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Study on the Well Scenario of the LILW Disposal Facility in Korea
Study on the Well Scenario of the LILW Disposal Facility in Korea
Journal of the Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology. 2015. Mar, 13(1): 63-72
Copyright © 2015, The Korean Radioactive Waste Society
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  • Received : November 27, 2014
  • Accepted : December 30, 2014
  • Published : March 30, 2015
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미선 정
jeongms@korad.or.kr
재열 정
진백 박

Abstract
우리나라의 중·저준위 방사성폐기물은 월성환경관리센터를 이용하여 처분된다. 처분시설의 안전성을 확인하기 위하여 자연현상에 의한 시나리오뿐만 아니라 인간침입에 의한 시나리오도 고려하여 평가한다. 인간침입 시나리오는 제도적관리기간 이후 처분시설의 존재를 모르는 인간에 의해 시추 등과 같은 행위로 인해 일어나는 시나리오로서, 우물이용 시나리오는 처분부지 내 우물의 시추확률이 수십 년 생애기간에 시나리오에 의한 피폭을 한번이라도 경험할 수 있는 가능성이 낮음을 보여 인간침입 사건범주로 구분하였으며, 보수적인 가정을 사용하여 평가하였다. 이를 위하여 우물의 위치 및 처분시설로부터 누출된 오염물질의 우물 유입비율을 지하수 유동 모델링을 통하여 계산되었으며, 이에 대한 방법론을 소개하였다. 또한, 이 방법론을 핵종이동 모델링에 적용하여 처분시설에 미치는 영향을 평가하여, 평가된 시나리오는 성능목표치를 만족하고 있음을 보였다.
Keywords
1. 서 론
우리나라에서 발생된 중•저준위 방사성폐기물은 월성 환경관리센터(이하 처분시설)를 이용하여 처분된다. 처분시설은 처분된 중•저준위 방사성폐기물로부터 국민의 건강 및 환경상의 방사선 위해를 단기 및 장기간 방지하기 위한 목적을 가지며 이러한 안전원칙은 원자력안전법 [1] 에 명시되어 있다.
처분시설의 안전원칙 아래, 처분시설 폐쇄 후 인간과 주변환경에 미치는 방사선 영향 등을 평가하고, 비정상 시나리오 및 미래에 일어날 수 있는 인간침입 시나리오에 대해서도 안전함을 입증하여야 한다.
처분시설 폐쇄후 시나리오는 ICRP [2] 에 의해 크게 자연현상에 의한 시나리오와 인간침입에 의한 시나리오로 분류된다. 자연현상에 의한 시나리오는 수 십 년의 인간 생애기간에 정상 및 비정상 시나리오에 의한 피폭현상을 한번이라도 경험할 가능성이 있는 과정(process)의 개념이며, 인간침입 시나리오는 수 십 년 인간 생애기간에 시나리오에 의한 피폭을 한번이라도 경험할 수 있는 가능성이 낮은 인위적 사건(event)의 개념으로 설명된다.
자연현상에 의한 시나리오는 처분시설의 구성기기가 설계대로 안전기능을 수행할 때 일어나는 정상 시나리오와 지진, 홍수 등과 같은 자연현상에 의해 일어나는 비정상 시나리오로 구분된다.
인간침입에 의한 시나리오는 제도적관리기간 이후 처분시설의 존재를 모르는 인간에 의해 시추 등과 같은 행위로 인해 일어나는 시나리오로 구분된다. 그러나 인간침입 시나리오는 미래 인간행동의 양상 및 그 발생 시기를 예측하기 어렵기 때문에 불확실성이 크므로, 인간침입으로 인한 선량목표는 자연현상에 의한 것과 구분하여 적용하라고 ICRP [2] 에서 권고하고 있다.
또한 우물이용 시나리오는 사건(event)에 의해 발생하는 시나리오이며, 평균적으로 처분시설로 인해 피폭집단이 생애 한번 이상 사건을 경험하게 된다면 정상현상으로 될 수 있다.
핀란드 [3] 의 경우, 처분시설 주변 면적 대비 현존하는 우물에 의한 비로 우물 시추 확률을 계산하여, 처분부지 내 시추 확률이 낮음을 보여 이에 대한 선량을 평가하였다. 따라서, 본 논문에서는 ICRP [2] 권고 및 해외사례에서 처분부지내 우물의 시추확률이 피폭집단의 수십 년 생애기간에 시나리오에 의한 피폭을 한번이라도 경험할 수 있는 가능성이 낮음을 보여 처분시설의 우물이용 시나리오를 인간침입 사건범주로 구분하였다.
각 나라마다 우물이용 시나리오를 어떠한 범주로 구분하느냐에 따라 처분시설의 성능목표치 적용 및 평가 방법이 다르며, 국내에서는 해외사례 [3] 에 따라 우물이용 시나리오를 처분부지 내 우물 발생확률에 따라 인간침입시나리오로 간주하여, 일반인에 대한 선량한도(1 mSv/yr) [4] 를 성능목표로 설정하였다.
또한, 우물이용 시나리오를 우물로부터 양수된 우물물 전량을 처분부지내 거주 주민에 의해 섭취된다고 보수적으로 가정하였으나, 실제 동굴처분시설로부터 오염된 지하수는 우물로 전량 유입되지 않을 뿐만 아니라 오염된 물도 전량 섭취하지 않을 것으로 예측된다.
따라서 본 논문에서는 국내 중•저준위 방사성폐기물 처분시설에 적용한 인간침입 시나리오에 대해 서술하고, 이 시나리오에 대한 안전성을 확인하기 위한 방법으로 희석인자를 이용한 현실적인 우물 이용시나리오를 반영하여 평가하고, 그 내용에 관해 기술하였다. 또한 평가한 시나리오가 선량한도 이하임을 보여 인간침입 시나리오에 대해서도 처분시설의 안전성을 확인하고자 하였다.
2. 우물이용 시나리오 설명
- 2.1 시나리오 개요
우물이용 시나리오의 설정은 IAEA ISAM FEP [5] 목록을 이용하여 FEP들을 선별하여 도출하였다. 도출된 FEP들을 바탕을 다음과 같은 시나리오를 설정하였다.
처분시설의 폐쇄후 제도적관리기간(100 년) [6] 동안 처분부지로 일반인의 침입이 제한되고, 제도적 관리기간 종료후에는 일반인에 대한 접근이 제한되지 않는 것으로 가정한다. 따라서 처분시설에 대한 제도적관리가 종료된 후 외부로부터의 부주의한 인간침입과 관련하여 미래의 인간 활동을 고려하여 외부침입 시나리오로 설정하였다.
인간침입 시나리오는 제도적관리기간 종료 직후 처분시설 주변에 지하수 이용을 목적으로 시추공 우물이 설치되고, 이 우물을 통해 방사성폐기물로부터 누출된 핵종이 이동하는 시나리오를 고려한다. 오염된 우물물을 처분부지 내 거주하는 피폭집단이 음용한다고 가정하였으며, 이 때 음용되는 우물물이 해외 사례 [7] 등을 통해 전량 오염되지 않을 것으로 판단된다.
이를 위해 방사성폐기물에 의한 우물물의 오염정도를 파악하기 위해서 지하수 유동 모델링을 수행하여, 우물에 유입되는 물이 주변 지하수와 방사성폐기물에 의해 오염된 물의 희석정도를 파악하여 이를 시나리오에 반영하였다.
- 2.2 지하수유동 모델링
우물이용 시나리오의 지하수 모델링을 FEFLOW 코드 [8] 를 이용하여 수행하였다. 연간 우물 양수량은 현재 처분부지 인근에 설치되어 허가받은 양수량 중 최대값인 연간 50,000톤을 연속적으로 양수한다고 가정하였다. 우물 이용 시나리오를 위한 지하수 모델링에 적용된 가정사항은 Table 1 에 요약하였다.
Assumption on the groundwater flow modeling for the well scenario
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Assumption on the groundwater flow modeling for the well scenario
우물이용 시나리오를 위해 고려한 우물의 심도는 Fig. 1 에 나타낸 바와 같이 우물상부 케이싱 심도와 우물양수 스크린 심도 그리고 우물양수 공저심도로 구분되며 각각은 다음 가정을 사용하였다.
  • • 우물상부 케이싱 심도는 케이싱이 필요한 토양층과 풍화층이 고려된 지하수모델링 영역 Layer 1 및 Layer 2를 가정하였다.
  • • 우물양수를 위한 스크린 심도는 우물상부 불투수성 케이싱 구간 이하 전체심도로 적용하되, 공저심도는 보수적으로 사일로 최하부까지 약 25 m를 연장하여 고려하였다.
  • • 우물 심도와 관련하여 연간 50,000 톤 (일일 137톤)의 양수량을 위해서는 스크린 심도가 통상적으로 사일로 최하부인 해수면 이하 130 m의 심도보다는 상부에 위치하는 것이 현실적이나, 사일로 위치심도와 보수적인 사일로 통과유량을 합리적으로 확보하기 위해 보수적인 심도를 적용하였다.
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Concept of the well depth for the groundwater flow modeling.
- 2.3 우물의 위치 설정
우물의 위치는 지하수모델링 입자추적기법을 이용하여 가장 보수적인 위치로 설정하였다. 즉, 우물 위치는 각 사일로로부터 우물까지 가장 많은 입자가 유입되는 위치로 설정하였다. 우물의 위치 설정은 전체지역 중 후보지점을 찾는 1차 평가와 후보지점 인근을 대상으로 보다 상세한 우물위치를 찾는 2차 평가로 나누어서 실시하였다. 우물 위치를 찾기위하여 방법 및 후보지점에 대한 내용을 Table 2 에 상세 요약하였다.
Summary of the contents for finding two well locations
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Summary of the contents for finding two well locations
1차 평가는 우물위치 선정을 위한 해석 영역 내에 우물 후보위치(총 60개, W1~W60)를 초기에 설정하였으며, 양수정 1을 위한 ‘사일로 포함구역’과 양수정 2를 위한 ‘사일로 제외구역’으로 구분하여 따로 평가였다. 각 양수정의 입자추적 모델링 결과, 사일로 포함구역에 해당하는 지역에서는 W24가 가장 많은 입자가 유입되어 이를 양수정 1의 후보위치로 선정하고, 사일로 제외구역지역에서는 W46이 가장 많은 입자가 유입되어 양수정 2의 후보위치로 선정하였다. 이들 위치에 대한 보다 정확한 위치를 선정하기 위한 2차 평가는 사일로 5번과 6번 사이의 W24인근에 28개의 우물(DW)을 조밀하게 설정하고, 또 사일로 6번으로부터 지하수 유동 방향인 동남쪽으로 100 m 떨어진 위치의 W46을 중심으로 9개의 우물(FW)을 조밀하게 설정하여 우물위치에 대한 입자추적 모델링을 실시하여 우물후보 위치 별 유입된 입자수와 비율을 평가하였다( Fig. 2 , 3 & Table 3 ).
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Well pumping locations for set of main well location (Total 97 wells).
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Distribution of the inflow rate for each potential well location.
Particle numbers and rate flowed into each potential well
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Particle numbers and rate flowed into each potential well
우물 위치선정을 위한 2차평가 결과, 양수정 1의 경우 DW19 위치에서 사일로 1의 일부를 제외한 모든 사일로 입자가 유입되어 가장 보수적인 위치로 선정되었으며 (입자유입 비율: 87.10%), 양수정 2의 경우 FW1 위치가 가장 보수적인 위치로 선정되었다. (입자유입 비율: 94.95%)
- 2.4 우물의 오염수 유입비율
우물의 오염수 유입비율은 입자추적기법의 결과에 의해 사일로별 오염물질의 우물유입비로 정의하였다.
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사일로별 오염수 유입비율의 보수적 적용을 위해 사일로 방벽 ‘열화 후 평가된 사일로별 우물유입 입자수 및 입자비율’을 적용하였으며, 우물이용 시나리오를 위한 사일로별 오염수 유입량과 유입비율은 Table 4 와 같다.
Particle numbers and rate flowed into each potential well for each silos (208 particle number/silo)
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Particle numbers and rate flowed into each potential well for each silos (208 particle number/silo)
각 사일로에서 유출된 입자들 중 우물과 가까운 곳에 위치한 사일로 5와 6에서 우물로 가장 많이 유입되며, 이는 각 사일로의 입자수를 증가시켜도 동일한 비율로 우물로 유입이 된다.
또한 오염물질 유입비율의 결과검증을 위해 양수정 1의 총입자수를 1) Case 1: 1,248 개( Fig. 4 )와 2) Case 2: 4,602 개( Fig. 5 )로 구분하여 수행하였을 때 입자유입비 결과는 차이가 없었다.
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Verification for the results of the contaminant inflow rate to Well 1 (case 1 = 1,248 particles).
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Verification for the results of the contaminant inflow rate to well 1 (case 2 = 4,602 particles).
3. 안전성평가 적용 및 결과
사일로별 오염수 유입비율을 각 사일로의 핵종이동 Flux에 반영하여 생태계 모델링과 연계하여 평가하였다.
오염수 유입비율을 적용한 우물이용 시나리오의 안전성 평가를 위하여 1차원 핵종 이동 프로그램인 MASCOT 전산프로그램 [9] 에서 Table 5 와 같이 반영하였다.
Inflow fraction for a MASCOT program
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Inflow fraction for a MASCOT program
우물이용 시나리오를 위한 입자추적기법 결과를 MASCOT 전산프로그램에 적용한 결과, Fig. 6 7 에 나타난 바와 같이, 양수정 1과 양수정 2의 최대값 도달시점은 각각 1,670년과 2,800 년이며, 연간최대피폭선량은 각각 6.43×10 -1 mSv/yr와 2.90×10 -1 mSv/yr로 성능목표치(1 mSv/yr)를 만족하고 있다.
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Results for the safety assessment of Well scenario 1.
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Results for the safety assessment of Well scenario 2.
4. 결론
중•저준위 방사성폐기물 처분시설의 안전원칙에 의해 폐쇄후 처분시설이 인간과 주변환경에 미치는 방사선적 영향을 평가하고 미래에 일어날 수 있는 인간침입 시나리오에 대해서도 안전함을 입증하여야 한다. 특히, 인간침입 시나리오는 수십 년 인간의 생애기간에 시나리오에 의한 피폭을 한번이라도 경험할 수 있는 가능성이 낮은 인위적 사건(event)의 개념으로 설명되며, 제도적관리기간 이후 처분시설의 존재를 모르는 인간에 의해 발생하는 시나리오로 구분된다.
따라서 본 논문에서는 우물이용 시나리오를 처분부지내 우물 발생확률에 의해 인간침입시나리오로 구분하여 평가하였다. 이를 위하여 지하수 유동 모델링에 의해 우물의 위치를 가장 보수적인 곳에 설정하였으며 설정된 우물의 위치에서 사일로로부터 유출된 오염물질이 우물로 유입되는 사일로별 오염수 유입비율을 구하였다. 이를 통하여 사일로로부터 유출된 오염물질이 전량 우물로 유입되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 사일로별 오염수 유입비율을 계산한 방법론을 적용하여 현실적인 우물이용 시나리오를 평가한 결과, 우물이용 시나리오는 성능목표치를 만족하고 있음을 확인하였다.
따라서 폐쇄후 안전성평가를 위하여 보수적인 시나리오 설정 외에도 모델링 방법론의 보완으로 시나리오가 가진 불확실성을 저감하여 적용할 수 있으며, 향후 이러한 방법론을 통하여 향후 개발될 우물이용 시나리오뿐만 아니라 인간침입 시나리오에 적용할 수 있을 것이라 판단된다.
References
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Valentin J. (1998) Radiation Protection Recommendations as Applied to the Disposal of Long-Lived Solid Radioactive Waste ICRP 81
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