고준위 방사성폐기물 심부시추공 처분을 위한 국내 심부지질 환경특성 예비분석 Preliminary Analyses of the Deep Geoenvironmental Characteristics for the Deep Borehole Disposal of High-level Radioactive Waste in Korea원문보기
원자력발전소에서 전기를 생산하고 난 후 발생하는 사용후핵연료 또는 이들 사용후핵연료의 재처리/재활용 공정으로부터 발생하는 고준위폐기물은 인간환경으로부터 안전하게 장기간 격리시켜야 한다. 최근 심부시추공 굴착기술의 획기적인 발전으로 인하여, 방사성폐기물의 심부시추공 처분기술에 대한 연구가 의미 있게 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 심부시추공을 활용하여 고준위 방사성폐기물을 지하 3~5 km 심도에 격리시키는 심부시추공 처분기술의 국내 적용 가능성을 분석하기 위하여 국내 심부 지하환경 특성에 대하여 예비분석 하였다 이를 위하여, 미국 및 유럽권 국가 연구사례와 기술개발 현황을 검토하고, 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열 탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온 등 특성 자료를 수집, 분석하였다. 결정질 암반 심도 및 지온경사 등 분석 결과와 국내 발생 사용후 핵연료를 바탕으로 심부시추공 처분시스템 구성요소인 처분용기, 밀봉시스템 등에 대하여 예비단계의 개념을 제안하였다.
원자력발전소에서 전기를 생산하고 난 후 발생하는 사용후핵연료 또는 이들 사용후핵연료의 재처리/재활용 공정으로부터 발생하는 고준위폐기물은 인간환경으로부터 안전하게 장기간 격리시켜야 한다. 최근 심부시추공 굴착기술의 획기적인 발전으로 인하여, 방사성폐기물의 심부시추공 처분기술에 대한 연구가 의미 있게 진행되고 있다. 본 논문에서는 이러한 심부시추공을 활용하여 고준위 방사성폐기물을 지하 3~5 km 심도에 격리시키는 심부시추공 처분기술의 국내 적용 가능성을 분석하기 위하여 국내 심부 지하환경 특성에 대하여 예비분석 하였다 이를 위하여, 미국 및 유럽권 국가 연구사례와 기술개발 현황을 검토하고, 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열 탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온 등 특성 자료를 수집, 분석하였다. 결정질 암반 심도 및 지온경사 등 분석 결과와 국내 발생 사용후 핵연료를 바탕으로 심부시추공 처분시스템 구성요소인 처분용기, 밀봉시스템 등에 대하여 예비단계의 개념을 제안하였다.
Spent fuels from nuclear power plants, as well as high-level radioactive waste from the recycling of spent fuels, should be safely isolated from human environment for an extremely long time. Recently, meaningful studies on the development of deep borehole radioactive waste disposal system in 3-5 km ...
Spent fuels from nuclear power plants, as well as high-level radioactive waste from the recycling of spent fuels, should be safely isolated from human environment for an extremely long time. Recently, meaningful studies on the development of deep borehole radioactive waste disposal system in 3-5 km depth have been carried out in USA and some countries in Europe, due to great advance in deep borehole drilling technology. In this paper, domestic deep geoenvironmental characteristics are preliminarily investigated to analyze the applicability of deep borehole disposal technology in Korea. To do this, state-of-the art technologies in USA and some countries in Europe are reviewed, and geological and geothermal data from the deep boreholes for geothermal usage are analyzed. Based on the results on the crystalline rock depth, the geothermal gradient and the spent fuel types generated in Korea, a preliminary deep borehole concept including disposal canister and sealing system, is suggested.
Spent fuels from nuclear power plants, as well as high-level radioactive waste from the recycling of spent fuels, should be safely isolated from human environment for an extremely long time. Recently, meaningful studies on the development of deep borehole radioactive waste disposal system in 3-5 km depth have been carried out in USA and some countries in Europe, due to great advance in deep borehole drilling technology. In this paper, domestic deep geoenvironmental characteristics are preliminarily investigated to analyze the applicability of deep borehole disposal technology in Korea. To do this, state-of-the art technologies in USA and some countries in Europe are reviewed, and geological and geothermal data from the deep boreholes for geothermal usage are analyzed. Based on the results on the crystalline rock depth, the geothermal gradient and the spent fuel types generated in Korea, a preliminary deep borehole concept including disposal canister and sealing system, is suggested.
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문제 정의
본 논문에서는 이러한 고준위 방사성폐기물을 지하 3~5 km 심도에 심부시추공 격리기술을 활용한 심부시추공 처분기술의 국내 적용 가능성을 분석하기 위하여 국내 심부지하환경에 대하여 예비분석 하였다. 이를 위하여, 미국 및 유럽권 국가 연구사례와 기술개발 현황을 분석하고, 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온 등 특성 자료를 수집, 분석하였다.
가설 설정
- 처분용기는 이중구조로 내부용기는 외압을 충분히 견딜 수 있으며, 외부용기는 처분용기 정치누적중량 하중을 견딜 수 있어야 함.
제안 방법
국내 원자력발전소에서 전력생산을 위해 사용 중인 핵연료 종류 분석 자료를 바탕으로 향후 사용후핵연료 발생 추이에 대한 분석과 제원 분석을 통하여 기준 사용후핵연료를 PLUS-7으로 결정[20]하고, 이 사용후핵연료의 특성을 심부시추공 처분기술에 대한 초보적인 예비 적용성 분석을 위한 예비개념을 제안하는데 활용하였다.
기준 사용후핵연료와 예비 개념설정을 위한 압력, 지온경사 등 처분환경 관련 조건 및 그에 따른 심부시추공 처분용기 개념을 바탕으로 PWR 사용후핵연료를 대상으로 예비 심부시추공 처분시스템 개념 설정하였다. 설정된 예비개념은 Fig.
기준 사용후핵연료인 PLUS-7을 대상으로 심부시추공 처분용기 개념을 설정하고 국내 지질환경 예비평가 결과를 바탕으로 예비 심부시추공 처분시스템 개념과 이에 적합한 공학적방벽 및 시추공 밀봉 개념을 도출하였다. 이들 예비 개념을 위한 주요 기준은 아래에 기술한 바와 같다.
그리고 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온경사 등 자료를 수집, 분석하였다. 이들 조사분석 결과를 바탕으로 하여 초보단계의 심부시추공 예비개념을 설정하여, 이에 대한 예비성능 및 안전성 평가 기반을 구축하였다.
이러한 고준위 방사성폐기물에 대한 심부시추공 격리기술 (지하 3~5 km 심도)의 국내 적용 가능성을 예비분석하기 위하여, 현재까지의 미국, 유럽권 국가 연구사례 및 기술개발 현황을 분석하였다. 그리고 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온경사 등 자료를 수집, 분석하였다.
대상 데이터
국내에서 심부시추공 처분기술 적용성 분석에 필요한 심부지하환경에 대한 예비분석을 위하여 지열 연구개발 프로젝트[15, 16]에서 난방 및 발전을 목적으로 심부시추공을 굴착한 포항 및 강화 석모도의 지질 및 지온 특성자료를 수집하였으며, 지열발전 목적의 심부 시추기술 실증 프로젝트[17]가 수행된 광주지역의 관련 자료도 수집하여 분석하였다. 또한, 소규모이지만 국내 유일의 지하처분연구시설인 KURT(KAERI Underground Research Tunnel)의 지질, 지온 및 지하수 조사자료를 수집하여 분석하였으며, 결과는 아래에 기술한 바와 같다.
이러한 고준위 방사성폐기물에 대한 심부시추공 격리기술 (지하 3~5 km 심도)의 국내 적용 가능성을 예비분석하기 위하여, 현재까지의 미국, 유럽권 국가 연구사례 및 기술개발 현황을 분석하였다. 그리고 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온경사 등 자료를 수집, 분석하였다. 이들 조사분석 결과를 바탕으로 하여 초보단계의 심부시추공 예비개념을 설정하여, 이에 대한 예비성능 및 안전성 평가 기반을 구축하였다.
국내에서 심부시추공 처분기술 적용성 분석에 필요한 심부지하환경에 대한 예비분석을 위하여 지열 연구개발 프로젝트[15, 16]에서 난방 및 발전을 목적으로 심부시추공을 굴착한 포항 및 강화 석모도의 지질 및 지온 특성자료를 수집하였으며, 지열발전 목적의 심부 시추기술 실증 프로젝트[17]가 수행된 광주지역의 관련 자료도 수집하여 분석하였다. 또한, 소규모이지만 국내 유일의 지하처분연구시설인 KURT(KAERI Underground Research Tunnel)의 지질, 지온 및 지하수 조사자료를 수집하여 분석하였으며, 결과는 아래에 기술한 바와 같다.
본 논문에서는 이러한 고준위 방사성폐기물을 지하 3~5 km 심도에 심부시추공 격리기술을 활용한 심부시추공 처분기술의 국내 적용 가능성을 분석하기 위하여 국내 심부지하환경에 대하여 예비분석 하였다. 이를 위하여, 미국 및 유럽권 국가 연구사례와 기술개발 현황을 분석하고, 실제 국내의 심부 지질조건을 검토하기 위하여 고지열 분포지역에 개발 중인 지열탐사공을 대상으로 3~4 km 심도까지의 암석, 지온 등 특성 자료를 수집, 분석하였다. 상기의 실측자료를 근거로 국내에서 가능한 예비 단계의 심부시추공 처분개념을 설정하였다.
이론/모형
광주 지열탐사 심부시추공 실증은 워터햄머링 기법에 의하여 굴착하였으며, 3,500 m 심도까지의 지질은 쥬라기 화강암류가 분포한다(Fig. 8).
후속연구
또한 본 결과를 바탕으로 연구개발 과제 수행을 위한 로드맵 작성 및 효율적인 연구방향을 설정하여 기술적 경제적으로 효율적인 연구개발을 수행하는데 활용할 수 있을 것이다. 그리고, 향후 국내 여건에 적합한 최적의 심층처분시스템 도출에 필요한 고준위폐기물 처분방식들에 대한 국내 적용성 평가와 비교 분석이 가능하도록 심부시추공 처분기술에 대한 지속적인 관심과 연구개발이 필요하다.
본 연구결과는 심부시추공 처분 예비개념에 대한 성능 및 안전성평가를 수행하기 위한 기초자료가 될 것이며, 그 결과는 심부시추공 처분기술개발 연구개발 과제 기획 시 입력자료로 활용될 것이다. 또한 본 결과를 바탕으로 연구개발 과제 수행을 위한 로드맵 작성 및 효율적인 연구방향을 설정하여 기술적 경제적으로 효율적인 연구개발을 수행하는데 활용할 수 있을 것이다. 그리고, 향후 국내 여건에 적합한 최적의 심층처분시스템 도출에 필요한 고준위폐기물 처분방식들에 대한 국내 적용성 평가와 비교 분석이 가능하도록 심부시추공 처분기술에 대한 지속적인 관심과 연구개발이 필요하다.
본 연구결과는 심부시추공 처분 예비개념에 대한 성능 및 안전성평가를 수행하기 위한 기초자료가 될 것이며, 그 결과는 심부시추공 처분기술개발 연구개발 과제 기획 시 입력자료로 활용될 것이다. 또한 본 결과를 바탕으로 연구개발 과제 수행을 위한 로드맵 작성 및 효율적인 연구방향을 설정하여 기술적 경제적으로 효율적인 연구개발을 수행하는데 활용할 수 있을 것이다.
우리나라 지질구조 분포에서의 4개 대표부지에 대한 기존 자료 분석에 따른 지질층상 구조 및 지온경사 등 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 실제 심부시추공 부지선정을 위한 부지자료는 지하수, 암석역학, 지화학 환경, 화산활동, 광물자원 분포 분석 등을 포함하여야 하며[4, 6], 추후 구체적인 지질조사를 통하여 관련자료를 확보하고 이에 대한 분석 및 평가를 수행할 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지하 3~5 km의 심도에 고준위폐기물을 처분하게 되면 얻는 장점은 무엇인가?
즉, 지질학적 조건이 더 안정적인 지하 3~5 km의 심도에 고준위폐기물을 처분하게 된다면, 생태계와의 이격거리 확보에 유리하고, 암반의 수리전도도가 매우 낮아 지하수의 생태계 도달 속도가 현저히 감소하고, 지하수가 환원상태여서 핵종의 용해도가 매우 낮으며, 연령이 오래된 지하수에서는 핵종이 흡착된 콜로이드의 생성과 이동이 극히 제한된다는 등의 장점이 있을 것으로 평가되고 있어, 이 심부시추공 처분개념이 이상적인 처분 대안기술로 평가되고 있다[1].
심부시추공 처분 기술은 무엇인가?
근래 지하 심부에 시추공을 굴착하는 기술의 발달로 지표에서 지하 5 km 심도까지 시추공을 뚫어 3~5 km 구간에 공학적방벽 개념으로 사용후핵연료를 포함하는 고준위 장반감기 방사성폐기물을 처분하고, 처분구간 위쪽부터 지표까지(지표~3 km)의 구간은 벤토나이트, 아스팔트 등으로밀봉하여 지표 생태계와 완전하게 격리시키는 개념인 심부시추공 처분 기술에 대한 연구를 미국과 유럽을 중심으로 활발하게 진행하고 있다.
현재의 기술로 고준위폐기물을 가장 안전하게 관리하는 방식은 무엇인가?
원자력발전소에서 전기를 생산하고 난 후 발생하는 사용후핵연료 또는 이들 사용후핵연료의 재처리/재활용 공정으로부터 발생하는 고준위폐기물은 인간환경으로부터 장기간 격리시켜야 한다. 현재의 기술수준으로 이들 폐기물의 가장 안전한 관리방법으로 고려되고 있는 방식은 지하 수백 미터 심도의 안정한 암반에 공학적방벽을 설치한 다중방벽개념을 도입한 심지층 동굴처분방식(DGD : Deep Geological Disposal)이다.
참고문헌 (20)
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