붕괴열

Decay Heat. 방사성물질의 붕괴에 의해 발생하는 열. 방사성물질은 α선, β선 또는 γ선 등의 방사선을 방출하는데 이들 방사선의 에너지는 주변의 물질에 흡수되어 최종적으로는 열로 변한다.

운전정지후 붕괴열 거동

• 자연적으로는 우라늄, 토륨, 방사성 칼륨 등 자연 방사성 동위원소가 붕괴하면서 생기는 천연 붕괴열을 말하며 이들 천연 붕괴열은 지구내부의 주요한 열원으로 작용하고 지열의 원천이 된다.

• 원자로 공학에서는 원자로에서 핵연료가 연소하면서 생성된 방사성 핵분열 생성물과 악티나이드 등 인공방사성 동위원소가 붕괴하면서 생기는 인공 붕괴열을 말한다.

원자로는 운전을 정지하여도 정지하기 전에 생성된 방사성물질이 안정된 원소로 변환될 때 까지 붕괴하기 때문에 지속적으로 열을 방출한다. 경수로 원전의 운전정지 직후는 운전 중 출력의 약 6~8 %에 해당하는 열을 방출하며 시간이 지남에 따라 급격하게 줄어든다.

그러나 만일 붕괴열이 냉각을 통해 노심에서 제거되지 않으면 열이 누적되어 핵연료 피복재를 녹이고 궁극적으로 핵연료 자체를 녹이는 용융상태로 만들 수 있다. 후쿠시마원전 사고에서 이런 사태가 발생했다. 가상사고를 포함하여 어떠한 운전조건하에서도 붕괴열을 높은 신뢰 수준으로 제거하여 핵연료를 일정온도 이하로 유지시키도록 하는 것이 원전 안전설계의 핵심적 과제 중 하나이다.

한편, 사용후 핵연료의 붕괴열^[참조]이 천연 상태의 우라늄 원광 수준으로 낮아지는데 걸리는 시간은 방사성 핵분열생성물의 경우 약 300년이 소요되고 초우라늄원소는 수만년이 걸리기 때문에 이들 핵종의 처리, 중간저장과 영구처분이 사용후핵연료 관리의 핵심적 과제이다. 핵연료 연소 과정에서 생성된 Pu 등 초우라늄원소는 핵연료 원료로 사용하거나 변환로에서 소멸처리할 수도 있다. 회수하여 재활용하거나 소멸처리할 경우 고준위 폐기물의 양과 독성을 대폭 줄일 수 있다.

---

이 자료의 최초 작성 및 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr