고리1호기 원자로헤드 해체 시 작업자 피폭선량 및 비용 평가를 통한 방호 최적화에 관한 연구 = A Study on the Optimization of Radiation Protection through the Evaluation of Worker Dose and Decommissioning Cost for the Kori-1 Reactor Vessel Head

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 고리1호기 폐 원자로헤드를 대상으로 해체과정에서의 작업자 피폭선량과 해체 비용을 정량적으로 평가하여 방사선방호 측면에서 최적의 해체 전략을 도출하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 실제 형상을 기반으로 Fusion360을 이용해 3D 모델을 구축하고, DEMplus 시뮬레이션을 활용하여 제염, 절단 방식, 해체 시기, 원격 절단 적용 여부 등 다양한 조건의 해체 시나리오를 비교·분석하였다. 기준 시나리오에서는 수동 절단 시 개인 피폭선량이 45.38 mSv로 나타나 국내 사업자 기준(20 mSv)을 초과하였으나, 절단 공정을 원격 로봇 절단으로 변경할 경우 집단선량이 약 95.9% 감소하고 개인 피폭선량도 1.66 mSv 수준으로 저감되었다. 해체 시점을 15년 및 20년 후로 지연하면 방사능 감쇄 효과는 있었으나, 장기 보관 비용을 고려하면 조기 해체 대비 경제적 이점은 제한적이었다. 또한 제염 공정 강화는 절단 방식에 따라 효과가 상이하여, 수동 절단 시 추가 제염은 경제성과 방사선방호 측면 모두에서 유효했으나 원격 절단 시에는 추가 비용 대비 이점이 크지 않았다. 본 연구는 시나리오별 피폭·비용·작업시간을 종합적으로 검토하여 원자로헤드 해체의 최적화된 실행 전략을 제시하였으며, 향후 국내 원전 해체 현장에서의 방사선방호 및 의사결정 지원에 활용될 수 있는 기초자료를 제공한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study aims to establish an optimized decommissioning strategy for radiation protection by quantitatively evaluating worker radiation dose and decommissioning costs for the dismantling of the Kori-1 reactor vessel head. A three-dimensional model was developed using Fusion360 based on the actual geometry of the reactor vessel head, and various decommissioning scenarios were analyzed using the DEMplus simulation tool, considering factors such as decontamination, cutting methods, decommissioning timing, and the application of remote cutting. In the baseline scenario, manual cutting resulted in an individual dose of 45.38 mSv, exceeding the operator’s internal limit of 20 mSv; however, replacing manual cutting with remote robotic cutting reduced the collective dose by approximately 95.9%, with the individual dose decreasing to 1.66 mSv. Although delaying dismantling by 15 or 20 years produced additional dose reduction due to radioactive decay, its economic benefit was limited when accounting for long-term storage costs. Strengthening decontamination procedures showed varying effectiveness depending on the cutting method: additional decontamination was beneficial for manual cutting in terms of both radiation protection and cost-effectiveness, whereas the advantage was minimal for remote cutting due to increased decontamination costs. This study provides an optimized execution strategy by comprehensively evaluating dose, cost, and work time across scenarios, offering practical reference data to support radiation protection and decision-making in future reactor vessel head decommissioning projects in Korea.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 연구 목표 2
• 1.3. 연구 내용 3
• 2. 국내외 대형금속 방사성폐기물 처리 현황 4
• 2.1. 국내 원자력발전소 해체 현황 4
• 2.1.1. 해체 정의 4
• 2.1.2. 해체 단계 4
• 2.2. 국외 원자력발전소 해체 성공사례 5
• 2.2.1. 미국 6
• 2.2.2. 프랑스 6
• 2.2.3. 독일 7
• 3. 원자로헤드 역할 및 국내 폐 원자로헤드 보유 현황 9
• 3.1. 원자로헤드의 구조적 특성 및 역할 9
• 3.2. 국내 원자로헤드 교체 및 폐 원자로헤드 보유 현황 9
• 3.3. 고리1호기 폐 원자로헤드의 물리적 특성 10
• 4. 원자로헤드 해체 11
• 4.1. 원자로헤드 해체 시 고려사항 11
• 4.1.1. 해체 장소 11
• 4.1.2. 해체 방법 12
• 4.1.3. 작업자 피폭 최소화 방안 14
• 4.1.4. 제염 15
• 4.1.5. 절단 방법 15
• 4.2. DEMplus 소개 20
• 4.3. DEMplus 프로그램을 위한 초기 입력변수 설정 20
• 4.3.1. 원자로헤드 3D 모델 설계 데이터 생성 20
• 4.3.2. 원자로헤드 선원항 22
• 4.3.3. 방사성폐기물 24
• 4.3.4. 원자로헤드 절단 방법 26
• 4.3.5. 거리별 피폭선량 27
• 4.3.6. 대형기기 종합처리시설 27
• 4.4. 시뮬레이션 수행 결과 29
• 4.4.1. 원자로헤드 해체를 위한 고려사항 및 시뮬레이션 적용 인자 29
• 4.4.2. 해체 시나리오별 작업자 피폭선량 및 비용 평가 36
• 5. 결론 45
• 참고문헌 48
• Abstract 51