[파이낸셜뉴스] 사용후핵연료와 같은 고준위폐기물은 지하 깊은 암반에 처분해 방사성 물질이 인간 생활권에 오지 않도록 관리한다. 이를 위해서는 고준위폐기물 처분용기의 장기 안전성이 검증돼야한다. 최근 우리 지질환경에 최적화된 한국형 평가 모델을 개발해 장기 안전성 검증에 성공했다.
한국원자력연구원은 고준위폐기물 처분용기의 장기 부식 양상을 정밀 예측하는 ‘한국형 다물리 통합 부식 모델’ 개발에 성공했으며, 이를 활용해 처분용기의 장기 안전성을 과학적으로 입증했다고 9일 밝혔다.
고준위폐기물 처분용기는 지하 수백 미터 심도 환경에서 수십만 년 이상 방사성 물질을 견고하게 보관해야 한다.
이에 처분성능실증연구부 김진섭 박사 연구팀은 지하수의 화학 조성 및 유동 특성 등 우리나라 지질 조건을 반영할 수 있고, 처분 환경에서 동시에 일어나는 다양한 복합 상호작용을 고려할 수 있는 열-수리-화학-전기화학을 통합한 2차원 다물리(multi-physics) 부식 모델을 개발했다.
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 2.3년 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 확인했다.
또 이 모델을 활용해 현재 개발 중인 고준위폐기물 처분용기의 예상 수명을 평가한 결과, 보수적으로 최소 약 170만 년으로 나타났다. 초기 수년간 최대 부식 깊이도 약 9.3마이크로미터(μm) 수준으로 확인됐다. 이는 스웨덴, 캐나다 등 해외 처분용기의 성능과 동등하거나 그 이상으로 평가된다. 특히, 핵물질의 독성 감소에 필요한 기간보다 처분용기의 수명이 훨씬 길어 장기 안전성이 과학적으로 입증됐다.
이번 연구는 최근 재료분야 국제 저명 학술지 npj 머터리얼즈 디그라데이션(npj Materials Degradation) 등에 13편의 논문이 게재돼 우수성을 인정받았다. 연구팀은 향후 3차원 모델 확장, 미생물 반응 등의 추가 요인을 반영해 한국형 다물리 통합 부식 모델의 성능을 더욱 발전시켜 나갈 계획이다. 태백시에 건설될 지하연구시설(URL)을 활용한 공학적방벽시스템 검증 및 처분용기 설계 등에도 이번 모델이 활용될 것으로 기대된다.
원자력연구원 권장순 처분성능실증연구부장은 "이번 다물리 통합 부식 모델 개발로 고준위폐기물 처분용기의 안전성을 독자적으로 입증할 수 있게 되었다"며, "향후 국제 공동연구를 통해 우리나라 처분 기술의 우수성을 널리 알리고, 기술 경쟁력 강화를 위해 더욱 노력하겠다"고 밝혔다.
jiany@fnnews.com 연지안 기자
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