한국원자력연구원은 고준위폐기물 처분용기의 부식 양상을 정밀 예측하는 '한국형 다물리(multi-physics) 통합 부식 모델' 개발에 성공, 이를 활용한 처분용기의 장기 안전성을 과학적으로 입증했다고 9일 밝혔다.

고준위폐기물 처분용기는 지하 수백m 심도 환경에서 수십만년 이상 방사성 물질을 견고하게 보관해야 한다. 이를 검증하기 위한 스웨덴·캐나다 등 해외 선진국 모델은 단순화된 1차원 단일물리 접근법으로, 국내 지질환경 특성을 반영하지 못하는 한계가 있었다.

김진섭 박사 연구팀은 지하수의 유동 특성 등 국내 지질 조건을 반영할 수 있고, 환경적으로 동시에 일어나는 다양한 복합 상호작용을 고려할 수 있는 열-수리-화학-전기화학을 통합한 2차원 다물리 부식 모델을 개발했다.

연구팀은 지하의 극저농도 산소 환경을 구현한 실내 부식시험을 통해 모델을 개발하고, 연구원의 지하처분연구시설(KURT)에서 10년 이상 수행된 처분용기 장기 부식 현장실험 데이터를 상호 비교해 모델 예측값과 실제 계측값 사이의 신뢰성을 높였다.

기존 해외 모델과 성능을 비교한 결과, 스웨덴·핀란드·캐나다 모델은 처분장의 산소에 의한 부식 환경이 100년 이상 지속된다고 과대 예측한 것과 달리 연구팀이 개발한 모델은 약 2.3년 후 조건이 종료된다고 예측했다.

이는 스위스 몽테리 지하연구시설 현장 실증실험에서 관측된 0.5∼1.5년 범위와 거의 유사해 이번에 개발된 모델이 훨씬 현실적이고 정확한 예측력을 가졌음을 확인했다고 연구팀은 설명했다.

이 모델을 활용해 현재 개발 중인 고준위폐기물 처분용기의 예상 수명을 평가한 결과, 최소 170만년으로 나타났다. 또한 초기 수년간 최대 부식 깊이도 약 9.3μm 수준으로 확인됐다.

이는 스웨덴·캐나다 등 해외 처분용기의 성능과 동등하거나 그 이상으로 평가된다고 연구팀은 주장했다.

강원 태백시에 건설될 지하연구시설(URL)을 활용한 공학적방벽시스템 검증 및 처분용기 설계 등에도 이번 모델이 활용될 것으로 전망된다.

권장순 처분성능실증연구부장은 "이번 모델 개발로 고준위폐기물 처분용기의 안전성을 독자적으로 입증할 수 있게 됐다"며 "향후 국제 공동연구를 통해 우리나라 처분 기술의 우수성을 널리 알리고 기술 경쟁력 강화를 위해 더욱 노력하겠다"고 말했다.