원자력 발전 - 사용후 핵연료의 처리

원자로에서는 우라늄으로 이루어진 핵연료를 사용하여 발전을 한다.

이 핵연료는 약 수년 정도 쓰면 발열량이 전기를 만들기엔 충분치 못해져서 더 이상 발전을 하지 못하게 된다. 따라서 사용 후 핵연료는 원자로에서 꺼내고 다시 새 핵연료를 장전해서 발전을 이어나간다.

그런데 이 핵연료는 발전만 못할 뿐이지 아직 격렬한 핵반응과 열을 내뿜기 때문에 그냥 놔두면 녹을 수도(멜트다운) 있다. 따라서 특수한 방법으로 잘 처리해야 한다.

과거에는 미래에 기술이 발달되면 사용 후 핵연료를 처리할 수 있을 것으로 믿고 처리를 미루었다. 하지만 시간이 지난 오늘날도 사용 후 핵연료가 문제이다.

오늘날, 이 사용후 핵연료는 어떻게 처리되고 있을까?

과학자들은 사용후 핵연료를 처리하기 위해 여러 아이디어를 떠올렸다. 하지만 모두 심각한 문제점을 가지고 있어 기각되었다.

우주선에 실어 우주에 버리자.
→ 만일 고준위 방사성 폐기물로 가득 찬 로켓이 발사 중 폭발한다면 체르노빌이나 후쿠시마는 가뿐히 넘기는 대재앙이 발생할 수 있다. 그리고 이미 우주는 각종 쓰레기로 가득 차 문제인데 위험하기 짝이 없는 사용 후 핵연료를 버릴 수는 없다.
바다에 버려버리자.
바다에 사는 각종 해양 생물과 지구 전체를 도는 해류 등 사용후 핵연료에서 새 나온 방사선은 전 지구를 오염시킬 것이다. 생태계 파괴 문제 때문에 불가하다.
남극에 버리자.
과학적 가치가 높은 남극에 사람이 적게 산다는 이유로 독성 폐기물을 버리는 것은 말이 안 된다. 주인이 없다고 자기 나라의 쓰레기를 맘대로 버릴 권리는 없다.

여러 방법이 불가능하다고 판단된 가운데 그나마 가장 현실적이라고 평가받는 방법이 있다.

바로 땅 속에 묻어 아주 오랫동안 봉인하는 것이다.

당장 깊은 땅속에 저장시설을 만들 수 없는 나라들은 일단 발전소 내에 임시 저장 시설을 만들었다.

사용 후 핵연료는 아직 높은 열과 방사선을 내뿜기 때문에 그냥 보관할 수는 없고 중성자를 잘 흡수하는 붕소를 섞은 물이 가득 찬 수조에 속에 보관하고 있다.

물은 꽤나 중성자를 잘 흡수하기 때문에 수조 밖으로는 사용후 핵연료의 방사선이 나오지 못한다.

또한 사용후 핵연료들에 의해 뜨거워진 물은 펌프를 통해 순환되며 냉각된다.

시간이 지나면 사용 후 핵연료의 방사능이 지수함수적으로 감소하여 굳이 물속에 보관하지 않아도 될 정도로 감소한다. 그런 사용 후 핵연료들은 건식 저장고로 옮겨진다.

건식 저장고는 물을 사용하지 않고 두꺼운 콘크리트 벽으로 방사선을 차폐한다.

사용후 핵연료가 안전해지려면 약 10만 년의 시간이 필요하다. 10만 년 동안 외부로부터 사용 후 핵연료를 철저히 격리해야 하는 것이다.

긴 시간동안 지하수 유입, 지진, 풍화침식 등이 있어서는 안 되므로 매우 안정된 지층(주로 화강암반)에 약 500m 정도의 지하에 핵연료를 영구 보관한다.

이 시설은 많은 나라가 아직 구상단계이며 실제 건설되고 있는 저장소는 핀란드의 온칼로가 유일하다.

온칼로의 건설에는 신경 쓸 점이 많지만 가장 크게 걱정되는 것은 후세 인류의 침입이다.

10만 년 후의 인류는 어떤 모습일까? 아예 새로운 종이 지구를 지배할 수도 있고 석기시대로 돌아간 인류가 돼있을 수도 있다. 한 가지 확실한 점은 온칼로는 매우 매력적인 고대 유적이라는 것이다.

1만 년도 채 안된 피라미드도 샅샅이 도굴된 마당에 온칼로라고 무사할리가 만무하다.

따라서 온칼로의 건설에는 현재 인류가 사용하는 모든 언어와 표현방법이 사라진 후세인류에게 위험을 경고하기 위한 수단을 생각하고 적용하고 있다.

과학기술의 발달로 실제로 사용 후 핵연료를 처리할 방법이 개발되고 있다.

사용후 핵연료를 다시 가공해서 핵연료로 쓰는 것이다. 사용후 핵연료 속에는 여전히 충분한 에너지를 내뿜는 원소(플루토늄 등)들이 있고 이들을 활용하면 다시 핵연료로 쓸 수 있다. 이 분야에 대해서는 연구가 진행 중이다.

이러한 연구는 사용 후 핵연료의 양을 줄이고 우라늄의 고갈을 늦출 수 있다는 점에서 연구할 가치가 있다.

실제 MOX 연료(우라늄과 플루토늄을 섞은 연료)와 고속증식로(고속중성자를 사용하여 플루토늄을 연료로 가동 되는 원자로)는 실제 사용단계까지 갔다.

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