천연우라늄오염토양 자체처분 판정을 위한 방사선량률 변환 방법 연구

Abstract

국내 외 노후화된 원자력시설의 오랜 운영 기간에 따라 많은 양의 폐기물이 시설의 해체를 통해 발생할 것으로 보인다. 해체 시 발생하는 폐기물 대부분은 방사선적 오염이 없는 비오염 폐기물이거나, 오염수준이 매우 낮은 자체처분 대상 폐기물로 예상된다. 자체처분이란 방사성오염이 일정 수준 미만임을 입증 후 원자력 규제에서 면제되어 일반폐기물로 관리하는 것을 말하며, 자체처분을 위한 제한치는 대부분 국가에서 비방사능(Bq/g)의 형태로 제시하고 있으며, 이를 확인하기 위해서는 방사성폐기물의 핵종 분석이 필수적이다. 그러나 해체와 같이 대량으로 폐기물이 발생할 경우, 이러한 핵종 분석에 필요한 시간 및 비용이 많이 증가하고 이는 결국 전체 해체 기간과 비용을 증가시키게 된다. 따라서 향후 해체 과정 중 발생할 대량의 폐기물을 효율적으로 처리하기 위해서는 새로운 자체처분 판정 기준이 필요할 것으로 예상한다. 본 연구에서는 천연우라늄에 오염된 토양폐기물의 자체처분 허용농도를 방사선량률로 변환하는 방법의 개발 및 적용방안을 제시하였다. 감마방사선량률은 방사능 농도에 비례하며, 핵종 붕괴시 방출되는 선량률을 알고 있을 경우 선량률의 측정을 통해 핵종의 붕괴량을 추정할 수 있다. 이를 활용하여 비방사능 형태인 천연우라늄의 처분제한치를 Dose-To-Curie (DTC) method를 활용하여 방사선량률로 변환하였다. 이때. 핵종 붕괴시 방출되는 감마선량률은 Microshield와 MCNP6.2 코드를 활용하여 계산을 수행하였다. 변환한 감마선량률 결과의 유효성을 확인하기 위해 실제 화학분석이 완료된 토양을 활용하여 측정 실험을 수행하였으며, 추정값 대비 실측값의 비교를 통해 변환방법의 유효성을 평가하였다. 추가로 측정 거리와 시료의 형태 변경을 통해 제시한 변환방법에 최적화된 측정 거리와 선원의 형태를 제시하였다. 또한, 핵종 붕괴에 따른 감마선량률 방출의 계산에 사용한 Microshield와 MCNP6.2 결과를 비교하여 MCNP6.2 코드의 결과가 전반적으로 실측값에 더 근접함을 확인하였다. 변환방법의 유효성을 확인 후 실제 대표시료 채취 및 자체처분시스템 적용 가능성 유무를 검토하였으며, 방사선량을 통한 1차 자체처분 판정부와 핵종 분석을 통한 2차 판정부를 도입하는 자체처분 판정 절차의 흐름도를 새롭게 제시하였다. 또한, 제시한 시스템에 적합한 측정장치를 간단한 개념도와 함께 제시하였다. 추후 본 연구에서 수행한 방법에 배경 준위 차폐, 검출기 형태 변경 등을 통해 정확도를 향상할 경우, 국내 관련 규제기술의 개발에 본 변환방법을 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 이는 방사선량을 통한 자체처분판정을 활성화해 산업현장에서 방사성폐기물의 분류 방법을 단순화하는 데 큰 도움이 될 것으로 예상하며, 노후화된 원자력시설의 해체 과정 중 발생하는 대량의 토양폐기물의 효율적인 분류를 통해 처분비용 절감에 이바지할 것으로 예상한다.