파이로프로세싱이 무의미하고 위험한 이유
프랭크 반 히펠 프린스턴대학 과학 및 국제안보 프로그램, 핵분열성물질국제패널 2017. 02. 28 대전
개 요 1. KAERI는 다른 모든 선진국에서 실패한 두 가지 기술, 즉 재처리 및 액체소듐냉각고속로(SFR)를 개발하려고 노력하고있다. 2. 파이로프로세싱은 재처리방식의 하나이다. 3. 재 처 리 는 핵 무 기 원 료 인 플 루 토 늄 을 얻 기 위 해 개발되었다. 4. 고 속 중 성 자 플 루 토 늄 증 식 로 (FBR) 의 초 기 노 심 핵연료를 얻기 위해 상업용 재처리가 시작되었지만 실패했다. 5. 현재 재처리는 방사성 폐기물 관리를 위해 추진되지만 문제개선은커녕 오히려 악화시키고, 막대한 비용을 들게 될 것이다.
파이로프로세싱은 재처리의 하나이며 비용도 더 든다. 2001년 체니 부통령은 미국 아르곤국립연구소(ANL)가 종래의 재처리방식보다 ＂핵비확산성＂이 더 높은 파이로 프로세싱 개발에서 KAERI를 파트너로 하려는 제안을 승인했다. ANL 주장에 따르면 파이로프로세싱법에서는 사용후핵연료속의 플루토늄을 핵무기원료용 분리하는 것이 훨씬 더 어렵다고 한다. 그러나 실제는 그렇지 않다. 또한 파이로프로세싱법은 매우 비싸다. ANL은 25 톤의 오래된 소듐냉각고속로(EBR-Ⅱ)의 사용후핵연료와 블랭킷핵연료를 6년 내에 파이로프로세싱법으로 처리하기로 약속했다. 그러나 16 년 동안 겨우 5 톤 만 처리되었고 ,엄청난 비용이 들었다.
재처리는 핵무기 제조용 플루토늄을 분리하기 위해 개발되었다. 플루토늄은 U-235 핵분열 연쇄반응에서 나오는 잉여 중성자를 U-238에 포획시켜 얻는다.
neutron F.P.
235U
F.P.
F.P. = Fission product
238U 235U
239Pu
사용후핵연료에는 약 1 %의 플루토늄이 들어 있다. 재처리방식은 고속증식로의 초기노심 핵연료용으로서 사용후핵연료속의 플루토늄을 회수할 하기 위해 제안된 것이다. Fresh LWR fuel
95.6 % U-238
4.4% U-235
Spent Fuel
92.6% U-238 & U-236
0.8% U-235 1.2% plutonium 5.4% fission products & other radioisotopes 6
일반적인 수냉(저속 중성자) 원자로는 천연 우라늄속의 약 0.7 %를 차지하는 U-235을 효율적으로 핵분열시킨다.
U-235
U-238
핵 개척자들은 플루토늄을 연료로 사용하여 핵분열 된 것보다 U-238에서 더 많은 플루토늄을 만들 수있다는 고속 중성자 증식로(FBR)를 개발했다.
이 FBR의 궁극적인 연료는 U-235보다 훨씬 더 풍부한 U-238이 된다.
플루토늄 증식로 플루토늄 ＂증식＂원자로는 소비 한 것보다 더 많은 플루토늄을 U-238에서 생산한다. 그러나 고속 중성자 원자로는 물에 의해 냉각될 수 없다. 그 대안으로서 액체소듐이 등장한다.
neutron
F.P. 238U
239Pu
239Pu
F.P.
F.P. = Fission product
238U
239Pu
239Pu
그러나 소듐 냉각 원자로(SFR)는 비싸고 신뢰도 할 수 없다. 소듐은 공기 또는 물과 접촉하면 연소한다. 따라서 소듐냉각고속로의 핵연료 재장전 및 수리는 수냉식 원자로보다 훨씬 복잡하다.
프랑스의 슈퍼피닉스 (Superphénix) 는 폐쇄 전까지 단 8 %, 일본의 몬주 (Monju)는 단 1 % 만 운영하였다. 수냉식 원자로는 일반적으로 80 % 정도의 가동률로 운영된다. 또한, 훨씬 더 저렴한 천연 우라늄이 발견되었다. 오늘날 우라늄(연료) 비용은 원자력 발전비용의 몇 퍼센트에 불과하다. 고속로의 상업화를 위해 세계적으로 60 년간의 노력과 1000 억 달러 이상을 투입하였지만, 겨우 러시아에서 2 개의 원형로 타입이 가동중이며, 인도에서 1기가 건설중이다.
오늘날 전기사업자는 정부가 요구할 경우에만 재처리를 수행 --- 프랑스, 인도, 일본, 러시아 인도와 러시아에서는 원자력 연구･개발계획은 여전히 증식로의 상업화를 희망하며, 여전히 자기들 정부에 자금을 지원하도록 설득 할 수 있다.
프랑스에서는 플루토늄이 경수로의 핵연료로 사용된다. 이로서 프랑스의 우라늄 요구량을 약 10 % 줄인다. 그러나 핵연료 비용은 두 배가 된다. 일본은 프랑스와 계획이 동일하다. 왜? 그들의 새로운 주장은 재처리방식이 사용후핵연료 처분을 보다 안전하게 한다는 것이다. 그러나 그렇지 않다!
5
Google Earth 26 Jan. 2013, 35o43’00.37”N 129o28’29.96E
MACSTOR-400
AECL – OFFICIAL USE ONLY
사용후핵연료는 건식 용기에 안전하게 저장할 수 있다. 월성 원자력발전소는 이미 7,000 톤의 건식 사용후핵연료 저장용량을 갖추고 있다. (현재 한국 전체 경수로의 사용후핵연료 누적 량과 동일)
Casks 공냉식 용기에 있는 사용후핵연료 는 원자로나 사용후핵연료 저장조에 있는 것보다 덜 위험 하다.
사용후핵연료 저장 후 옵션 1. 지하 약 500 미터 지점에 처분 지상 보관보다 안전 건설중인 온칼로 처분장, 핀랜드 올킬루트
KAERI는 한국은 사용후핵연료 처분장을 확보하기에는 너무 좁다고 주장 한국의 현재 발전 능력이 두 배로 증가한 경우 2100 년까지 사용후핵연료 처분장의 면적
한울 원전(울진)
3.5 km
4.5 km
Won Il Ko and Eun-ha Kwon, KAERI, “Implications of the new National Energy Basic Plan for nuclear waste management in Korea” (2009)
옵션 2. 사용후핵연료 재처리는 공기, 해양 및 토양으로 방사능을 방출
아오모리현 롯카쇼무라 재처리 공장 건설 200억 달러 운영 20억 달러/년 21 년 동안 지연
Decay Heat, Watts / MTIHM
Decay heat in Watts per ton of spent fuel
ANL 과 KAERI 는 사 용 후 핵 연 료 에 서 플 루 토 늄 과 다 른 WM’04 Conference, February 29 – March 4, 2004, Tucson, AZ 악티나이드 핵종을 분리하여 고속로에서 태우면 훨씬 더 작은 면적의 처분장이 가능할 것이라고 주장한다. 대신 사용후핵연료 10000 속의 핵분열 생성물은 따로 분리하여 약 200 년 동안 지상에서 냉각되어야한다. 그러나 핵분열 생성물을 지표면에 오래두면 위험이 증가한다. 1000 1000
Fission Products
50 GWd/MTIHM Spent PWR Fuel Actinide and Fission Product Decay Heat
Total
Actinides 137m 238
플루토늄과 타 악티나이드의 방출열
Ba
Pu
100 100 241 90
Sr
137
Cs
90
Am
Y
핵분열생성물의 방출열
240
239
1010 10 10 years
Pu
Pu
100 100
200
1000 1000
10000 10,000
Time after Discharge, (Years) Spent nuclear fuel separations and transmutation criteria for benefits to a geological repository (Argonne National Laboratory, 2004)
독성 감소 논쟁 : 사용후핵연료 독성은 우라늄 독성 기준 1,000년 후에 약 70분의 1, 10,000년 후에 약 20분의 1로 감소. 플루토늄을 제거하면 사용후핵연료의 독성이 약 10분의 1로 감소되며, 마이너 악티나이드 (MA)를 제거하면 더 많이 줄일 수 있다.
Relative toxicity
Typical Ores
2.6% mercury
5.8% lead
0.2% uranium
*Frank Carré, CEA, “The Nuclear Fuel Cycle: Key to Generation IV Nuclear Energy Systems’ Sustainabilityand transition from LWRs” (2007). For ore toxicities: Management of Radioactive Fuel Wastes: The Canadian Disposal Program, J Boulton, ed. AECL-6314, 1978
우라늄 (U) 독성 관점 한국의 경수로는 현재까지 약 7,000 톤의 사용후핵연료를 발생 누적 KAERI에 따르면 : 1,000 년 후에 독성은 ~500,000 톤 U 10,000 년 후에는 ~140,000 톤 U 지하 500m까지, 한국에는 ~ 300,000,000 톤 U (3 ppm) 천연 우라늄은 약 10 mrem/년의 방사능 선량.
미국, 프랑스, 일본의 연구들은 플루토늄 및 다른 초우라늄원소를 제거하더라도 방사성 폐기물의 위험을 크게 감소시키지 않는다고 결론내렸다.* KAERI도 같은 사실을 알았다.
* Nuclear Wastes: Technologies for Separations and Transmutation (US National Academy Press); “Avis de l’Authorité de sûreté nucléaire du 4 July 2013 sur la transmutation des elements radioactifs à vie longue” [“Opinion No. 2013-AV-0187 of the Nuclear Safety Authority of 4 July 2013 on transmutation of long-lived radioactive elements”]; and Osamu Tochiyama, chair of METI’s technical working group on waste disposal, quoted in Mainichi Shimbun, 1 May 2014.
KAERI 계산에 따르면, 사용후핵연료로 인한 처분장 주변주민의 장기간 선량은 사용후핵연료속의 탄소 14와 우라늄 자체의 방사능 붕괴물인 라돈에 의해 좌우된다. 이들은 파이로프로세싱 법또는 고속로에 의해 제거되지 않는다. 지표면 근처의 천연 우라늄은 ~ 10 mrem/년의 피폭선량을 가한다. mrem/yr 1
Fission products
0.01
Radon-222 (from U-238)
0.0001 C-14은 파이로프로세싱과정 에서 발생하며, 10,000년에 걸쳐 있지 않다.
100
10,000
1,000,000 years
Yongsoo Hwang (KAERI) and Ian Miller, “Integrated Model of Korean Spent Fuel and High Level Waste Disposal Options (2009)
요약 • •
재처리는 공기와 주변 환경을 오염시킨다. 소듐냉각 고속로를 명분으로 한 재처리는 고비용으로 신뢰할 수도 없다.
가장 안전하고 비용이 적게 드는 사용후핵연료 관리 정책은 1. 사용후핵연료를 건식 용기에 저장한 다음 2. 지하 깊이 신중하게 공학적 방벽으로 설계된 처분장에 처분
한국은 핵추진 잠수함이
필요한가?
5대 핵무기보유국은 핵추진 잠수함을 보유하고 있다. 지금까지 전 비핵무기보유국은 그런 잠수함을 확보하고자 하지 않았다 핵추진 잠수함 (5 개국)
비핵추진 잠수함 (35 개국)
중국 (5 핵추진 + 56 비핵추진)
캐나다 (핵추진 잠수함 고려되었지만 너무 고비용)
프랑스 (5 핵추진)
독일 (핵추진 잠수함 건조되었지만 너무 고비용)
러시아 (24 핵추진 + 24 비핵추진)
일본 (핵추진 잠수함 건조되었지만 너무 고비용)
영국 (7 핵추진)
한국
미국 (52 핵추진)
브라질, 핵추진 잠수함 연구개발프로그램 너무 고비용 30 개국
Virginia
10 m
미국 버지니아급과 독일 214급 비교 미국핵잠수함 버지니아. 배수량 8000톤; 출력: 30 MWe, $82.7 billion 기당, 어뢰 및 크루저 미사일, 식량과 유지를 위해 운항거리 제약. 원자로 관련부품 무게만 1700톤. (최소크기 핵잠수함, 프랑스 Rubis, 무게 2600 톤.) 6.8 m
독일 214급. 배수량 1900톤; $0.3-0.6 billion 기당, 어뢰 및 크루저 미사일, 운항거리 제약, 최소한 지역배치를 위해 조용하고 치명적임. 한국이 제조.
U-214 65 m
왜 5개 핵무기보유국들은 핵추진 잠수함을 선택했나? 왜냐면 그들 국가들은 그들의 핵잠수함을 세계적으로 배치하길 원했기 때문 1982년 포클랜드 전쟁에서 영국은 핵잠수함을 아르헨티나 남쪽 끝 근처까지 보냈음을 상기하라 캐나다와 러시아는 외국 선박과 잠수함의 위협에 대한 자국의 방위를 걱정하였음 그런 연유로 훨씬 덜 비용이 드는 비핵추진 잠수함이 적절함
비핵추진 잠수함의 기술적 진보 WWII 디젤-전기 스노클. 독일 해군은 공기흡입구를 수면 위에 올린 채(스노클) 해수면 아래서 운행하는 디젤잠수함을 도입하였음. 그러나 스노클은 탐지됨. 해수면 깊이 운항하면 덜 탐지됨. 그러한 잠수함은 밧데리로 운항되고 해수면 깊이 운항
가능함. 시속 7km 속력으로 약 400 km 운항가능함 (독일 206급) 공기불필요추친. 액체 또는 압축 산소를 탑재함으로써 훨씬 긴
수중 운항거리 확보 가능. 독일 214급 잠수함은 디젤로 시간당 37km 속력으로 스노클링 운항하지만, 낮은 속력에서는 스노클링 적은 운항을 위해 수소와 산소를 결합하여 물과 전기를 발생하는 연료전지 사용가능
214 스노클링 and AIP 속력 800 km , 0.9 또는 2 일, 2300 km, 2.6 또는 13 일
한국은 핵무기가 필요한가?
한국과 미국은 핵무장한 북한을 이기는데 핵무기가 필요하지 않다 • 북한이 핵무기 보유하는 것 보다 더 나쁜 것은 또 다른 한국전쟁이다
• 핵무기 사용은 북한을 패배시키는데 속력을 낼 수 있을 것이지만, 엄청난 숫자의 민간인과 군인들의 사망에
대한 가치가 있을 것인가?
북한과의 협상이 가능하지 않을까?
1994년 태천의 원자로*는 거의 완공직전이었다, 만약에 가동하였다면, 매년 50기 핵무기 분량의 플루토늄을 생산했을 것이다.
나는 문재인대통령에 동의한다: 우리는 북한과 대화해야 한다. *39o 55’ 40”N, 125o 34’ 10” E in 2013
'몬주'에서 '아스트리드'로 옛 꿈을 버리기 위한 새 꿈 Masa Takubo 핵정보 (Nuclear Information) website http://kakujoho.net/ 서울 2017년 6월 1일 30
그러나 로카쇼무라 재처리 공장의 조기 운전 개시 재처리는 고속 증식로를위한 것이었다 연간 8 톤 (핵폭탄 1000발에 상당)의 플루토늄 분리 능력 고속로 개발은 지속 프랑스와 협력: 아스트리드 (ASTRID) 프로젝트에 참여
31
• 왜? 그렇지 않으면 실수 했음을 인정하고 재처리를 중단하고 사과해야 한다.
32
고속 증식로의 (FBR)꿈재 처리가 필요하다 왜? 우라늄 부족! 예측은 빗나 갔다 필요 없음 그러나 재처리 계획은 작은 규모의 사용후연료보관 수조를 의미했다.
"재처리가 필요하다."
히로시마
수조가득연료보관 우라늄 농축 재처리필요! 연료 제조
경수로
사용 후 연료 작은보관 수조 수조가득 Re-racking
재 처리
나가사키
6000개 핵폭탄
48 t 플루토늄
MOX
FBR
HLW 지층 처분
건식 안전을 위해 건식 저장 저장으로 조기 전환이 미국 등 필요하다 FvH + NRA 33
2006년 방사성폐기물관리계획법: 오래가는 방사성 핵 성분의 분리 및 핵 성분 변환… 2012년에 관련 원자로
유형에 대한 산업적 전망 평가가 이루어짐. 2020. 12. 31 전에 원형로 가동 예정:
ASTRID (산업적 실증을 위한 선진 소듐기술 원자로) 가 선정됨. 34
2012년 *October 201210 월
송전 개시 2025년
2016년 10 월 *October 2016 MA fuel?
-2023
2033년 이후35
“몬주 활용 관련하여, 사용후핵연료 부피절감 및 독성 감소 또는핵 변환에 관한 논의가 있음. …원칙적으로 10년, 20년 후 가능하다고. 그렇지만 현재, 그러한 핵연료 펠렛 하나 제조하기 위한 장소도 없음. 이러한 상황에서 몬주를 활용하여 핵폐기물 문제 해결에 기여할 수 있다고 말하는 것은 민간부문 감각에서 볼 때, 사기성 광고 아닌가?” ASTRID에 대해서도 같은 질문을 해야 한다. 그 뿐만이 아니다. 이 같은 계획을 위해 많은 고속로와 새로운 재처리 공장을 적어도 200 년 정도 운전하는 것이 필요하다. * 미국 과학 아카데미 보고서 (1996 년). 36
그러한 변명의 한 가지는 바로 종이상에만 존재하는 꿈이라는
것이다. 문제는 원래의 아이디어 자체는 나쁘지 않다라고 말하며 로카쇼무라 재처리 공장의 운전을 시작했을 것이라는 점이다. 일단 거대한 국가계획을 시작하면 그것을 막는 것은 매우 어려워진다. 적어도 그것이 일본의 경우에는 그렇다. 아무도 책임을지고 "미안합니다＂라는
말을 하지 않는다. 실패한 계획이 계속되는 변명은
바로 이것이다(die hard). 37
한국의 사용후핵연료 재처리 ‘파이로프로세싱’ 강정민, PhD NRDC 선임연구위원 ‘동북아 핵위기와 한국의 핵정책’ 시민사회간담회 환경재단 레이첼카슨홀, 서울 2017년 6월 1일
38
국내 원자력발전소 부지
한울(울진)
한빛(영광)
(참고문헌: Google Earth Pro, Nov 29, 2016)
월성
고리
국내 원자력발전 전망
(참고문헌: 제2차 에너지기본계획, 산자부, 2014.1; 제7차 전력수급기본계획 (2015~2029), 산자부, 2015.7)
경수로 원전과 사용후핵연료 핵연료
경수로 원전 (1GWe, 백만킬로와트)
핵연료집합체: 20cm x 20cm x 약4m 무게 약 0.7톤 저농축 우라늄(LEU) 약 0.5톤
연간 핵연료집합체 40개, 약 20톤 사용후핵연료 방출
중수로 원전과 사용후핵연료 핵연료
중수로 원전 (0.7GWe, 70만킬로와트)
핵연료다발: 지름10cm x 길이50cm 무게 약 24kg 천연우라늄(NU) 약 20kg
연간 핵연료다발 약 5,000개, 약 100톤 사용후핵연료 방출
사용후핵연료 발생량 경수로
중수로
약 20
약 100
40년
20x40=800
100x40=4,000
50년
20x50=1,000
100x50=5,000
경수로 20기 + 중수로 4기
800x20=16,000
4,000x4=16,000
경수로 40기 + 중수로 4기
800x40=32,000
4,000x4=16,000
원전 1기 연간 발생량 (톤) 원전 1기 운전기간 발생량(톤)
원전 X 기 40년 운전기간 발생량(톤)
국내 사용후핵연료 저장용량 현황
(참고문헌: 고준위방사성폐기물 관리 기본계획(안), 산자부, 2016.5)
‘파이로프로세싱 + 고속로’ 연계시스템 도식화
한국원자력연구원(KAERI)과 미래부는“파이로프로세싱 + 고속로”구현 시 사용후핵연료 처분량을 1/20, 처분장 면적은 1/100, 방사성 독성은 1/1,000 수준으로 축소 가능하다고 주장해 왔음 (참고문헌: 미래원자력시스템 개발 실증 추진전략 수립 계획, 원자력진흥위원회, 2015. 10. 5)
파이로프로세싱 공정 KAERI 파이로프로세싱 공정의 물질흐름 및 폐기물 발생
(참고문헌: 박환서, "파이로 폐기물 처리기술 개발," NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 34, No. 3, 2016)
파이로프로세싱 공정 고준위 방사성폐기물 폐기물 하드웨어 피복재
필터 LiCi 염
구성 (주요 방사성 핵종) 사용후핵연료 구조재 (Ni-59, Nb-94) 핵연료 피복재 (Nb-94)
기체성 방사성물질 포집재 (Kr, Xe, C-14, H-3, Cs, Tc, I) 방사성물질 포함 전해환원 공정 염 (Cs, Rb, Sr, Ba)
LiCi+KCi 염 방사성물질 포함 전해정련/전해제련 공정 염 (란탄계 열 핵종 및 미량의 초우라늄 핵종 비용해고체
전해환원/전해정련 공정 비용해고체 방사성물질 (Tc, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Te)
상기 표가 보여주듯, 파이로프로세싱으로 발생하는 고준위 방사성폐기물 양이 원래 사용후핵연료보다 많을 수 있음. 파이로프로세싱으로 사용후 핵연료 처분량을 1/20로 감축한다는 KAERI와 미래부의 주장은 거짓! (참고문헌: Steven Frank (INL), William Ebert (ANL), Brian Riley (PNNL), Hwan Seo Park (KAERI), Yung Zun Cho (KAERI), Chang Hwa Lee (KAERI), Min Ku Jeon (KAERI), Jae Hwan Yang (KAERI), Hee Chul Eun (KAERI), "Waste Stream Treatment and Waste Form Fabrication for Pyroprocessing of Used Nuclear Fuel," INL/EXT-14-34014, July 2015)
Cs-137 및 Sr-90 처분장 면적은 사용후핵연료에서 방출되는 열량에 좌우 사용후핵연료의 열방출을 줄이면, 처분장 면적을 줄일 수 있음
사용후핵연료 방출열의 핵심물질인 Cs-137 및 Sr-90을 분리하여 따로 지상에서 200~300년간 저장 후 처분함으 로써 처분장 면적을 줄인다는 것이 파이로프로세싱의 복안 그렇지만, 세슘 137과 스트론튬 90은 그 기간 동안 사용후핵연료 내 가장 위험한 고준위 방사성 물질이며, 이들을 분리 보관하는 과 정에서 주변 환경으로 누설될 위험을 증가시킴
200~300년간 세슘 137과 스트론튬 90을 분리 저장하는 것 보다 사용후핵연료 자체를 보관하는 것이 더 안전하고 비용도 적게 듦
중수로 사용후핵연료는 어디로? KAERI와 미래부는 월성의 중수로 사용후핵연료는 파이
로프로세싱 하지 않고 지하 처분장에 처분할 계획 월성 중수로 4기로부터 40년간 발생하는 중수로 사용후핵연료는 약 16,000톤 현재 운영중인 21기 경수로에서 40년간 발생하는 사용후핵연료 량이 약 16,000톤임을 감안하면, 파이로프로세싱으로 사용후핵 연료의 처분장 면적을 1/100로 줄인다는 KAERI와 정부의 주장 은 거짓!
사용후핵연료 방사성 독성 줄임의 무의미 미국과 프랑스의 연구들은 사용후핵연료로부터 초우라늄 원소를 제거하는 것이 방사성 폐기물로부터의 위험을 크 게 감소시키지 않을 것이라고 결론지었음. KAERI의 연구결과도 장기적인 사용후핵연료 처분으로부터의 방 사성물질 누출의 위험은 방사성 라돈에 좌우된다는 것을 보여줌. 방사성 라돈은 파이로프로세싱으로 제거되지 않음.
사용후핵연료의 방사성 독성을 1/1,000 로 줄이려면, 경수로 2기당 같은 발전 용량의 고속로 1기 이상 필요 2035년까지 경수로 40기가 가동된다고 가정하면 고속로는 20기 이상 도입 필요하며, 수백 년 간 고속로에서 초우라늄 물질을 태 워 나가야 함. 고속로의 상용화를 위해 지난 60여년 간 세계적으로 110조원 이 상 투자했음에도 불구하고, 고비용과 냉각재 화재 등 안전문제로 인해 단지 러시아에 원형로 2기가 운전 중이고, 인도에 원형로 1 기가 건설 중인 것이 고속로의 현실
‘파이로프로세싱+고속로’ 비용은 얼마나? 실증 계획 KAERI와 미래부는 2025년 사용후핵연료 연간 30톤 처리 파이로 시설 및 고속 로 핵연료제조시설 운영, 그리고 2028년 150 MWe 고속로 운영 (경수로 출력의 15%) 계획
실증 비용 KAERI와 미래부는 상기 실증시설 예산으로 약 3조 6천억원 상정 그러나 관련 시설들의 유지관리 비용, 폐쇄 후 방사능 제염해체 비용 등등 여러 필 수 비용들을 감안하면 약 30조원 이상으로 추정됨
(이 비용에는 부지 비용 및 지역지원금은 고려하지도 않았음)
상용비용 경수로 1기에서 발생하는 사용후핵연료를 처리할 실증시설에 소요될 비용만 30
조원 이상임을 감안하면, 2035년까지의 약 40기 경수로에서 발생할 사용후핵연 료를 전부 파이로프로세싱하여 고속로에 태우려면
천문학적 비용이 들것임.
결 론 사용후핵연료 관리에 있어서 KAERI와 미래부가 주장하는 “ 파이로 프로세싱+고속로 ” 도입으로 얻게 되는 효과는 미미하거나 불확실한 반면, 파이로프로세싱 공정에서 발생하는 독성 방사성 물질의 외부 누 출 우려 등 새로운 위험을 가중시키고, 소요 비용은 천문학적임 사용후핵연료 관리를 위해 가장 안전하고 경제적인 방법은 원자로에 서 방출된 사용후핵연료는 5년간 수조 저장 후엔 건식저장시설로 옮 겨 저장 후, 공학적으로 잘 설계된 지하 깊은 처분장에 묻는 것임
Why pyroprocessing is unnecessary and dangerous
Frank von Hippel Program on Science and Global Security, Princeton University and International Panel on Fissile Materials Daejeon, South Korea, 28 February 2017
Outline
1. KAERI is promoting two technologies that have failed in all other advanced industrial countries: reprocessing and sodium-cooled reactors. 2. KAERI is promoting these technologies for radioactive waste management but they would make that problem worse, not better – and at great cost.
Reprocessing was developed to separate plutonium for nuclear weapons The plutonium was produced using excess neutrons from a U-235 fission chain reaction to convert U-238 into plutonium neutron F.P.
235U
F.P.
F.P. = Fission product
238U 235U
239Pu
Ordinary water-cooled (slow-neutron) reactors fission efficiently 0.7% of natural uranium: U-235. U-235
U-238
Sodium-cooled plutonium “breeder� reactors would be fueled with plutonium but make more plutonium out of U-238 than they fissioned. The ultimate fuel for breeder reactors therefore would be U-238, which is much more abundant than U-235.
Plutonium breeder reactors A plutonium “breeder� reactor would have fast neutrons because fissions by fast neutrons produce more neutrons than slow neutrons. These reactors are cooled by liquid sodium because water slows neutrons. neutron F.P. 238U
239Pu
F.P.
239Pu
F.P.
F.P. = Fission product
238U
239Pu
F.P.
239Pu
But sodium-cooled reactors failed commercially because they are more costly and less reliable than water-cooled reactors
• France’s Superphénix operated only 8% of the time, abandoned in 1998.
• Japan’s Monju only 1%, abandoned in 2016. • Water-cooled power reactors typically operate ~80% of the time.
Today, nuclear power companies reprocess only where governments force them In France, plutonium is used to replace 10% of the low-enriched uranium for fuel ordinary reactors. But it costs ten times as much.
In Japan, the plan is to do the same. Why? Because dreams die hard. The new argument is that reprocessing and sodium-cooled reactors would make spent fuel disposal safer and less costly. That is false!
5
Google Earth 26 Jan. 2013, 35o43’00.37”N 129o28’29.96E
MACSTOR-400
AECL – OFFICIAL USE ONLY
Spent fuel can be safely stored in dry casks. Wolseong NPP already has 7,000 tons dry spent fuel storage capacity. (equivalent to all the spent fuel at South Korea’s other NPPs)
Casks
Spent fuel in air–cooled casks Is much less dangerous than in reactors or their spent fuel pools.
After spent fuel storage Option 1. Bury it ~ 500 meters underground. Safer than surface storage. Onkalo repository under construction next to Olkiluoto Nuclear Power Plant, Finland.
KAERI argues that Korea is too small for a spent fuel repository Area of repository for spent fuel discharged through 2100 if South Korea’s current nuclear capacity doubled.
Hanul Nuclear Power Plant
3.5 km
4.5 km
Won Il Ko and Eun-ha Kwon, KAERI, “Implications of the new National Energy Basic Plan for nuclear waste management in Korea” (2009)
Reprocessing spent fuel is hugely costly and releases radioactivity into the air, ocean and soil.
1.6 km
Japan’s Rokkasho-mura Reprocessing Plant is designed to reprocess as much spent fuel as South Korea’s nuclear capacity would discharge in 2030. $20 billion and 25 years to build. $80 billion/yr to operate for 40 years.
KAERI estimates that pyroprocessing would be much more costly.*
*Won Il Ko and Fanxing Gao, “Economic Analysis of Different Nuclear Fuel Cycle Options” (2012)
Studies in the U.S., France and Japan have concluded that eliminating plutonium and other transuranics with sodium-cooled reactors would not significantly reduce the hazard from radioactive waste United States: Nuclear Wastes: Technologies for Separations and Transmutation (US National Academy Press, 1996) France: “Avis de l’Authorité de sûreté nucléaire du 4 July 2013 sur la transmutation des elements radioactifs à vie longue” [“Opinion No. 2013-AV-0187 of the Nuclear Safety Authority of 4 July 2013 on transmutation of long-lived radioactive elements”]
Japan: Osamu Tochiyama, chair of METI’s technical working group on waste disposal, quoted in Mainichi Shimbun, 1 May 2014. See: Plutonium Separation in Nuclear Power Programs (International Panel on Fissile Materials, 2015) chapter 10.
In a KAERI calculation, long-term dose to the local population from spent fuel is small and dominated by fission products, and radon, not plutonium, neptunium or americium. They would not be eliminated by pyroprocessing or fast reactors. Natural uranium near surface gives population dose of ~10 mrem/year. mrem/yr 1
Fission products
0.01
Radon-222 (from U-238)
0.0001
100
10,000
1,000,000 years
Yongsoo Hwang (KAERI) and Ian Miller, “Integrated Model of Korean Spent Fuel and High Level Waste Disposal Options (2009)
Summary •
Reprocessing contaminates the air and surface environment.
•
Sodium-cooled reactors, the justification for civilian reprocessing, are costly and unreliable.
The safest and least costly policy is to 1. Store spent fuel in dry casks, and then 2. Place it in engineered repositories deep underground.
Does South Korea need nuclear-powered attack submarines?
Frank von Hippel Program on Science and Global Security, Princeton University Seoul, 1 June 2017
Five nuclear-weapon states have nuclear-powered attac k submarines. Thus far, all non-weapon states have cho sen not to acquire such submarines Nuclear-powered attack submarine s (5 countries)
Non-nuclear attack submarines (35 countries)
China (5 nuclear + 56 non-nuclear)
Canada (nuclear considered but too costly)
France (5 nuclear)
Germany (nuclear-powered ship bu ilt but too costly)
Russia (24 nuclear + 24 non-nuclear)
Japan (nuclear-powered ship built but too costly)
United Kingdom (7 nuclear)
South Korea
United States (52 nuclear)
Brazil has an R&D program but ve ry costly 30 other countries
Virginia
10 m
Comparison of the U.S. Virginia-class with the German 214-class U.S. nuclear attack submarine Virginia. Displacement, 8000 tons; Power: 30 MWe, $8ďƒ 2.7 billion each, torpedoes and cruise missiles, range limited by food and maintenance. Reactor compartment alone weighs 1700 tons. (The smallest ever nuclearpowered attack submarine, France’s Rubis, weighs 2600 tons.) German 214-class. Displacement, 1900 tons; $0.3-0.6 billion each, torpedoes and cruise missiles, range limited (see below), at least as quiet and lethal for regional deployment. Being built by ROK.
6.8 m
U-214 65 m
Why did 5 nuclear-weapon states choose nuclear-powered attack submarines? Because they want to be able to deploy their submarines globally. Recall the United Kingdom sent a nuclear submarine to near the southern tip of Argentina during the 1982 Falklands War. China and Russia are also concerned about defending their regional seas against foreign ships and submarines. For that, much less costly non-nuclear submarines are adequate.
Advances in non-nuclear propulsion WWII Diesel-electric snorkel. German Navy introduced dies el submarines that could travel under the surface with just an ai r intake (snorkel) showing above. Snorkels can be detected, h owever and traveling deeper also makes a submarine less detec table. These submarines can operate on batteries at depth but can only travel about 400 km at a slow speed (7 km/hour) on b attery power (German 206-class). Air independent propulsion. Much greater underwater rang e achieved by carrying liquid or compressed oxygen as well a s fuel on board. German Type 214 has a diesel for traveling fa st (up to 37 km/h) snorkeling but uses a fuel cell in which hydr ogen and oxygen combine to produce water and electricity (the reverse of electrolysis) for snorkel-less traveling but at a slow speed.
214 Snorkeling and AIP speeds 800 km in 0.9 or 2 days, 2300 km in 2.6 or 13 days
Does South Korea Need Nuclear Weapons?
Frank von Hippel Program on Science and Global Security, Princeton University Seoul, 1 June 2017
South Korea and the United States would not need nuclear weapons to quickly defeat even a nucleararmed Pyongyang
• The only thing worse than North Korea having nuclear w eapons would be another Korean War. • Using nuclear weapons might speed up Pyongyang’s defe at by a few days but would it be worth the huge number o f civilians and low-level military people killed?
Might it be possible to negotiate with North Korea?
It was in 1994. The Taechon reactor* was nearing completion. If it had operated, it could have produced enough plutonium for 50 nuclear weapons per year.
I agree with President Moon Jae-in: We should talk to North Korea. *39o 55’ 40”N, 125o 34’ 10” E in 2013
Masa Takubo Kakujoho (Nuclear Information) website http://kakujoho.net/ Seoul, South Korea, May 31-June9 2017 78
Monju Prototype Fast Breeder Reactor shutdown decision on Dec. 21, 2016 BUT Early start up of Rokkasho reprocessing plant Reprocessing was supposed to be for FBR! *capable of separating 8 tons of plutonium (equivalent to 1000 bombs) Continuation of Fast Reactor development Work with France: participation in the ASTRID project 79
Excuses to continue a failed plan “Die hard� Why? Otherwise you have to admit that you made a mistake and stop reprocessing, and apologize
80
FBR dream reprocessing is necessary Why? U shortage! Prediction was WRONG No need But reprocessing plan meant small storage capacity necessary to reprocess Nagasaki Hiroshima
Uranium enrichment
Receiving pool full Need to reprocess!
Fuel fabrication
LWR
Spent Small fuel. pool capacity Pool full Re-racking
Reprocessing
6000 bombs MOX
48 t Pultomium
FBR
HLW Geological Disposal Dry cask storage US and others
Necessary to speed up transfer to dry cask for safety: FvH + NRA
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New dream with ASTRID? radioactive waste management 2006 Radioactive waste management planning law: Separation and transmutation of long-lived radioactive elements. ‌assessment be made in 2012 of the industrial prospects of these reactor types and a prototype installation set in operation before 31 December 2020: ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration) was chosen. 82
October *October 20122012
Grid connection by 2025
October 2016 *October 2016 MA fuel?
-2023
After 832033
Fraudulent advertising: Toyoshi Fuketa, acting chair of NRA 2 November 2015 NRA meeting
• “As an idea of utilizing Monju, there is a discussion about reduction of the volume of waste and detoxification or nuclear transmutation. …This might be possible as a principle 10 years, 20 years from now. But at present, there is no place to produce pellets, even one pellet. Under such a situation, to say that Monju, if operated, will contribute to solving the problem of waste, isn’t this what you call fraudulent advertising in the private sector sense?” The same question should be asked about ASTRID Besides, this plan needs many FRs and new reprocessing facilities at least for some 200 years. *1996 US Academy of 84 Science study.
Excuses to continue a failed plan A paper dream is one thing. But the problem is the idea of starting Rokkasho saying that there was no problem with the original idea. When you start a huge government program, it gets extremely difficult to stop it. At least that’s the case in Japan. Nobody wants to take the responsibility and say SORRY! Excuses to continue “die hard.” 85
Thank you.
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