원자력연, 고준위방사성폐기물 처분용기 안전성 평가 모델 선진국 수준 신뢰성 확보

국내에서 개발된 고준위 방사성 폐기물 처분용기의 안전성 평가모델이 시험을 통과하고, 선진국 수준의 신뢰성을 확보했다. 한국원자력연구원은 고준위 방사성 폐기물 처분용기의 장기 부식 양상을 정밀 예측하기 위해 개발한 '한국형 다물리 통합 부식 모델'이 처분용기의 장기 안전성을 과학적으로 입증하는데 성공했다고 9일 밝혔다. 고준위 방사성 폐기물 처분용기는 지하 수백 미터에서 수십만 년 이상 방사성 물질을 안전하게 보관한다. 스웨덴, 캐나다 등은 이의 검증을 위해 1차원 단일물리(single-physics) 접근법을 사용한다. 1차원 단일물리 접근법은 페기물 처분장을 1차원으로 단순화해서 부식률을 측정, 예측하는 방식이다. 전기화학적 부식률만 고려한다. 따라서 이는 그동안 우리나라 지질환경 특성을 반영하지 못하는 한계가 있었다. 원자력연 처분성능실증연구부 김진섭 박사 연구팀은 이에 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. 모델 개발은 지하의 극저농도 산소 환경을 구현한 실내 부식시험을 통해 이루어졌다. 연구원의 지하처분연구시설(KURT)에서 10년 이상 수행된 처분용기 장기 부식 현장실험 데이터를 상호 비교한 결과 모델의 예측값과 실제 계측값 사이의 신뢰성도 확보했다는 것이 연구팀의 설명이다. 기존 해외 모델과의 성능 비교 결과에서는 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. 한편, 이 모델을 활용해 현재 개발 중인 고준위 폐기물 처분용기의 예상 수명을 평가한 결과, 보수적으로 최소 약 170만 년으로 나타났다. 또한 초기 수년간 최대 부식 깊이도 약 9.3마이크로미터(μm) 수준으로 확인됐다. 권장순 처분성능실증연구부장은 "핵물질의 독성 감소에 필요한 기간보다 처분용기의 수명이 훨씬 길어 장기 안전성이 과학적으로 입증됐다"며 "향후 3차원 모델 확장, 미생물 반응 등의 추가 요인을 반영해 한국형 다물리 통합 부식 모델의 성능을 더욱 발전시켜 나갈 계획"이라고 말했다. 권 부장은 또 "태백시에 건설될 지하연구시설(URL)을 활용한 공학적방벽시스템 검증 및 처분용기 설계 등에도 이번 모델이 활용될 것"이라고 덧붙였다. 연구는 과학기술정보통신부 사용후핵연료 저장처분 안전성 확보를 위한 핵심기술개발사업의 지원을 받았다. 연구성과는 재료분야 국제 학술지( npj Materials Degradation) 등에 모두 13편의 논문이 게재됐다.