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[에너지 지식백과] 원자력편 ⑨ 핵연료주기와 핵연료기술

[에너지 지식백과] 원자력편 ⑨ 핵연료주기와 핵연료기술

핵연료주기와 핵연료기술
[nuclear fuel cycle and waste technology]

[한줄 정리]
핵연료주기: 자연 우라늄 채광을 시작으로 여러 단계를 거친 핵연료가 방사성폐기물 처분까지 이어지는 일련의 과정.
핵연료기술: 핵연료를 만드는 기술.

핵연료주기는 말 그대로 핵연료의 전주기를 뜻한다. 우라늄 채광에서부터 핵연료제조까지 과정을 선행핵연료주기(채광 → 정련 → 변환 → 농축 → 재변환 → 성형 및 가공), 원자로에서 인출된 핵연료를 최종 처분하는 과정을 후행핵연료주기라 한다.

광산에서 채굴된 우라늄 원광은 가루로 빻아진 후 정련되는 과정을 통해 우라늄 함량을 높인다. 이렇게 만들어진 노란색 가루를 옐로케이크(yellow cake)라 부른다. 다음 단계는 방사성 동위원소인 우라늄-235를 농축하는 것이다. 옐로케이크를 불화우라늄(UF6)으로 변환시키고, 무게차이를 이용해 우라늄-235를 따로 분리해 농축하면 이산화우라늄(UO2) 분말이 된다. 이를 성형‧가공해 핵연료 집합체로 만들면 원자력 발전을 위한 준비가 끝난다.

[그림1] 정련작업을 거쳐 노란 가루로 변한 우라늄 원광의 모습. 일명 옐로케이크라 부른다. 출처: Uranium Energy Corp NYSE - AMEX : UEC

여기까지가 선행핵연료주기에 해당하며, 이를 위한 정련, 가공, 농축, 분리 등이 핵연료기술에 속한다. 특히 성형‧가공 과정에서 소결체, 피복관을 통해 방사성물질 누출을 차단하도록 하는 것이 핵심이다.

후행핵연료주기는 크게 사용후핵연료를 재활용하는 순환핵연료주기, 사용후핵연료를 저장‧처분하는 비순환핵연료주기로 나뉜다. 이중 순환핵연료주기는 핵무기 제조 등의 우려로 인해 많은 국제사회의 견제를 받고 있으며, 우리나라 역시 비순환핵연료주기를 채택한 상태다. 정부는 2022년 7월 ‘고준위 방사성폐기물(방폐물) R&D 로드맵’을 발표하고, 운반·저장·부지·처분 분야 104개 요소기술과 이를 보다 구체화한 343개 세부기술을 확보할 방침을 밝혔다.