KR102400432B1 - 처분 면적 저감을 위한 방사성 폐기물 처분 시스템 - Google Patents

처분 면적 저감을 위한 방사성 폐기물 처분 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 지면으로부터 하방향으로 연장 형성되는 접근갱도; 상기 지면의 하부에서 상기 접근갱도와 연통되고, 상기 접근갱도와 교차되는 방향으로 연장 형성되는 연결갱도; 및 상기 연결갱도의 일 측으로부터 분지되고, 방사성 폐기물을 수용하는 캐니스터를 저장하는 처분갱도를 포함하며, 상기 처분갱도는,
일 방향을 따라 형성되는 상부 처분갱도; 상기 상부 처분갱도로부터 하방향으로 일정한 거리만큼 이격되고, 상기 처분갱도와 나란한 방향으로 연장 형성되는 하부 처분갱도; 및 상기 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 상하 방향으로 연결하고, 상기 캐니스터가 저장되는 처분공을 포함하는 방사성 폐기물 처분 시스템에 관한 것이다.

Description

처분 면적 저감을 위한 방사성 폐기물 처분 시스템 {DISPOSAL SYSTEM OF RADIOACTIVE WASTE FOR REDUCING DISPOSAL AREA}
본 발명은 방사성 폐기물을 저장하기 위한 시스템에 관한 것이다.
방사성폐기물이란, 방사성물질 또는 그에 따라 오염된 물질로서 폐기의 대상이 되는 물질을 말한다.
일반적으로 방사성폐기물은 원자로의 연료로 사용된 사용후핵연료 뿐 아니라 원전 내 방사선 관리구역에서 작업자들이 사용했던 작업복, 장갑, 기기교체 부품 등 중저준위방사성폐기물과 병원, 연구기관, 대학, 산업체 등에서 발생하는 방사성동위원소 폐기물 일체를 포함한다.
방사능의 정도와 발생하는 열에 따라 방사성폐기물의 준위 정도가 결정되는데, 방사능 농도가 반감기 20년 이상의 알파선을 방출하는 핵종으로 4,000Bq/g이상, 열발생률이 2kw/m3이상인 방사성폐기물을 고준위방사성폐기물이라 규정하며, 그 외의 것을 중저준위방사성폐기물이라 한다. 그리고 중저준위방사성폐기물은 핵종별로 몇 가지 기준에 따라 중준위, 저준위, 극저준위로 세분된다.
중저준위방사성폐기물은 방사능이 낮고 반감기가 짧기 때문에 지표나 지표에 가까운 지하에 처분하는 반면, 사용후핵연료와 같은 고준위방사성폐기물은 핵분열 생성물 때문에 높은 방사능을 가지고 있을 뿐만 아니라 계속 열을 발생하기 때문에 인간생활권과 완전히 격리되어 처분되어야 한다.
일반적으로, 고준위 방사성 폐기물의 지층 매립 처분은, 터널방식의 지층처분 방식이 주로 고려되고 있다.
터널방식의 지층 처분 방식은, 수직갱 또는 경사갱 등의 접근갱도, 처분갱도, 연결갱도로 구성되나, 처분 시설 지하환경에 따라 분산 및 다층배치 등 터널의 형상을 다양하게 구성할 수 있다. 이때, 터널 내의 처분갱도에는 수직 또는 수평 배치가 가능한 처분공이 형성되며, 처분공은 일정한 간격으로 복수개가 배치될 수 있게 된다.
사용후 핵연료는 강판 재질인 캐니스터 안에 삽입된 후, 처분공에 위치시키게 된다. 이때, 고준위 방사성 폐기물이 저장된 캐니스터는 높은 열을 발생하므로, 터널 방식에서 처분갱도에 설치되는 처분공의 간격은 발생하는 열을 고려하여 일정한 간격을 유지하는 것이 필수적이다.
이에 따라, 방사성 폐기물을 포함하는 캐니스터의 수량이 많을 경우에는 막대한 크기의 처분 면적이 필요하게 된다.
특히, 원자력 발전을 활발하게 이용하고 있는 국가들 중, 국토 면적이 크지 않으면서도 발생하는 방사성폐기물의 양이 많은 국가의 경우, 방사성 폐기물 처분의 안정성을 확보하면서도 처분 면적을 감소시킬 수 있는 효율적인 지층처분 방안이 필요하다.
본 발명의 일 목적은, 고준위 방사성 폐기물의 처분을 안정적으로 수행할 수 있으며, 방사성 폐기물의 처분에 필요한 면적을 줄일 수 있는 방사성 폐기물 처분 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 처분공에 수납되는 캐니스터의 개수를 증가시켜 방사성 폐기물의 처분을 효율적으로 수행하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 처분갱도의 전체 필요 길이를 줄임으로써, 방사성 폐기물 처분 시스템의 형성에 필요한 시간과 비용을 줄이기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 처분 시스템은, 지면으로부터 하방향으로 연장 형성되는 접근갱도; 상기 지면의 하부에서 상기 접근갱도와 연통되고, 상기 접근갱도와 교차되는 방향으로 연장 형성되는 연결갱도; 및 상기 연결갱도의 일 측으로부터 분지되고, 방사성 폐기물을 수용하는 캐니스터를 저장하는 처분갱도를 포함할 수 있다. 이때, 상기 처분갱도는, 일 방향을 따라 형성되는 상부 처분갱도; 상기 상부 처분갱도로부터 하방향으로 일정한 거리만큼 이격되고, 상기 처분갱도와 나란한 방향으로 연장 형성되는 하부 처분갱도; 및 상기 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 상하 방향으로 연결하고, 상기 캐니스터가 저장되는 처분공을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 연결갱도과 각각 연결되는 상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도는, 복수개가 일정한 간격을 따라 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 처분공은, 일정한 간격을 따라 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 각 상부 처분갱도와 상기 각 하부 처분갱도는 일정한 거리만큼 서로 이격되어 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 처분공은, 상기 각 상부 처분갱도와 각 하부 처분갱도가 연통되도록 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 상부 처분갱도는, 동일한 평면 상에서 제1 방향으로 연장 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 하부 처분갱도는, 동일 평면 상에서 상기 상부 처분갱도와 대응되도록, 동일한 평면 상에서 상기 제1 방향으로 연장 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 처분공은, 상기 제1 방향과 교차되는 방향으로 연장 형성되고, 복수개로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 처분공의 내부에는, 상기 상부 처분갱도로부터 상기 하부 처분갱도를 향하는 방향을 따라, 복수개의 캐니스터가 적층되고, 상기 각 캐니스터의 사이에는 완충재가 설치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 접근갱도는, 상기 지면으로부터 일정한 경사를 갖는 나선형을 따라 형성되어 상기 연결갱도와 연결되는 경사갱도; 및 상기 경사갱도와 이격되게 위치되고, 상기 지면으로부터 하방향으로 수직하게 연장 형성되어 상기 연결갱도와 연결되는 수직갱도를 포함하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 처분 시스템은, 지면으로부터 하방향으로 연장 형성되는 접근갱도; 상기 지면의 하부에서 상기 접근갱도와 연통되고, 상기 접근갱도와 교차되는 방향으로 연장 형성되는 연결갱도; 및 상기 연결갱도의 일 측으로부터 분지되고, 방사능 폐기물을 수용하는 캐니스터를 저장하는 처분갱도를 포함하며, 상기 처분갱도는, 일 방향을 따라 형성되는 상부 처분갱도; 상기 상부 처분갱도로부터 하방향으로 일정한 거리만큼 이격되고, 상기 처분갱도와 나란한 방향으로 연장 형성되는 하부 처분갱도; 상기 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 상하 방향으로 연결하고, 상기 캐니스터가 저장되는 처분공; 및 상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도의 사이에서 상기 처분공을 연결하는 방향으로 연장 형성되는 중간 처분갱도를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 중간 처분갱도는, 상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도의 사이에서 일정한 간격으로 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 처분공은, 일정한 간격을 따라 복수개가 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 처분공의 내부에는 상기 상부 처분갱도로부터 상기 중간 처분갱도를 향하는 방향으로 복수개의 캐니스터가 적층될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 처분공의 내부에는 상기 중간 처분갱도로부터 상기 하부 처분갱도를 향하는 방향으로 복수개의 캐니스터가 적층될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 처분갱도는 상부 처분갱도와 하부 처분갱도 및 이들을 연결하는 처분공으로 이루어지며, 처분공을 통해 캐니스터의 수납이 안정적으로 이루어질 수 있게 된다.
또한, 처분공에는 방사성 폐기물을 수납하는 캐니스터를 상하 방향으로 복수개 적층시킴으로써, 고준위 방사성 폐기물의 효율적인 처분과 함께 방사성 폐기물 처분에 필요한 면적이 줄어들어 경제성을 확보할 수 있게 된다.
또한, 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 연결하는 처분공에 복수개의 캐니스터를 수납할 수 있으므로, 방사성 폐기물 처분에 필요한 상부 처분갱도와 하부 처분갱도의 전체 필요 길이를 줄일 수 있으며, 이를 통해 제작 또는 건설 과정에 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있게 된다.
도 1은, 방사성 폐기물 처분 시스템을 외부에서 바라본 개념도이다.
도 2는, 처분갱도 및 처분공의 내부에 위치되는 캐니스터의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 캐니스터의 내부 모습을 나타내는 개념도이다.
도 4는, 방사성 폐기물 처분 시스템의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
도 5는, 처분공에 캐니스터가 수납되는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 6은, 처분공에 캐니스터가 수납되는 내부 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7의 (a), (b), 및 (c)는 처분갱도를 형성하는 과정을 도시하는 개념도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 처분갱도의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 9는, 상기 도 8의 처분갱도의 모습을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은, 방사성 폐기물 처분 시스템(100)을 외부에서 바라본 개념도이며, 도 2는, 처분갱도(130)와 처분갱도(130)의 내부에 위치되는 캐니스터(140)의 모습을 나타내는 개념도이다. 또한, 도 3은, 캐니스터(140)의 내부 모습을 나타내는 개념도이다.
원자력 발전 과정에서는 방사성 폐기물이 발생하며, 특히, 방사성 폐기물 중 사용후 핵연료와 같은 고준위 방사성 폐기물(이하, 방사성 폐기물로 지칭한다.)의 처리가 문제된다.
고준위 방사성폐기물(또는 "고준위폐기물"로 지칭함)이란 높은 방사능을 지닌 폐기물로서 사용 후 핵연료(Spent Nuclear Fuel(SNF))를 재처리했을 때의 폐 용액 또는 사용 후 핵연료 그 자체를 의미한다.
고준위 방사성 폐기물은, 붕괴열을 방출하고, 방사능 준위가 높을 뿐만 아니라 장기간에 걸쳐 방사능을 유지하는 긴 수명의 방사성 핵종을 많이 포함하므로, 인체에 영향을 끼치지 않도록 장시간 동안 격리시켜 보관하는 것이 필수적이다.
이러한 고준위 방사성 폐기물의 처리를 위해서는 방사성 폐기물 처분 시스템(100)이 필요하게 된다.
고준위 방사성 폐기물의 지층 매립 처분은, 터널방식의 지층처분 방식을 주로 고려하고 있으며, 도 1은 고준위 방사성 폐기물을 처분하기 위한, 터널 방식의 지층 처분 방식으로서 방사성 폐기물 처분 시스템(100)의 구조를 나타낸다.
방사성 폐기물 처분 시스템(100)은 방사성 폐기물 처분장이라고도 부르며, 지표에서 하방향으로 대략 500미터의 심부 지질층에 갱도(터널)을 굴착하여 형성하게 된다. 또한, 갱도의 바닥에는 처분공(133)이라 불리는 구멍을 뚫어 이곳에 사용후 핵연료 등의 방사성 폐기물(142)을 담은 용기인 캐니스터(140)(처분용기)를 일정한 간격으로 수납 또는 적치시키게 된다.
고준위 방사성 폐기물은 반감기가 수십 년에서 수만 년까지 분리시켜 보관하는 것이 필요하므로, 처리를 위해, 우선, 붕괴열을 방출하는 고준위 방사성 폐기물의 냉각을 위해 수 십년간 저장한 후, 캐니스터(140)에 수납하여 지하 약 500m의 안정된 지층에 매립 처분하는 과정이 필요하게 된다.
이때, 처분공(133) 사이의 간격은 수납된 캐니스터(140)에서 발생하는 열과, 구조적 안전성 등을 고려하여 적절한 간격의 설계치로 이루어질 수 있다. 또한, 처분공(133)의 내부에 위치되는 캐니스터(140)의 주변에는 완충재(134)인 벤토나이트 점토로 채우는 방식으로 형성되게 된다.
고준위 방사성 폐기물의 터널방식의 지층 처분 방식은, 수직갱도(112) 또는 경사갱도(111) 등의 접근갱도(110), 처분갱도(130), 연결갱도(120)로 구성되는 것이 일반적이다. 다만, 처분 시설 지하환경에 따라 분산 및 다층배치 등 터널의 형상을 다양하게 구성하는 것도 가능할 것이다.
본 발명에 따른, 방사성 폐기물 처분 시스템(100)은, 접근갱도(110), 연결갱도(120), 처분갱도(130)로 이루어질 수 있다.
접근갱도(110)는, 일정한 넓이의 단면적을 갖는 터널 형식으로 이루어지며, 지면으로부터 하방향으로 형성되어 지표면으로부터 방사성 폐기물을 이동하기 위한 물자 등을 이동하기 위한 것을 의미한다.
접근갱도(110)를 통해, 지면으로부터 각종 물자가 이동하게 되므로, 접근갱도(110)는 하방향을 향해 완만한 경사를 가지도록 이루어질 수 있다. 접근갱도(110)는 지면으로부터 하방향을 향하는 나선 형상으로 형성될 수 있을 것이다.
또한, 접근갱도(110)는, 지면으로부터 일정한 경사를 갖는 나선형을 따라 형성되어 상기 연결갱도(120)와 연결되는 경사갱도(111)와, 경사갱도(111)와 이격된 위치에 형성되고, 지면으로부터 하방향으로 수직하게 연장 형성되어 연결갱도(120)와 연결되는 수직갱도(112)를 포함한다.
경사갱도(111)와 수직갱도(112)는 지표면(10) 및 연결갱도(120)와 각각 연결되도록 이루어지며, 방사성 폐기물의 처분을 위한 처분갱도(130)를 향해 연장 형성될 수 있다.
수직갱도(112)는 경사갱도(111)에 비해 그 경사각이 가파르게 형성되며, 연결갱도(120)와 직접 연결되도록 이루어질 수 있다. 여기서, 경사각은 수직을 의미할 수 있다.
연결갱도(120)는, 지면의 하부에서 상기 접근갱도(110)와 연통되는 것으로, 접근갱도(110)와 교차되는 방향으로 연장 형성될 수 있다. 연결갱도(120)는, 처분갱도(130)를 향해 연장 형성되도록 이루어진다. 연결갱도(120)는 동일한 평면 상에 형성되는 것이 일반적이며, 방사성 폐기물(142)이 수용되는 처분갱도(130)로의 연결을 형성하는 역할을 한다.
처분갱도(130)는 연결갱도(120)로부터 분지되어 지하암반(12)(12)을 관통하도록 이루어져, 방사성 폐기물을 수용하는 캐니스터(140)를 저장하도록 이루어진다.
도 2에서 보는 바와 같이, 처분갱도(130)에는 수직 또는 수평 배치가 가능하도록 이루어지는 처분공(133)이 형성되어 캐니스터(140)가 저장될 수 있다.
캐니스터(140)는 처분용기라고도 지칭하며, 부식 저항성이 높은 구리(copper)로 이루어지고 내부에 방사성 폐기물이 수용되기 위한 하우징(141)을 포함한다.
구리 하우징(141)의 내부에는, 방사성 폐기물의 일 예인 연료봉(143)이 핵폐기물(142)을 구성하면서 수납된 후, 구리로 이루어지는 하우징(141)을 덮는 덮개(미도시)에 의해 폐쇄되게 된다.
캐니스터(140)는 지하수 침투나 암반압력의 영향을 저감하는 완충재(134)(벤토나이트 등)로 감싸진 후 처분공(133)에 매립 처분되게 된다.
즉, 처분공(133)에는 고준위 방사성폐기물(142)을 수용하는 캐니스터(140)가 정치되며, 완충재(134)(벤토나이트 등)가 감싸는 형태로 처분공(133)에 매설되어 안전성을 도모할 수 있게 된다.
방사성폐기물(142)이 수납된 캐니스터(140)는 높은 열을 발생하기 때문에, 터널 방식에서 처분갱도(130)에 설치되는 처분공(133)의 간격은 발생하는 열을 고려하여 일정한 간격을 유지되어야 할 것이다. 이에, 처분할 캐니스터(140)의 수량이 많을 경우에는 막대한 처분 면적이 필요한 문제점이 발생하게 된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 4는, 방사성 폐기물 처분 시스템(100)의 내부 구조를 나타내는 개념도이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른, 방사성 폐기물 처분 시스템(100)은, 접근갱도(110), 연결갱도(120) 및 처분갱도(130)로 이루어질 수 있으며, 처분갱도(130)에 형성되는 처분공(133)에는 캐니스터(140)가 저장될 수 있다.
처분갱도(130)는 연결갱도(120)로부터 분지되어 지하암반(12)을 관통하도록 이루어져, 방사성 폐기물(142)을 수용하는 캐니스터(140)를 저장할 수 있다.
처분갱도(130)는 지표면(10)으로부터 대략 지하 500m에 위치될 수 있으며, 처분갱도(130)에 형성되는 처분공(133)에는 방사성 폐기물(142)을 포함하는 캐니스터(140)가 위치될 것이다. 처분공(133)은 처분갱도(130)의 형성 방향과 교차되는 방향으로 형성될 수 있다.
방사성 폐기물(142)을 수용하여 처분될 캐니스터(140)의 수량이 많을 경우에는 막대한 처분 면적이 필요하게 되는데, 이를 저감하고자, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 처분 시스템(100) 내의 처분갱도(130)는, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132) 및 처분공(133)으로 이루어 질 수 있다.
상부 처분갱도(131)는 일 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 또한, 상부 처분갱도(131)는 연결갱도(120)로부터 연장 형성될 수 있으며, 지표면으로부터 일정한 깊이에서 복수개가 나란하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 상부 처분갱도(131)는 도 4에서 보는 바와 같이, 복수개로 이루어질 수 있으며, 복수개의 상부 처분갱도(131)는 동일한 평면 상에서 일정한 간격으로 제1 방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방향이란, 도 4에서 보는 바와 같이, 연결갱도(120)의 연장 방향을 의미할 수 있다.
하부 처분갱도(132)는 상부 처분갱도(131)로부터 하방향으로 일정한 거리만큼 이격된 위치에 형성될 수 있다. 하부 처분갱도(132)는 상부 처분갱도(131)와 나란한 방향으로 연장 형성될 수 있다.
하부 처분갱도(132)는 연결갱도(120)로부터 연장 형성될 수 있으며, 지표면으로부터 일정한 깊이에 복수개가 나란하게 형성될 수 있다.
예를 들어, 하부 처분갱도(132)는, 도 4에서 보는 바와 같이 복수개로 이루어질 수 있으며, 복수개의 하부 처분갱도(132)는 동일한 평면 상에서 일정한 간격으로 제1 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
즉, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)는 연결갱도(120)과 각각 연결되며, 상기 상부 처분갱도(131)와 상기 하부 처분갱도(132)는 복수개가 일정한 간격을 따라 형성될 수 있다.
상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)는 일정한 간격만큼 상하 이격되도록 배치되며 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
각 상부 처분갱도(131)와 상기 각 하부 처분갱도(132)는 일정한 거리만큼 서로 이격되어 서로 마주보도록 배치되며, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)는 시공성 및 안정성에 영향이 없도록 이격 거리를 가지도록 형성될 수 있을 것이다.
처분공(133)은, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 상하 방향으로 연결하도록 이루어질 수 있다. 처분공(133)은, 각 상부 처분갱도(131)와 각 하부 처분갱도(132)가 연통될 수 있도록 한다. 처분공(133)을 통해, 캐니스터(140)를 저장하는 것이 가능하게 될 것이다.
처분공(133)은 방사성 폐기물이 저장되는 캐니스터(140)를 수납하는 역할을 한다.
처분공(133)은 처분갱도(130)를 따라 일정한 간격으로 나란하게 복수개가 배치될 수 있다. 복수개의 처분공(133)은 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 상하 방향으로 연결하도록 이루어질 수 있으며, 각 처분공(133)에는 캐니스터(140)가 수납될 수 있게 된다.
각 처분공(133)의 내부에 캐니스터(140)가 수납 완료될 경우, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)의 내부에는 각각 뒷메움재(131a, 132a)로 채워지게 되므로, 캐니스터(140)의 안정적인 보관이 이루어질 수 있게 될 것이다. 뒷메움재(131a, 132a)는 채움물질로 지칭되기도 한다.
도 5는, 처분공(133)에 캐니스터(140)가 수납되는 모습을 나타내는 개념도이며, 도 6은, 처분공(133)의 내부 모습을 나타내는 단면도이다.
처분공(133)은 복수개로 이루어질 있다.
상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 상하 방향으로 연결하는 처분공(133)은 복수개로 이루어질 수 있으며, 각 처분공(133) 사이는 일정한 간격만큼 서로 이격될 수 있게 된다.
각 처분공(133)은, 각각 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)가 연통될 수 있도록 한다. 처분공(133)을 통해 캐니스터(140)가 저장될 수 있다.
이때, 각 처분공(133)은 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)와 연통되는 구조를 가지므로, 처분공(133)에 수직 방향으로 복수개의 캐니스터(140)를 정치시키는 것이 용이하게 된다.
각 처분공(133)에는 캐니스터(140)가 수직방향으로 정치되며, 처분공(133)의 내부에 위치되는 캐니스터(140)의 주위에는 각각 뒷메움재(131a, 132a)로 채워질 수 있으므로 캐니스터(140)의 안정적인 보관이 이루어질 수 있게 된다.
예를 들어, 도 6에서 보는 바와 같이, 처분갱도(130)는, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 연결하는 복수개의 처분공(133)이 형성될 수 있다. 또한, 복수개의 처분공(133)의 내부에 복수개의 캐니스터(140)가 적층될 수 있게 된다.
상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)는 일례로 약 5m의 지름을 갖는 홀의 형상으로 이루어지고, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)는 일례로 약 100m의 이격 거리를 가지도록 형성될 수 있다. 따라서, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 연결하는 처분공(133)은, 대략 100m의 길이를 가지도록 형성될 수 있으며, 각 처분공(133)의 이격 거리는 일례로 대략 10m 가 되도록 형성될 수 있다.
또한, 캐니스터(140)는 일례로 대략 5m의 높이를 가지거나, 대략 15m 높이를 가지며, 캐니스터(140)는 처분공(133)의 내부에 복수개가 설치되는 것이 가능하게 된다. 이때, 도 5와 도 6에 도시된 처분갱도(130)의 구조는 하나의 예시일 뿐이며, 사용자의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있을 것이다.
처분공(133)에는 복수개의 캐니스터(140)가 수직방향으로 정치될 수 있으며, 이를 통해, 처분공(133)의 형성에 필요한 처분면적을 줄일 수 있게 된다. 즉, 각 처분공(133)에는 적어도 2개 이상의 캐니스터(140)가 적층되므로, 결과적으로 방사성 폐기물(142)을 수납하기 위한 처분 면적을 줄이는 것이 가능하게 된다.
각 처분공(133)의 내부에 캐니스터(140)가 수납 완료될 경우, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 연결하는 처분공(133)의 내부에는 복수개의 캐니스터(140)가 적층되는 구조를 가지게 될 것이다. 캐니스터(140)와 처분공(133)의 사이와, 처분공(133)에 적층된 각 캐니스터(140)의 사이에는 벤토나이트로 이루어지는 완충재(134)가 위치되어, 캐니스터(140)의 안정적인 지지를 확보할 수 있게 될 것이다.
도 7의 (a), (b), 및 (c)는 처분공(133)의 형성 및 처분갱도(130)를 메우는 형성하는 과정을 도시하는 개념도이다.
본 발명에 따른 처분면적의 저감을 위해, 처분갱도(130)를 형성하는 과정을 살펴본다.
우선, 도 7의 (a)에서 보는 바와 같이, 접근갱도(110) 및 연결갱도(120)와 연결되는 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 평행하게 굴착한 상태에서, 상부 처분갱도(131)에 위치되는 시추기를 이용하여 하부 처분갱도(132)를 향해 수직 방향으로 시추공(133a)을 형성하게 된다. 시추공(133a)은, 하부 처분갱도(132)를 관통하도록 형성되게 된다.
이때, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)의 사이의 거리는 시공성 안전성에 영향이 없는 범위에서 가능한 많은 수의 캐니스터(140)를 위치하도록, 최대한 멀리 형성하는 것이 바람직할 것이다.
그 후, 도 7의 (b)에서 보는 바와 같이, 시추공(133a)이 완성되는 경우, 상부처분갱도(130)에 위치한 시추기를 이용하여, 상향시추(raising drilling or raising boring) 방법을 이용하여 하부 처분갱도(132)로부터 처분공(133)을 형성하게 된다.
이때, 처분공(133)의 굴착에 의해 발생되는 암석 파편 등은, 자연 낙하하므로, 하부 처분갱도(132)로 통해 외부로 반출이 용이하게 된다.
또한, 도 7의 (c)에서 보는 바와 같이, 일정한 간격으로 처분공(133)이 복수개가 형성되게 되면, 하부 처분갱도(132)는 뒷메움재(132a)로 메워지게 되고, 각 처분공(133)에는 벤토나이트로 이루어지는 완충재(134)와, 방사성 폐기물(142)이 수납된 캐니스터(140)가 순차적으로 정치되게 된다. 이후, 상부 처분갱도(131)와 접근갱도(110) 및 연결갱도(120)를 뒷메움재(미도시)로 메워 방사성 폐기물에 대한 처분을 완성하게 된다.
이 경우, 도 7의 (c)에서 보는 바와 같이, 처분공(133)은, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 상하 방향으로 연결하도록 복수개로 이루어질 수 있으며, 각 처분공(133)은, 각각 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)가 연통될 수 있도록 한다. 처분공(133)을 통해 캐니스터(140)가 저장될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 처분 시스템(100)은, 상부 처분갱도(131)와 함께 하부 처분갱도(132)가 형성되는 구조를 가지므로, 처분공(133)의 형성이 용이하게 되며, 복수개의 처분공(133)에 복수개의 캐니스터(140)가 수납될 수 있는 구조를 통해 안정적인 구조 확보와 함께 처분 면적의 저감 효과를 달성할 수 있게 된다.
또한, 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)를 연결하는 처분공(133)에는 복수개의 캐니스터(140)를 수납할 수 있으므로, 방사성 폐기물 처분에 필요한 상부 처분갱도(131)와 하부 처분갱도(132)의 전체 필요 길이를 줄일 수 있으며, 이를 통해 방사성 폐기물 처분장 건설에 소요되는 시간과 비용을 줄일 수 있을 것이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 처분갱도(230)의 모습을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 9는, 상기 도 8의 처분갱도(230)의 내부 단면도이다.
고준위 방사성 폐기물이 수납된 캐니스터(240)는 높은 열을 발생하기 때문에, 터널방식에서 처분갱도(230)에서 발생하는 열을 고려하여 일정한 간격을 유지되는 것이 필수적이다. 이에, 처분할 캐니스터(240)의 수량이 많을 경우에는 막대한 처분면적이 필요하다는 문제점이 있게 된다.
본 실시예에 따른 방사성 폐기물 처분 시스템(100)은, 처분공(233)이 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)를 상하 방향으로 연결하도록 이루어지며 복수개로 이루어질 수 있으며, 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)의 사이에 중간 처분갱도(235)가 더 설치되는 구조를 가진다.
상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)를 상하 방향으로 연결하는 처분공(233)은 복수개로 이루어질 수 있으며, 각 처분공(233)의 사이는 일정한 간격만큼 서로 이격될 수 있게 된다. 각 처분공(233)은, 각각 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)가 연통될 수 있으며, 처분공(233)을 통해 복수개의 캐니스터(240)가 저장될 수 있다.
또한, 중간 처분갱도(235)는, 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)의 사이에 형성되는 각 처분공(233)을 연결하는 방향으로 연장 형성될 수 있다.
상부 처분갱도(231)로부터 중간 처분갱도(235)를 향하는 방향으로, 처분공(233)의 내부에는 복수개의 캐니스터(240)가 적층될 수 있다.
마찬가지로, 중간 처분갱도(235)로부터 상기 하부 처분갱도(232)를 향하는 방향으로, 처분공(233)의 내부에는 복수개의 캐니스터(240)가 적층될 수 있다.
이러한 중간 처분갱도(235)를 통해, 캐니스터(240)를 저장하기 위한 처분공(233)에 좀 더 원활히 접근하는 것이 가능하므로, 처분공(233)을 다양하게 활용하는 것이 가능하게 된다.
또한, 중간 처분갱도(235)에 의해, 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232) 사이의 거리가 클 경우에는 처분공(233)에 적층된 캐니스터(240) 보관의 안정성이 낮아지는 것이 방지될 수 있을 것이다. 이에, 처분할 캐니스터(240)의 수량이 많을 경우, 필요한 처분 면적을 줄이면서도 방사성 폐기물 처분 시스템(100)의 구조적인 안정성도 확보할 수 있게 될 것이다.
추가로, 도 8에 도시하지는 않았으나, 중간 처분갱도(235)는 복수개가 형성될 수 있으며, 중간 처분갱도(235)는 상부 처분갱도(231)와 하부 처분갱도(232)의 사이에서 일정한 거리 간격으로 복수개가 형성될 수 있게 될 것이다.
이상에서 설명된 방사성 폐기물 처분 시스템(100)은, 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10: 지표면
12: 지하암반
100: 방사성 폐기물 처분 시스템
110: 접근갱도
111: 경사갱도
112: 수직갱도
120: 연결갱도
131: 상부 처분갱도
132: 하부 처분갱도
133: 처분공
134: 완충재
140: 캐니스터

Claims (15)

  1. 지면으로부터 하방향으로 연장 형성되는 접근갱도;
    상기 지면의 하부에서 상기 접근갱도와 연통되고, 상기 접근갱도와 교차되는 방향으로 연장 형성되는 연결갱도; 및
    상기 연결갱도의 일 측으로부터 분지되고, 방사성 폐기물을 수용하는 캐니스터를 저장하는 처분갱도를 포함하며,
    상기 처분갱도는,
    일 방향을 따라 형성되며 상기 연결갱도로부터 연장되어 형성되는 상부 처분갱도;
    상기 상부 처분갱도로부터 수직 하방향으로 일정한 거리만큼 이격되고 상기 상부 처분갱도와 수직 방향으로 마주보도록 배치 및, 상기 상부 처분갱도와 나란한 방향으로 상기 연결갱도로부터 연장되어 형성되는 하부 처분갱도; 및
    상기 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 수직 방향으로 연결하고, 상기 캐니스터가 저장되는 처분공을 포함하며,
    상기 처분공은,
    상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도가 평행하게 굴착된 상태에서, 상기 하부 처분갱도를 향해 형성된 시추공을 따라 굴착하여 형성하며,
    상기 시추공은,
    상기 처분공의 굴착에 의해 발생되는 암석 파편이 상기 하부 처분갱도로 자연 낙하하도록 상기 상부 처분갱도로부터 수직 아래 방향으로 형성되어, 상기 상부 처분갱도의 수직 아래에 위치한 상기 하부 처분갱도와 상기 상부 처분갱도를 서로 연결하도록 형성되며,
    상기 하부 처분갱도는,
    뒷메움재가 메워지고, 상기 뒷메움재가 메워진 상기 하부 처분갱도의 적어도 일부에 형성되는 처분공으로부터 상기 하부 처분갱도에 메워진 뒷메움재 위에 완충재와 캐니스터가 순차적으로 정치되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결갱도과 각각 연결되는 상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도는, 복수개가 일정한 간격을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처분공은, 일정한 간격을 따라 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상부 처분갱도는, 동일한 평면 상에서 제1 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 처분갱도는, 동일 평면 상에서 상기 상부 처분갱도와 대응되도록, 동일한 평면 상에서 상기 제1 방향으로 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 처분공은, 상기 제1 방향과 교차되는 방향으로 연장 형성되고, 복수개로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 처분공의 내부에는, 상기 상부 처분갱도로부터 상기 하부 처분갱도를 향하는 방향을 따라, 복수개의 캐니스터가 적층되고,
    상기 각 캐니스터의 사이에는 완충재가 설치되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 접근갱도는,
    상기 지면으로부터 일정한 경사를 갖는 나선형을 따라 형성되어 상기 연결갱도와 연결되는 경사갱도; 및
    상기 경사갱도와 이격되게 위치되고, 상기 지면으로부터 하방향으로 수직하게 연장 형성되어 상기 연결갱도와 연결되는 수직갱도를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  11. 지면으로부터 하방향으로 연장 형성되는 접근갱도;
    상기 지면의 하부에서 상기 접근갱도와 연통되고, 상기 접근갱도와 교차되는 방향으로 연장 형성되는 연결갱도; 및
    상기 연결갱도의 일 측으로부터 분지되고, 방사능 폐기물을 수용하는 캐니스터를 저장하는 처분갱도를 포함하며,
    상기 처분갱도는,
    일 방향을 따라 형성되며, 상기 연결갱도로부터 연장되어 형성되는 상부 처분갱도;
    상기 상부 처분갱도로부터 수직 하방향으로 일정한 거리만큼 이격되고 상기 상부 처분갱도와 수직 방향으로 마주보도록 배치 및, 상기 상부 처분갱도와 나란한 방향으로 상기 연결갱도로부터 연장되어 형성되는 하부 처분갱도;
    상기 상부 처분갱도와 하부 처분갱도를 수직 방향으로 연결하고, 상기 캐니스터가 저장되는 처분공; 및
    상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도의 사이에서 상기 처분공을 연결하는 방향으로 연장 형성되는 중간 처분갱도를 포함하며,
    상기 처분공은,
    상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도가 평행하게 굴착된 상태에서, 상기 하부 처분갱도를 향해 형성된 시추공을 따라 굴착하여 형성하며,
    상기 시추공은,
    상기 처분공의 굴착에 의해 발생되는 암석 파편이 상기 하부 처분갱도로 자연 낙하하도록 상기 상부 처분갱도로부터 수직 아래 방향으로 형성되어, 상기 상부 처분갱도의 수직 아래에 위치한 상기 하부 처분갱도와 상기 상부 처분갱도를 서로 연결하도록 형성되며,
    상기 하부 처분갱도는,
    뒷메움재가 메워지고, 상기 뒷메움재가 메워진 상기 하부 처분갱도의 적어도 일부에 형성되는 처분공으로부터 상기 하부 처분갱도에 메워진 뒷메움재 위에 완충재와 캐니스터가 순차적으로 정치되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중간 처분갱도는, 상기 상부 처분갱도와 상기 하부 처분갱도의 사이에서 일정한 간격으로 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 처분공은, 일정한 간격을 따라 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 처분공의 내부에는 상기 상부 처분갱도로부터 상기 중간 처분갱도를 향하는 방향으로 복수개의 캐니스터가 적층되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 처분공의 내부에는 상기 중간 처분갱도로부터 상기 하부 처분갱도를 향하는 방향으로 복수개의 캐니스터가 적층되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 처분 시스템.
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