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방사성폐기물은 폐기물의 종류와 특성에 따라 적절한 처리를 하여 부피를 감소시키고 안정한 형태로 전환시킨다. 이와 같이 감용 안정화된 폐기물은 탄소강 드럼등의 포장용기에 넣어 발전소 부지내 저장고에 임시저장한 후 궁극적으로는 영구처분하게 된다. "영구처분"이라 함은 방사성폐기물을 회수할 의도없이 인간의 생활권으로부터 영구히 격리하는 것을 말한다.(원자력안전법 시행령 제2조). 즉, 처분의 목적은 처리된 방사성폐기물은 그 유해기간동안 생태계로부터 격리시켜, 인간 및 자연환경이 방사성폐기물에 의한 위해를 받지 않도록 하는 것이다.
위와 같은 처분의 목적을 만족시키기 위해 현재까지 제안되고 있는 처분방법은 폐기물을 격리시키는 장소가 어딘가에 따라 남극 대륙 등에의 극지처분, 지구 밖 외계로의 우주처분, 해저 지층에의 처분, 육지 처분, 해양처분 등으로 나눌 수 있다. 극지처분, 우주처분, 해저처분 및 해양처분은 그 장점들이 있으나, 국제적인 규제와 기술적인 불확실성 등이 큰 단점으로 지적되며, 현재로서는 육지처분 방법만이 IAEA 및 원자력에너지 사용의 선두 주자들인 선진국가들에 의해 안정적으로 시행되고 있다.
특히 해양처분은 중저준위 방사성폐기물을 심해저에 투기처분하는 것으로서, 해양 오염을 방지하기 위한 런던협약으로 규제되고 있으며, 우리나라의 경우도 원자력안전법 제70조(방사성폐기물의 처분제한) 제1항에 의해 누구든지 방사성폐기물을 해양에 투기하는 방법으로 처분할 수 없도록 하고 있다.
육지처분은 방사성 폐기물을 지하 매질내에 격리시키는 방법으로서 일반적으로 천층처분과 심층처분으로 구분될 수 있으며, 국내에서는 원자력안전법 제70조(방사성폐기물의 처분제한)에 의거 천층처분과 심층처분으로 구분하되 천층처분에는 동굴처분을 포함하는 것으로 규정하고 있다.
방사성폐기물의 영구처분에 기인한 방사선적 영향은 원자력발전소나 그 밖의 원자력 관계시설과는 다르게 극히 긴시간에 미칠 가능성이 있으므로 방사선의 영향으로부터 현재 및 미래에 인간 건강과 환경을 보호하여야 한다는 원자력 시설 모두에 해당하는 원칙이외에 후세대에 불합리한 부담을 주지 않아야 한다는 방사성폐기물 처분 특유의 원칙을 국제적으로 규정하여 고려하고 있다.
국내에서도 방사선방호에 대한 국제원칙으로서 처분으로 인한 방사선 피폭을 경제적·사회적 요인들을 감안하여 합리적으로 달성 가능한 한 낮게 유지하도록 하며(방호의 최적화). 현재 허용되지 않는 준위의 방사선영향이 장래에 넘겨지지 않도록 개인의 방사선피폭은 설정된 제한치를 초과하지 않도록(개인선량 또는 리스크의 제한) 하고 있다.
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