사용 후 핵연료의 반응성 가스 재순환에서 XeF2 불화제의 활용 가능성

전문가 제언

○ 핵분열을 통해 에너지를 생산하는 원소는 주로 우라늄-235이며 천연우라늄 속에 약 0.7%가 함유되어 있다. 우라늄-235를 수% 정도로 농축하여 안정적인 산화우라늄으로 전환시킨 것이 핵연료이며 나머지는 천연우라늄의 99.3%를 차지하는 우라늄-238로 구성된다. 원자번호 92의 우라늄-235가 핵분열하면 대개 2개의 핵종으로 쪼개져 핵분열생성물이 되는데 300개 이상의 핵종이 관찰되며 아연(원자번호 30)에서 디스프로슘(원자번호 66)까지, 질량수 72-161 범위의 핵종들이 분포된다.

 

○ 1차 핵분열생성물은 안정적인 핵이 아닌 경우가 많기 때문에 일련의 방사선 붕괴(알파선, 베타선, 감마선)를 겪은 후에 안정적인 핵으로 변환되는데 예를 들면 베타선 붕괴의 반감기는 브롬-90의 1.6초에서 요오드-129의 181.9년의 범위를 보인다. 또한 핵분열생성물 생성비율이 6.3%인 요오드-135는 6.57시간, 6.09%인 세슘-137은 30.17년, 6.29%의 Zr-133은 150만년, 0.16%의 Pd-107은 650만년 등으로 반감기 분포가 다양하다.

 

○ 따라서 사용 후 핵연료는 다량의 방사선 붕괴가 오랫동안 지속되는 고준위 방사성물질이다. 그러나 그 속에는 우라늄-235가 0.9%로 천연우라늄보다 많고 우라늄-238이 변환된 플루토늄-239(우라늄-235와 같은 핵분열물질)도 다량 함유되어 있어 이를 추출하여 재활용할 필요성이 높다. 또한 고준위 방사성물질을 방사능의 세기와 반감기별로 처리/처분할 필요성도 있기 때문에 사용 후 핵연료의 재처리는 극히 필요한 사안이다.

 

○ 우리나라는 1970년대부터 원자력기술의 자립을 위해 노력해 왔고 대부분의 주요기술을 확보/개량하여 아랍에미리트, 요르단 등 해외에 수출까지 하고 있다. 그러나 핵연료 재처리기술은 핵폭탄의 원료가 되는 플루토늄-239 추출과 관련하여 핵 확산이라는 정치적인 문제가 걸려있다.

 

○ 현재는 한국원자력연구원을 중심으로 대학 등에서 실험실 수준의 기술을 파악하고 있지만 이를 공학적으로 확대할 수 없는 실정에 있다. 따라서 순수플루토늄 추출이 어려워 핵 확산 문제가 거의 없는 pyroprocessing(고온야금법의 건식재처리)을 통해 원자력의 개발과 지속에 필요한 재처리기술을 실용적으로 확보하기 위해 노력하고 있다.

저자

D. Inabinett, T. Knight, T. Adams, J. Gray

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2014

권(호)

76()

잡지명

Progress in Nuclear Energy

과학기술
표준분류

에너지

페이지

106~111

분석자

김*철

분석물

• 사용 후 핵연료의 반응성 가스 재순환에서 XeF2 불화제의 활용 가능성.pdf [322,936 byte]

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