사용후핵연료 관리에 대한 최근동향  
 

 
 
  1. 연소도 이득(Burnup Credit) 적용현황


핵연료의 임계안전성을 평가하기 위해서는 핵연료 및 구성물질이 임계도에 미칠 수 있는 영향을 고려해야 한다. 실제로 SNF 내에는 중성자 흡수단면적이 큰 악티나이드와 핵분열생성물이 포함되어 있으나, 지금까지 대부분의 핵연료의 임계해석에서는 SNF를 신연료로 가정하였다. 이러한 보수적인 가정은 평가결과의 불확실성에 대한 안전 여유도를 확보하기 위한 것이다. 그러나 SNF를 신연료로 가정함에 따라 불필요하게 과도한 안전 여유도를 갖는다는 점이 지적되어 왔다. 특히 최근 많은 원전에서 사용되는 핵연료의 초기 농축도가 증가되고 있고 고연소도 운전이 일반화됨에 따라, SNF를 신연료로 가정하여 안전해석을 수행하는데 현실적인 어려움이 제기되고 있다.

SFP의 핵임계도 제어는 주로 핵연료집합체 사이의 간격을 조절하는 방법으로 이루어지고 있으므로, 연소도 이득의 적용이 허용될 경우 집합체 사이의 간격을 축소하여 사업자 입장에서는 SNF 저장비용을 절감할 수 있을 것으로 예상된다.

신연료가 연소될 경우 연료봉 내의 핵분열성 물질의 양이 감소하고 중성자를 흡수하는 장수명 악티나이드가 생성된다. 이와 함께 다양한 핵분열생성물이 연료봉 내에 누적되며, 이들은 상대적으로 수명이 짧지만 중성자 흡수단면적이 증가해 임계도에 큰 변화를 주게된다. 따라서 핵연료가 연소되어 연료봉 내에 악티나이드가 생성되는 현상을 고려하여 임계해석에 적용하는 방안을 고려할 수 있으며, 이러한 방법을 통해 얻게되는 이득을 연소도 이득(Burnup Credit: BUC)이라고 한다.

일부 연구결과에 의하면 BUC를 적용할 경우, SNF를 신연료로 가정하는 경우에 비하여 임계도 평가결과에 0.25 정도의 여유도를 확보할 수 있는 것으로 보고된 바 있다. 일반적으로 BUC를 적용할 경우 기대되는 장점은 다음과 같이 정리할 수 있다.

  핵연료의 임계도가 저감되어 단일 캐스크로 운반할 수 있는 SNF 집합체의 수량이 증가된다.
  즉, 동일한 수량의 SNF에 대한 운반 횟수가 줄어들어 운반비용이 절감된다.

캐스크 내에 설치되어야 할 중성자 흡수체의 수량을 축소할 수 있음에 따라 단위 저장비용이 절감된다

SNF 운반 횟수가 줄어들어 운반과정에 수반되는 일반인과 작업자의 방사선학적 위해도를 저감할 수 있다.

SF의 경우 집합체 사이의 간격이 축소됨에 따라 단위 시설의 SNF 저장용량이 증가된다.


다음 표는 사용후핵연료에 대한 연소도 이득 적용현황을 정리한 것이다

SNF 저장기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용현황

SNF 저장기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용수준

SNF 운반기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용현황

SNF 운반기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용수준

SNF 재처리 및 처분기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용현황

SNF 재처리 및 처분기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용수준


국가
저장
습식
건식
PWR
BWR
RBMK
MOX
WWER
PWR
BWR
RBMK
MOX
WWER
벨기에
AP(7)
브라질
AP
-
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
IC
중국
IC/U
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
UD
프랑스
AP
-
-
UD
-
-
IC
-
IC
-
독일
AP
AP(1)
-
IC
NO
UD
UD
-
IC
IC
헝가리
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
IC
일본
IC/U
IC
-
UD
-
IC
IC
-
UD
-
대한민국
AP
-
-
-
-
-
-
-
-
리투아니아
-
-
AP(2)
-
-
-
-
IC
-
-
러시아
-
-
AP(3)
-
IC
-
-
-
-
IC
슬로바키아
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
IC
남아프리카
RR
-
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
AP
AP
-
-
-
IC
IC
-
-
-
스웨덴
-
AP
-
IC
-
-
-
-
-
-
스위스
NO
AP
-
NO
-
IC
IC
-
IC
-
우크라이나
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
IC
영국
RR
UD
-
UD
-
IC
IC
-
IC
IC
미국
AP
AP
-
-
-
RR
IC
-
-
-
AP: 이미 승인된 상태
IC : 관심이 있거나 고려하고 있는 것 또는 적용 가능한 상황
NO: 적용 가능하지만 의도하지 않고 있는 상태
RR: 규제측면의 검토중
UD: 개발중
(-) : Not Applicable
1 : 통합 가연성흡수체의 존재를 이득으로 고려
2: Ignalina 원전의 경우
3: Smolenskaja 의 경우
4: Kola 부지의 경우
5: 외국시설에서의 재처리와 관련하여 승인된 사례가 한번 있음
6: BUC에 대한 기술적 근거를 수립하기 위한 접근방법이 승인된 바 있음
7: 핵분열생성물을 제외한 액티나이드 만을 이용하여 사안별로 BUC적용이 승인된 바 있음
8: 특수한 종류의 핵연료 설계에 대한 사례


표. SNF 저장기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용수준
국가
저장
습식
건식
PWR
BWR
RBMK
MOX
WWER
PWR
BWR
RBMK
MOX
WWER
벨기에
브라질
FP
-
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
-
-
-
-
-
중국
FP
-
-
-
-
FP
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
ND
-
-
-
-
ND
프랑스
-
-
-
-
-
-
독일
FP
BA
ND
-
A
A
ND
ND
헝가리
-
-
-
-
A
-
-
-
-
A
일본
-
-
-
대한민국
-
-
-
-
-
-
-
-
리투아니아
-
-
A
-
-
-
-
A
-
-
러시아
-
-
AP(3)
-
IC
-
-
-
-
IC
슬로바키아
-
-
-
-
IC
-
-
-
-
IC
남아프리카
FP
-
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
FP
BA
-
-
-
ND
ND
-
-
-
스웨덴
-
BA
-
A
-
-
-
-
-
-
스위스
-
-
   
-
-
우크라이나
-
-
-
-
ND
-
-
-
-
ND
영국
-
-
   
-
   
미국
FP
BA
-
-
-
-
-
-
-
-
*: BUC의 수준에 대해서 검토되었으나 아직까지 허용되지 않음
F: 핵분열성 액티나이드만을 유일하게 고려
A: 핵분열성 액티나이드 및 비핵분열성 액티나이드 만을 고려
FP: 핵분열성/비핵분열성 액티나이드와 핵분열생성물의 누적을 고려
BA: 통합 가연성흡수체의 존재에 의한 이득을 고려
ND: 아직까지 결정되지 않음


국가
운반
습식
건식
PWR
BWR
MOX
WWER
PWR
BWR
MOX
WWER
벨기에
브라질
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
IC
-
-
-
IC
중국
-
-
-
-
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
-
-
-
IC
프랑스
AP
IC
UD
IC
AP
IC
UD
IC
독일
-
-
-
-
AP
IC
IC
IC
헝가리
-
-
-
-
-
-
-
IC
일본
UD
UD
-
-
-
-
-
-
대한민국
IC
-
-
-
IC
-
-
-
리투아니아
-
-
-
-
-
-
-
-
러시아
-
-
-
AP(4)
-
-
-
IC
슬로바키아
-
-
-
IC
-
-
-
IC
남아프리카
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
-
-
-
-
IC
IC
-
-
스웨덴
-
-
-
-
IC
IC
-
-
스위스
-
-
-
-
AP(5)
IC
IC
-
우크라이나
-
-
-
-
-
-
-
-
영국
IC
RR
UD
UD
-
IC
IC
IC
미국
-
-
-
-
RR
IC
-
-
AP: 이미 승인된 상태
IC : 관심이 있거나 고려하고 있는 것 또는 적용 가능한 상황
NO: 적용 가능하지만 의도하지 않고 있는 상태
RR: 규제측면의 검토중
UD: 개발중
(-) : Not Applicable
1 : 통합 가연성흡수체의 존재를 이득으로 고려
2: Ignalina 원전의 경우
3: Smolenskaja 의 경우
4: Kola 부지의 경우
5: 외국시설에서의 재처리와 관련하여 승인된 사례가 한번 있음
6: BUC에 대한 기술적 근거를 수립하기 위한 접근방법이 승인된 바 있음
7: 핵분열생성물을 제외한 액티나이드 만을 이용하여 사안별로 BUC적용이 승인된 바 있음
8: 특수한 종류의 핵연료 설계에 대한 사례


표. SNF 운반기술에 대한 각국의 연소도 이득 적용수준
국가
운반
습식
건식
PWR
BWR
MOX
WWER
PWR
BWR
MOX
WWER
벨기에
브라질
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
-
-
-
중국
-
-
-
-
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
-
-
-
ND
프랑스
   
   
독일
-
-
-
-
A
A
ND
ND
헝가리
-
-
-
-
-
-
-
-
일본
-
-
대한민국
-
-
-
-
-
-
리투아니아
-
-
-
-
-
-
-
-
러시아
-
-
-
AP(4)
-
-
-
IC
슬로바키아
-
-
-
IC
-
-
-
IC
남아프리카
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
-
-
-
-
ND
ND
-
-
스웨덴
-
-
-
-
   
-
-
스위스
-
   
-
우크라이나
-
-
-
-
-
-
-
-
영국
-
-
   
미국
-
-
-
-
A*
ND
-
-
*: BUC의 수준에 대해서 검토되었으나 아직까지 허용되지 않음
F: 핵분열성 액티나이드만을 유일하게 고려
A: 핵핵분열성 액티나이드 및 비핵분열성 액티나이드 만을 고려
FP: 핵분열성/비핵분열성 액티나이드와 핵분열생성물의 누적을 고려
BA: 통합 가연성흡수체의 존재에 의한 이득을 고려
ND: 아직까지 결정되지 않음


국가
재처리
처분
PWR
BWR
MOX
WWER
PWR
BWR
MOX
WWER
벨기에
브라질
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
-
-
-
-
-
중국
-
-
-
-
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
-
-
-
IC
프랑스
AP
AP(8)
IC
-
-
-
-
-
독일
-
-
-
-
UD
IC
UD
IC
헝가리
-
-
-
-
-
-
-
-
일본
IC
IC
IC
-
-
-
-
-
대한민국
-
-
-
-
-
-
-
-
리투아니아
-
-
-
-
-
-
-
-
러시아
-
-
-
IC
-
-
-
-
슬로바키아
-
-
-
-
-
-
-
IC
남아프리카
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
-
-
-
-
-
-
-
-
스웨덴
-
-
-
-
UD
UD
-
-
스위스
-
-
-
-
-
-
-
-
우크라이나
-
-
-
-
-
-
-
-
영국
UD
UD
UD
-
-
-
-
-
미국
-
-
-
-
RR(6)
RR
IC
-
AP: 이미 승인된 상태
IC : 관심이 있거나 고려하고 있는 것 또는 적용 가능한 상황
NO: 적용 가능하지만 의도하지 않고 있는 상태
RR: 규제측면의 검토중
UD: 개발중
(-) : Not Applicable
1 : 통합 가연성흡수체의 존재를 이득으로 고려
2: Ignalina 원전의 경우
3: Smolenskaja 의 경우
4: Kola 부지의 경우
5: 외국시설에서의 재처리와 관련하여 승인된 사례가 한번 있음
6: BUC에 대한 기술적 근거를 수립하기 위한 접근방법이 승인된 바 있음
7: 핵분열생성물을 제외한 액티나이드 만을 이용하여 사안별로 BUC적용이 승인된 바 있음
8: 특수한 종류의 핵연료 설계에 대한 사례


국가
재처리
처분
PWR
BWR
MOX
WWER
PWR
BWR
MOX
WWER
벨기에
브라질
-
-
-
-
-
-
-
-
불가리아
-
-
-
-
-
-
-
-
중국
-
-
-
-
-
-
-
-
체코
-
-
-
-
-
-
-
ND
프랑스
AP(8)
 
-
-
-
-
-
독일
-
-
-
-
ND
ND
ND
ND
헝가리
-
-
-
-
-
-
-
-
일본
     
-
-
-
-
-
대한민국
-
-
-
-
-
-
-
-
리투아니아
-
-
-
-
-
-
-
-
러시아
-
-
-
IC
-
-
-
-
슬로바키아
-
-
-
-
-
-
-
IC
남아프리카
-
-
-
-
-
-
-
-
스페인
-
-
-
-
-
-
-
-
스웨덴
-
-
-
-
   
-
-
스위스
-
-
-
-
-
-
-
-
우크라이나
-
-
-
-
-
-
-
-
영국
     
-
-
-
-
-
미국
-
-
-
-
FP*
FP*
ND
-
*: BUC의 수준에 대해서 검토되었으나 아직까지 허용되지 않음
F: 핵분열성 액티나이드만을 유일하게 고려
A: 핵분열성 액티나이드 및 비핵분열성 액티나이드 만을 고려
FP: 핵분열성/비핵분열성 액티나이드와 핵분열생성물의 누적을 고려
BA: 통합 가연성흡수체의 존재에 의한 이득을 고려
ND: 아직까지 결정되지 않음