핵물질계량

핵물질계량

핵물질계량

개요

핵물질 계량(nuclear material accountancy)은 IAEA가 안전조치를 위해 적용하는 기본적인 검증방법이다. 핵물질 계량은 일정한 지역 내에 있는 핵물질의 양과 일정한 기간 중에 발생하는 양의 변화를 확인하는데 목적이 있다. 이를 위하여 물질수지구역(MBA: Material Balance Area)을 지정하여 특정 MBA 내에서의 핵물질 및 핵관련 물자의 수량에 대한 정보를 측정, 분석, 기록, 보고, 유지 관리한다.

핵물질 및 관련 물자의 재고가 항시 정확히 파악된다면 이들이 군사적 목적으로 전용되지 않았다는 것을 확인할 수 있다. 만일 파악된 재고의 양이 미계량물질(MUF: Material Unaccounted For)을 고려하여도 원래 있어야 할 양과 차이가 난다면 일단 전용을 의심할 수 있다. 정확한 핵물질 계량을 위해서는 신뢰성 있는 계량체제가 구축되어 있어야 한다.

계량 방법

안전조치 사찰관들은 회원국의 핵물질 장부에 나와 있는 핵물질 양을 정량적으로 검증하는 독립적인 측정작업을 수행한다. 이를 위해 사찰관은 물품들(가령 연료집합체, 연료번들, 연료봉, 또는 우라늄/플루토늄 분말화합물 용기 등)을 계수하고, 검사 시 비파괴분석(NDA: Non-Destructive Analysis) 기법을 활용하여 이 물품들의 속성을 평가하고, 그 평가결과를 신고된 수치 및 시설운영자(operator)의 기록과 비교한다.

이러한 작업의 목적은 분실된 물품(전체결손 gross defects)을 적발하는 것이다. 다음 레벨의 검증은 신고된 양 중 일부분이 분실된 것인지 여부(부분결손 partial defect)를 밝혀내는 것을 목적으로 하며, 중성자 계수나 감마선 분광측정 같은 NDA 기법을 활용하고 물품 무게측정을 수행할 수 있다. 이러한 기법들은 대략 수 퍼센트의 정확도로 핵물질의 양을 측정할 수 있다. 소량의 물질이 장기간 동안 전용되었을 때 발생하는 바이어스결손(bias defects)을 적발하기 위해서는, 물품의 일부를 샘플링하여 정확도가 가장 높은(보통은 1% 미만) 물리화학분석 기법을 적용해야 한다.

계량 장비 및 기법

IAEA는 핵물질을 물리/화학 특성의 변화 없이 검증‧점검‧모니터링하는 데 100가지 이상의 다양한 NDA 시스템을 활용한다. NDA 기기는 현장 검증작업 시 안전조치 사찰관이 사용하는 소형 휴대용 유닛부터 지속적인 플랜트 내 무인 검사용으로 고안된 대형 현장 NDA 시스템에 이르기까지, 크기와 복잡성 면에서 다양하다. 가장 널리 활용되는 NDA 기기들은 감마선 그리고/또는 중성자 같은 방사선의 검출에 달려 있다. 물리적 측정 기법도 활용되고 있는데, 열, 무게, (액체의) 용량, 두께, 광 방출/흡수를 측정하는 기기들을 통해 이루어진다.

고방사선 환경인 사용후핵연료 검증에 활용될 수 있는 측정장비는 아래 표와 같다.

사용후핵연료 측정장비 예시

참고문헌

이 자료의 최초 작성 : 김 호동(KAERI) khd@kaeri.re.kr, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr