사용후핵연료운반

사용후핵연료 운반

1. 개요

사용후핵연료는 후행핵연료주기 정책에 따라 중간저장을 거쳐, 또는 직접 재처리 또는 영구처분 되는 것이 일반적인 관리 방법이다. 이러한 각 단계 간에 사용후핵연료의 운반이 필요하며, 특히 운반중의 안전은 가장 중요한 이슈로 안전요건이 확립되어 있다.

세계적으로 사용후핵연료 운반의 대표적인 필요성은 재처리 산업이 정착된 80년대부터 프랑스와 영국등 국내외 시장 수요에 따라 대량의 운반체계 (운반용기 및 운반수단)를 개발하여 상용운영에 돌입 하였으나 2000 년대 이후 반핵운동의 확산으로 근래에는 많은 제약을 받고 있다. 이는 사용후핵연료를 재처리 시설에 운반하는 경우뿐 아니라, 재처리후의 고준위폐기물의 반송이나 중간저장 시설로의 운반의 경우에도 종종 발생하는 사례가 있다 (세계적으로 처분시설의 완공사례는 아직 없다)

대부분의 고방사성 물질은 원전이나 재처리 시설과 같이 규정된 보호구역내에서 제한적으로 이동되는데 비해, 상기 사례들은 공공도로나 국제적인 해상운반을 통하므로 반핵단체 등의 물리적인 저지의 대상이 되기 쉽기 때문이다.

- 사용후핵연료를 원자력발전소에서 저장시설 또는 처분시설까지 운반하 기 위해서는 운반용기가 필요함 - 운반용기를 취급하기 위한 설비는 운반을 위한 차량, 선적 및 하역에 필요한 취급설비 및 운반선박으로 구성됨 - 사용후핵연료 운반용기 설계 및 인허가를 위한 국내외 운반규정과 운반용기 및 수송선박에 대한 기술현황을 분석함

2. 국내외 현황

- 국내 현황

국내의 사용후핵연료 운반용기는 조사후시험용 사용후핵연료를 운반 하기 위해 1985년 부터 개발하기 시작 하였다. 원자력연구원에서는 PWR 사용후핵연료 1다발 및 4다발을 운반할 수 있는 KSC-1 및 KSC-4 운반용기를 개발하였고, 한수원(주)에서는 PWR 사용후핵연료 12 다발을 운반할 수 있는 KN-12 및 18 다발 운반용 KN-18 운반용기를 개발하여 소내 운반용으로 사용 하였다. 또한, 한수원(주)에서는 CANDU 사용후핵연료 120 다발을 운반할 수 있는 HI-STAR 63을 개발하고 월성원전에서 소내 운반에 활용하고 있다.

한국원자력 환경관리공단에서는 미래 상용규모 용기수요를 대비하여 21개 PWR 사용후핵연료다발을 담을수 있는 국산화 겸용용기 (KORAD-21) 을 설계하여 인허가 중이다.

- 국외 현황

세계 각국에서는 사용목적에 따라 다양한 종류의 사용후핵연료 운반용기를 개발하여 사용하고 있으며, 최근에는 운반 및 저장을 동시에 할 수 있는 운반ㆍ저장 겸용용기를 개발하여 중간저장에 활용하고 있는 추세이다. 운반용기는 사용목적에 따라 크게 운반 전용용기와 운반ㆍ저장 겸용용기로 구분할 수 있고, 용기방식에 따라서는 용기내부에 별도의 밀봉된 캐니스터를 갖는 캐니스터 방식과 내부 캐니스터 없이 연료집합체의 장입을 위한 바스켓 구조만을 갖는 바스켓 방식으로 구분할 수 있다.

역사적으로 사용후핵연료의 운반용기의 용도는 재처리 시설로의 운반이 주목적 이었으나, 80년대 부터 미국을 필두로 건식저장 시장수요가 커지면서 운반용 금속용기를 저장겸용으로 사용하기 시작하면서 건식저장 용기로 발전 하였다.

3. 운반규정

3.1. 국제 규정

- 해외 운반규정은 전 세계적으로 공통으로 적용하고 있는 국제기준인 IAEA Safety Standards Series No. TS-R-1이 있다. 미국, 일본, 우리나라를 포함한 많은 국가들이 IAEA 규정을 기초로 자국의 규정을 제정하여 적용하고 있다.

- IAEA 규정은 1961년 초판 발행 이래 정기적으로 개정되어 왔으며, 이 규정의 기본 원칙은 정상운반 및 운반사고 상황에서도 방사성물질의 위험으로부터 자연과 인간을 보호하는데 있음

- 국내 운반규정의 체계는 상위 규범을 하위 규범에 위임하는 방식으로 구성된데 비하여 IAEA의 규정은 방사성물질의 운반에 대하여 단일 규정으로 구성됨

- 국내 운반규정은 IAEA 규정을 기초로 제정되었고 IAEA 규정이 개정되면 국내규정들도 지속적으로 개정하여 IAEA 규정과 국내규정은 대동소이 하며, 차이점은 국내 운반규정에서 정의하는 L형 운반물이 IAEA 규정에서는 규제면제 운반물(Excepted Package)이라 명시하는 정도임

3.2. 해외운반규정의 적용사례

IAEA TS-G-1.1은 방사성물질의 안전운송 규정(IAEA TS-R-1)을 준수 및 검증방법에 관한 권고사항을 제공함. 여기에서는 운반용기의 설계, 제작, 유지, 이송, 운반수단 등 방사성물질의 운반을 위한 운전 및 조건 등을 기술함

- 미국의 운반규정(10 CFR Part 71)도 IAEA 규정과 대동소이하며, NRC에서는 운반 규정에서 제시하는 사고조건 이외에 도로나 철도에서 발생한 대형사고 결과를 분석하고 이를 데이터베이스화하여 사용후핵연료 운반용기의 안전성 평가에 적용 연구를 수행함

※ 수송용기 화재사고 (볼티모어 터널 화재사고, 2001년 7월 18일), 대형 가스탱크 운반차 화재사고 (Caldecott 터널 화재사고, 1982년 4월 7일), 휘발유 운반차 화재사고 (McArther Maze 화재사고) 등

□ 국내외 운반규정에서 제시된 운반용기의 기술기준을 반영한 운반용기 의 개발절차

3.3 사용후핵연료 운반사례

○ 영국

- 사용후핵연료 재처리 이후의 플루토늄과 고준위폐기물 및 MOX 연료를 유럽 간 또는 일본에서 유럽까지 전용선박을 이용하여 40년 이상 운반하고 있음

- 영국의 해상운반은 PNTL(Pacific Nuclear Transport Limited)사에서 담당하고 있으며, 총 4척의 수송전용 선박이 운영 중임. 선박 수송을 위한 운반용기는 경수로 사용후핵연료 7다발을 운반할 수 있는 Exellox-7 수송용기를 20～24개까지 선적함

○ 프랑스

- AREVA사 자회사인 TN사는 2척의 수송 전용선박을 운영 중이며, 사용후핵연료 및 고준위폐기물을 포함한 방사성폐기물의 운반에 활용됨. 선박수송을 위한 사용후핵연료 수송용기는 TN-12, 고준위폐기물 운반용기는 TN-28VT를 주로 사용함

- AREVA사 자회사인 TN사는 1963년부터 3만톤(5,500여회)의 사용후핵연료 운반 경험이 있고 매년 사용후핵연료 230회, 유리고화체 20회 정도를 운반하고 있음

- 2010년 현재 TN사는 202개의 사용후핵연료 운반용기, 21개의 고준위폐기물 운반용기, 66개의 MOX 신연료 운반용기, 86개의 플루토늄 운반용기를 보유ㆍ운영하고 있음

○ 스웨덴

- 자국 전력사들이 공동 출자한 SKB(Swedish Nuclear Fuel & Waste Management Co.)사에서 사용후핵연료 및 방사성폐기물의 해상운반을 전담하고 있음

- 1982년도부터 사용후핵연료와 중ㆍ저준위 폐기물을 동시에 운반할 수 있는 M/S Sigyn 수송선박을 운영 중임. 수송용기는 7개의 PWR 사용후핵연료를 운반할 수 있는 TN-7 수송용기를 적재함

○ 일본

- 1973년 자국 내 전력사들이 출자하여 설립한 NFT사에서 해상운반을 전담하며, 전용선박을 이용하여 사용후핵연료 및 저준위폐기물을 운반하고 있음

- 사용후핵연료 전용 선박이 2척, 저준위폐기물 수송선박이 1척이며, 선박수송을 위한 수송용기는 PWR 사용후핵연료 14다발을 수송할 수 있는 NFT-14P 수송용기를 주로 사용함

○ 미국

미국은 57개 원전부지에서 18,000 MTHM의 사용후핵연료를 건식저 장하고 있으며, 원전으로부터 중간저장시설까지 사용후핵연료의 도로 및 철도 운반에 대한 많은 경험을 갖고 있음

○ 캐나다

캐나다는 IAEA 및 자국 내 운반지침에 따른 운반시스템을 갖추고 있음. 총 500회의 중수로 사용후핵연료를 운반한 경험이 있으며, Ontario, Quebec과 New Brunswick 원자로에서 Chalk River의 AECL 연구시설로의 운반이 대부분임

○ 우리나라

- 국내에서는 PWR 사용후핵연료 4다발 운반 용량의 KSC-4 수송용기를 이용하여 고리1호기 사용후핵연료 집합체 312다발을 고리 3ㆍ4호기의 사용후핵연료 저장조로 이송한 경험이 있음 - 한수원은 사용후핵연료 12다발 용량의 KN-12 수송용기 2대를 사용하여 고리원전본부 사용후핵연료를 2002년에 60 다발, 2003 년 및 2004 년에 각각 180 다발, 2006 년∼2007 년에 144 다발 등 총 564 다발을 소내 수송하는데 활용함. 또한, 2007년 12월에 KN-12 수송용기 3 대를 추가 확보하여 한울 및 한빛원전의 사용후핵연료를 소내 수송에 활용 중임