사용후핵연료저장 일반

▼ 사용후핵연료 저장

  사용후핵연료저장 일반

개요

원자로에서 사용이 끝난 핵연료는 최종적으로 처분이나 처리되기 전까지 저장을 해야 하는데 저장 위치에 따라 임시저장이나 중간 저장으로 또 냉각 방식에 따라 습식저장과 건식 저장으로 나뉜다.

임시저장과 중간저장

사용후핵연료 임시저장은 원자력 발전사업자가 원자로의 관계시설인 원전 부지내에서 일정기간 저장․관리 하는 것을 의미 한다. 우리나라도 모든 원전 내에는 사용후핵연료 저장을 위한 습식저장시설을 갖추고 있다. 월성 중수로원전의 경우 습식저장 이후 발전소 내 건식저장시설로 운반하여 보관하고 있다.

사용후핵연료 중간저장은 사용후핵연료 관리사업자가 발생자로부터 사용후핵연료를 인수받아 직접처분하기 이전까지 중장기적(50년~100년)으로 사용후핵연료를 중앙집중 방식으로 저장관리하는 것을 말한다.

습식저장과 건식저장

습식저장은 물로 사용후핵연료의 붕괴열을 냉각시키고 방사선을 차폐하는 방식이며, 건식저장은 습식저장조 내에서 일정기간 저장하여 핵연료에서 발생하는 붕괴열을 가능한 수준으로 낮춘 후 건조시켜 저장하는 방식이다. 아래 표는 습식과 건식 저장 적용사례 및 장단점을 비교하고 있다. 2011년 후쿠시마 원전사고시 습식저장에서 일부 사용후핵연료가 파손되었으나, 건식저장에서 금속용기내의 사용후핵연료는 온전히 보전되어, 건식저장의 상대적 저장 안전성이 입증되었다.

습식저장과 건식저장의 장단점 비교

사용후핵연료 건식저장방식

현재 상용화된 건식저장기술은 다양한 방식이 개발되어 있으며, 대표적으로 옥외형(용기, 모듈, 매립)과 옥내형(볼트, 건물 및 터널)으로 구분할 수가 있다. 모든 건식저장의 특성 비교는 표2와 같다.

옥외형 저장방식

옥외 야적형 저장방식으로 콘크리트 매트 위에 콘크리트 용기, 금속 용기, 콘크리트 모듈 및 매립 방식 등이 있다.

① 콘크리트 용기

저장전용으로 구조재인 철근 콘크리트 또는 고밀도 콘크리트는 구조적 강도 및 방사선 차폐기능을 제공한다. 냉각방법으로는 콘크리트 구조물을 통한 자연대류에 의해 붕괴열을 냉각한다.

② 금속 용기

운반과 저장 겸용이 대부분이며, 용기의 구조는 몸체, 핵연료 바스켓, 뚜껑으로 구성되며 용기 몸체의 외부 표면에 냉각의 효율성을 높이기 위하여 여러 종류의 냉각핀을 부착 한다. 금속용기는 일반적으로 뚜껑이 볼트로 고정되거나 용접으로 밀봉되는 2중 뚜껑 격납구조로 구성된다.

③ 콘크리트 모듈 방식

콘크리트 구조물 안쪽에 있는 금속라이너 속에 직접 사용후핵연료를 채워 넣는 일체형 방식으로서, 별도의 금속 저장용기에 삽입 후 수직 혹은 수평으로 콘크리트 실린더에 저장하는 방식이다.

④ 매립 저장방식(Drywell)

지표라는 자연물을 이용하여 차폐는 땅을 이용하고 열제거는 열전도와 대류를 이용한다. 매립 깊이가 깊을수록 고연소도 연료에 대한 피폭선량이 작아져 차폐능력이 뛰어나다.

옥내형 저장방식

옥내형 저장방식은 저장건물에 금속용기를 적치하는 방식, 볼트 방식 및 터널 방식 등이 있다.

① 저장건물방식

금속용기가 건물내 적치하고, 건물외부의 냉각공기가 양쪽 외벽의 바닥으로부터 유입되고 천정에 설치된 Gallery를 통해 방출되는 자연냉각 방식이다. 독일의 경우 WTI 및 STEAG 방식과 일본의 Mutsu 저장건물 등이 있다.

② 볼트 방식

대형 콘크리트 구조물로서 외부 구조물은 방사선 차폐체 역할을 하고 건물 내부는 금속 튜브를 설치하여 튜브 내에 사용후핵연료를 장입ㆍ밀봉 후 공기, 질소 또는 헬륨 기체로 충전하여 저장하는 방식이다. 영국의 Wylfa , 미국의 Fort Saint Vrain , 프랑스의 CASCAD, 헝가리의 Paks 저장시설 등이 운영 중이다.

③ 터널저장방식

금속 용기를 터널 안에 적치하여 저장하며 부지특성이 고려되어 산지가 많은 지역에 적합하다. 독일의 Neckarwestheim 원전 부지내 건식저장시설(채석장 활용)의 실례가 있다. 냉각방식은 자연환기냉각으로 Vent Stack을 통해 더운 공기를 외부로 배출한다.

이 자료의 최초 작성 :서 기석(KAERI) nksseo@kaeri.re.kr, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr