원자력硏, 고준위폐기물 처분용기 한국형 모델로 안전성 입증

한국 지질환경에 최적화된 평가 모델 활용

[대전=뉴시스] 한국형 다물리 통합 부식 모델로 고준위폐기물 처분용기의 장기 안전성을 과학적으로 입증한 원자력연구원 연구진.(사진=원자력연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국원자력연구원은 고준위폐기물 처분용기의 장기 부식 양상을 정밀 예측하는 '한국형 다물리 통합 부식 모델'을 개발하고 이를 활용해 처분용기의 장기 안전성을 과학적으로 입증하는데 성공했다고 9일 밝혔다.

고준위폐기물 처분용기는 지하 수백m 심도환경에서 수십만년 이상 방사성 물질을 견고하게 보관해야 한다. 그래서 용기 안정성 평가가 매우 중요하지만 성능 검증을 위한 스웨덴, 캐나다 등 해외 선진국들의 모델은 단순화된 1차원 단일물리(single-physics) 접근법이며 우리나라의 지질환경 특성을 반영하지 못하는 한계가 있다.

이번에 원자력연구원 처분성능실증연구부 김진섭 박사팀은 지하수의 화학조성 및 유동 특성 등 우리나라 지질조건을 반영하고 처분 환경에서 발생하는 다양한 복합 상호작용을 고려할 수 있는 열-수리-화학-전기화학을 통합한 2차원 다물리(multi-physics) 부식 모델을 개발했다.

연구팀은 지하의 극저농도 산소 환경을 구현한 실내 부식시험을 거쳐 모델을 개발한 뒤 연구원의 지하처분연구시설(KURT)에서 10년 이상 수행된 처분용기 장기 부식 현장실험 데이터를 상호 비교해 모델의 예측값과 실제 계측값 사이의 신뢰성을 높였다.

기존 해외 모델과의 성능 비교 결과, 스웨덴·핀란드·캐나다 모델은 처분장의 산소에 의한 부식 환경이 100년 이상 지속된다고 과대 예측한 것과 달리 연구팀이 개발한 모델은 약 2년 4개월 후 조건이 종료된다고 예측했다.

이는 스위스 몽테리(Mont Terri) 지하연구시설 현장 실증실험에서 관측된 0.5~1.5년 범위와 거의 유사해 이번에 개발된 모델이 훨씬 현실적이고 정확한 예측력을 가졌음을 의미한다.

또 이 모델을 활용해 현재 개발 중인 고준위폐기물 처분용기의 예상 수명을 평가한 결과, 최소 약 170만년으로 나타났으며 초기 수년간 최대 부식 깊이도 약 9.3마이크로미터(μm) 수준으로 확인돼 해외 기술 수준 이상으로 평가받았다.

특히 핵물질의 독성 감소에 필요한 기간보다 처분용기의 수명이 훨씬 길어 장기 안전성도 과학적으로 입증받았다.

연구팀은 태백시에 건설될 지하연구시설(URL)을 활용한 공학적방벽시스템 검증 및 처분용기 설계 등에 이번 모델이 활용될 것으로 기대하고 있다.

권장순 처분성능실증연구부장은 "이번 다물리 통합 부식 모델 개발로 고준위폐기물 처분용기의 안전성을 독자적으로 입증할 수 있게 됐다"며 "향후 3차원 모델 확장, 미생물 반응 등의 추가 요인을 반영해 한국형 다물리 통합 부식 모델의 성능을 더욱 발전시켜 나갈 계획"이라고 말했다.

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