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사용후핵연료 이야기
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사용후핵연료와 반감기
방사성물질 속 방사능의 양은 변함없이 일정하게 유지될까?
방사능 양은 방사성 붕괴를 겪으며 줄어든다.
방사성물질은 불안정한 원자핵 안에 있는 입자와 에너지를 방출하면서 안정화되려는 경향이 있기 때문이다.
사용후핵연료에 들어있는 방사성핵종 역시 방사능 양이 시간이 지남에 따라 감소한다.
방사성 붕괴로 방사능 양이 처음의 반으로 줄어드는 기간을 반감기라고 부른다.
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반감기란 방사성핵종의 방사능 양이 처음의 절반으로 줄어드는 기간을 말한다. 휴대폰 배터리가 100%에서 50%로 줄어드는 시간이라고 비유할 수 있다. 이 50%는 다시 25%로 변하며 반감기를 계속 반복한다.
반감기는 물리적 반감기와 생물학적 반감기, 유효 반감기로 나눌 수 있다. 일반적으로 반감기하면 ‘방사능 양이 처음의 절반으로 줄어드는 기간’인 물리적 반감기를 말한다.
물리적 반감기가 자연 상태에서 감소하는 기간을 의미한다면, 생물학적 반감기는 몸 안에 들어와 반으로 줄어드는 기간을 의미한다. 미국 아르곤 국립연구소는 방사성물질이 몸 안으로 들어오면 전신으로 퍼진다는 연구 결과를 내놨다(조건우·박세용 저 ‘방사능 팩트체크’에서 재인용). 방사성물질이 장기 내부에 달라붙어 있지는 않는다. 위에서 소화되는 과정을 거쳐 소장으로, 혈액으로 퍼진다. 소화와 함께 배설 등을 거쳐 몸 밖으로 빠져나간다.
유효 반감기란 물리적 반감기와 생물학적 반감기를 모두 고려한 수치로, 우리 몸에 미치는 실제 영향이 반으로 줄어드는 기간을 나타낸다.
그렇다면 방사성 붕괴를 하며 방사능 양이 절반으로 줄어들기까지 방사선은 일정한 간격으로 나올까? ‘방사능 팩트체크’에선 무작위라고 이야기한다. 방사선이 ‘투툭’ 나올 수도, 어떨 때는 ‘툭, 툭’ 나올 수도, 다른 어떨 때는 ‘툭툭, 툭, 툭툭툭’ 나올 수도 있다고 한다.
사용후핵연료 속 방사성핵종의 특성
원자로 안에서 핵분열을 마친 사용후핵연료에는 다양한 방사성핵종이 생성된 상태다. 반감기 300년을 기준으로, 독성이 강하고 반감기가 300년 이상인 핵종, 열 발생은 많지만 반감기가 300년 이하인 핵종 등으로 구분할 수 있다.
·
반감기가 300년 이상이고 독성이 높은 핵종(약 1.4%) : 플루토늄, 넵투늄, 아메리슘, 큐륨 등

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반감기가 300년 이상으로 긴 핵종(약 0.2%) : 요오드(아이오딘), 테크니슘

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‌반감기가 300년 이하로 짧고 열 발생이 높은 핵종(약 0.5%) : 세슘, 스트론튬

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반감기가 300년 이하로 짧은 핵종(4.9%) : 기타 핵분열생성물

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‌핵연료물질(약 93%) : 우라늄-235(약 1%), 우라늄-238(약 92%)
 

※ 경수로형 원전 사용후핵연료 기준

중수로형 원전 사용후핵연료의 경우에는 방사능은 경수로형에 비해 약 5% 수준이며, 열 발생은 약 15% 수준이다. 방사능이 천연 우라늄 수준까지 감소하기까지 경수로형의 경우 10만 년 이상이 걸리고, 중수로형운 약 1만 년이 걸린다.
방사성 요오드

물리적 반감기

8.04

생물학적 반감기

138

유효 반감기

7.6
방사성 세슘

물리적 반감기

30

생물학적 반감기

109

유효 반감기

108
방사성 스트론튬

물리적 반감기

30

생물학적 반감기

35

유효 반감기

16
플루토늄

물리적 반감기

24,300

생물학적 반감기

200

유효 반감기

198
출처_ 한국원자력연구원