Spent fuels (SFs) are stored in a storage pool after discharge from nuclear power plants. They can be transferred to for the further processes such as dry storage sites, processing plants, or disposal sites. One of important measures of SF is the burnup. Since the radioactivity of SF is strongly dependent on its burnup, the burnup of SF should be well estimated for the safe management, storage, and final disposal. Published papers about the methodology for the burnup estimation from the known activities of important radioactive sources are somewhat rare. In this study, we analyzed the dependency of the burnup on the important radiation source activities using ORIGEN-ARP, and suggested simple correlations that relate the burnup and the important source activities directly. A burnup estimation equation is suggested for PWR fuels relating burnup with total neutron source intensity (TNSI), initial enrichment, and cooling time. And three burnup estimation equations for major gamma sources, 137Cs, 134Cs, and 154Eu are also suggested.

In ROK, when designing a spent nuclear fuel (SNF) storage facility and cask, criticality safety analysis is performed assuming that the SNF is a fresh fuel in order to ensure conservatism. Storage and transportation capacity can be increased by more than 30% by applying the burnup credit, but it has not been applied to the management of SNF. On the other hand, currently in criticality safety analysis, average burnup value is applied to axial burnup profiles, and it is not conservative because burnup of the middle of SNF is greater than average value. Thus, measuring burnup of SNF with high accuracy contributes to the economics and safety of the management of SNF. In this paper, nondestructive burnup evaluation methods for SNF are reviewed in order to study how to measure burnup more accurately. Gamma ray spectrometry and neutron counting have been used as non-destructive burnup evaluation methods of SNF. Gamma spectrum analysis uses the ratio of Cs-134/Cs-137 or Eu-154/Cs-137. The ratio of Cs-134/Cs-137 is used to SNF with cooling time less than 20 years, and the ratio of Eu- 154/Cs-137 is used to SNF with cooling time more than 20 years due to their half-life. In spectrum analysis, detector sensors with high efficiency and energy resolution are needed to clarify each spectrum. High-purity germanium (HPGe) detector has high energy resolution. However, it is not suitable for the analysis of the SNF in the spent fuel pool because it requires separate cooling system and large volume. Thus, CdZnTe (CZT) detector, which has medium energy resolution, is used as a detector of gamma ray spectrometry for the analysis of the SNF in the spent fuel pool. Recently, LaBr3 detector has been commercialized. Although it is difficult to compare clearly due to different conditions such as detector volume and crystal size, LaBr3 detector showed better resolution than CZT in the entire energy region. Neutron counting method has a large error compared to gamma spectrometry because the neutron flux is lower than gamma ray, and neutron absorption reaction, induced fission, and pool environment have to be considered. Large quantity of gamma energy is deposited in the detector by the fission fragments near the SNF. Therefore, fission chambers, which have the highest insensitivity to gamma rays, must be used as neutron detector in order to avoid noise from gamma rays.

영구정지후 해체가 계획된 고리 1호기 원자력발전소는 해체과정에서 다양한 종류의 방사성폐기물이 대량으로 발생될 것으 로 예상되고 있으며, 이 중 원자로 및 내부구조물은 방사능 수치가 높으므로 1차측에서 적절한 크기와 중량으로 해체된다. 고리 1호기 해체시 원자로 및 내부구조물에서 발생되는 방사성폐기물에 대하여 기존 폐기물의 자체처분 현황 및 법적 제한 사항 분석 등을 통해 적절하고 효율적인 처분방법을 마련하는 것은 중요한 사안일 것으로 판단된다. 원자로 및 내부구조물 에서 발생되는 폐기물은 중준위에서부터 자체처분까지 다양한 준위의 폐기물들이 발생되며, 이 중 자체처분 준위에 해당되 는 폐기물은 방사화 평가 결과, 원자로 상부 헤드와 상부 헤드 인슐레이션에서 발생되는 것으로 나타났다. 본 논문에서는 방사화 평가 결과를 바탕으로 자체처분 준위에 해당되는 폐기물을 자체처분 평가 코드인 RESRAD-RECYCLE 코드를 사용하여 자체처분 안전성 평가를 수행하였다. 대상 폐기물의 자체처분 시나리오를 선정하고 자체처분시 개인 및 집단별 최대선량을 계산하여 국내 원자력안전법에서 규정하는 자체처분 기준 제한치의 만족 여부를 판단하였다. 평가 결과, 전체적으로 상당히 낮은 결과값을 보이며 기준 제한치를 만족하는 결과를 나타내었으며, 핵종별 자체처분 허용농도를 도출하였다.

한국원자력환경공단에서는 국내 경수로 원전에서 발생된 사용후핵연료를 건식으로 저장할 수 있는 콘크리트 용기를 개발하 였다. 본 저장용기는 사용후핵연료가 건식환경에서 장기간 저장되는 동안 용기 및 사용후핵연료의 건전성이 유지되며, 방사 선량률이 저장시설의 설계기준을 초과하지 않도록 설계되어야 한다. 특히, 저장시설은 정상 및 사고조건에서 적절한 방사선 방호를 위한 차폐설계가 이루어져야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 미국 10CFR72 및 10CFR20의 기술기준과 NRC의 표준 심사지침 NUREG-1536에서 제시한 평가방법에 따라 건식저장조건하에서 단일 콘크리트용기 및 2×10 용기배열조건의 선 량율을 평가하였다. 평가결과, 일반인에 대한 연간선량 한도인 0.25 mSv를 만족하는 통제구역 경계까지의 거리는 약 230 m 로 도출되었다. 콘크리트 저장용기의 설계사고는 2×10 배열의 저장시설에서 한 개의 저장용기가 이송 중 전도사고가 발생 하여 용기의 바닥면이 통제구역 경계로 향하는 상황으로 가정하였다. 전도된 저장용기의 바닥면으로 부터 100 m 및 230 m 지점에서 각각 12.81 mSv 및 1.28 mSv로 평가되었다. 본 연구를 통해 건식저장조건에서 콘크리트 저장용기 및 저장시설은 적절하게 평가된 통제구역경계까지의 거리가 확보된다면 방사선적 안전성이 유지됨을 확인할 수 있었다. 본 평가결과만으 로 건식환경의 저장용기(시설) 설계에 직접 적용하기는 어렵겠으나, 향후‘국가 고준위폐기물 관리 전략’에 근거한 원전내 저장시설 또는 중간저장 시설의 설계 및 운영에 유용한 자료가 될 것으로 사료된다.

한국원자력환경공단에서는 국내 경수로 원전에서 발생한 사용후핵연료를 건식으로 저장하기 위하여 안전성을 최우선으로 국내/외 기술기준을 준수하여 금속겸용용기를 개발하였다. 이러한 금속용기는 50년 동안 주요 안전성요소(구조, 열제거, 격납, 임계방지, 방사선차폐 등)에 대한 건전성을 유지하고, 운영기간 중 유지보수 과정에 폐기물의 발생을 최소화 하고 이를 안전하게 관리할 수 있도록 설계하였다. 본 논문은 설계수명이 종료된 금속용기 본체 및 내/외부 구조물에 대한 방사화 평가를 통해 정량적인 방사능 재고량에 대한 정보를 제공한다. 본 논문에서는 금속용기 본체 및 구성품의 방사화 방사능 재고량은 MCNP5·ORIGEN-2 평가체계를 이용하여 계산하였으며, 각 구성품의 화학조성, 중성자속 분포, 반응률 및 저장기간 동안 중성자조사 기간을 반영하여 평가하였다. 평가결과, 설계수명 이후 10년 경과시 모든 금속재질에서 60Co의 방사능이 기타 핵종들에 비하여 가장 큰 방사능을 띄는 것으로 나타났으며, 중성자차폐체인 수지에서는 수명직후 28Al 및 24Na등의 고에 너지 감마선을 방출하는 핵종은 반감기가 짧아 0.5년 이후에는 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 또한, 사용후핵연료 제거 후 캐니스터 및 금속용기 본체에 대한 표면 선량률 평가결과, 상당히 낮은 값을 나타내어, 해체 시 작업자가 받는 피폭선량은 무시할 수 있는 수준으로 평가되었다. 본 평가방법은 사용후핵연료 금속겸용용기 해체 시 계획의 수립 및 해체작업 종사자의 피폭선량 예측, 방사성폐기물의 관리/재활용 등의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.