타났다.

DTC평가방법에서는 감마핵종인 ⁵⁸Co, ⁶⁰Co, ¹³⁷Cs 그리고 ¹⁴⁴Ce의 방사능량을 기반으로 나머지 알파 및 베타핵종을 예측하는데 실제방사능량에서 높게 측정된 ⁹⁰Sr, ⁹⁹Tc, ¹²⁹I은 ¹³⁷Cs을 대표핵종으로 개별핵종의 척도인자를 반영하여 방사 능량을 예측한다. 즉 ¹³⁷Cs을 대표핵종으로 방사능량을 예측 하는 핵종들은 ¹³⁷Cs에 의해 방사능량이 결정되는데, 예측방사 능량에서는 ¹³⁷Cs의 방사능량이 낮게 평가된 것으로 분석된다.

Fig. 4에서 Fig. 8까지는 각각 한울원자력발전소 1호기, 2호기 그리고 3호기의 실제방사능량 및 예측방사능량으로 극저준위 및 저준위에 해당하는 ¹³⁷Cs에 의해 결정되는 핵종 들은 실제 방사능량이 예측방사능량보다는 높게 평가되었으 며, ⁶⁰Co에 의해 결정되는 ³H, ¹⁴C, ⁵⁵Fe, ⁵⁹Ni, ⁶³Ni, ⁹⁴Nb 그리 고 Gross a은 예측방사능량이 실제방사능량보다 높게 평가 되었다. ⁵⁸Co의 경우 다른 핵종에 비해 예측방사능량과 실제 방사능량의 차이가 크게 나타나고 있다. 이는 예측방사능량 을 산출하기 위한 적용된 DTC프로그램 내 감마핵종 존재비 중 ⁵⁸Co의 존재비가 과대평가된 것으로 판단된다. DTC프로 그램 내의 감마핵종 존재비를 산출하기 위한 시료분석시 잡 고체는 비닐, 면, 종이 세 종류의 폐기물의 방사능을 평균한 값을 적용함로써 실제방사능량과 비교시 예측 방사능량이 높게 평가되었다.

1호기와 2호기의 320 L 포장물은 초고압압축으로 일반 잡고체 2~3개가 초고압압축 포장되어 있으나, 대부분(전체 발생량의 약 99%) 초고압압축 포장물은 2개의 포장물이 포 장되므로 예측방사능량에서는 200 L 포장물 2개가 반영된다 고 가정하여 200 L 포장물의 2배의 방사능량을 적용하였다.

Fig. 9에서 Fig. 11까지는 각각 한빛원자력발전소 1호기, 2호기 그리고 3호기의 실제방사능량 및 예측방사능량으로 저준위는 대체적으로 예측 방사능량이 실제 방사능량보다 높게 평가되었으며, 극저준위의 경우 2호기를 제외한 1호기, 3호기에서는 예측 방사능량이 실제 방사능량보다 높게 평 가되었다.

잡고체에 국한되어 분석되었지만, 저준위에서는 예측방 사능량이 실제방사능량보다 높게 평가되었다. 극저준위에 서는 ¹³⁷Cs에 의해 결정되는 ⁹⁰Sr, ⁹⁹Tc, ¹²⁹I핵종은 실제방사 능량이 예측 방사능량보다 높게 평가되었으며, 나머지 핵 종은 예측방사능량이 실제방사능량보다 높게 평가되었다. ⁵⁸Co의 경우 한울원자력발전와 동일한 이유로 예측방사능량 이 실제방사능량보다 높게 평가되었다. 중준위는 적용된 실 제방사능량 데이터가 존재하지 않아서 배제하였다.Fig. 4Fig. 5Fig. 6Fig. 7Fig. 8Fig. 9Fig. 10Fig. 11

5.예측방사능량의 민감도분석

잡고체의 실제방사능량과 예측방사능량의 분석결과를 기반으로 DTC 평가방법 척도인자의 영향력을 파악하기 위 해 예측방사능량 산출 시 적용한 원자력발전소의 운영폐기 물 정보에 대해 척도인자 민감도분석을 수행하였다. 예측방 사능량을 산출하기 위해 반영된 표면선량률 데이터(40,337 개)[8]를 바탕으로 척도인자 변화에 따른 준위 별 수량 및 총방사능량의 비율변화를 분석하였다. 고화형태에 따라 경 수로의 일반잡고체와 차폐잡고체, 중수로의 일반잡고체와 차폐잡고체를 고려하였다. 척도인자는 주기적으로 갱신이 필요하며 발전소 운전조건 및 다양한 요인에 의한 불확실성 이 존재하므로 척도인자의 적용범위를 0.2배부터 1.8배까지 순차적으로 적용하며 경향을 분석하였다.

분석결과 총방사능량이 1.00×10⁵~1.00×10¹⁵ Bq 범위 에 고르게 분포하며, 대체적으로 1.00×10⁵~1.00×10⁸ Bq은 극저준위, 1.00×10⁸~1.00×10¹¹ Bq은 저준위, 1.00×10¹¹ Bq 이상은 중준위에 해당하였다. 척도인자에 0.2배 적용 시에는 1.00×10⁶~1.00×10⁸ Bq 범위에 전체수량의 50%이상이 분포하 며, 1.8배 적용 시에는 총방사능량이 1.00×10⁷~1.00×10⁹ Bq 범위에 분포하였다.

현재의 척도인자는 Table 11과 같으며 현재의 척 도인자를 적용시 극저준위는 18,491개(45.8%), 저준위 20,054(49.7%), 극저준위 1,792(4.4%)에서, 0.2배 적용 시의 극저준위 범위의 수량은 26,748개(66.3%), 저준위는 13,201개(32.7%), 중준위는 388개(1%)가 분포하였으며, 1.8배로 적용시에는 극저준위가 14,645개(36.3%), 저준위 는 23,114개(57.3%), 중준위는 2,578(6.4%)개로 분포가 변화하였다. 준위 별 총 수량의 변화는 Fig. 12와 같으며, 준 위별 비율은 Fig. 13와 같다.

고화형태에 따라 잡고체는 4개의 형태로 구분되며 경수 로의 일반잡고체(32,831개)의 경우 현재의 척도인자 적용 시 극저준위 8,999개(27.41%), 저준위 23,823개(72.56%), 중준위 9개(0.03%)에서, 0.2배 및 1.8배 척도인자 적용 시 극저준위는 17,962개(54.71%)에서 4,981개(15.17%)로 감 소하였으며, 저준위는 14,869개(45.29%)에서 27,831개 (84.77%)로 증가하고, 중준위 0(0%)개에서 19개(0.06%)로 증가하였다.

경수로의 차폐잡고체의 경우 현재의 척도인자를 적용 시 저준위 1,032개(65.86%), 중준위 534개(34.08%)에서, 0.2배 및 1.8배 척도인자 적용시 저준위는 1,460개(93.17%)에서 781개(49.84%)로 감소하였으며, 중준위는 97개(6.19%)에서 786개(50.16%)로 증가하였다.

중수로 일반잡고체의 경우 현재의 척도인자를 적용 시 극 저준위는 183개(3.1%), 저준위는 4,867(82.51%), 중준위는 849개(14.39%)에서, 0.2배 및 1.8배 척도인자 적용 시 저준 위는 4,354개(7.81%)에서 4,556개(77.23%)로 증가하며, 중 준위는 87개(1.47%)에서 1,315개(22.29%)로 증가하였다. 중수로 차폐잡고체의 경우 대부분 중준위에 해당되기 때문 에 수량변화의 차이는 거의 없었다.

다른 방사성폐기물의 종류는 기하평균과 선형회귀를 모 두 적용하지만 잡고체의 경우 대부분의 핵종을 기하평균으 로만 산출되기 때문에 준위 별 수량변화에 비해 총방사능량 의 변화폭은 크지 않았다.

6.결론 및 향후계획

경주 중저준위방사성폐기물 처분시설은 2014년 12월에 사용전검사 합격한 뒤 처분시설 사업개시 이후로 2015년부 터 폐기물 인수검사 및 처분검사를 거쳐 방사성폐기물을 처 분하고 있다.

본 연구에서는 2015년부터 2017년 2차까지 처분검사가 완료된 원자력발전소(월성, 한울, 한빛) 잡고체에 대하여 전 체처분시설 종합개발계획을 위해 예측 방사능량과 실제로 처분검사를 통해 취득한 실제 방사능량을 비교분석하였다.

분석결과 극저준위에 해당하는 폐기물 경우 ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ⁹⁹Tc 그리고 ¹²⁹I에서는 실제방사능량이 예측방사능 량보다 높게 평가되었으며, 저준위에 해당하는 폐기물은 예측방사능량이 실제방사능량보다 높게 평가되었다. 높은 준위의 예측방사능량이 실제방사능량보다 높게 평가된 이유 는 예측방사능량을 평가시 적용한 DTC평가방법과 척도인자 의 보수성에 의한 것으로 판단된다.

한울 및 한빛원자력발전소의 ⁵⁸Co 경우 실제방사능량과 예측방사능량의 차이도 DTC평가방법에 적용되는 감마핵종 존재비에 의한 영향으로 판단된다. 특히 실제방사능량을 평 가할 때는 해당포장물의 개별핵종의 비방사능(Bq·g^-1)을 기반으로 준위별로 분류한 후 준위별 포장물의 실제 평균무 게를 적용하였으나, 예측방사능량은 준위별 포장물의 무게 를 설계값으로 적용함으로써 예측방사능량에 적용된 무게가 실제 포장물의 무게보다는 크게 적용되어 예측방사능량이 실제방사능량보다 높게 평가되었다.

추가적으로 예측방사능량을 산출 시 적용한 표면선량률 데이터를 바탕으로 척도인자에 대해 민감도 분석을 수행한 결과, 척도인자가 커질수록 높은 준위의 수량이 증가하였지 만 DTC평가 방법 중 기하평균을 사용하는 잡고체에서는 총 방사능량 측면에서는 큰 증가폭은 나타나지 않았다.

처분시설의 안전한 운영을 위해서는 실제 인수된 방사성 폐기물의 방사능량과 예측폐기물의 방사능량 비교분석을 통 해 방사능량을 반영한 폐기물 인수 및 처분계획이 수립되어 야 하며, 비교결과를 바탕으로 안전성 측면에서 큰 영향을 끼 치는 폐기물 및 핵종에 대해서는 사전 관리를 통하여 방사능 량 저감기술 개발이나 포장물의 개선 등 처분시설의 안전성 증대를 위한 방법을 강구할 필요성이 있다.

본 연구결과는 향후 인수될 원자력발전소 잡고체의 방 사능량 검증을 위한 기초자료 및 잡고체의 척도인자 선정을 위한 자료로 활용될 것이며, 처분시설의 안전한 운영과 처분 시설 안전성 최적화를 위한 Safety Case 구축에 기여할 것으 로 판단된다.

향후 추가적으로 인수되는 폐기물에 대해 지속적인 모니 터링을 통해 관리할 것이며, 다른 종류의 폐기물의 방사능량 도 처분시설로 인수가 이루어질 때마다 지속적으로 관리하 면서 검증할 계획이다.