핀란드 사용후 핵연료 10만년 매장 계획

 

핀란드는 핵폐기물을 해안 근처의 섬에 있는 온칼로 유적지 땅속 깊은 곳에 영구적으로 묻을 계획입니다

핀란드는 사용 후 핵연료봉을 땅속 깊이 장기적으로 묻는 첫 번째 국가가 될 위기에 처해 있습니다. 에리카 벤케(Erika Benke)는 더 많은 것을 알아내기 위해 온칼로(Onkalo) 현장을 방문합니다.

"온칼로"는 핀란드어로 동굴이나 움푹 들어간 곳을 의미합니다. 그것은 크고 깊은 것을 암시합니다: 여러분은 온칼로가 어디에서 끝나는지, 그것이 끝나는지 전혀 알지 못합니다.
그것은 지난 20년 동안 핀란드에서 만들어진 거대한 무덤의 적절한 이름입니다. 그 나라의 남서부에 있는 Olkiluoto 섬의 기반암 안에 450m (1,500ft) 깊이에 있는 Onkalo는 사용 후 핵 연료를 영구적으로 저장하는 세계 최초의 장소입니다.

부드럽게 구불구불한 올킬루오토로 가는 길은 하늘 높이 뻗어 있는 소나무들로 늘어서 있습니다. 5개월의 겨울 후에 자연이 이곳에서 다시 살아났습니다. 땅은 작은 노란 꽃들로 이루어진 카펫에 의해 덮여 있고 공기는 새소리로 가득 차 있습니다. 그것은 주요 산업 현장으로서는 거의 너무 아름다운 환경입니다.

Olkiluoto는 해변에 나란히 서 있는 세 개의 원자로의 본거지입니다. 서유럽에서 15년 만에 처음으로 전력을 공급하는 새로운 원자로가 되면서, 세 번째 원자로는 올해에만 발사되었습니다. 이 원자로들은, 남쪽 해안의 로비사에 있는 두 개의 다른 원자로들과 함께, 핀란드 전력의 33%를 생산합니다.

올킬루오토 원자로에서 차로 몇 분 거리에 있는 세계 최초의 사용후핵연료 지질처분시설(GDF) 건설이 거의 마무리 단계에 접어들었습니다.

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폐기물을 미래 세대에게 맡기는 대신 폐기물 처리에 도전하는 것이 우리 과학자와 엔지니어의 책임입니다 – Lewis Blackburn

Onkalo는 건설하는데 10억 유로 (8억 6천만 파운드/10억 7천만 달러)의 비용이 들었고 약 2년 안에 운영을 시작할 것으로 예상됩니다. 그것의 도착은 국제 원자력 기구 (IAEA)를 포함한 많은 사람들에 의해 게임 체인저 (game changer)로 환영 받아 왔습니다. "고준위 방사성 핵 폐기물을 위한 지질학적 저장소라는 아이디어는 모두가 알고 있었지만 핀란드가 해냈습니다," 라고 IAEA의 라파엘 마리아노 그로시 사무총장이 2020년 현장을 방문했을 때 말했습니다.

핀란드 프로젝트에 참여하지 않은 헬싱키 대학의 방사선 화학 교수인 가레스 로(Gareth Law)는 영국, 미국, 스웨덴, 프랑스, 캐나다를 포함한 다른 나라들도 이미 비슷한 해결책을 찾고 있다고 말합니다. "핀란드는 다른 나라들보다 적어도 10년 이상 앞서 있습니다."

Onkalo는 인간이 헤아리기 어려운 시간 동안 방사능을 유지할 수 있는 고준위 핵폐기물을 저장하도록 설계되었습니다. 그러나 그것은 이미 무엇인가가 잘못될 수 있는지에 대한 논쟁을 불러일으켰습니다. 그렇다면 핀란드는 정말로 핵폐기물에 대한 답을 찾았을까요? 그리고 그 누구도 그것이 깊은 미래에도 안전하게 유지될 것이라고 보장할 수 있을까요?

핀란드는 세계 최초로 영구적인 원자력 저장고를 건설하고 있습니다 – 3개의 원자력 발전소 바로 옆

원자력 에너지는 현재 전 세계 전력의 약 10%를 제공합니다. 저탄소이기 때문에 많은 사람들이 기후 변화와의 싸움에서 중요한 역할을 하는 것으로 간주합니다.
하지만 원자로의 안전에 대한 우려와 핵폐기물을 어떻게 처리할 것인지에 대한 해결되지 않은 문제뿐만 아니라, 많은 나라에서 높은 비용과 긴 건설 시간으로 인해 논란이 되고 있습니다.

온칼로가 진짜 처음이에요? 핀란드는 민간 활동에서 나오는 사용 후 연료를 저장하기 위해 GDF를 건설한 최초의 국가입니다. 뉴멕시코의 지하 염층에 위치한 폐기물 격리 파일럿 플랜트(Wipp)는 이미 미국에서 방위용으로 활발하게 사용되고 있습니다. 그러나 Wipp는 Onkalo와는 매우 다른 물질을 저장하고 있습니다: 폐 핵연료봉이 아닌 미국의 핵무기 연구 및 생산 프로그램에서 나오는 폐기물의 특별한 범주입니다.

그런데도 미국과 영국 등 여러 나라는 용량을 늘리기 위해 원자로를 새로 짓거나 기존 원자로를 개량하고 있고, 인도와 중국, 러시아 등은 대규모 증설을 계획하고 있습니다.

이러한 발전소 자체의 안전성에 대한 논쟁은 여전히 열려 있지만 수십만 년 동안 환경과 인간의 건강에 위험한 상태로 남아 있는 막대한 양의 사용 후 연료와 방사성 폐기물이 축적되고 있는 것에 대한 해결책도 찾아야 합니다

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이 폐기물은 인간의 마음으로는 거의 이해할 수 없는 시간 동안 사람으로부터 멀리 떨어져 환경으로부터 격리될 필요가 있습니다. 이 문제는 방사성 폐기물의 안전한 관리를 원자력의 가장 큰 문제 중 하나로 만들었습니다.

IAEA는 2016년 기준으로 전 세계에 약 26만 톤의 사용 후 핵연료가 중간 저장고에 있으며, 대부분은 원자로 부지에 있는 것으로 추정하고 있습니다. 전 세계 사용 후 핵연료의 약 70%는 저장고에 있고, 나머지는 건식 통이라고 불리는 콘크리트와 강철 용기에 있습니다.

이 상황이 무한정 유지될 수 있다고 믿는 사람은 거의 없습니다."우리 모두는 60년 이상 동안 핵 에너지로부터 혜택을 받아왔습니다"라고 영국 셰필드 대학의 핵 물질 강사인 루이스 블랙번(Lewis Blackburn)은 말합니다. "미래 세대에게 맡기는 대신, 폐기물을 처리하는 도전을 하는 것이 우리 세대의 과학자와 엔지니어의 책임입니다."
그는 온칼로가 대중의 지지를 받고 있으며 민주적인 과정을 통해 만들어졌다고 말합니다. "그것은 특출나고 거대한 이정표입니다. 핀란드는 성공적인 협력과 대중과의 투명한 소통으로 무엇을 성취할 수 있는지 세계에 본보기를 보여주었습니다."

사용후핵연료의 캐니스터가 장기적으로 퇴적될 터널과 유사한 Onkalo 저장소의 시험 퇴적 터널

과학자들은 수십 년 동안 고준위 핵폐기물을 처리하는 방법에 대해 고심해 왔습니다. 사용 후 연료는 매우 위험하기 때문에 관리하기 가장 어려운 종류의 폐기물 중 하나입니다. 블랙번(Blackburn)은 그것이 근처에 있는 사람에게 치명적인 양을 제공할 수 있는 방사선 수준을 생성한다고 말합니다.

Law에 따르면, 과학적 합의는 안정적인 암석 형성을 가진 Onkalo와 같은 특별히 설계된 저장소에서 수십만 년 동안 지질학적으로 처분하는 것이 사용 후 핵 연료에 대한 "가장 실현 가능한 접근법"이라는 것입니다. "우리는 땅을 파고 터널을 파고, 터널을 내리고, 폐기물을 내려놓고, 우리가 그것을 둘러싼 장벽을 쌓는 공학적인 해결책을 가지고 있습니다."

또한 다음을 원할 수도 있습니다:

모래 배터리가 청정 에너지를 변환하는 방법

1만년 동안 핵경보를 만드는 방법

달에 핵폭탄을 터뜨리려는 미친 계획

핀란드 방사선 원자력 안전청은 온칼로 암반의 특성이 사용 후 핵연료 최종 처분의 안전성을 보장하는 데 유리하다는 결론을 내렸습니다.

온칼로는 핀란드의 다른 지역들과 마찬가지로 지질학적으로 매우 안정적이고 지진의 위험이 낮습니다. "온칼로에 있는 이 암석은 미그마타이트 편마암입니다: 하나의 암석 안에 두 종류의 다른 암석이 섞여 있는 것입니다," 라고 포시바의 주요 지질학자인 앤티 주츠센이 설명합니다. "이 암석은 거의 20억 년이나 되었고 매우 어렵습니다."

이 암석은 처분 개념에서 세 가지 안전 장벽 중 하나이기 때문에 중요합니다. 또한 지하 깊은 곳에 퇴적 터널과 구멍을 건설할 수 있을 정도로 안정적이어야 합니다. 

기존의 핵 발전소에 온칼로가 근접해 있는 것도 핵 발전소를 건설하기로 결정한 것과 관련이 있다고 Law는 말합니다. "핵 투자와 관련하여 전 세계의 문제 중 하나는 님비[ism], 즉 '내 뒷마당에 있지 않은' 것입니다."라고 그는 덧붙였습니다.

 "핀란드의 이 지역 사람들은 이미 원자력 에너지를 집 앞에 두고 있었고 그것을 받아들였습니다. 따라서 이곳에 쓰레기를 두는 것은 그들에게 믿음의 도약이 아니었습니다." (핀란드 핵 폐기물 프로젝트가 어떻게 원견을 받아들였는지에 대해 더 읽어보세요.).

온칼로는 먼저 폐연료봉을 재처리하지 않고 그것들을 가져갈 것입니다. 일부 과학자들은 재사용 가능한 핵물질과 고준위 핵폐기물을 생산하는 사용 후 핵연료로부터 플루토늄과 우라늄을 분리하는 재처리가 남아있는 전체 폐기물의 양을 줄임으로써 그것들을 더 안전하게 만들 것이라고 말합니다. 

"여러분은 신선한 연료를 만드는 데 사용될 수 있는 우라늄과 플루토늄을 회수할 수 있습니다"라고 포시바를 위해 연구를 해온 헬싱키 대학의 화학과 강사인 Marja-Siitaru Kauppi는 설명합니다. 세계 핵폐기물의 약 3분의 1이 재처리되었고, 이것은 유리화 (유리화)될 수 있습니다.

그러나 다른 사람들은 재처리가 핵 테러의 위험을 높인다고 말합니다. 장기적으로 유리화된 폐기물은 지하수와 접촉하면 녹을 수도 있습니다. 온칼로를 건설하고 운영하기 위해 설립된 포시바는 자체적으로 재처리가 기술적으로 힘들고 비용이 많이 든다고 말합니다.

 또한 포시바는 여전히 어느 정도의 고준위 폐기물을 생산하고 있다고 조하나 한센 연구개발 조정관은 지적합니다. "따라서 어떤 경우에도 처리 시설이 필요할 것입니다."

현재 두 개의 빨간색 X로 표시된 문 뒤에 있는 엘리베이터 샤프트는 핵 연료봉이 들어 있는 캐니스터를 437m(1,430ft) 깊이의 착륙 구역으로 운반합니다

핀란드는 20여 년 전 두 원자력 생산국이 사용 후 핵연료를 한 곳에 처분하기로 합의하면서 온칼로에 시설을 건설하기로 결정했습니다. 핀란드 정부는 2000년 12월 "연구된 처분 옵션 중 암반에 깊이 있는 처분은 생물권과 인간 서식지로부터 고준위 핵폐기물을 격리할 수 있는 최고의 현실적인 가능성을 제공한다"며 시설 건설 계획을 승인했습니다.

Onkalo 저장소는 스웨덴 핵연료 및 폐기물 관리 회사가 Posiva와 협력하여 개발한 KBS-3 개념을 기반으로 합니다. 이 아이디어는 핵 폐기물 주변에 세 개의 장벽을 만드는 것입니다: 먼저, 구리 용기에 넣은 다음 용기를 물을 흡수하는 점토인 벤토나이트로 감싼 다음 마지막으로 기반암 깊은 터널에 묻습니다.

"이 과정은 표면에 있는 캡슐화 공장에서 시작됩니다," 라고 이 프로젝트를 20년 넘게 일해온 한센씨가 말합니다. "여기서 우리는 폐연료봉을 두 부분으로 된 폐기통에 넣을 것입니다( 주철로 만들어진 내부 껍질과 5cm 두께의 구리로 만들어진 외부 껍질.")

그런 다음 뚜껑이 캐니스터에 용접되고, 캐니스터는 이 뚜껑이 폐기 시설의 저장 구역으로 운반된다고 말합니다. 일단 부지가 준비되면, 이 뚜껑들은 지하 450m (1,500ft)의 수평 퇴적 터널로 옮겨지게 되며, 이 터널에서 최종 폐기가 이루어지게 됩니다.

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온칼로는 핀란드의 다섯 개의 원자력 발전소가 전체 수명 주기 동안 생산하는 모든 고준위 핵폐기물을 모두 수용할 것입니다 - 안티 요우천

엘리베이터는 처음에 약 437m(1,430ft) 깊이의 착륙 구역까지 캐니스터를 내려놓을 것입니다. 제가 2023년 5월에 방문했을 때, 이 엘리베이터 샤프트는 조명이 잘 켜진 넓은 서비스 구역에 있는 두 개의 큰 빨간색 X로 표시된 문 뒤에 있습니다. 안전이 여기서 핵심입니다. 여전히 매우 활동적인 건물 부지입니다. 여기서 로봇 이송 차량이 캐니스터를 퇴적 구멍으로 데려갈 것이라고 한센은 말합니다.

지금까지 모두 350m (1,150ft) 길이의 막다른 퇴적 터널 5개가 건설되었습니다. 시설이 채워지면서 수년에 걸쳐 또 다른 85개가 건설될 예정입니다. 각 퇴적 터널은 바닥에 약 40개의 수직 원형 구멍을 가지고 있으며, 각각의 깊이는 8m (26ft), 폭은 2m (7ft)입니다. 총, 각 수직 구멍마다 하나씩 약 3,000개의 캐니스터를 넣을 공간이 있습니다.

"그들은 총 5,500톤의 폐기물을 보유할 것입니다."라고 Joutsen은 말합니다. "그래서 Onkalo는 핀란드의 5개 원자력 발전소에서 생산되는 모든 고준위 핵 폐기물을 그들의 전 생애 주기 동안 가져갈 것입니다."
각 통이 묻힌 후, 구멍은 벤토나이트로 채워질 것이라고 한센은 말합니다. "우리가 각 구멍에 통을 넣으면, 터널을 더 많은 벤토나이트로 다시 채우고 콘크리트로 밀봉할 것입니다."

사용 후 핵연료의 최종 폐기는 향후 몇 년 안에 시작될 것입니다. 포시바는 저장소가 가득 차기까지 100-120년이 걸릴 것이라고 추정합니다. 그 시점에서 전체 시설이 봉쇄되어, 그 용기들이 외부 세계로부터 격리된 치명적인 방사성 물질과 함께, 바라건대 최소한 100,000년 동안 방해받지 않고 놓여질 수 있게 될 것입니다.

비록 이곳은 지진의 위험이 낮지만, 지진 활동이 고려되어 왔다고 Joutsen은 말합니다. "앞으로 100만 년 안에 몇 개의 빙하가 있을 것이고 그것들은 지진의 위험을 초래할 것입니다. 온칼로 위에는 2-3km (1.2-1.9마일) 두께의 빙상이 있어서 지각을 수백 미터 아래로 밀어낼 것입니다. 온칼로는 그것을 견디도록 만들어졌습니다."

빙하기가 끝나면 지각이 다시 상승하기 시작할 것이며, 이때 용기를 분해할 수 있는 힘을 가진 지진이 발생할 수 있다고 그는 덧붙였습니다. "이를 방지하기 위해, 우리는 그것들을 가능한 최상의 위치에 배치하고 있습니다: 폐기 구멍은 암반의 골절되지 않은 부분에 있습니다."

현재 온칼로는 여전히 매우 활발한 건설현장이며, 핵폐기물은 아직 입금되지 않았습니다 .

 

방사성 폐기물의 안전한 장기 관리를 위해 제안된 아이디어는 GDF뿐만이 아닙니다. 예를 들어, 노르웨이는 터널이 없는 얇은 보어홀의 경우 용기에 담긴 폐기물을 훨씬 더 깊은 3,500m(11,500ft)까지 낮추는 딥 보어홀 처리를 고려하고 있습니다.

핵폐기물을 로켓으로 우주로 발사하거나 지구의 지각판이 다른 판 아래로 들어가는 섭입 구역에 넣는 것과 같은 거의 신뢰할 수 없는 다른 선택들도 제안되었습니다.

하지만, 일부 과학자들이 핀란드의 접근 방식에 대해 우려하고 있기 때문에 대안을 계속 탐구하는 것이 타당합니다.

우리 뒤에는 핵폐기물을 다루는 데 새로운 아이디어를 가진 더 현명한 사람들이 있을지도 모릅니다 - 마리아-시이타루 카우피

포시바는 이론적이고 실험적인 연구들이 온칼로가 핵폐기물로부터 장기적인 보호를 제공할 것이라는 것을 보여준다고 말합니다. 그러나 온칼로에서 사용되는 KBS-3 폐기물 개념의 안전성에 대해 비판자들이 있습니다.

KBS-3V는 다중 장벽 원리를 기반으로 사용 후 연료가 구리 캐니스터, 벤토나이트 점토 및 기반암의 세 가지 보호 장벽 내에 포함됩니다. 가장 중요한 장벽은 구리 캐니스터이며 온칼로는 구리가 혐기성 조건, 즉 벤토나이트 점토가 주변에 있는 기반암에 묻힐 때와 같은 산소가 없는 조건에서는 부식되지 않는다고 가정합니다.

그러나 스웨덴 왕립 공과대학교(KTH)의 연구원들은 합금되지 않은 구리 용기의 내식성에 대해 의구심을 제기했습니다: 그들은 그들의 실험이 혐기성 조건에서도 구리가 부식될 수 있음을 시사한다고 말합니다.

"여러분은 벤토나이트 점토와 바위로 터널을 채울 수 있지만 자연은 제 역할을 할 것입니다," 라고 스톡홀름에 있는 KTH 왕립 공과대학교의 화학자 피터 사칼로스가 말했습니다. "물은 터널로 들어갈 것이고 그것은 이론적인 모델이 예측하는 것보다 훨씬 더 빨리 구리를 부식시킬 것입니다."

Szakálos는 부식 균열이 온칼로에서 100년 안에 많은 캐니스터를 분해할 수 있다고 주장합니다.
Posiva는 부식에 대한 자체 연구를 수행한 후 이러한 주장을 거부했습니다. Posiva 과학자들과 독립적인 전문가들의 논문은 "구리 껍질의 응력 부식은 저장소 조건에서 가능성이 없는 것으로 간주된다"고 결론지었습니다. 또한 실험실의 실험 조건에서 관찰된 부식은 Onkalo의 지하 450m (1,500ft) 조건과 관련이 없다고 주장합니다.

우리는 혼인 샤피엔이 살아온 시간보다 더 오래 작동할 것으로 기대되는 것을 구축하려고 노력하고 있습니다. 그 시간은 놀라울 정도로 길다 - 안티 조우튼

이 상반된 증거는 Onkalo와 같은 KBS-3 개념을 기반으로 스웨덴에 저장소를 건설하려는 계획을 지연시켰습니다. 그러나 2022년 1월, 스웨덴 정부는 스톡홀름에서 북쪽으로 약 130km (81마일) 떨어진 포르스마크에 GDF를 건설하는 것을 승인했습니다. 이것은 Posiva의 Hansen에 의해 구리 논쟁을 잠재울 수 있는 개발로 여겨졌습니다.

"우리는 강력하고 다중 장벽이 있는 개념을 가지고 있으며, 다음 백만 년 후에 일어날 수 있는 시나리오에 대비하고 있습니다"라고 한센은 말합니다. 

"예를 들어, 우리는 통에서 물이 일찍 새기 시작하면 어떻게 되는지, 점토가 잘못 설치되면 어떻게 되는지, 터널에 물이 더 많아지고 물의 화학 반응이 우리가 예상했던 것과 달라지면 어떻게 되는지를 살펴보았습니다. 위험 평가의 결과는 우리가 안전한 편에 있다는 것을 보여줍니다."
현재로서는 적어도 핀란드와 스웨덴이 이 계획을 추진하고 있지만, Szakalos는 구리 부식에 대한 연구가 더 있을 것이라고 말합니다.

Onkalo에 위치한 처분 터널은 지면 아래 450m (1,500ft)에 있습니다 - 여기서 사용된 원자핵 연료 막대의 최종 처분이 진행될 것입니다

 

온칼로(Onkalo)와 제안된 스웨덴의 시설은 모두 방사성 폐기물을 최소 100,000년 동안 안전하게 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다. "우리는 호모 사피엔스(homo sapiens)가 살아있는 것보다 더 오래 작동해야 하는 것을 건설하려고 노력하고 있습니다."라고 Joutsen은 말합니다. "그 기간은 상상을 초월할 정도입니다."

시설물이 가득 차면, 터널은 봉쇄되고, 표면의 건물들은 철거되고 땅은 복구될 것입니다. "동물들, 나무들, 식물들, 그리고 집들이 있을 것입니다"라고 Joutsen은 말합니다. 그는 만약 그가 120년 안에 살아있다면 온칼로에 있는 땅을 행복하게 살 것이라고 말합니다.

나중에 무엇이 올지는 더 불확실합니다. 온칼로에 대한 모든 지식이 몇 천 년 후에 사라질 가능성이 완전히 있습니다.
사회과학자들은 우리가 남겨놓은 위험에 대해 경고하기 위해 인간, 또는 깊은 미래에 우리 뒤에 올 수도 있는 다른 사람들과 어떻게 소통할 것인지에 대한 도전과 씨름해 왔습니다. 

(10,000년 동안 핵 경고를 만드는 방법에 대해 더 읽어보세요.).
온칼로를 표기하는 것에 대한 한 가지 논의는 언어가 미래에 사라지면 보편적으로 이해되는 위험의 표시를 찾는 것에 중점을 두었습니다. 그러나 Posiva, 의사결정자들, 그리고 연구자들의 현재 생각은 온칼로를 표기하는 것이 전혀 아닙니다.

 "미래 세대들은 이것에 대해 알 필요가 없습니다"라고 Joutsen은 주장합니다. "그것은 매우 깊고 매우 고립되어 있습니다. 아래에 많은 구리와 플루토늄이 있을 것이고 표시는 사람들이 그것을 되찾기 위해 땅을 파는 것을 시작하도록 장려할지도 모릅니다. 무덤 도굴꾼들에 의해 약탈당한 이집트의 피라미드처럼 말입니다."
하지만 최종 결정된 것은 없습니다. 이 시설은 100년에서 120년 동안 운영될 예정이기 때문에 서두를 필요는 없습니다.

카우피는 그 장소를 사람들이 공감할 수 있는 관점으로 표시하는 것에 대한 논쟁을 벌이는 것이 중요하다고 말합니다. 그녀는 헬싱키 대학의 학생들에게 방사능은 단지 120년 전에 발견되었다는 것을 종종 상기시킵니다. "우리는 지금 다음 수십만 년 후에 일어날 수 있는 일들에 대해 이야기하고 있습니다. 우리는 다음 수백 년 후에 무슨 일이 일어날지조차 모릅니다."
카우피는 핀란드가 온칼로와 좋은 관계를 유지하고 있다고 "매우 확신한다"고 말하면서도 다른 해결책에 대해서는 문을 열어둬야 한다고 믿고 있습니다.
"핵폐기물을 어떻게 해야 할지에 대해 새로운 생각을 가진 더 현명한 사람들이 우리 뒤를 이을 지도 모릅니다. 그들은 더 나은 무언가를 발명할지도 모릅니다. 우리는 정직한 연구를 바탕으로 현재의 지식으로 지금 최선을 다하면 됩니다."