As part of the third ATM Challenge, we performed a series of atmospheric dispersion simulations for routine releases of Xe-133 from ordinarily operating nuclear facilities such as Medical Isotope Production Facilities (MIPFs), Nuclear Power Plants (NPPs), and Research Reactors (RRs) in the Northern Hemisphere using our ATM, Lagrangian Atmospheric Dose Assessment System (LADAS), with Numerical Weather Prediction (NWP) data produced by the Korea Meteorological Administration (KMA). The simulation time period is 6 months, from June to November in 2014, and we used the stack emission data except for CNL (Canada) and IRE (Belgium) in accordance with the scenario of the third ATM Challenge 2019. In addition, the simulations were done individually for all MIPFs, NPPs, and RRs. We utilized 3-hourly KMA’s Unified Model Global Data Assimilation and Prediction System (UM-GDAPS) data with 0.35°×0.23° horizontal resolution as input meteorological fields and extracted hourly time series results for Xe-133 activity concentrations with few different resolutions such as 0.5°×0.5°, 0.35°×0.23°, and 0.1°×0.1° at several IMS stations in the Northern Hemisphere which were in normal operation in 2014. Considering previously reported values of daily Xe-133 release amounts for CNL and IRE, measured signals at some IMS stations (such as CAX17, DEX33, SEX63, and USX75) were well reproduced from the simulation results.

In decommissioning a nuclear power plant, numerous concrete structures need to be demolished and decontaminated. Although concrete decontamination technologies have been developed globally, concrete cutting remains problematic due to the secondary waste production and dispersion risk from concrete scabbling. To minimize workers’ radiation exposure and secondary waste in dismantling and decontaminating concrete structures, the following conceptual designs were developed. A micro-blast type scabbling technology using explosive materials and a multi-dimensional contamination measurement and artificial intelligence (AI) mapping technology capable of identifying the contamination status of concrete surfaces. Trials revealed that this technology has several merits, including nuclide identification of more than 5 nuclides, radioactivity measurement capability of 0.1–107 Bq·g−1, 1.5 kg robot weight for easy handling, 10 cm robot self-running capability, 100% detonator performance, decontamination factor (DF) of 100 and 8,000 cm2·hr−1 decontamination speed, better than that of TWI (7,500 cm2·hr−1). Hence, the micro-blast type scabbling technology is a suitable method for concrete decontamination. As the Korean explosives industry is well developed and robot and mapping systems are supported by government research and development, this scabbling technology can efficiently aid the Korean decommissioning industry.

북한은 2017년 9월 3일 풍계리 핵실험장에서 6차 지하 핵실험을 단행하였다. 이전에 수행했던 핵실험들과 달리 풍계리 핵 실험장 주변에서 몇 차례의 유발지진이 발생하였고 이로 인해 지하에 갇혀 있던 방사성제논이 대기 중으로 방출되는데 영향을 끼쳤을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 북한의 6차 핵실험 이후에 발생한 유발지진을 고려하여 핵실험으로 발생한 방사성제논의 몇 가지 방출 시나리오에 따른 대기확산 모의실험을 본 연구진이 개발한 LADAS (Lagrangian Atmospheric Dose Assessment System) 모델에 기상청의 수치예보자료를 적용하여 수행하였다. 방사성제논의 가능한 검출 위치와 시간을 찾기 위해, 1일 간격 및 1주일 간격의 지연방출뿐만 아니라 유발지진으로 유출된 지연방출 시나리오도 설정하였다. 포괄 적핵실험금지조약기구(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization)에서 운영중인 전세계관측망(International Monitoring System)과 원자력안전위원회의 133Xe 탐지 결과는 유발지진으로 유출된 방사성제논의 방출 시나리오에 따른 모의실험의 결과와 대체로 부합되었다.

국내 3단계 매립형 처분시설은 2018년도 한국원자력환경공단의 중^저준위 방폐물관리시행계획에 의하면 주로 원전 해체 현장에서 발생하는 극저준위방폐물을 수용하기 위해 2019년 4월부터 2026년 2월까지 총 104,000드럼(2개 트렌치)을 수용 하기 위해 건설이 계획 중이다(총 2,246억원 투입). 이후 총 5개 트렌치에 260,000드럼이 총 34,076 m2의 면적에 단계적으로 수용되며 따라서 현재 한국원자력환경공단은 관련 인수기준을 마련 중에 있다. 극저준위방폐물 처분시설 인수기준의 경우 프랑스, 스페인 등이 전용 처분시설을 운영하면서 자국의 인수기준을 합리적으로 잘 준용하고 있으나 본 논문에서는 해체방 폐물의 처분에 가장 경험이 많은 미국의 처분시설을 고려하여 국내 매립형 처분시설에 우선적으로 반영되어야 할 사항이 있는지 분석하였고 이를 통하여 경주내 3단계 매립형 처분시설의 인수기준 마련에 도움이 되고자 하였다.

원자력 사고 후 대기로 누출된 방사성물질이 지표 토양내 침적된 후 강우에 의하여 주변 환경으로 이동하여 지표수계를 오염시킨다. 지표 토양내 침적된 방사성핵종의 거동 평가를 위하여 수립된 지표 수계 및 토양 유실 모델의 주요 입력자료를 수 집하여 분석하였다. 월성 원전이 위치한 낙동강권역의 하천과 호수에서의 물리적 특성과 주요 생물상의 변화를 파악하기 위해서 원전 주변 수생 환경의 조사 및 분석을 수행하였다. 이를 위해 국내 여러 기관에서 제공하는 수치지도, 수문자료, 수질 및 생태환경자료 등을 수집 분석하여 자료간 상호 연계성을 갖도록 체계적인 DB를 구축하였다. 구축된 수생환경 자료는 지표수계에 흡착된 방사성물질의 중장기 거동 평가를 위하여 수립된 지표수계 유동, 토사유실 및 생태계 모델의 기본 입력자 료로 제공되어 종합적인 방사선영향평가에 활용될 예정이다.

후쿠시마 원자력 발전소의 사고로 인해 일본 동부 지역에 다량의 방사성 핵종이 축적되었다. 이러한 방사성 물질은 숲, 도시, 하천, 호수를 포함한 넓은 범위에서 관측되고 있다. 방사성 세슘의 토양 입자에 강하게 흡착하는 특성 때문에 방사성 세슘은 침식된 토사와 함께 이동하여, 인구가 밀집한 하천 하류지역으로 그리고 연안으로 서서히 이동한다. 본 연구에서는 수생환경의 오염된 토사의 이동을 재현하기 위한 수치모델을 개발하고, 그 성과의 일부를 한국원자력연구원 내에 위치한 침식 된 토사 관측 장비에서 관측된 결과와 비교하였다. 수집된 토사 시료의 입경 특성을 분석하기 위해서 표준 체분석과 이미지 분석법을 적용하였다. 수치 모델은 초기 포화도, 강우의 토사 침투율, 멀티 레이어, rain splash 등을 고려하여 현실의 강우에 따른 토사의 이동을 시뮬레이션 할 수 있도록 개발하였다. 2019년 연구에서는 수치모델에 나무에 의한 강우 쉴드 효과, 증발효과, 표면물의 쉴드 효과 등이 추가될 계획이다. 토사 유실 관측 장비를 2018년부터 월성 원전 인근에 설치해 지속적으로 관측 자료를 수집하고 있다. 이러한 관측자료를 기반으로 방사성 핵종의 강우, 하천, 연안으로 이동하는 장기 영향 평가 수치모델을 개발할 계획이다.

인접 국가인 일본의 후쿠시마 원전에서 극한 자연재해로 인한 중대사고가 발생하면서, 국내에서 중대사고 및 확률론적 안전성 평가 (PSA, Probabilistic Safety Assessment)에 대한 중요성이 재인식되었다. 국내에서는 원전의 소외결말을 평가하는 3단계 PSA에 대한 연구개발이 최근까지 거의 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 국외 3단계 PSA 전산코드 중, 미국의 MACCS2 (MELCORE Accident Consequence Code System 2), 유럽의 COSYMA (COde SYstem from Maria) 그리고 일본의 OSCAAR (Off-Site Consequence Analysis code for Atmospheric Releases in reactor accidents)에 대한 간략한 분석과 미국 의 MACCS2에 대한 단점 및 한계점 분석을 수행하였다. 국내·외 전문가들에 의해 공통적으로 지적되어 온 MACCS2의 한 계점은 다수호기사고와 사용후핵연료 저장조로부터의 방출 모사의 불가능, 그리고 대기확산모델을 단순 가우시안 플륨모델을 기본으로 한다는 것이며, 이중 일부는 MACCS2업데이트 버전을 통해 개선되어 왔다. Food chain 모델의 모사의 제한, 해양 및 수계 확산모델의 부재, 제한된 범위의 경제영향평가 등 또한 개선되어야 할 사항이다. 기술보고의 결과는 국내 3단 계 PSA 관련 기술 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 항 내부에서 부하되는 오염물질이 파랑 및 흐름 조건으로 인하여 항외로 유출되는 과정을 수리실험을 통해 알아보았다. 월성원자력발전소 항내에 오염물질이 부하 되었을 시, 실험인자를 변화시켜가며 추적자를 활용한 흐름거동 조 사를 수행하였다. 각 실험의 결과는 지수 함수에 따른 항내 오염물이 감소하는 경향이 나타나며, 항외 유출에 걸리는 시간의 기울기는 각각 다른 결과를 보여주었다. 관측된 데이터로부터 회귀식을 도출한 결과, 흐름 관측의 경우 유입되는 모터의 회 전 속도 30, 20, 10 rpm에서 좌측 항내의 오염물이 50% 유출률에 도달하는 시간은 각각 2.70, 10.40, 26.39 days를 보였다. 모터의 회전속도가 30 rpm인 실험에서 유출되는 감소 추세가 가장 뚜렷하게 나타났으며, 회전속도 10 rpm인 실험에서 기 울기는 완만하였다. 파랑 관측의 우측 영역의 오염물이 50% 유출률에 도달하는 시간은 4.59 days로 나타났으며, 좌측영역 의 경우 15.35 days의 결과를 보였다.