[논문 리뷰] Feasibility of Direct Disposal of Salt Waste from Electochemical Processing of Spent Nuclear Fuel

R.P. Rechard, Teklu Hadgu외 7명|arXiv (Cornell University)|2017. 10. 02.

Nuclear materials and radiation effects인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 수은 결합 고갈핵연료를 전기화학적 처리 과정에서 발생하는 염화물 폐기물을 추가 처리 없이 직접 폐기할 수 있는지의 가능성을 평가한다. 성능 평가 결과, 광산형 염화물 저장고와 암석 기반의 깊은 우물형 저장고 모두 폐기물을 안전하게 수용할 수 있으며, 제안된 캐스크를 통해 운반도 가능하다—다만 폐기물 고립 시험장(WIPP) 폐기 기준을 충족시키기 위해 희석이 필요하다. 이는 복잡한 처리 공정 대신 직접 폐기 방식이 기술적으로 타당한 대안이 될 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

The US Department of Energy decided in 2000 to treat its sodium-bonded spent nuclear fuel, produced for experiments on breeder reactors, with an electrochemical process. The metallic waste produced is to be cast into ingots and the salt waste further processed to form a ceramic waste form for disposal in a mined repository. However, alternative disposal pathways for metallic and salt waste streams are being investigated that may reduce the processing complexity. As summarized here, performance assessments analyzing the direct disposal the salt waste demonstrate that both mined repositories in salt and deep boreholes in basement crystalline rock can easily accommodate the salt waste. Also summarized here is an analysis of the feasibility of transporting the salt waste in a proposed vessel. The vessel is viable for transport to and disposal in a generic mined repository in salt or deep borehole but a portion of the salt waste would need to be diluted for disposal in the Waste Isolation Pilot Plant. The generally positive results continue to demonstrate the feasibility of direct disposal of salt waste after electrochemical processing of spent nuclear fuel.

연구 동기 및 목표

• 전기화학적 처리 과정에서 발생하는 고갈핵연료 폐기물의 직접 폐기 기술적 가능성을 평가하기 위해.
• 염화물 저장고와 암석 기반의 깊은 우물형 저장고를 포함한 다양한 폐기 환경에서 폐기물의 성능을 평가하기 위해.
• 다양한 저장고 유형에 적합한 제안된 폐기 캐스크를 통한 폐기물 운반 가능성을 분석하기 위해.
• 폐기물 고립 시험장(WIPP) 폐기 기준에 부합하기 위해 폐기물이 얼마나 희석되어야 하는지 판단하기 위해.
• 현재의 처리 경로에 비해 단순화된 대안으로서 직접 폐기의 성능 평가를 통해 지원하기 위해.

제안 방법

• 안전 모델링을 활용해 다양한 지질적 폐기 환경에서 염화물 폐기물의 방사성 뉴클리드 방출을 평가하기 위해 성능 평가를 수행하였다.
• 광산형 염화물 저장고와 암석 기반의 깊은 우물형 저장고에서 폐기물 형태를 모델링하여 장기적 함재 성능을 평가하였다.
• 염화물 폐기물을 운반하고 폐기하기 위한 제안된 캐스크의 구조적 및 방사선적 무결성을 평가하였다.
• 특히 용해도와 이동 가능성에 중점을 두어 폐기물 조성의 폐기 안전성에 미치는 영향을 시뮬레이션 하였다.
• 폐기물 유량의 희석 필요성을 평가하여 WIPP의 염화물 및 기타 용해성 성분에 대한 규제 기준을 충족시키기 위한 조건을 분석하였다.
• 모든 폐기 시나리오에 걸쳐 결론의 강건성을 확보하기 위해 성능 모델링에서 보수적인 가정을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전기화학적 처리 과정에서 발생하는 고갈핵연료 염화물 폐기물을 추가 처리 없이 안전하게 폐기할 수 있는가?
• RQ2 광산형 염화물 저장고와 암석 기반의 깊은 우물형 저장고에서 염화물 폐기물의 성능 특성은 어떠한가?
• RQ3 제안된 캐스크 설계가 다양한 저장고 유형에 적합하여 염화물 폐기물을 운반하고 폐기할 수 있는가?
• RQ4 염화물 폐기물을 폐기물 고립 시험장(WIPP) 폐기 기준에 부합하기 위해 어느 정도 희석되어야 하는가?
• RQ5 기술적 타당성과 안전성 측면에서 현재의 처리 경로에 비해 직접 폐기 방식은 어떻게 비교되는가?

주요 결과

• 성능 평가 결과, 광산형 염화물 저장고와 암석 기반의 깊은 우물형 저장고 모두 전기화학적 처리에서 발생하는 염화물 폐기물을 안전하게 함재할 수 있음이 확인되었다.
• 제안된 폐기 캐스크는 일반적인 광산형 염화물 저장고 또는 깊은 우물형 저장고에 염화물 폐기물을 운반하고 폐기하는 데 있어 기술적으로 타당한 것으로 평가되었다.
• 폐기물 고립 시험장(WIPP) 폐기 기준을 충족시키기 위해 염화물 폐기물 유량의 일부는 희석이 필요하다.
• 모든 평가된 폐기 시나리오에서 방사성 뉴클리드 방출의 안전 여유는 규제 기준 이내에 잘 유지되어 있었다.
• 염화물 폐기물의 직접 폐기는 기술적으로 가능하며, 현재의 처리 경로에 비해 처리 복잡성을 크게 줄일 수 있다.
• 결과적으로, 추가 처리 없이도 직접 폐기 방식이 단순하고 안전하며 비용 효율적인 대안으로서 타당성이 뒷받침된다.