지구 - 방사성 폐기물 관리문제, 그리고 미래를 향한 도전

 

방사성 폐기물은 인류가 에너지원으로 원자력 기술을 활용하면서 발생하는 필연적 부산물로, 방사능을 띠는 물질 중 더 이상 유용하지 않은 것들을 의미한다. 대한민국 법률에서는 방사성 폐기물을 "방사성 물질 또는 그로 인해 오염된 물질 중 폐기의 대상이 되는 것"으로 정의하며, '방사성폐기물 관리법'의 규제를 받는다. 원자력 발전에서 비롯된 방사성 폐기물은 저준위에서 고준위까지 다양한 방사능 수준을 가지며, 그 위험성 때문에 수만 년간 관리해야 하는 중요한 환경적 과제가 되고 있다. 이 글에서는 방사성 폐기물의 정의, 분류, 발생 과정, 처리 방법 및 글로벌 관리 전략을 심층적으로 분석한다.

방사성 폐기물의 분류

방사성 폐기물은 방사능 강도와 위험도에 따라 크게 저준위(LLW), 중준위(ILW), 고준위(HLW)로 분류된다.

1. 저준위 방사성 폐기물 (LLW)
   저준위 폐기물은 원자력 발전소에서 사용된 장갑, 작업복, 청소 도구 등과 같은 일상적인 물품들로 이루어져 있으며, 전체 방사성 폐기물의 90% 이상을 차지한다. 이 폐기물들은 방사능 수준이 낮고 대부분 자연 방사능 수준에 가까운 방사선을 방출하지만, 발전소 환경에서 사용되었기 때문에 방사성 폐기물로 분류된다. 저준위 폐기물은 대개 차폐 처리 없이 천층 매립을 통해 비교적 쉽게 처리할 수 있다.
2. 중준위 방사성 폐기물 (ILW)
   중준위 폐기물은 원자로 부품, 방사선 차폐복과 같은 물질로, 이 단계부터 방사선에 대한 철저한 차폐와 관리가 필요하다. 중준위 폐기물은 일반적으로 방사선 수준이 높으며, 처리 과정에서 콘크리트나 아스팔트로 고화 처리 후 지하에 매장된다.
3. 고준위 방사성 폐기물 (HLW)
   고준위 폐기물은 전체 방사성 폐기물의 5% 미만이지만, 전체 방사성 방출량의 99%를 차지하는 가장 위험한 유형이다. 이들 대부분은 사용 후 핵연료로, 고농도 방사선을 내뿜으며 수만 년 동안 지속적인 위험을 가진다. 고준위 폐기물은 핵연료 재처리 기술을 통해 우라늄과 플루토늄을 추출할 수 있지만, 여전히 많은 양의 폐기물이 남아 장기적으로 보관해야 한다.

방사성 폐기물의 발생 원인

방사성 폐기물은 주로 원자력 발전 과정에서 발생하지만, 핵무기 개발, 방사성 동위원소를 사용하는 산업, 의학 연구, 치료 분야에서도 생성된다. 자연계에도 미량의 방사성 동위원소가 존재하지만, 이러한 자연 방사능은 인체나 환경에 큰 영향을 미치지 않는다. 그러나 인공적으로 만들어진 방사성 물질들은 훨씬 강한 방사선을 방출하며, 특히 고준위 폐기물의 경우 반감기가 수만 년에 이르기 때문에 매우 장기간 동안 관리가 필요하다.

방사성 폐기물의 주요 발생 과정

1. 핵연료 주기
   핵연료 주기는 우라늄을 광석에서 추출해 연료로 사용하고, 이후 폐기물로 처리되는 일련의 과정을 의미한다. 우라늄 광석을 채굴해 옐로케이크로 만든 후, 이를 농축하여 원자로에 투입하고, 사용 후 핵연료로 폐기물이 발생한다. 사용 후 연료는 반감기가 긴 방사성 물질을 포함하고 있어 고준위 폐기물로 처리된다.
2. 의료 및 산업 폐기물
   방사성 동위원소는 암 치료와 같은 의학적 용도로 사용되며, 방사선 촬영, 방사선 치료 등에서 사용된 물질들은 의료 폐기물로 분류된다. 의료 폐기물은 짧은 반감기를 가진 방사성 물질들이 많아 상대적으로 처리 과정이 단순하지만, 방사선 차폐가 필요한 경우도 있다.
3. 핵무기 해체 및 군사 활동
   핵무기 해체 과정에서 발생하는 방사성 폐기물은 주로 플루토늄과 삼중수소로 구성되어 있으며, 알파선을 방출하는 고위험 물질들이다. 이러한 폐기물은 장기적인 방사능 차폐와 보관이 필요하다.

방사성 폐기물의 처리 및 관리 방법

방사성 폐기물은 일반적인 화학적 처리로는 그 위험성을 완전히 제거할 수 없기 때문에 특별한 처리 기술과 장기적 관리 계획이 필요하다.

1. 원자로 내 보관
   일반적으로 사용 후 핵연료는 원자로 내 저장 시설에서 일정 기간 보관된다. 발전소 내 수조에 저장하여 자연적으로 냉각시키고, 일정 기간이 지나면 차폐 통에 넣어 건식 저장 시설로 옮긴다.
2. 천층 매립
   저·중준위 폐기물은 비교적 방사능 수준이 낮기 때문에 지질학적으로 안정된 지역에 매립하는 방식이 사용된다. 폐기물은 유리화 공정을 통해 차폐되며, 지하에 묻어 방사능이 외부로 새어나가지 않도록 조치한다.
3. 심층 지하 매립
   고준위 폐기물은 수만 년 이상 방사능을 방출하기 때문에, 가장 안전한 방법으로 심층 지하에 매립된다. 지질학적으로 안정된 암반층에 수백 미터 깊이로 터널을 파고, 폐기물을 매립하는 방식이다. 핀란드에서는 이러한 고준위 폐기물을 위한 저장 시설인 '온칼로'를 건설 중이며, 전 세계적으로 안전한 지층을 찾아 고준위 폐기물을 보관할 계획이 진행 중이다.
4. 해양 처분
   과거에는 방사성 폐기물을 바다에 던져 넣는 방식이 사용되었으나, 현재는 국제적으로 금지된 방식이다. 바다의 희석 능력을 믿고 폐기물을 투기한 결과, 몇몇 해역은 방사능 오염이 심각해졌다.
5. 핵변환 기술
   고준위 폐기물을 중성자나 레이저를 통해 다른 원소로 바꾸는 기술인 핵변환 기술이 연구되고 있지만, 아직 상업적으로 실현되기엔 기술적, 경제적 한계가 크다. 핵변환은 방사성 폐기물의 방사능을 줄일 수 있는 방법이지만, 처리 비용과 예상치 못한 결과로 인해 아직 실용화되지 않았다.

고준위 폐기물 관리의 글로벌 과제와 미래 전망

고준위 방사성 폐기물은 처리와 관리가 가장 어려운 유형으로, 여러 나라가 이 문제를 해결하기 위해 다양한 방안을 모색하고 있다. 유럽연합은 원자력 발전을 친환경 에너지로 분류하면서도, 고준위 폐기물 처리를 위한 구체적인 기술과 저장 시설을 요구하고 있다. 핀란드의 온칼로 시설처럼 고준위 폐기물을 영구적으로 격리할 수 있는 부지를 확보하려는 노력이 필요하지만, 대부분의 국가에서는 정치적, 사회적 반발로 인해 진전이 더딘 상태다. 한국 역시 고준위 폐기물 처리를 위한 부지를 선정하는 데 어려움을 겪고 있으며, 임시로 원전 내 저장 시설을 확장하는 방식으로 문제를 해결하고 있다.

방사성 폐기물의 관리는 인류가 해결해야 할 장기적 과제이다. 저·중준위 폐기물은 비교적 쉽게 처리할 수 있지만, 고준위 폐기물은 수십만 년에 걸쳐 지속적인 관리가 필요하다. 현재까지 가장 안전한 방법은 심층 지하에 매립하는 방식이며, 이를 위한 지질학적 연구와 안전한 저장 시설 건설이 필수적이다. 또한, 방사성 폐기물의 재활용과 핵변환 기술에 대한 연구가 진행 중이지만, 상업적 실현에는 시간이 필요하다. 방사성 폐기물 문제를 해결하기 위해 국제적 협력과 기술적 진보가 필수적이며, 이를 통해 인류는 더 안전한 원자력 발전과 환경 보호를 동시에 실현할 수 있을 것이다.