사용후핵연료란?  
 

 
 
 

사용후핵연료란 원자로의 연료로 사용된 핵연료물질 또는 기타의 방법으로 핵분열 시킨 핵연료물질을 말한다. 2015. 7. 21부터 시행된 원자력안전법 제2조제18호에서는 제35조 4항에 따라 원자력진흥위원회의 심의·의결을 통해 폐기하기로 결정한 사용후핵연료를 방사성폐기물로 정의하고 있다. 그러나, 사용후핵연료에는 원전연료의 원료가 되는 물질이 남아 있어 재활용이 가능하다. 또, 사용후핵연료는 원자로에서 인출된 이후에도 오랜 기간동안 높은 준위의 방사성과 열을 방출하고 임계사고의 가능성이 있다는 특성 때문에 중저준위폐기물에 비해 보다 철저한 안전관리가 요구된다. 즉, 사용후핵연료는 에너지 자원의 효율적인 이용 측면에서나 방사성폐기물의 안전관리 측면에서나 매우 중요하다.






1,000MWe 용량의 전형적인 경수로형 원전에서는 연간 약 20~30MTU(Metric Ton of Uranium)의 사용후핵연료가 발생되며, 1990년대 말을 기준으로 세계적으로 연간 약 10,000MTU의 사용후핵연료가 발생되고 있는 것으로 조사된 바 있다. 가압중수로형 원전인 CANDU(Canada Deuterium Uranium) 원자로에서는 경수로에 비하여 단위 출력당 더 많은 사용후핵연료가 발생되고 있다.

원전 운영으로 발생된 사용후핵연료는 우선 원자로 건물내 저장수조에서 냉각되며, 사용후핵연료 저장수조의 저장용량이 초과하는 경우 저장용량에 여유가 있는 다른 저장수조 또는 건식 및 습식 중간저장시설로 이송하여 저장하거나, 사용후핵연료를 재처리할 수 있다. 사용후핵연료의 처분기술은 Conditioning 기술을 제외하고는 고준위폐기물 처분기술과 유사하여 지하 500~1000m 정도의 깊이에 심지층처분하는 것이 기본이나 OECD/NEA 국가를 주축으로 심해저처분에 대해 연구를 수행중에 있다. 그러나 아직까지 전세계적으로 사용후핵연료를 직접 영구처분할 수 있는 시설은 부재한 상황이다.






 
 
  사용후핵연료의 특성  
 

 
 
 

사용후핵연료의 붕괴열은 사용후핵연료를 건식저장하거나, 영구 처분할 때 저장밀도에 영향을 미치는 가장 중요한 요소이며, 방출되는 붕괴열의 양은 시간이 경과함에 따라 감소된다. 사용후핵연료의 방사능이 천연우라늄 수준으로 떨어지는데 걸리는 시간은 약 30만년이지만 플루토늄과 마이너액티나이드(Minor actinide)를 제거할 경우 천연우라늄 수준으로 떨어지는데 걸리는 시간은 약 300년으로 현저히 감소한다.






 
  사용후핵연료의 발생원  
 

 
 
 

사용후핵연료는 원자로에서 연소된 연료로서 여러 종류의 원자로 운영과정에서 발생되고 있다. 사용후핵연료의 발생원은 발전용원자로, 연구용원자로 등 이라고 할 수 있다. 현재 국내에는 19기의 경수로형 원자로(고리, 한빛, 한울부지) 및 4기의 중수로형 원자로(월성부지)등 23기의 발전용원자로와 1기의 연구용원자로(한국원자력연구원 내 하나로)에서 사용후핵연료가 발생되고 있다.

 
  사용후핵연료의 형태 및 구성  
 

 
 
 

  • 일반적으로 언급되는 경수로형 사용후핵연료는 가로 세로 각 20cm, 높이 약 4m, 무게 약 660kg임
  • 중수로 연료는 길이가 약 50cm인 37개의 연료봉을 10cm 가량의 직경을 갖는 다발로 묶은 것으로서 전체의 무게는
         약 23 kg 정도임
  • 경수로 핵연료는 원자력 발전에 약 5년간 사용되며, 사용전과 사용후의 외형상 차이는 없음
  • 다만, 신핵연료는 방출되는 열이 없고 방사선이 매우 적어 사람이 접근할 수 있으나, 사용후핵연료는 물질의
        구성이 변화되어 강한 방사선과 높은 열을 방출함





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