원자력硏 "고준위 방사성폐기물 처분 안전성평가 자료 찾았다"

사용후핵연료 처분 안정성평가 자료인 '핵심원소' 지하수 화학반응 규명
아메리슘, 플루토늄, 우라늄의 새로운 화학반응 연구결과 발표

한국원자력연구원이 최신 분광해석기법을 이용해 사용후핵연료 핵심원소들의 화학분석 자료를 발표했다.(사진제공=한국원자력연구원)

[아시아경제 문채석 기자] 원자력발전소 처분 대안 중 가장 안전한 기술인 '심지층 처분 기술' 자료를 국내 연구기관이 찾아냈다. 향후 고준위 방사성폐기물의 처분 안전성을 평가하는데 중요한 기초자료로 활용될 수 있다.

한국원자력연구원은 국내 대학 연구진과 함께 아메리슘(Am), 플루토늄(Pu), 우라늄(U)의 화학반응을 새롭게 규명했다고 2일 밝혔다. 이 연구 결과는 올해 국제 학술지에 연이어 발표됐다.

아메리슘, 플루토늄, 우라늄은 방사성이 높고 취급이 극히 제한돼 연구하기가 쉽지 않다. 그만큼 희소한 원소가 땅 속 깊은 곳 지하수에서 어떻게 반응하는지 분자 수준에서 규명한 성과로, 학계에서 주목받고 있다.

원자력연은 "사용후핵연료에 존재하는 원소들이 지하수 중의 물질과 결합해 어떻게 변하고, 이동, 확산하는지 예측할 수 있는 핵심 기초자료"라고 설명했다.

이어 "이번 연구 결과를 통해 사용후핵연료 속 핵심 원소들이 다양한 자연환경에서 어떻게 반응하는지 화학적 거동을 예측할 수 있게 됐다"며 "향후 고준위 방사성폐기물의 처분 안전성을 평가하는데 중요한 기초자료로 쓰일 수 있다"고 강조했다.

아메리슘 연구는 곽경원 고려대 교수 등과 함께 진행했다. 아메리슘은 2차 세계대전 당시 원자폭탄을 개발하기 위해 꾸려진 '맨해튼 프로젝트'에서 처음 발견된 인공 방사성 금속이다.

연구진은 분자 수준에서 아메리슘 화합물의 안정성, 아메리슘 원자에 빛을 쏘였을 때 나타나는 분광 특성의 상관 관계를 제시했다. 원소가 결합하는 특성을 발견했다.

원자력연은 "이 연구결과는 관련 기초연구에 큰 기여를 한 것으로 평가받는다"며 "미국화학회가 발간하는 국제 학술지인 '인올가닉 케미스트리' 10월호에 실렸다"고 알렸다.

플루토늄 연구는 윤종일 KAIST 교수 연구팀과 함께 했다. 플루토늄이 자연에 존재하는 탄산이온, 알칼리 토금속과 결합해 3성분 화합물, 마그네슘 플루토닐 카보네이트 화합물로 변하는 현상을 처음으로 밝혀냈다.

원자력연은 "영국왕립화학회가 발간하는 국제 학술지인 '달튼 트랜스액션' 9월호에 연구 결과가 게재됐다"며 "무기화학 분야에서의 중요성과 우수성을 인정받아 그 달의 가장 뛰어난 논문인 '달튼 트랜스액션 핫 아티클'에 뽑히기도 했다"고 전했다.

사용후핵연료의 95% 이상을 차지하는 우라늄 연구도 빼놓을 수 없다.

원자력연에 따르면 사용후핵연료를 심지층 처분하는 경우 산소가 없는 깊은 땅 속에 보관하게 된다. 이 때 우라늄도 산소와 결합하지 않은 환원 상태의 우라늄(U(Ⅳ))으로 존재하게 된다. 그만큼 연구 중요성이 높다.

원자력연은 최신 분광해석기법(물질을 통과한 빛의 분광자료를 해석하는 기술)을 이용해 환원상태 우라늄의 화학적 특징을 새롭게 밝혀냈다. 우라늄 나노입자가 생성되는 메커니즘을 제시하기도 했다.

영국왕립화학회가 발간하는 화학분야 국제 학술지인 '알에스씨 어드밴시스' 10월호에 게재됐다.

연구를 이끈 차완식 책임연구원은 "이번에 연구한 원소들의 화학자료는 세계적으로도 매우 부족한 상황"이라며 "지속적인 연구를 통해 국제 사회에 기여하는 한편, 보다 안전하고 지속가능한 국내 원자력 기술 개발을 위해 이바지할 것"이라고 말했다.

세종=문채석 기자 chaeso@asiae.co.kr