동위원소폐기물 처분방법  
   
 
 
  1. 개요

방사성동위원소는 1901년부터 사용되기 시작했으며 1940년까지는 주로 라듐선원을 의약품으로 사용하였다. 이후 밀봉선원의 종류와 수량은 비약적으로 증가하였으며, 사용되는 방사성핵종의 종류 또한 크게 증가되었다. 현재 방사성동위원소는 의료, 연구, 산업, 농업분야뿐만 아니라 다양한 소비재(Consumer Products)에도 이용되고 있다.

산업용 방사선촬영장치와 방사선조사기를 제외한 대부분의 선원은 물리적인 크기가 작다. 밀봉선원에 저장된 방사성핵종은 그 이용 목적에 따라 다양하다. 예를 들어, 조사장치에 사용되는 밀봉선원은 대부분 Co-60, Cs-137이며, 동력원으로 사용되는 밀봉선원은 Pu-238이 대부분이고, 중성자선원으로는 주로 Am-241이 사용되고 있다. 과거에는 Ra-226이 의료용으로 가장 널리 사용되었기 때문에 전세계적으로 라듐바늘 저장시설이 폭넓게 운영되고 있다.

대부분의 밀봉선원의 물리적인 크기가 작음에도 불구하고 많은 선원은 높은 방사능 준위를 갖고 있다. 산업계와 의료계에서 사용되는 선원은 일반적으로 수 GBq 내지 PBq 수준의 방사능을 함유하고 있다. 이들 선원에서는 상당히 강한 방사선이 방출되고 있으며, 따라서 안전한 사용, 취급, 운반 및 저장을 위해서는 철저한 차폐기능이 확보되어야 한다. 이러한 선원을 부적절하게 관리할 경우 안전성 측면에서 심각한 문제를 야기할 수 있으며 특히 선원을 함유한 산업용 또는 의료용 장치가 분실되거나 부주의하게 유기될 경우에는 큰 문제를 유발하게 된다. 실제 전세계적으로 많은 나라에서 이들 선원을 부적절하게 관리해온 사례가 확인되고 있다. 어떤 경우에는 선원 자체가 부적절한 조건에서 저장되고 있으며, 또 다른 경우에는 금속재 저장용기내의 내용물이 누설된 사례도 있다. 지난 40여년 동안 폐선원의 분실 또는 부주의한 오용에 따라 심각한 위해도를 유발한 사례가 다수 보고된 바 있다.

폐선원이 조심스럽고 안전한 방법으로 관리되어야 한다는 사실에는 의문의 여지가 없다. 일부 선원의 경우 제작자에게 반환되어 재활용될 수 있으나, 많은 밀봉선원 사용자에게 있어서 모든 선원을 재활용하는 것이 현실적으로 불가능하고 비경제적이다. 따라서 많은 선원은 장기간 저장되고 있는 것이 현실이다.

저장은 수년 내에 위해도가 없는 수준으로 붕괴되는 단반감기 방사성핵종만을 함유한 선원에 한하여 최종적인 관리방안이라고 할 수 있다. 그러나 대부분의 다른 선원에 있어서 저장이란 최종적인 처분방안이 확립되기 전까지 결정을 늦출 수 있는 임시적인 방편에 불과하다.

아직까지 국내에서는 방사성폐기물의 영구처분이 이루어지지 않고 있다. RI 폐기물의 처분방법은 중저준위폐기물의 처분방법과 거의 유사하다고 할 수 있다. 특히 개봉선원 폐기물의 경우에는 중저준위폐기물과 거의 동일한 방법을 사용하며, 처분형태에 적합하도록 고화, 안정화 등의 방법으로 처리한 후 육지처분하는 방법이 가장 널리 적용되고 있다. 그러나 밀봉선원 폐기물의 경우에는 시추공(Borehole) 처분방법 등 그 특성에 적합한 처분방법이 적용되고 있는 사례가 있다.

2. 해양처분 또는 해양투기

지금까지 각국에서는 중저준위폐기물에 대해서는 육지처분을 주로 고려하고 있으며, 과거 해양에 인접한 국가에서는 일반 산업폐기물과 함께 동위원소폐기물을 해양에 처분한 사례가 있다. 일본의 경우 1955년부터 15년간 동경만 부근의 약 3,000m 해저에 시멘트로 고화한 폐기물 드럼을 소규모로 투기하여 처분한 사례가 있다. 그러나 이러한 해양투기 방법은 1972년 발효된 런던협약(London Convention) 등 해양오염을 방지하기 위한 국제적인 노력에 의해 이후 중지되었다.


3. 시추공 처분 (Borehole Disposal)

가. 개요

원자력발전을 하고 있는 많은 나라에서는 방사성폐기물 천층처분시설을 건설하여 운영하고 있다. 그러나 많은 방사선원의 비방사능은 이들 시설의 인수기준을 초과하는 경우가 많은 것이 사실이다. 폐선원이 이들 시설에 처분된 사례는 그다지 많지 않으며, 관련 안전요건과의 부합성이 언제나 합리적으로 입증되는 것은 아니다. 이러한 측면에서 문제점은 폐선원의 경우 시설 내에서 국부적으로 높은 수준의 방사능이 편중되어 존재함에 따라 인간침입(Human Intrusion) 사건이 발생할 경우 높은 방사선 피폭을 야기할 수 있다는데 있다.

각국의 많은 처분시설에서는 제도적 관리기간 동안 인간침입 사건이 발생되지 않을 것으로 가정하고 있으나, 제도적 관리기간이 영구적으로 지속될 수 없음에 따라 인간침입 사건의 발생확률을 완전히 배제할 수는 없다. 따라서 수백년 이내에 무시할 수 있는 미미한 수준으로 붕괴되지 않은 방사선원의 경우에는 천층처분시설보다 높은 수준의 격리기능이 확보되는 시설에 처분할 필요가 있다. 지금까지 고려된 다양한 처분방법 중에서 심지층처분은 가장 높은 수준의 격리기능을 갖고 있으며, 많은 나라에서는 사용후핵연료, 고준위폐기물, 중준위폐기물의 처분방법으로 심지층처분을 고려하고 있다. 그러나 심지층처분을 위해서는 사회적 및 기술적 측면에서 많은 비용이 소요된다. 따라서 아직까지 폐선원의 장기간 안전관리 문제는 각국의 주요 현안으로 대두되고 있다. 또한 원자력발전소를 운영하지 않아 방사성폐기물 저장량이 많지 않은 국가에서는 심지층처분으로 방사성폐기물을 장기간 관리하기 위한 사회간접자본이 부족한 상태이다.

시추공처분(Borehole Disposal) 개념은 원자력발전소를 운영하지 않는 국가에서 폐밀봉선원을 장기간 관리할 수 있는 하나의 해결책이 될 수 있다. 아직까지 폐선원을 수집하고 장기저장하기 위한 국제적인 체계는 확립되지 않았으나, IAEA는 적절한 처리 및 격리를 통해 안전한 상태로 폐선원을 저장하기 위한 방안 수립을 지원을 하고 있다. 이러한 상황에서, 시추공 처분시설은 적당한 비용으로 만족할 만한 수준의 안전성을 확보할 수 있는 폐선원 장기저장방안으로 고려되고 있다. 그러나 최근까지 시추공 처분방법이 방사성폐기물 안전관리원칙을 충족할 수 있는가에 대해 많은 논란이 이어져 왔으며, 구체적으로 시추공 시설의 깊이, 격리방벽의 신뢰도 및 유효성, 관련 안전성평가결과 등과 관련하여 시추공 처분방법의 적절성에 대한 의문이 제기된 바 있다.

시추공 자체는 단순하지만 시추공 처분시설의 안전성에 대한 입증은 단순하지 않으며, 잠재적인 위해도에 상응하는 수준의 시간, 자원 및 데이터가 요구된다. 그러나 시추공 처분시설의 안전성을 입증하기 위해서는 천층처분이나 심지층처분의 경우에 비해 적은 노력이 소요될 것으로 예상되고 있다. 이와 관련하여 국제원자력기구(IAEA)는 시추공 처분시설에 대한 일반적인 안전성평가방법을 개발하고 있는 것으로 알려져 있으며, 2003년 기술보고서 TECDOC Series No. 1368(Safety Considerations in the Disposal of Disused Sealed Radioactive Sources in Borehole Facilities)를 발간하여 세부적인 검토결과를 제시한 바 있다.

규제해제될 수 없는 모든 방사선원은 수집 및 저장한 후 장기간 안전하게 관리되어야 한다. 이들 대부분은 궁극적으로 적절한 시설에 안전하게 처분되어야 한다. 그러나 많은 고방사성 선원은 현존하는 천층처분시설의 인수기준을 초과하는 비방사능을 갖고 있으며, 심지층처분 또한 아직까지 일반적으로 상용화되지 못하고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 많은 나라에서는 시추공 처분방법을 폐밀봉선원 처분방법의 하나로 고려하고 있다.

 




나. 시추공 처분방법의 개념

시추공 처분개념은 지표면에서 비교적 작은 직경의 공학적 시설을 갖춘 시추공을 판 후 그 안에 고체 또는 고화된 방사성폐기물을 적치하는 것으로 정의할 수 있다. 시추공 처분시설의 설계에서는 시추공의 깊이가 수 미터에서 수백 미터까지 다양하며, 직경은 수십 센티미터에서 1미터까지 다양하게 고려되고 있다. 시추공 처분시설은 일반적으로 공학적 포장물 내에 저장된 방사성폐기물을 뒤메움재 안에 처분하게 된다.

그러나 러시아의 RADON 시설에서는 추가적인 포장물 없이 폐밀봉선원을 처분하고 있다.

처분시설은 단일 시추공으로 구성할 수도 있고 다수의 시추공으로 구성될 수 있으며, 다른 원자력시설과 연계하여 건설할 수도 있고 독립적인 시설로 건설할 수도 있다. 모든 시추공 처분시설의 공통적인 특징은 지표면에서의 물리적 규모가 작아 인간침입 사건의 가능성을 저감할 수 있다는 것이다. 또한 제한된 방사성핵종 재고량에 따라 인간과 환경에 대한 잠재적인 위해도를 근본적으로 제한할 수 있다.

지금까지 연구된 바에 따르며 시추공 처분시설의 장점은 폐기물의 안전성 및 경제성 측면에서 다음과 같이 정리할 수 있다.

ㆍ고건전성 포장물에 비방사능이 높은 소량의 폐기물을 수납하여 인간과 환경으로부터 폐기물을 장기간 격리할 수 있음.

ㆍ이미 상용화된 기술을 이용하여 적당한 지질학적 위치에 직접 처분하고 경제적 측면에서 효과적으로 접근할 수 있음. 특히 비용이득적인 측면에서 적절한 처분깊이를 선정할 수 있음.

ㆍ소규모의 토지와 사회간접자본이 필요함.

ㆍ건설, 운전 및 폐쇄 기간이 짧음.

ㆍ폐기물이 발생되는 시점에 시설을 건설할 수 있음.

ㆍ시추공의 단면적이 작고 적절한 깊이를 선택할 수 있음에 따라, 인간침입 사건이나 손상사건이 발생될 가능성을 최소화할 수 있음.

ㆍ처분부지에 대해 요구되는 폐쇄후 관리부담을 최소화할 수 있음.

따라서 시추공 처분개념은 특히 원자력 관련산업의 사회간접자본이 부족한 국가에 대해 잠재적으로 비용효과적이고 안전한 처분방법을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
일단 시추공을 밀봉한 후에는 폐기물을 회수하기 힘들다. 그러나 시설에 대한 제도적 관리 및 감시가 적용되는 기간(즉, 폐기물을 적치한 후부터 폐쇄하기 전) 동안에는 손쉽게 폐기물을 회수할 수 있다.
지금까지 시추공 처분시설은 많은 국가에서 방사성폐기물을 저장하거나 처분하는 방법으로 채택되었으며, 이들 시설은 모두 방사성폐기물 처분부지에 위치하고 있다.
러시아 등에서 최근 계획되고 있는 시추공 처분시설은 기존의 처분시설을 확장하기 위해 고려되고 있다.
또한 IAEA는 아프리카의 여러 나라를 위해 AFRA 계획의 개발을 지원하고 있다

시추공 처분시설은 특히 소량의 폐선원을 보유한 국가나 지역에 대해 효과적인 해결방안을 제공할 것으로 기대되고 있다.

안전성 측면에서 시추공 처분은 기존의 천층처분이나 심지층처분과 다르지 않다.
시추공 처분시설에서는 자연 및 공학적 방벽과 초기 제도적 관리를 통해 안전목표를 달성하게 된다.

이러한 종합적인 관리수단을 통해 함유된 방사능 물질의 방사능이 미미한 수준으로 감쇠될 때 까지 폐기물을 격리하여, 인간과 환경으로 적절하게 보호할 수 있도록 설계된다.
시추공처분은 폐선원의 안전성을 제고하기 위한 수단일 뿐 아니라, 테러집단 등이 시추공에 적치된 방사성물질에 접근하기 어렵도록 함으로써 핵물질 안보 측면에서도 적합한 기능을 수행할 수 있다고 알려져 있다.