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지속가능한 사용후-핵연료 재활용 시스템의 개발 동향
A Trend of Sustainable Recycling Systems of Spent Nuclear Fuels 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.20 no.3 = no.67, 2011년, pp.236 - 241  

김성호 (ReSEAT 전문연구위원 한국과학기술정보연구원, 에너지청정기술연구소 한밭대학교)

초록
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다양한 에너지원들 가운데 하나인 원자력(nuclear energy)의 평화적 이용을 위해 많은 나라들이 탄소 배출량 감축, 에너지 수급 안보, 지속가능 발전 등의 글로벌 현안을 고려하면서 청정 라이프 사이클 원자력 시스템을 개발하고 있다. 에너지 자원이 부족한 대한민국은 지금까지 에너지원의 대부분을 해외 수입에 의존하고 있는 국가이다. 이러한 글로벌 현안과 우리의 상황을 해결하기 위해 우리는 탈 화석연료 에너지인 원자력을 기저부하 에너지원으로 투입하고 있고, 전력 생산량에서 원자력 점유율이 50%를 넘어서는 원자력 기술 선진국에 진입하고 있다. 그러나 원자력 부문에서는 최근에 전세계적으로 보면, 사용후-핵연료(SNF)와 같은 고준위 방사성 폐기물의 누적량이 임시 저장 용량을 포화시키는 상태에 도달하고 있다. 이에 따라 지속가능한 SNF 처분시스템의 개발이 시급하게 요구되는 실정이다. 원자력 선진국들은 SNF 처분 시스템의 미래 대안으로 SNF 재처리/재활용 방안을 심도 있게 고려하고 있다. 앞으로 우리나라도 SNF 관리 대책의 하나로 재처리/재활용 방안을 고려하는 기회가 있을 것이다. 이러한 필요성을 바탕으로 여기서는 핵확산 저항성, 자원 재활용 등에 중점을 두면서 SNF 재활용 시스템과 관련하여 국내외 개발 동향을 소개하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, considering a degree of proliferation resistance and sustainability, development status of perspective recycling systems for spent nuclear fuels (SNF) is comprehensively reviewed on the basis of the urgent needs of sustainable management measures for high level radioactive wastes such...

주제어

#청정 원자력   #사용후-핵연료 재활용 시스템   #지속가능성   #핵확산 저항성  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 핵주기 선진국을 중심으로 지속가능한 재처리/재활용 시스템을 구축하기 위해 다양한 재처리 대체 기술이 연구 개발되고 있다. 여기서는 재처리 현행 기술로 PUREX 기술, 재처리 대체 기술로 UREX+ 기술, COEX 기술, GANEX 기술 등을 간략하게 소개하고자 한다. Table 2에 대체 기술 특성이 나타나고 있다 [6].
  • 마지막으로, 하드웨어에는 관련 공정 장비, 사용후-핵연료, 재처리에서 회수된 핵물질로 제조된 재활용 연료로 장전되는 원자로 시스템 등이 속한다. 여기서는 재활용 시스템 가운데 주로 재처리/재활용 기술에 초점을 두어 재활용 시스템의 개발 동향을 살펴보고자 한다.

가설 설정

  • 현재 상용화 단계 재처리 기술인 PUREX 기술에서 문제가 되고 있는 핵확산의 저항성을 높이기 위해 다양한 재처리 대체 기술이 연구 개발되고 있다. 이들 재처리 대체 기술의 핵확산 리스크 [5]와 관련하여, 다음과 같은 두 가지 견해(즉, 낙관적 견해와 비관적 견해)가 더불어 있다: 1) 핵확산 리스크가 상대적으로 작다는 낙관적 견해; 2) 핵확산 리스크가 동일하다는 비관적 견해.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
현재 사용되고 있는 재처리 방법에는 무엇이 있는가? 현재 사용되고 있는 재처리 방법은 크게 1) 건식 파이로 프로세스(pyro-processing; 고온전해분리) 방법; 2) 습식 분리 방법 등으로 나눌 수 있다.
사용후-핵연료(SNF)가 함유하고 있는 원소들의 구성비는? 경수로(LWR) 원자력 발전소에서 농축 우라늄 핵연료를 태우면 생기는 사용후-핵연료(SNF)가 함유하고 있는 원소들의 구성비는 다음과 같다. 예컨대, 연소도 33,000 MWD/MT 및 원자로 방출 후 10년의 냉각 기간 상태에 있는 1톤 SNF는 우라늄(U) 955.4 kg, 플루토늄(Pu) 8.5 kg을 함유하고 있다 [1]. 또한, 열 중성자 원자로에서 발생한 SNF에는 보통 우라늄 95~96%, 핵분열성 U-235 1% 미만, Pu 1%, 희소 악티늄족(MA; 즉 Np, Am, Cm) 0.1%, 핵분열 생성물(FP) 3~4% 등이 존재한다고 알려져 있다. 이러한 SNF의 재처리 기술을 통해 천연 우라늄은 최대 30%까지 절약될 수 있다 [2].
SNF 재활용 시스템이란? 고준위 방사성 폐기물의 장기적인 관리 정책 대안들 가운데 하나인 SNF 재처리/재활용 정책은 이와 같이 핵분열성 자원 재활용, 핵확산 리스크 저감, 고준위 폐기물 부피 저감, 처분장 열부하 저감 등과 같은 장점들을 지닌 매력적인 대안이 될 수 있으므로, 여러 나라에서 관심을 갖고 다양한 SNF 재활용 시스템을 개발하고 있다. 여기서, SNF 재활용 시스템이란 재처리를 통해 SNF로부터 분리 회수된 핵분열성 물질을 원자로에서 핵연료로 다시 사용하기 위해 필요로 하는 종합적인 시스템을 일컫는다. SNF 재활용의 선행 과정으로 볼 수 있는 재처리 시스템이란 원자로에서 연소되고 나온 SNF를 다시 핵연료로 재활용할 핵분열성 물질과 폐기물로 버릴 물질 등으로 분리하는 시스템을 의미한다.
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참고문헌 (7)

  1. T. Todd (2008): Spent nuclear fuel reprocessing, Presentation slides, NRC Commission Seminar, 25 March 2008. 

  2. U. Basak and G.R. Dyck (2010): IAEA Activities on Assessment of Partitioning Processes for Transmutation of Actinides, First ACSEPT International Workshop, Lisbon, Portugal, 31 March-2 April 2010. 

  3. B. Wolfe et al. (1985): 사용후-핵연료의 저장 추세, 제5차 PNC. 

  4. S. Nomura (200709): Japan's Nuclear Fuel Cycle in the 21st Century, Global 2007, 11 September 2007. 

  5. E.S. Lyman (20090311): NRC Regulation of the Nuclear Fuel Cycle: Security and Safety Concerns, Presentation at the U.S. NRC Regulatory Information Conference, Rockville, MD, 11 March 2009. 

  6. 김성호 (201004): 사용후-핵연료의 재활용 신기술 동향, (주)시스테미아지앤이, 기술 보고서, SYS-TR-2010-02, 대전, 2010년 4월. 

  7. F. Carre (2007): The Nuclear Fuel Cycle - Key to Generation IV Nuclear Energy Systems' Sustainability and Transition from LWRs, ANS Annual Meeting, Boston, 2007. 

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