사용후핵연료 안전조치 일반

▼ 사용후핵연료 안전조치

► 봉쇄 및 감시

► 사용후핵연료 물리적방호

► 핵물질계량

► 핵확산저항성

  사용후핵연료 안전조치 일반

개요

원자력사업자가 핵물질을 취급하거나 원자력시설을 운영하기 위해서는 국제협약에 따라 IAEA의 안전조치(Safeguards) 수검과 국가 법령에 따른 안전조치 검사를 받아야 한다. 따라서 사용후핵연료를 취급하는 사업자나 연구자는 안전조치 관련 제 규정과 국제규범을 준수하여야 할 의무를 지니고 있다. 여기서는 이와 관련하여 안전조치의 필요성, IAEA 안전조치 개요, 안전조치의 일반지침 및 적용분야들이 기술되었으며, 아울러 우리나라에서 수행되고 있는 사용후핵연료 안전조치 현황을 소개한다.

안전조치의 정의와 목적

안전조치란 원자력의 평화적 이용에 수반되는 핵물질, 장비, 시설 등이 핵무기나 기타 핵폭발장치의 제조에 전용되지 못하도록 검증하는 일련의 활동을 의미한다. 따라서 어떤 한 국가의 영역 내 또는 관할 하에서 장소의 여하를 불문하고 그 관리 하에서 행해지는 모든 평화적인 원자력 활동에 관련되는 핵물질에 대하여 그 물질이 핵무기 또는 기타 핵폭발 장치의 제조에 전용되지 않고 있는 것을 검증하는 것이 안전조치의 목적이다.

구체적으로 평화적인 목적으로 사용되고 있는 핵물질과 물자 등을 정확히 계량하고 확인함으로써 동 물자들이 핵무기 개발로 전용되지 않았는지를 확인하는 사찰(inspection)을 실시하는 것이다. 따라서 안전조치를 행하는 구체적인 주요 수단은 사찰이며, 해당국가가 제공한 핵물질 보고서를 확인하고 검증한다. 이를 위하여 핵물질계량(nuclear material accounting), 핵물질격납(containment) 및 핵물질감시(surveillance), 모니터링(monitoring) 등이 이루어진다. 이들 수단들은 안전조치의 목적을 달성하기 위하여 상호 보완적으로 사용되고 있다.

IAEA 안전조치

국제핵확산금지조약(NPT)에 따라 핵무기보유국 외의 모든 국가는 IAEA와 안전조치협정을 체결할 의무가 있다. IAEA는 신고된 핵물질이 전용되지 않았다는 것을 배타적으로 검증하는데 초점을 맞추어 모델안전조치협정(INFCIRC/153)을 신고된 원자력시설에 적용하였으며, 이것을 모든 원자력시설에 적용한다는 의미에서 전면안전조치협정(CSA, Comprehensive Safeguards Agreement)이라 한다.

그러나 국가가 핵개발과 관련된 시설이나 물질을 IAEA에 신고하지 않을 경우 IAEA가 이러한 시설이나 물질을 탐지할 방법이 없다는 현실적 한계에 따라 신고하지 않은 원자력활동의 탐지를 주요 안전조치 목표로 설정한 모델추가의정서(AP, Additional Protocol, INFCIRC/540)을 만들어 해당국의 정보제공 의무를 확대하고, 확대신고에 기초해서 원자력시설을 포함한 기타시설에 추가접근 및 환경시료 채취를 실시하여 해당국의 미신고 원자력활동을 검증하고 있다.

그러므로 사용후핵연료 관련 원자력사업자 및 연구자는 시설의 운영에 앞서 운영시설에 대한 정보를 관련규정에 의거 작성하여 IAEA로 통보하여야 하며, IAEA는 시설설계정보를 통보 받은 시점부터 IAEA 검사기준에 따라 안전조치검사를 수행하기 시작하여 핵물질의 검증 및 격납 감시 체제 운영 등의 안전조치 수단을 통해 회원국가가 핵물질을 평화적 목적 외에 다른 용도로 전용하지 않았는지를 감시한다. 우리나라는 2004년 2월에 추가의정서를 발효시켰고, 2008년 6월에 IAEA는 우리나라에 대해 국가 내 미신고 핵 활동이 없다는 포괄적 결론을 도출하였다.

사용후핵연료 안전조치의 일반지침

사용후핵연료에 대한 안전조치의 규정은 아직까지 체계적으로 마련되어 있지 않으나 일반적인 지침에 대한 안내는 최근 IAEA에서 마련 중에 있다. 일반적으로 사용후핵연료 관리시설의 운영자는 사용후핵연료를 취급하고 계량하고 측정할 것이며, 국가는 국가계량관리체제(SSAC)에서 핵물질계량 및 이동에 대하여 검증하여 IAEA측에 신고하고, IAEA는 그 신고에 대하여 독립적인 안전조치 수단과 시료채취를 적용하거나 각 항목을 검증하기 위한 특별한 조치를 취하게 된다.

기반시설

사용후핵연료 관리 시설은 안전조치 장비를 운용하기 위해 필요한 부수적인 시설 및 인프라에 대한 접근방안을 제공할 책임이 있으며, 안전조치에 적용된 기술과 방법이 시설 운전수명 중에 변경될 수 있음을 인지하고 이러한 변화를 수용할 수 있는 인프라를 포함하여야 한다.

격납, 감시 및 모니터링

사용후핵연료의 핵물질 계량은 그 과정 자체가 어려울뿐더러 조업자나 검사원이 방사선에 노출될 가능성이 있기 때문에 시설 관리자와 안전조치 검사자는 핵물질 측정 장비와 측정결과에 대한 정보를 공유하고, 격납감시 및 모니터링과 같은 보조수단(Complementary measures)의 사용으로 그 위험성을 완화시켜야 한다.

보조수단은 안전조치 관련 정보에 대한 연속성(CoK)의 유지 및 사용후핵연료의 이동과 준비과정 중의 공정을 모니터링하여 미신고 활동을 감지하는 목적으로 사용될 뿐만 아니라 방사선 안전 또는 물리적 방호(예 : 무단 접근)를 위한 모니터링과 같은 이중 기능을 제공할 수 있으며, 무인 감시 기능으로 사용할 수 있다. 현재 IAEA에 의해 사용이 승인된 무선무인감시 중성자계측시스템은 MUND (Mobile Unattended Neutron Detector system)를 들을 수 있다.

설계정보 검증

사용후핵연료 관리 시설의 구축 계획 시 시설 설계자는 핵물질과 비핵물질 유형 및 흐름, 시설의 공정 장비 및 보조 장치의 사양과 도면 등을 포함한 설계정보서(DIQ, Design Information Questionnaires)를 준비하여야 한다. 예비 설계정보는 건설을 결정하거나 건설 승인을 얻는 즉시 국가가 IAEA에 제출해야 하며, IAEA는 공사 착수가 진행되기 전에 현장 방문을 시작할 수 있고, 각 현장방문 중에 수행할 설계정보검증(DIV, Design Information Verification)을 위한 다양한 활동을 수행할 수 있다.

핵물질 측정

IAEA는 사용후핵연료 시설의 원자력활동 및 핵물질과 관련된 신고내용에 대한 완전성과 정확성을 검증할 책임이 있다. 사용후핵연료의 핵물질 성분은 원자로에서 인출될 때 원자로 운영자가 얻을 수 있는 최선의 추정치를 설정하고, IAEA의 핵물질 검증은 측정오차와 탐지목표를 감안한 통계적 샘플링 방법을 사용하여 비파괴측정(NDA, Non-Destructive Analysis) 및 화학분석(DA, Destructive Analysis)을 적절하고 실용적으로 채택한다. IAEA가 승인한 검증 방법으로는 체렌코프(Cerenkov) 관측 장치에 기초한 검증법, 포크 감지기를 통한 무인 평가방법, 조사후연료 시험기 및 사용후핵연료 특성시험기와 같은 계측기가 있다.

사용후핵연료 안전조치 적용분야 및 국내 사용후핵연료 안전조치 현황

사용후핵연료 운반, 저장, 최종처분 및 재처리 또는 재활용을 위한 사용후핵연료 처리 분야가 안전조치 적용분야에 포함되고 있다. 국내 사용후핵연료 저장시설의 안전조치는 경수로와 중수로시설에 적용되고 있다.

• 경수로시설에서 사용후핵연료 저장조의 안전조치검사는 정기적으로 시설내 핵물질 재고량을 검증하는 물자재고검사(PIV, Physical Inventory Verification)를 장부검사와 현장검사로 실시
• 중수로 사용후핵연료는 사일로에 저장하고 있으며, 또한 조밀건식저장시설인 MACSTOR/KN-400을 운영

안전조치 개념은 저장조에서의 운반작업에 대한 안전조치와 건식저장소에서의 안전조치 및 감시활동으로 구분하고 있다. 국내에서 사용후핵연료 재활용과 관련한 연구시설로서 안전조치 적용 시설은 사용후핵연료 건식 전처리기술(파이로프로세스)을 구현하려는 듀픽핵연료개발시설(DFDF, DUPIC Fuel Development Facility)와 차세대관리공정 실증시설(ACPF, Advanced spent fuel Conditioning Process demonstration Facility)을 들 수 있으며, 각 시설에 대한 DIQ가 승인되어 IAEA 안전조치가 적용되고 있다.

참고문헌

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