방사성폐기물 중에서 핵종별 방사성물질의 농도가 원자력안전법령에서 정하는 자체처분 허용농도 미만으로 확인된 것을 소각, 매립 또는 재활용 등의 방법으로 처분하는 것을 말한다. 자체처분의 대상이 되는 폐기물은 매우 다양하지만, 그 특성에 따라 가연성 폐기물, 비가연성 폐기물, 공정폐기물과 기타 폐기물 등으로 분류할 수 있다.

방사성폐기물을 회수할 의도 없이 인간의 생활권으로부터 영구히 격리하는 것을 말한다. 즉, 방사성폐기물을 그 유해 기간동안 생태계로부터 완전히 격리시킴으로써 인간 및 자연환경이 방사성폐기물에 의한 위해를 받지 않도록 하는 것이다.

이러한 처분의 목적을 만족시키기 위해 현재까지 제안되고 있는 처분방법은 폐기물을 격리시키는 장소에 따라 구분할 수 있다. 남극 대륙 등에의 극지처분, 지구 밖 외계로의 우주처분, 해저 지층에의 지층처분, 육지처분, 해양처분 등으로 나눌 수 있는데 극지처분, 우주처분, 해저처분 및 해양처분은 그 장점들이 있으나, 국제적인 규제와 기술적인 불확실성 등이 큰 단점으로 지적되며, 현재로서는 육지처분 방법만이 국제원자력기구 (IAEA, International Atomic Energy Agency) 및 원자력에너지 사용의 선두 주자들인 선진국가들에 의해 안정적으로 시행되고 있다.

특히 해양처분은 중·저준위방사성폐기물을 심해저에 투기 처분하는 것으로서, 해양 오염을 방지하기 위해 1975년부터 런던협약으로 금지하고 있으며, 우리나라의 경우도 원자력안전법에 의해 누구든지 방사성폐기물을 해양에 투기하는 방법으로 처분할 수 없도록 하고 있다.

육지처분은 방사성폐기물을 지하 매질내에 격리시키는 방법으로서 일반적으로 심층처분과 천층처분으로 구분하며, 우리나라는 원자력안전법에서 천층처분은 동굴처분을 포함하는 것으로 규정하고 있다.

심층처분은 지하 깊은 곳의 안정한 지층구조에 천연방벽 또는 공학적 방벽으로 방사성폐기물을 처분하는 방식이다. 고준위방사성폐기물(사용후핵연료 포함)의 처분을 위해 보통 지하 300 ~ 1,000미터 깊이의 암반에 처분시설을 만들어 위해도가 높은 방사성폐기물을 안전하게 처분하는 영구처분의 개념이다. 심층처분은 공학적 방벽(engineered barriers)과 천연방벽(natural barriers)의 다중 방벽으로 구성되어 인간의 생활권으로부터 영구적으로 격리하기 위한 처분 방법이다. 국제원자력기구(IAEA)에서는 경제성과 안정성 등을 종합적으로 고려할 때, 심층처분이 가장 적절하다고 권고하고 있다.

천층처분의 방법 중 표층처분은 지표면과 가까이에 천연방벽이나 공학적 방벽으로 방사성폐기물을 처분하는 방식을 말한다. 표층처분은 영국, 미국에서는 오래전부터 실시되어 오고 있으며, 현재 프랑스, 스페인, 일본 등에서도 사용하고 있는 방식이다.

천층처분의 방법 중 매립형처분은 지표면과 가까이에 천연방벽으로 방사성폐기물을 매립하여 처분하는 방식으로 주로 극저준위방사성폐기물을 처분하기 위한 것으로 미국, 스웨덴, 프랑스 등에서 사용하고 있는 방법이다.

천층처분의 방법 중 동굴처분은 지하의 동굴 또는 암반 내에 천연방벽 또는 공학적 방벽으로 방사성폐기물을 처분하는 방식이다. 동굴처분시설은 지하에 위치한 다수의 처분용 동굴과 이를 지상과 연결하는 통로로 구성되며, 시설내의 갱도는 처분시설 운영중에 적절한 방법으로 환기를 시킨다. 동굴처분은 우리나라와 독일, 스웨덴, 핀란드에서 사용하고 있는 방식이다.

우리나라는 중ㆍ저준위 방사성폐기물의 동굴처분을 위하여 2005년 경주에 방사성폐기물처분장 부지를 선정하여 건설을 시작하고 2008년에 공포된 방사성폐기물관리법에 근거하여 2010년 12월부터 방사성폐기물을 처음 반입, 2015년 7월부터 처분을 시작하였다. 우리나라 방사성폐기물 처분장의 성능목표는 ‘정상현상’*에 대해 연간 일반인의 피폭량이 0.1 mSv를 초과하지 않도록 하고 있으며 ‘확률현상’**에 대해서는 연간 백만분의 1 이하의 위험도를 목표치로 설정하고 있어 그 어떤 선진국의 기준보다 엄격하게 규정하여 관리하고 있다.