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고준위 핵폐기물 처리 '난제' 풀 실마리 찾았다

‘이달의 과학기술인상’ 이창수 원자력연구원 박사

과기정통부·한국연구재단·서울경제신문 수여

방사성폐기물 처리장 성능 평가에

복합 거동 예측 시스템 단점 보완

기존 면적 3분의1로 줄인 설계안

원자력연구원 지하처분연구시설에서 이창수(가운데) 선임연구원 등 저장처분기술관리부 연구원들이 In-DEBS 모델을 보며 심층 처분 개념 모식도를 구상하고 있다.




원자력연구원 저장처분기술관리부 연구원들이 원내 지하처분연구시설에서 단체로 파이팅을 외치고 있다.


차기 윤석열 정부가 문재인 정부의 탈원전·감원전 기조에서 벗어나기로 하면서 고준위 방사성폐기물 처리 문제에 대한 해법이 더욱 절실해졌다. 2015년 본격 운영에 들어간 경주 방사성폐기물처리장은 원자력발전소와 병원 방사선 시설 등에서 사용한 장갑이나 부품 등을 처리하는 데 그친다. 방사성물질 함유량이 적은 중저준위 폐기물이 대상인 것이다. 그럼에도 당시 경주 방폐장을 건설하기까지 이른바 ‘위도 사태’ 등 사회적 갈등이 매우 컸다.

과학기술정보통신부가 주최하고 한국연구재단과 서울경제신문이 공동 주관하는 ‘이달의 과학기술인상’ 4월 수상자인 한국원자력연구원 저장처분기술관리부의 이창수(43) 박사는 지하 수백 m 깊이 암반에 고준위 방사성폐기물을 저장할 때 성능 평가를 잘 하면서도 처분장 면적을 크게 줄인 설계안을 내놓았다. 경주 방폐장에서 중저준위 방사성폐기물을 드럼통에 넣어 지하 80~130m의 암반 동굴 내 콘크리트 구조물에 영구 저장하는 것처럼 고준위 방사성폐기물을 안전하게 보관할 수 있는 단초를 찾은 것이다.

심층 처분 방식으로 고준위 방사성폐기물을 영구 격리하려면 폐기물의 붕괴열에 의한 처분 시스템 온도 변화와 지하수 유입, 폐기물을 감싼 완충재의 포화도 변화 등을 종합적으로 고려해야 한다. 처분장 주변 암반과 공학적 방벽에서의 열-수리-역학적 복합 거동을 정밀하게 예측해 설계·운영의 신뢰성과 안전성을 확보해야 하는 것이다.



이 박사 연구팀은 선진국에서 개발해온 기존 심층 처분 시스템 복합 거동 예측 시뮬레이터들의 단점인 긴 해석 시간을 단축하고 효율성을 높인 열-수리-역학적 복합 거동 병렬 해석 시뮬레이터를 자체 개발했다. 그는 “지하 수백 m 암반에 고준위 방사성폐기물 처분장을 건설, 운영하기 위해서는 10만 년 동안의 안전성 확보가 필요하다”며 “처분장에서 예상되는 THM 복합 거동을 분석하고 예측할 수 있는 전산 시스템이 필요하다”고 설명했다.

병렬 해석 기법을 통한 고준위 방사성폐기물 처분 시스템의 THM 복합 거동 해석 시뮬레이터


연구팀은 원자력연구원 지하처분연구시설(KURT)에서 절반 규모의 현장 시험을 5년간 수행하고 현장 시험 데이터를 기반으로 국내 적용성을 평가해 10만 년 동안 처분 시스템의 성능이 유지되는 것을 확인했다. 그는 “국내 암반과 벤토나이트 완충재에도 적용 가능한지 평가하기 위해 원자력연구원 내 KURT에서 이뤄진 국내 처분 시스템의 THM 복합 거동 특성 규명 현장 시험(In-DEBS)을 분석했다”며 “한국형 기준 처분 시스템에 적용해 처분장에서 10만 년 동안 예상되는 THM 복합 거동 특성을 해석해 그 성능이 유지되는 것을 알 수 있었다”고 밝혔다. 이 해석 시뮬레이터는 미국 로렌스버클리국립연구소(LBNL)의 젠스 버크호울저 박사 등 14개국 52개 기관 연구팀이 참여한 국제 공동 연구 데코발렉스의 검증을 거쳤다. 이 기술은 스위스와 스페인 처분 실증 시험 분석에 적용됐다. 일본의 요청으로 처분 시스템 실증 시험 분석 공동 연구도 진행 중이다.

연구팀은 자체 개발한 수치 모델과 해석 시뮬레이터를 활용해 고준위 방사성폐기물 처분장 면적을 기존에 나온 기술에 비해 3분의 1까지 줄일 수 있는 다층 처분장 설계안도 제시했다.
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