방사성 폐기물 처리에 관해

안녕하세요 @chosungyun입니다.
원자력시설에서 발생하는 폐기물을 환경과 사람으로부터 방호하기 위해서 경우에 따라 폐기물을 적절히 처리하고 처분합니다. 그래서 저번 포스팅에서는 법적으로 어떻게 폐기물을 분류하는지 알아보았습니다. 오늘은 처분에 들어가기까지 어떻게 처리하는지 알아보겠습니다.

폐기물은 기체/액체/고체의 형태로 생성됩니다.

방사성 기체폐기물 처리

원자력시설은 작업을 통해 폐기물이 발생하는데 이때 기체 방사성 물질이 먼지, 분진 등의 형태로 발생할 수 있습니다. 양이 미미하다면 큰 영향이 없겠지만 환경 속으로 누출되는 것은 감시/관리 대상이 됩니다. 우선, 분진과 같이 필터로 제거할 수 있는 경우는 필터를 사용해 제거하고 필터의 효율성을 위해 전단 필터를 사용해 비교적 큰 입자를 제거하고 0.3 마이크로미터 이상의 입자를 99.97% 이상 제거할 수 있는 HEPA 필터를 사용해 제거합니다.
또한, 주로 사용하는 방법 중에 하나는 투과지연 방법을 사용합니다. 반감기가 짧은 핵종의 경우는 활성탄흡착체 등을 이용해 지나가는 방사성핵종을 흡착해 투과를 지연시키고 충분히 붕괴된 후 방사선 감시를 통해 확인 후 방출하는 방법을 사용합니다.
이외에도 액화증류법, 용매흡수법, 격막법, 열확산법 등의 여러 방법을 통해 공기 중의 방사성핵종을 제거하고 자연으로 내보내는 것을 방지합니다.

방사성 액체폐기물 처리

원자력시설은 작업 후에 나오는 방사성 폐액을 처리하기 위해 일반 하수처리와는 별도로 처리시설을 가져야 합니다.
최종적으로 방사성핵종은 처분을 하고 그 외에 발생하는 비방사성 폐액은 희석을 통해 주변 환경을 방출하게 됩니다. 이를 위해 여러 처리 과정이 있습니다.
농축, 증발, 저준위 방사성폐액 등을 희석법을 사용해 방사성 농도가 법적 기준히 이하로 낮아졌을 때 주변 환경으로 방출하는데 이때 희석시에 단순히 물만 사용하기보다는 화학형이 동일한 비방사성동위원소체를 같이 사용해 희석 후 방출합니다.
이를 위해서는 방사성 폐액을 우선 고농축 시켜 고농도 폐액과 저농도 폐액으로 분류하여야 합니다.
그래서 농축법, 응집침전법, 증발농축처리법, 이온교환처리법 등을 사용합니다.
이런 여러 방법은 어떻게 처리하냐에 따라 다릅니다. 또한 제염계수가 크게 다릅니다.
제염계수란 처리 전 농도에 비해 처리 후 방사성 핵종의 농도가 얼마인지를 나타내는 값으로 클수록 처리 후 방사성 핵종 농도가 커지기 때문에 고농축을 시킨다는 뜻으로 제염계수가 클수록 높은 효과가 있는 처리 방법입니다.
또 고려할 특징은 감용비입니다. 감용비란 처리 전 부피에 대해 처리 후 부피를 나타내는 값으로 감용 효과가 크다는 것은 부피가 그만큼 작다는 것이고 처분에 대한 부담이 줄어듭니다.
이 두 가지를 보았을 때 증발농축처리 방법이 가장 좋지만 모든 처리법이 장단점이 있습니다. 예로 증발농축처리는 제염계수도 가장 크고 감용 효과도 크지만 방사성핵종이 승화성물질일 경우 처리에 문제가 발생합니다. 따라서 상황에 따라 여러 처리방법이 사용이 됩니다.
이렇게 농축된 폐액은 처분을 위해서 고체 폐기물로 만들기 위한 고화 작업을 진행합니다.

방사성 고체폐기물 처리

방사성 고체폐기물은 적절한 처리를 통해 처분장에 보관됩니다. 이때 처분장에서 제한하는 인수조건인 여러 조건을 충분히 만족한 고체폐기물만 처분이 가능합니다.
농축된 액체 폐액은 액체 상태이기 때문에 드럼에 넣어 고화하여 처분하게 됩니다. 그런데 필터, 작업복, 원전해체로 발생하는 폐기물 등 고체 상태의 폐기물은 부피가 커 부피를 줄이기 위한 처리를 하여야 합니다. 그래서 소각을 하거나 압축 처리하여 부피를 줄입니다.
이후에 시멘트 고화, 아스팔트 고화, 유리고화 등이 있습니다.
흔히 중저준위 폐기물 처리에 사용하는 시멘트 고화는 교반 방법에 따라 드럼밖 혼합, 드럼내 혼합으로 나누어 지고 드럼밖 혼합과정이 더 균일하게 드럼에 충전되는 장점이 있습니다.
이외에도 사용후 핵연료의 고화 처리를 위해서는 유리고화 방법을 사용해 유리와 함께 적절한 처리를 거친 핵연료 폐기물을 용융시켜 고화 처리 합니다.

고화처리가 끝난 폐기물 드럼은 육상운반, 해상운반 등을 통해 처분장으로 옮겨 보관하게 됩니다.

기체, 액체, 고체 방사성 폐기물의 처분은 결국 최종 상을 고체의 상으로 만들되 방사성 폐기물로 처분할 필요가 없는 일반 폐기물을 최대한 제거하여 용량을 줄이는 것이 주목표입니다.
하지만, 이런 방법은 처분에 대한 부담을 줄여줄 뿐 실제 폐기물을 없애주지는 못합니다.
방사성 폐기물은 방사성 핵종으로서 반감기를 가지고 이 반감기를 보통 7번정도 지나야 방사성을 거의 잃어버린다고 할 수 있습니다. 따라서 긴 시간 동안 방사선을 내기 때문에 관리를 해야 합니다. 따라서 지금도 그렇고 앞으로도 그렇고 방사성핵종의 반감기를 단축시켜 빨리 붕괴시키기 위한 연구들이 진행되고 있습니다. 예를 들어 가속기를 사용해 중성자과잉핵종으로 방출되는 핵분열생성물에 양성자를 조사시켜 안정핵종으로 변환시키는 연구가 있습니다. 또한 언제가 될지 모를 미래에는 우주시대가 열리면서 우주 엘리베이터와 같은 이동수단이 보편화된다면 폐기물을 버리는 것에 대한 부담이 크게 줄어들 것입니다.
하지만, 이런 전망들은 비용적인 부분을 해결할 수 있어야 사용가능 할 것입니다.

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“해당 포스팅에 사용한 이미지의 출처는 구글이미지입니다”