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[Future] 고리1호기 가동 중단 ‘방사성 때’ 어떻게 벗길까



지난 6월 19일 0시, 국내 최초의 상업용 원자력발전소(원전)인 고리1호기가 영구정지(완전한 가동 중단)에 돌입했다. 1977년 6월 19일부터 가동됐으니, 만 40년만의 일이다. 이후에는 어떤 과정이 기다리고 있을까. 원전 해체 과정을 전문가에게 들어본다.

 
원전 해체란 허가 받은 시설의 운영을 영구적으로 정지한 뒤, 시설과 부지를 철거하거나 방사성 오염을 제거하는 모든 활동을 말한다. 영구정지한 다음 5년 내에 원자력안전위원회에 해체계획서를 제출하고, 해체승인을 받은 후에 본격적인 해체작업을 시작할 수 있다.

고리1호기의 경우 국가로부터 승인을 받은 뒤인 2022년 이후에나 해체 업이 시작될 것이다. 총 해체 기간은 해체 계획 승인 기간(최소 5년)을 포함해 완전히 부지를 복원하기까지 15년 이상이 필요할 것이다.

원전을 해체하는 작업은 운영 중에 발생한 오염을 제거하는 ‘제염’, 원자로 압력용기와 배관, 콘크리트 구조물 등 주요 시설을 해체하는 ‘절단 및 철거’, 해체 작업 과정에서 발생하는 폐기물을 안전하게 관리하는 ‘방사성폐기물의 분류 및 처리’, 부지의 오염 상황을 조사하고 이를 제거하는 ‘복원’ 단계를 거친다. 이 가운데 특히 중요한 과정은 운전 중에 시설 내부에 누적된 방사성 물질을 제거하는 제염과 방사성 폐기물 처리 분야다.


원전을 해체할 때 가장 먼저 제염을 하는 이유
원자력발전소나 연구용 원자로 같은 원자력 시설에서는 운영되는 동안 핵분열 과정에서 발생한 중성자에 의해 방사성 핵종이 생긴다. 그리고 시간이 흐름에 따라 시설 내에 점차 축적되는데, 가동 기간이 길면 길수록 시설의 방사선 준위(방사선을 흡수한 양)가 증가한다. 이 때문에 원자력 시설은 운영기간 중에 유지보수 작업을 해야 하고 주기적인 안전성 검사를 받아야 한다.

물론 원전을 중단한 다음에도 방사성 물질은 여전히 남아 있어 작업자가 방사성 물질에 피폭될 수 있다. 그래서 가장 먼저 거치는 과정이 원자력 시설 곳곳의 방사선 준위를 낮추는 제염이다. 원자로나 증기발생기처럼 방사성 물질에 오염된 정도가 높은 부분(일차계통) 내부에서 방사성 물질을 씻어낸다(그림 참조). 이런 작업을 거쳐야만 비교적 안전한 상태에서 원전을 해체할 수 있다.

원전을 해체한 다음에도 제염 작업을 반드시 해야한다. 방사성 폐기물을 쉽게 분류하거나, 일부 폐기물을 재활용하기 위해서다. 이외에도 원전 시설의 바닥이나 벽면 등 건물도 제염한다.

전문가들은 원전에서 방사능 오염이 얼마나 잘 제거 됐는지를 ‘제염계수’로 나타낸다. 제염계수는 오염물질을 제거하기 전의 방사선 준위 또는 농도를, 제거 뒤의 방사선 준위나 농도로 나눈 값이다. 이 값이 클수록 제염이 효과적이다. 일차계통을 제염하는 경우, 제염계수가 5~40이 되도록 방사성 물질을 없애는 게 목표다.


까다로운 ‘방사성 때’, 어떻게 벗길까
어떻게 오염됐느냐에 따라 제염 방법이 달라진다. 어떤 것은 표면에만 액체나 기체 상태의 방사성 물질이 접촉해 묻어 있는 수준이므로 높은 마찰과 압력으로 때를 벗기듯이 물리적으로 닦을 수 있다(비고착성 오염). 하지만 오랫동안 방사성 물질이 닿으면서 재료 자체가 방사성 물질로 변했거나 산화된 부분(고착성 오염)은 이렇게 단순한 방법으로는 닦이지 않는다. 화학제를 이용해 화학적으로도 벗겨내야 한다.
 


해체 작업 뒤에도 방사성 물질이 나올까?
원전을 해체한 뒤에는 방사성 물질을 포함하는 폐기물이 나온다. 1100MWe급 원전을 해체할 때 생기는 폐기물은 약 50만t 정도인데, 이 가운데 방사성 폐기물은 5% 미만이다. 금속 폐기물이 약 60%, 콘크리트 폐기물이 약 30% 정도다. 원전을 가동할 때 생기는 폐기물은 대부분 방사선 작업자들이 사용했던 작업복이나 장갑, 공구, 그리고 설비를 교체하면서 생긴 금속이다. 반면, 해체 작업을 하는 동안 생기는 방사성 폐기물은 원전을 구성하던 부품이다. 압력용기와 내장품, 수조 콘크리트, 냉각재 펌프, 열교환기 등 부피가 크고 방사선 준위가 높다. 건물을 부수면서도 방사성 폐기물이 생기는데, 방사선 준위는 상대적으로 낮은 편이다. 이렇게 폐기물에 따라 물리 화학적인 특성이 다르고 방사선 준위도 다르므로, 폐기물을 분류해 알맞은 방법으로 처리하고 폐기해야 한다.


방사성 폐기물은 모두 다 땅에 묻어야 할까?
방사성 폐기물은 방사선 준위에 따라 고준위, 중준위, 저준위, 극저준위로 구분한다. 대부분은 극저준위에 속한다. 극저준위 방사성폐기물의 방사선 준위는 일반 폐기물로 분류될 수 있는 핵종별 허용농도보다 100배 미만이다.

방사성 폐기물은 드럼에 넣고 밀봉한다. 국내 원전을 해체할 때에는 총 1만4500개의 드럼이 발생할 것으로 예상된다. 고준위에 해당하는 사용후핵연료를 미리 제거한 뒤 해체를 시작하므로 고준위 폐기물은 없고, 중준위가 약 4%, 저준위가 약 29%, 그리고 나머지 67%정도가 극저준위 폐기물이다.

국제원자력기구(IAEA)는 고준위 폐기물의 경우 지하 500~1000m의 암반에 처분하도록 권고한다(심층처분 방식). 현재 미국과 프랑스 등을 중심으로 지하시험시설을 만들어 기술을 개발하고 있다. 중준위 폐기물은 지하 100~300m의 적절한 지층에 처분장을 설치하도록 권고한다. 이렇게 지하에 매립하려면 암반층이 지질학적으로 안정한지 검토해야 한다.

저준위 폐기물은 지하 약 30m 이내 깊이에 천연 방벽 또는 인공 방벽을 이용해 처분할 수 있다(표층처분 방식). 훨씬 안전하게 처리하기 위해 인공방벽을 설치한다. 극저준위 폐기물은 일반 폐기물과 비슷하게 그냥 매립하면 된다.

해외에서는 주로 표층처분 방식으로 저준위 폐기물을 처분한다. 하지만 국내 경주에 있는 방폐장에서는 지하 100~300m 깊이의 암반 내 또는 지하 동굴에 자연방벽과 인공방벽을 이용해 폐기물을 처분한다(동굴처분 방식). 사실 동굴처분 방식과 표층처분 방식을 모두 지을 수 있었지만, 현재단계에서는 저준위 폐기물이라 할지라도 훨씬 안전하게 처분하기 위해 동굴처분 방식을 택했다. 현재는 해체 시에 발생하는 대량의 저준위 방사성 폐기물의 경우는 단순 매립형 처분도 고려하고 있는 중이다.


서범경_bumja@kaeri.re.kr
한국원자력연구원 해체기술연구부 책임연구원으로 재직 중이다. 원자력시설 해체
핵심기술 개발과 산업체 참여 해체 실용화 기술 개발 전체를 총괄하고 있다.

김선병_sbkim@kaeri.re.kr
국원자력연구원 해체기술연구부 선임연구원으로 재직 중이다. 화학제에 의한
부식산화막 용해 기작의 모델링 연구와 국내 원전의 일차계통 제염에 적용될 수 있는 환원성
제염기술 개발 연구를 하고 있다.

이근영_lky@kaeri.re.kr
한국원자력연구원 해체기술연구부 선임연구원으로 재직 중이다. 원자력시설 해체를
통해 발생하는 각종 방사성폐기물의 처리기술 개발 연구를 하고 있다.

홍상범_sbhong@kaeri.re.kr
국원자력연구원 해체기술연구부 책임연구원으로 재직 중이다. 원자력시설
해체 및 방사성폐기물 관리를 위한 방사선학적 특성평가 기술 개발 연구를 하고 있다.
글 : 한국원자력연구원 해체기술연구부 서범경, 김선병, 이근영, 홍상범 박사
에디터 : 이정아
이미지 출처 : IAEA, ⓒ CEA, 박장규

과학동아 2017년 08호
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