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- 미국에서는 현재 사용후핵연료를 깊은 지하 저장소에 보관
- 독일도 비슷한 계획을 세우고 있지만, 영구 저장을 위한 최적의 장소를 아직 물색 중
- 프랑스는 사용후핵연료를 재처리 공장에서 재활용하여 플루토늄과 우라늄을 재활용
- 현재 관행으로는 재처리 과정에서 발생하는 고방사성 폐기물의 10% 미만만 회수,처리 가능
- 개선된 가스 필터를 사용해 요오드-129의 94%를 실제로 걸러낸 후 지하 저장소에 처분

핵연료봉에서 나온 방사성 요오드는 어디에 버려야 할까?
재처리와 최종 저장을 통한 처분: 비교

핵폐기물 처분에 대한 심도 있는 논의:
핵연료봉에서 나온 고방사성 물질을 재처리할 것인지, 아니면 지하 저장소에 저장할 것인지,최선의 방법에 관해서 여전히 의견이 분분하다. 연구진은 이 문제를 더욱 면밀히 조사했다. 연구진은 다양한 방법을 적용했을 때 방사성 핵종인 요오드-129가 얼마나 환경에 유입되는지 비교했다. 연구 결과에 따르면 핵폐기물을 지하에 매립하는 것이 더 나은 선택으로 보인다. 하지만 연구진은 "Nature Sustainability"에 기고한 글에서 요오드-129로 오염된 폐수를 적절히 여과한다면 연료봉을 재활용하는 것도 안전할 수 있다고 밝혔다. 

▲ 일부 국가에서는 핵폐기물을 통에 담아 지하에 저장한다. pixabay

원자력 발전소와 원자력 연구 시설의 운영, 그리고 원자력 발전소의 해체는 플루토늄-239, 세슘-137, 스트론튬-90, 요오드-129와 같은 방사성 동위원소를 함유한 오염 폐기물을 생성한다. 요오드-129는 반감기가 1,570만 년으로 매우 오랜 시간 동안 방사능을 유지한다. 매립지에서 이 방사성 핵종은 환경으로 쉽게 확산될 수 있다. 요오드-129가 음식이나 식수를 통해 인체에 유입되면 갑상선에 축적되어 장기적으로 암을 유발할 수 있다.

미국 대 프랑스

그렇다면 요오드-129가 함유된 핵폐기물은 사람들이 접촉하지 않도록 어디에 보관해야 할까? 미국에서는 현재 사용후핵연료를 깊은 지하 저장소에 보관하고 있다. 그곳에서 사용후핵연료는 환경으로부터 격리되고 최소 1천 년 동안 안정적으로 유지되도록 설계된 방벽과 용기로 보호된다. 독일도 비슷한 계획을 세우고 있지만, 영구 저장을 위한 최적의 장소를 아직 물색 중이다.

반면 프랑스는 다른 전략을 추진하고 있다. 프랑스는 사용후핵연료를 재처리 공장에서 재활용하여 플루토늄과 우라늄을 재활용한다. 이 과정에서 요오드-129와 기타 방사성 핵종이 포함된 폐수가 생성된다. 이 폐수는 희석되어 약(弱)방사능을 가진 폐수가 되어 정기적으로 그리고 합법적으로 바다에 방류된다. 이는 프랑스 법에 따라 허용된다. 방사능 수준이 환경 영향에 대한 임계 기준치 미만이기 때문이다. 영국 또한 과거에 이 재처리 전략을 활용했다.

방사성 요오드를 처리하는 가장 좋은 방법은 무엇일까?

하지만 이러한 희석 전략이 과연 좋은 해결책일까? 그리고 방사성 요오드로 오염된 핵폐기물을 처리하는 가장 좋은 방법은 무엇일까? 매사추세츠 공과대학교(MIT)의 하루코 웨인라이트(Haruko Wainwright)가 이끄는 연구진이 이 문제를 조사했다. 그들은 미국식 접근법, 프랑스식 접근법, 그리고 세 번째 접근법의 세 가지 시나리오에서 얼마나 많은 요오드-129가 환경으로 방출되는지 정량화했다. 이 세 번째 접근법에서는 폐수에 포함된 요오드-129를 새로운 필터를 사용하여 포집하여 얕은 지하 저장 시설에 폐기한다. 이는 예를 들어 일본에서 계획된 방식이다.

▲ 지표면에 비교적 가까운 곳에 위치한 저장 시설의 경우, 나중에 개방되어 방사성 물질이 유출될 위험이 더 크다. © thomas-bethge

웨인라이트와 동료들은 영국 해협과 북해를 포함하여 프랑스와 영국의 활성 및 과거 재처리 시설 주변의 바다와 강에서 물 샘플을 채취했다. 또한 미국의 핵폐기물 저장소 주변의 강과 호수, 그리고 워싱턴과 사우스캐롤라이나의 과거 핵무기 생산 시설 인근에서 샘플을 채취했다. 그들은 이 샘플들의 요오드-129 함량을 분석했다. 또한, 컴퓨터 모델을 사용하여 세 가지 시나리오에서 이 방사성 핵종의 장기적인 방출을 시뮬레이션했다.

연료 재활용 과정에서 상당한 양의 폐기물이 방출된다.

분석 결과, 예상대로 프랑스와 영국의 재처리 시설 주변 해수에서 미량의 요오드-129가 검출되었다. 이 수치는 법적 기준치 미만이며 유럽 전문가들은 이를 건강 위험으로 간주하지 않지만, 현재 재처리 관행을 고려할 때 프랑스 핵폐기물에서 발생하는 요오드-129의 약 90%가 생물권으로 방출될 것으로 예상된다.

웨인라이트와 동료들의 보고에 따르면, 매년 최소 153kg의 요오드-129가 바다로 유입된다. 이는 방사성 핵종이 궁극적으로 자연에 축적되어 우리의 먹이사슬에 유입될 가능성을 완전히 배제할 수 없음을 의미한다.

미국에서 채취한 시료에서는 요오드-129가 훨씬 적게 검출되었다. 이는 지하 핵연료 저장소에서 방출되는 방사성 물질이 훨씬 적다는 것을 보여준다. 모델 계산에 따르면 향후 100만 년 동안 프랑스에서 방출될 요오드-129의 양은 21.4㎍(마이크로그램)에 불과하다. 이는 가동 중인 원자력 발전소에서 매년 생산되는 기가와트급 원자력 발전량과 비교했을 때, 프랑스에서 방출되는 요오드-129 양의 약 0.0000000001%에 해당한다.

만약 미국의 핵연료 물질이 프랑스처럼 저장되지 않고 재처리되어 폐수가 바다로 방출된다면, 장기적으로 연간 원자력 발전량 1기가와트당 4.51kg의 요오드-129가 생물권으로 방출될 것이다. 연구팀이 분석한 바에 따르면 이는 전체량의 약 90%에 해당한다. 연구 결과에 따르면, 현재 관행으로는 재처리 과정에서 발생하는 고방사성 폐기물의 10% 미만만 회수하고 적절하게 처리할 수 있다.

계획된 필터는 무엇을 달성할 수 있을까?

그렇다면 일본처럼 재처리 과정에서 발생하는 폐수를 새로운 방법을 사용하여 여과하는 것이 더 나을까? 웨인라이트와 동료들의 계산에 따르면, 개선된 가스 필터를 사용하여 요오드-129의 94%를 실제로 걸러낸 후 지하 저장소에 처분할 수 있다. 따라서 방사성 물질 대부분은 바다와 환경으로 유입되지 않을 것이다. 적어도 즉시는 그렇지 않을 것이다.

▲ 원자력 발전소를 운영하는 동안 방사성 폐기물이 생성된다.

연구팀은 지정된 지질 처분장의 깊이가 충분하지 않아 약 100년에서 1,000년 동안 국가나 기관에서만 감시될 것으로 추정한다. 이후 이러한 처분장은 인간에 의해 실수로 또는 자신도 모르게 쉽게 개방되어 저장된 요오드-129가 방출될 가능성이 있다.

폐기물 관리 개선 필요

이번 연구 결과는 특정 방사성 핵연료가 실제로 환경 친화적인 방식으로 재활용될 수 있음을 시사한다. 그러나 연구진은 폐수 여과 개선, 그리고 더 나아가 방사성 물질의 안전한 처리가 필수적이라고 생각한다. 웨인라이트는 "이러한 격리 노력을 더욱 강화하고 가속화해야 한다"고 말했다.

연구진은 "폐기물 처리의 장기적인 안전성을 확보하고 처리 시설 근처 주민들을 보호하기 위해 폐기물 격리 및 오염 물질 모니터링 기술을 개선해야 한다"고 기술했다.

참고: Nature Sustainability, 2025; doi: 10.1038/s41893-025-01629-2
출처: 매사추세츠 공과대학교(MIT)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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