피폭방사선량을 고려한 원전 내 대형금속폐기물 최적 관리방안 연구

국문 초록 (Abstract)

원자력발전소에서 발생 할 수 있는 대형금속폐기물로는 운영 중 부식 등 성능 저하에 따라 교체가 되어 발생하는 증기발생기, 원자로 헤드 및 가압기 등이 있다. 또한 해체를 수행함에 따라 운영 중 발생하지 않았던 다른 형태의 대형금속폐기물로서 원자로 압력용기 및 방사화 된 금속폐기물 등이 발생하게 된다. 현재 국내의 대형금속폐기물은 기기 노후와 안전을 위해 교체된 증기발생기 및 원자로 헤드 등이 발생되어 있다. 이렇게 발생된 대형금속폐기물에 대한 처분은 원형 그대로 직접 처분하는 방식과 처리 과정을 통한 후 처분하는 방식으로 구분된다. 국외의 경우 각 국가별 상황에 따라 적절한 방식을 선택하여 처리 및 처분을 수행하고 있다. 국내 원자력발전소에서 발생된 대형금속폐기물에 대한 처리/처분 방식이 정해져 있지 않은 실정이다. 현재까지 발생된 대형금속폐기물에 대해서는 원자력발전소 부지의 임시저장시설에서 저장 후 관리되고 있다.

원전 해체에 대한 많은 관심을 갖고 해체와 관련된 연구 등에 대해서 다양한 연구가 진행되어 왔지만, 대형금속폐기물과 관련한 처리/처분에 대한 방사선영향평가에 대한 체계적인 연구는 많지 않은 실정이다. 이러한 상황에서 앞으로 고리 1호기를 시점으로 많은 해체 원전이 발생하게 되면 그에 따라 대형금속폐기물도 많은 양이 발생할 것이다. 이에 현재까지 발생한 대형금속폐기물 및 해체 시 발생할 폐기물의 처리 및 처분 방법에 대한 시나리오를 선정하여 대형금속폐기물의 방사선영향 측면에 대한 연구를 진행하고자 한다. 원자력 발전소 운영 중 및 해체 시 발생하는 대형금속폐기물에 대한 피폭방사선량을 평가하기 위해서 처리 및 처분 과정에 따라 발생 할 수 있는 시나리오를 선정할 필요가 있다. 선정된 시나리오를 바탕으로 피폭방사선량을 평가하기 위한 방법론을 선정하고 그에 따른 결과 값을 분석한다.

본 연구에서 평가하기 위한 대형금속폐기물로 증기발생기를 선정하였다. 평가 대상물인 증기발생기의 주요 오염부위는 세관 부분에 집중 되어 있어 세관과 동체에 대해서 오염 부위를 분리하여 평가를 하는 것이 평가 대상물의 특성을 고려한 분석이 가능하지만, 현재 확보한 자료의 한계로 인해 본 연구에서는 세관과 동체에 대해 구분하지 않고 동일하게 오염이 되었다고 가정을 하였다.
피폭방사선량 평가를 위해서 선정한 방사선원항은 1988년 고리1호기 증기발생기 교체 당시 측정한 데이터를 이용하여 본 연구에 적용하였다. 대형금속폐기물의 운반물의 방사성물질 한도량에 따라서 운반에 대한 제약을 받을 수 있기 때문에 이와 관련된 국내 규제를 확인할 필요가 있다. 증기발생기의 소외 운반 시에는 증기발생기 자체를 IP형 운반물로 규정할 경우 아래와 같이 제시된 원자력안전위원회규칙 제4호, “방사선 안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙” 제91조 제2항을 만족해야 한다. 증기발생기로부터 3m 떨어진 지점에서의 방사선량률을 구하였다. 고리 1호기의 선원항을 기준으로 원자력안전위원회규칙 제4호, “방사선 안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙” 제91조 제2항 1조에 따라 운반물의 방사성물질이 저준위 비방사능물질인 경우 저준위 비방사능물질이 차폐되지 아니한 상태에서 당해 운반물로부터 3m 지점의 방사선량률이 3.98E-03mSv/hr로 기준인 10mSv/hr를 초과하지 않기 때문에 해당 증기발생기의 소외 운반 기준을 만족하였다.

핵종별 작업자에 미치는 영향을 평가하기 위하여 선정된 선원항에 대하여 단위 방사능에 대한 영향을 RESRAD-RECYCLE을 사용하여 평가하였다. 핵종별로 지배적인 피폭경로는 처리 작업 별로 상이하게 나타났으며, 특정 작업자에 대해서 영향을 미치는 핵종은 다음과 같다. 54Mn은 슬래그 작업자, 60Co는 용융로 작업자, 65Zn은 분진여과기 작업자, 106Ru는 용융로 작업자, 144Ce는 슬래그 작업자에 많은 영향을 미치는 것으로 확인 되었다.

본 연구에서 제시하고 있는 시나리오 중 피폭방사선량측면에서 최적 집단 선량 측면에서 최적 시나리오를 선정한다면, 절단 처리 후 처분을 하는 시나리오의 경우는 육상 운반 보다 해상 운반을 통한 시나리오를 선정하는 것이 좋아 보이며, 용융 처리 후 처분을 하는 시나리오의 경우는 육상 운반과 해상 운반의 차이가 절단 처리에 비해 크지 않으나 해상을 통한 운반의 경우가 육상 운반에 비해 조금이라도 피폭방사선량 측면에서 좋은 시나리오로 보인다. 절단과 용융의 처리 방식에 대해서는 처분 비용과 관련이 많기 때문에 비용 평가에 따라 시나리오 선정을 할 수 있을 것으로 예상된다.


처리 작업자의 증기발생기 1대의 처리 과정에서 최대 피폭방사선량을 받는 작업자는 용융로 운전자가 연간 30.5mSv의 피폭방사선량을 받는다. 이는 방사선종사자의 연간 최대 피폭방사선량 연간 50mSv보다는 낮지만 5년간 100mSy를 기준으로 연간 평균 20mSv로 계산할 경우 과도한 피폭방사선량으로 판단된다. 이는 증기발생기 1대를 처리하는 경우로 추후 대형금속폐기물을 처리할 때는 연간 1대 이상 작업을 할 수 있기 때문에 증기발생기에 대해서 제염을 수행하거나, 작업자의 처리 과정에서의 인원을 늘리거나 작업 시간을 조절 또는 차폐를 통하여 피폭방사선량을 관리할 필요가 있을 것으로 보인다.

대형금속폐기물의 처리 방식과 재활용 및 처분에 대한 결정을 설정하기 위해서는 해체, 운반, 처리, 중간저장 및 처분 등의 단계별로 타당성을 분석할 필요가 있다. 이러한 타당성 분석을 위한 평가는 각 단계별 주요 평가 요소 등에 대해서 검토 등을 수행하여 적절한 처리 방식 및 처분 단계를 선정하게 된다. 이에 본 연구에서 제시하고 있는 대형금속폐기물 처리 및 처분 과정에 대한 11가지로 시나리오에 대하여 아직까지 정해져 있지 않은 처리 및 처분 과정에 대한 최적화 관리 방안을 선정하기 위한 기초 자료로서 사용 될 것으로 예상된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 국내 현황 2
• 1.2. 해외 대형금속폐기물 관리 현황 5
• 1.2.1. 미국 6
• 1.2.2. 독일 7
• 1.2.3. 프랑스 8
• 1.2.4. 스페인 8
• 1.2.5. 벨기에 9
• 1.2.6. 스웨덴 10
• 1.3. 연구 목적 11
• 2. 본론 12
• 2.1. 시나리오 선정 13
• 2.2. 평가대상 선정 16
• 2.3. 방사선원항 18
• 2.4. 방법론 24
• 2.4.1. RADTRAN 24
• 2.4.2. RESRAD-RECYCLE 34
• 2.5. 비용 평가 38
• 2.5.1. 재활용 및 재이용 시나리오 39
• 2.5.2. 금속 방사성 폐기물 재활용 시나리오 비용평가 41
• 3. 결과 및 분석 50
• 4. 결론 67