In order that nuclear energy may be a clean energy, it must be solved that how the radioactive waste, especially High Level Waste should be treated. Nowadays, as we can see from GEN IV international project, the reduction of long lived and toxic waste by transmutation is being studied widely and actively. Especially a great interest has been displayed worldwide for accelerator driven system (ADS) also called subcritical reactors on hybrid system, and fast reactor (FR) to produce energy and transmute radioactive waste in a cleaner and safer way. In this study, the mass flow in several cases of advanced nuclear fuel cycle is analyzed in balanced state. And by this, some indices for environmental friendliness for several cases of advanced nuclear fuel cycle are compared to those of once-through fuel cycle. In view of the results in this study, the advanced fuel cycle with FRs and ADSs will be one of the prime alternative options to relieve the burden of waste disposal because these fuel cycle options can reduce the transuranic material by tens to hundreds-fold compared to the once-through fuel cycle. Resource efficiency can be leveled up so high by introduction of advanced fuel cycles.
This study include the clarification of the roles and merits of the FR and ADS in a view point of environmental friendliness, and a few indices for environmental friendliness is confirmed quantitatively by comparative analysis.
원자력 발전이 진정한 의미의 청정 에너지가 되기 위해서는 발전 과정에서 필수불가결하게 발생하게 되는 방사성 폐기물, 특히 고준위 폐기물의 처리, 처분에 대한 대책이 매우 중요하다. 특히 우리나라와 같이 전력량의 많은 비중을 원자력에 의존하고 있고, 국토가 작으며 인구밀도가 높은 국가에서는 폐기물 처분을 위한 부지를 확보하는 일이 더욱 어려운 현실이다. 중저준위 폐기물의 경우 처분장 건설 계획이 잡혀 이를 위한 준비가 진행중에 있으나 고준위 폐기물의 경우는 국제 정치적인 흐름에 많이 좌우되는 특성을 갖기 때문에 현재로서는 이렇다 할 정책을 갖고 있지 못한 상태이다. 고준위 폐기물이 환경에 장기간 미치는 부정적인 영향은 상당 부분 장수명 방사성 핵종에 기인하며 이 핵종들은 폐기물로 처리하기에는 큰 어려움이 있으나 적절히 분리한다면 소중한 자원으로 재활용 될 수 있다. 이러한 문제의 해결책으로 최근 GEN IV program과 같은 형태로 세계적으로 핵종소멸처리에 대해 활발하게 연구가 진행중이다. 본 연구에서는 고속로와 가속기 구동 소멸로를 국내의 기존 핵연료주기에 접목시킨 미래형 핵연료주기를 여러 CASE로 나누어 열중성자로만 고려한 직접처분주기와 환경 친화성을 비교분석하였다. BNFL과 OECD/NEA의 방법론을 이용하여 제작한 전산 프로그램을 통해 정량적으로 분석하여 기존의 열중성자로 위주의 핵연료주기와 미래형 핵연료주기의 조합이 가져오는 환경 영향을 고준위폐기물 감소, 방사성 독성 감소, 우라늄 자원 절약 등의 관점에서 정량적으로 평가하였다. 결과적으로 Breakeven 방식의 고속로는 기존의 열중성자로를 완벽하게 대체할 수 있어 장기적으로 핵연료 소요량을 획기적으로 감소시킬 수가 있고, TRU burner와 Minor Actinide burner는 누적된 고준위 폐기물을 재활용하여 최종적으로 처분해야 할 고준위 폐기물의 양을 감소시키는 효과가 매우 크다는 것을 정량적으로 확인할 수 있었고, 이에 따른 방사능과 방사성 독성의 감소하는 양 또한 CASE에 따라 수십년에서 수만년까지 관리기간을 단축시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 고속로와 소멸로를 그 특성에 맞게 적절히 조합하여 함께 운영할 경우 그 효과가 훨씬 증폭되는 것 또한 확인할 수 있었다.
현재로서는 아직까지 구체적인 형태를 가진 상업용 원자로가 존재하지 않으므로 구체적인 데이터가 매우 한정되어 있고, 규격화된 로형이 없어 상세한 평가가 쉽지 않은 상태이다. 또, 군분리 기술도 개발 측면에 있어서도 이론적으로 가능한 소멸을 현실로 끌어내기 위해서는 아직 많이 보완되어야 하는 실정이다. 차후 미래형 원자로들이 실질적인 모습을 드러내고, 구체적인 형태와 경제성이 드러난다면 핵연료주기에 있어서 뿐 아니라 전반적인 원자력 산업에 있어 미래형 원자력 시설들이 주는 효과를 더욱 정확히 평가할 수 있으리라 기대된다. 본 연구는 그 과정에 있어 현재 상황에서 불확실한 경제성을 배제하고 환경친화성 측면에서 미래형 핵연료주기의 잠재성과 필요성을 지적하였으며, 추후 원자력 정책에 있어 미래형 핵연료주기를 긍정적으로 고려할 수 있는 유용한 자료로 활용될 수 있으리라 기대된다.
