국내 중·저준위 방사성폐기물은 영구적 격리를 위해 처분장에 매립하고 있으며 그 위치는 경주에 있다. 이러한 방 사성폐기물의 영구적인 격리를 위한 처분시설은 공학적 방벽과 자연 방벽으로 구성되어 있으며 자연 방벽을 특성을 파악 하기 위하여 한국원자력환경공단에서는 2006년부터 부지특성조사를 수행하였고, 이후 부지감시 및 조사계획에 따른 감시 를 수행하여 부지특성의 변화를 지속적으로 확인하고 있다. 중저준위 방폐장의 수리지화학적 환경은 자연 방벽의 평가를 위해 중요한 요소로 손꼽히고 있으나 동해와 가까운 경주의 지역적 특성상 해수의 영향을 반드시 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 처분 부지의 지하수 관정 7개 및 관정의 심도별 수질 자료를 취합해 지하수 자료 총 30개를 해수 2개소와 비교 분석하여 수리지화학적 환경을 해석하였다. 분석 자료는 수질 10개 항목(온도, EC, HCO3, Na, K, Ca, Mg, Cl, SO4, SiO2)을 2017년 3분기부터 2022년 3분기까지 총 5년간 20회의 자료를 활용하였다. 특히, EC, HCO3, Na, Cl의 농도 변화 를 통해 연구 지역의 배경 농도 및 관정의 구간별 해수의 영향을 파악하였으며, 시계열 군집 분석을 통해 담수, 기수, 해 수의 분류를 시도하였다. 그 결과, 기존의 모니터링 방법으로는 확인하지 못한 부지내 수리지화학적 변화를 제시하였다.

Spent nuclear fuel temporary storage in South Korea is approximately 70% of total storage capacity as of the 4th quarter of 2022 amount is stored. In addition, according to the analysis of the Korean Radioactive Waste Society, saturation of nuclear power plant temporary storage is expected sequentially from 2031, and accordingly, the need for high-level radioactive waste disposal facilities has emerged. Globally, after the conclusion of the EU Taxonomy, for nuclear energy in order to become an ecofriendly energy, it is necessary to have a high-level radioactive waste disposal site and submit a detailed operation plan for high-level radioactive waste disposal site by 2050. Finland and Sweden have already received permission for the construction of high-level radioactive waste disposal facilities, and other countries, such as Switzerland, Japan, the United States, and Canada, are in the process of licensing disposal facilities. In order to establish a repository for high-level radioactive waste, the performance and safety analysis of the repository must be conducted in compliance with regulatory requirements. For safety analysis, it needs a collection of arguments and evidence. and IAEA defined it as ‘Safety case’. The Systematic method, which derives scenarios by systematizing and combining possible phenomena around the repository, is widely used for developing Safety case. Systematic methods make use of the concept of Features, Events and Processes (FEP). FEP identifies features that affect repository performance, events that can affect a short period of time, and processes that can have an impact over a long period of time. Since it is a characteristic of the Systematic method to compose a scenario by combining these FEP, the Systematic method is the basic premise for the development of FEP. Completeness is important for FEP, and comprehensiveness is important for scenarios. However, combining all the FEP into one scenario is time-consuming and difficult to ascertain the comprehensiveness of the scenario. Therefore, an Integrated FEP list is being developed to facilitate tracking between FEP and scenarios by integrating similar FEP. In this study, during the integrated FEP development process, a method for utilizing experts that can be used for difficult parts of quantitative evaluation and a quantitative evaluation process through the method were presented.

Currently, there are 25 nuclear power plants (NPPs) in operation in Korea, including 22 pressurized water reactors (PWRs) and three pressurized heavy water reactors (PHWRs). Two NPPs, including Kori Unit 1 and Wolsong Unit 1, are permanently shut down and awaiting decommissioning. If Kori Unit 2, which is expected to be permanently shut down soon, is included, the number of decommissioning NPPs will be increased to three. Spent fuels (SFs) are continuously generated during the NPP operation, which are stored in an SF storage pool in NPPs to cool down the decay heat emitted from SFs. For safe NPP operation, SFs must be regarded as waste, and a disposal site must be selected to isolate SFs. However, an appropriate site has yet to be selected in Korea. SFs contain long-lived nuclides with a high specific activity. For disposal, it is important to characterize the nuclides in the fuels and delay the migration of the nuclides to the environment when SFs are placed in a future disposal facility. If the disposal container is broken, the nuclides in the fuels escape from the filling material, such as bentonite. These escaped nuclides are dissolved in groundwater and migrate to the surface of the earth. Thus, it is possible to assess the radiological impact, such as the exposure dose during and after the disposal, if the types and characteristics of nuclides in SFs are known. This study investigated the nuclides in SFs and identified exposure scenarios that may occur in the disposal process of SFs and migration characteristics when the nuclides leak into groundwater to propose a dose assessment methodology for workers and the public.

Organic complexing agents may affect the mobility of radionuclides at low- and intermediate-level radioactive waste repositories. Especially, isosaccharinic acid (ISA) is the main cellulose degradation product under high pH conditions in cement pore water. ISA can combine with radionuclides and form stable complexes that adversely influence adsorption in the concrete phase, resulting in radionuclides to leach to the near- and far-fields of repositories. This study focuses on investigating the sorption of ISA onto engineered barriers such as concrete, thereby studying adsorption isotherms of ISA on concrete and comparing various isotherm models with the experimental data. The adsorption experiment was conducted in three background solutions, groundwater (adjusted to pH 13 using NaOH), State 1 (artificial cement pore water, pH 13.3), and State 2 (artificial cement pore water, pH 12.5), in a batch system at a temperature of 20°C. Concrete was characterized using BET, Zeta-potential analyzer, XRD, XRF, and SEM-EDS. ISA concentrations were detected using HPLC. The experimental data were best fitted to one-site Langmuir isotherm; On the other hand, either two-site isotherm or Freundlich isotherm couldn’t give reasonable fitting to the experimental data. The observed ISA sorption behavior on concrete is crucial for the disposal of radioactive waste because it can significantly lower the concentration of ISA in the pore water. Although one-site Langmuir isotherm might effectively represent the sorption behavior of ISA on concrete, the underlying mechanism is still unknown, and further investigation should be done in the near future.

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.

방사성폐기물 지층 처분을 위한 부지 선정 과정에서 심층 처분장의 안전성을 평가하는데 필요한 입력 자료를 제공하기 위해 부지특성조사를 수행한다. 본 논문에서는 부지특성조사를 선도하여 수행하였던 해외 사례를 분석하고, 국내에서 방사성폐 기물 처분을 위해 수행해야 할 부지특성조사 방법을 제안하고자 하였다. IAEA가 고려하는 부지특성조사 방법은 단계별 부 지특성조사로 본 논문에서 소개된 해외의 경우도 이 방법을 따르고 있는데, 부지특성조사는 시기별, 조사 항목별로 다수의 지역에서 개략적인 부지의 정보를 도출하는 예비 부지특성조사와 조사 결과 선정된 지역에서 보다 자세한 부지특성자료를 생산하기 위한 상세 부지특성조사로 구분할 수 있다. 특히, 상세 부지특성조사 단계에서는 조사지역에 장심도 시추공을 굴 착하여 심부 영역에 대한 지질 특성을 바탕으로, 수리지질, 수리-지화학, 암석역학, 열, 용질이동에 대한 특성을 도출해야 한 다. 단계별 부지특성조사를 통해 도출된 부지 고유의 지질환경 특성은 부지특성모델로 구축되어야 하는데, 이를 종합하여 해석해야 비로소 조사지역의 부지특성을 이해하고, 지층 처분에 보다 유리한 부지를 최종 후보지역으로 선정할 수 있는 것 이다. 해외 사례를 살펴본 결과, 부지특성조사 단계에 소요되는 시간은 대략 7~8년이 소요될 것으로 예상되나, 이를 계획하 고 수행하는 시스템이 뒷받침 되지 않을 경우 보다 지연될 수 있을 것이다.

본 연구에서는 결정질 기반암에 위치하는 12개 시추공의 지하수 수질을 분석하여, 다변량 통계 분석법을 활용하여 지하수 수질 진화 특성 및 성분 기원을 평가하였다. 지하수 수질 유형은 Na(Ca)-HCO3형과 Ca-HCO3형이 가장 우세하여, 물-암석 반 응에 의한 직접적인 양이온 교환 반응(Ca2+ → Na+)을 지시하며, 현장 지하수 특성과 실내 지하수 분석 결과에 기초한 연구 지역의 지하수 수질 진화는 초기 내지 중간 정도의 단계를 지시하는 것으로 사료된다. 다변량 분석 결과, 인위적인 기원인 NO3 -와 다른 성분들 간의 상관성을 살펴보면, Na+, Cl-와 양의 상관성을 나타난다. 염무의 기원인 Cl-와는 Na+, SO4 2-, Mg2+, K+ 와 양의 상관성을 나타낸다. 그러나 다른 성분들(Ca2+, Fe2+, HCO3 -, F-, SiO2)과는 상관성이 나타나지 않는다. Cl- 농도가 일반 적인 지하수 수질 범위에 포함되고 NO3 - 농도는 먹는물 수질기준치 이하로서 농도가 매우 낮으며, 대부분의 광물에 대해서 지하수 화학성분들은 불포화상태를 지시한다. 따라서, 연구지역의 수질 성분들은 대부분 물-암석 반응을 통한 자연적인 기 원을 지시하고 부분적으로는 자연적인 염무와 농업과 관련된 인위적인 오염으로부터 기인된다.

경주 방사성 폐기물 처분장 주변 논에 대한 방사성 요오드 및 테크네튬의 토양-쌀알 전이계수를 조사하 기 위하여 온실 내에서 포트재배로 방사성 추적자 실험을 2 년에 걸쳐 수행하였다. 모내기 전에 상부 약 20 cm 깊이의 흙을 125I(2007 년) 및 99Tc(2008 년)와 고르게 혼합한 다음 포트에 관개하여 물이 찬 논같 이 만들었다. 전이계수는 토양 중 방사성 핵종 농도에 대한 쌀알(현미) 내 농도의 비로 나타내었다. 쌀알 의 방사성 요오드 및 테크네튬 전이계수는 토양에 따라 각각 1.1×10-3∼6.4×10-3(세 토양) 및 5.4×10-4∼2.5×10-3(네 토양)의 범위였다. 이러한 변이에 대해서는 토양 간 점토 함량의 차이가 유기물 함량이나 pH의 차이보다 중요한 역할을 한 것으로 보였다. 쌀알의 방사성 요오드 및 테크네튬 전이계수의 대표치 로서 각각 2.9×10-3 및 1.1×10-3이 제안되었다. 앞으로 보다 대표성이 높은 값을 얻기 위하여 관심 부지 들을 대상으로 조사가 지속적으로 수행될 필요가 있다.