설계수명 이후 해체를 위한 금속 겸용용기의 방사화 특성 평가

• Published in: Journal of nuclear fuel cycle and waste technology (Online) Vol. 14; no. 4; pp. 343 - 356
• Main Authors: 김태만, 구지영, 도호석, 조천형, 고재훈, Kim, Tae-Man, Ku, Ji-Young, Dho, Ho-Seog, Cho, Chun-Hyung, Ko, Jae-Hun
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 2016
• ISSN: 1738-1894; 2288-5471

The Korea Radioactive Waste Agency (KORAD) has developed a dual-purpose metal cask for the dry storage of spent nuclear fuel that has been generated by domestic light-water reactors. The metal cask was designed in compliance with international and domestic technology standards, and safety was the most important consideration in developing the design. It was designed to maintain its integrity for 50 years in terms of major safety factors. The metal cask ensures the minimization of waste generated by maintenance activities during the storage period as well as the safe management of the waste. An activation evaluation of the main body, which includes internal and external components of metal casks whose design lifetime has expired, provides quantitative data on their radioactive inventory. The radioactive inventory of the main body and the components of the metal cask were calculated by applying the MCNP5 ORIGEN-2 evaluation system and by considering each component's chemical composition, neutron flux distribution, and reaction rate, as well as the duration of neutron irradiation during the storage period. The evaluation results revealed that 10 years after the end of the cask's design life, $^{60}Co$ had greater radioactivity than other nuclides among the metal materials. In the case of the neutron shield, nuclides that emit high-energy gamma rays such as $^{28}Al$ and $^{24}Na$ had greater radioactivity immediately after the design lifetime. However, their radioactivity level became negligible after six months due to their short half-life. The surface exposure dose rates of the canister and the main body of the metal cask from which the spent nuclear fuel had been removed with expiration of the design lifetime were determined to be at very low levels, and the radiation exposure doses to which radiation workers were subjected during the decommissioning process appeared to be at insignificant levels. The evaluations of this study strongly suggest that the nuclide inventory of a spent nuclear fuel metal cask can be utilized as basic data when decommissioning of a metal cask is planned, for example, for the development of a decommissioning plan, the determination of a decommissioning method, the estimation of radiation exposure to workers engaged in decommissioning operations, the management/reuse of radioactive wastes, etc. 한국원자력환경공단에서는 국내 경수로 원전에서 발생한 사용후핵연료를 건식으로 저장하기 위하여 안전성을 최우선으로 국내/외 기술기준을 준수하여 금속겸용용기를 개발하였다. 이러한 금속용기는 50년 동안 주요 안전성요소(구조, 열제거, 격납, 임계방지, 방사선차폐 등)에 대한 건전성을 유지하고, 운영기간 중 유지보수 과정에 폐기물의 발생을 최소화 하고 이를 안전하게 관리할 수 있도록 설계하였다. 본 논문은 설계수명이 종료된 금속용기 본체 및 내/외부 구조물에 대한 방사화 평가를 통해 정량적인 방사능 재고량에 대한 정보를 제공한다. 본 논문에서는 금속용기 본체 및 구성품의 방사화 방사능 재고량은 MCNP5 ORIGEN-2 평가체계를 이용하여 계산하였으며, 각 구성품의 화학조성, 중성자속 분포, 반응률 및 저장기간 동안 중성자조사 기간을 반영하여 평가하였다. 평가결과, 설계수명 이후 10년 경과시 모든 금속재질에서 $^{60}Co$의 방사능이 기타 핵종들에 비하여 가장 큰 방사능을 띄는 것으로 나타났으며, 중성자차폐체인 수지에서는 수명직후 $^{28}Al$ 및 $^{24}Na$등의 고에너지 감마선을 방출하는 핵종은 반감기가 짧아 0.5년 이후에는 무시할 수 있는 수준으로 나타났다. 또한, 사용후핵연료 제거후 캐니스터 및 금속용기 본체에 대한 표면 선량률 평가결과, 상당히 낮은 값을 나타내어, 해체 시 작업자가 받는 피폭선량은 무시할 수 있는 수준으로 평가되었다. 본 평가방법은 사용후핵연료 금속겸용용기 해체 시 계획의 수립 및 해체작업 종사자의 피폭선량 예측, 방사성폐기물의 관리/재활용 등의 기본자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.