우라늄 광업

1. 개요

우라늄 광업은 우라늄을 채굴하고 생산하는 산업을 의미한다. 1789년 우라늄이 발견된 이후, 핵무기와 원자력 발전에 필요한 우라늄을 확보하기 위한 채굴이 이루어졌다. 우라늄은 카자흐스탄, 캐나다, 호주 등에서 주로 생산되며, 채굴 방식은 노천 채굴, 갱내 채굴, 현장 용출 등이 있다. 우라늄은 개별 계약으로 거래되며, 가격 변동이 심하다. 우라늄 채굴은 라돈 노출로 인한 건강 위험과 환경 오염 문제를 야기하며, 국가별로 채굴을 금지하거나 규제하기도 한다. 미래에는 원자력 발전 수요 증가에 따라 우라늄 수요도 증가할 것으로 예상되며, 해수 추출 기술과 증식로 기술 개발을 통해 공급을 늘리려는 노력이 이루어지고 있다.

2. 역사

1789년 우라늄이 발견된 이래, 우라늄 채굴은 세계 역사의 주요 국면과 밀접하게 연관되어 발전해왔다. 특히 20세기 후반 이후 원자력 발전과 전략 자원으로서의 중요성이 부각되면서 생산 및 거래 양상도 변화를 맞았다.

21세기에 들어서도 우라늄은 높은 에너지 효율(U3O8 1 kg이 석유 300배럴과 맞먹는 열량) 덕분에 식량, 석유와 함께 3대 전략물자로 간주되며, 주요 매장 국가와 소비 국가 간의 협력 및 경쟁이 지속되고 있다. 일례로 2009년, 세계적 우라늄 매장국인 몽골의 산자 바야르 총리는 일본과의 우라늄 광산 공동 개발 계획을 밝히기도 했다.

2016년 기준으로 세계 주요 우라늄 생산 국가는 카자흐스탄(연간 약 24000ton), 캐나다(약 14132ton), 호주(약 5889ton), 러시아(약 3050ton) 등이며, 아프리카의 나미비아, 니제르 등에서도 상당량이 생산된다. 세계 최대 우라늄 생산업체는 카자흐스탄의 국영기업 카자톰프롬이다. 우라늄은 다른 상품과 달리 공개 시장보다는 개별 계약을 통해 주로 거래되며, 뉴욕 상품거래소에서 거래되는 물량은 전체 생산량의 약 25% 수준에 머문다.

미국의 경우, 2013년 총 우라늄 생산량은 약 1850ton(U3O8 기준)으로, 이는 미국 내 원자력 발전소 연간 수요량의 약 10% 수준이었다.

북한은 상업용 원자력 발전소를 운영하거나 우라늄을 공식적으로 수출하지 않음에도 불구하고, 평산 우라늄 광산을 비롯한 여러 광산에서 매년 상당량의 U3O8을 생산하는 것으로 알려져 국제 사회의 주목을 받고 있다.

2.1. 초기 역사

마르틴 하인리히 클라프로트가 1789년 우라늄을 발견하기 이전에도 질산염, 황산염, 인산염, 아세트산염, 칼륨 및 나트륨 이우란산염 등 우라늄 화합물이 생산되고 있었다. 클라프로트는 오레 산맥의 조지 왁스포트 광산에서 채취된 피치블렌드에서 우라늄 원소를 검출했으며, 이는 유리 착색제로 상업적으로 사용되기 시작했다. 이 산맥의 피치블렌드는 1565년경부터 기록에 등장하며, 1825년부터 1898년까지 110ton의 우라늄이 생산되었다.

19세기 중반부터 우라늄 채굴이 본격화되었다. 1850년경 보헤미아의 요아힘스탈(Jáchymov)에서 채굴이 시작되어 1898년까지 620ton 이상의 우라늄 금속(tU)이 생산되었고, 1968년 폐쇄될 때까지 총 10000ton가 생산되었다. 1852년에는 프랑스 마시프 상트랄에서 우라늄 광물인 오토나이트가 확인되었다.

미국에서는 1871년 콜로라도주의 센트럴 시티에서 우라늄 광석 채굴이 시작되어 1895년 이전에 50ton이 채굴되었다. 영국 콘월에서는 1873년 세인트 스티븐-인-브래넬의 사우스 테라스 광산(South Terras Mine)에서 채굴이 시작되어 19세기에 이 지역에서 생산된 300ton의 대부분을 차지했다. 1898년에는 우라반 광물 벨트에서 카르노타이트가 처음 채굴되어 연간 10ton를 생산했다.

1898년, 피에르 퀴리와 마리 퀴리는 요아힘스탈에서 얻은 1ton의 피치블렌드를 연구하여 마리 퀴리가 새로운 원소인 라듐을 발견했다. 피에르 퀴리는 라듐을 암 치료에 사용할 것을 제안했으며, 이는 요아힘스탈 지역의 스파 산업 번성으로 이어졌다.

20세기 초에는 새로운 우라늄 매장지가 계속 발견되었다. 1913년 콩고 민주 공화국 카탕가 주의 싱콜로브웨 광산이 발견되었고, 1931년에는 캐나다 노스웨스트 준주의 포트레이디엄 매장지가 발견되었다. 이 외에도 포르투갈 베이라 주, 투르키스탄의 튜야무나이트 매장지, 호주의 라듐 힐 등이 주요 발견지로 꼽힌다.

2.2. 원자력 시대

핵분열 현상이 발견된 이후 우라늄은 핵무기 개발과 원자력 발전의 핵심 원료로 부상하며 전략적 중요성이 커졌다.

제2차 세계 대전 발발은 우라늄 확보 경쟁으로 이어졌다. 1940년 5월, 나치 독일은 벨기에를 침공하여 Union Minière du Haut Katanga가 보유하고 있던 우라늄 광석을 압수했다. 독일의 Auergesellschaft는 1940년 초 요아힘스탈(Jáchymov) 광석에서 정제한 산화 우라늄을 확보하고, 같은 해 6월에는 점령한 벨기에의 Union Minière에 추가로 산화 우라늄을 주문하기도 했다.

한편, 미국은 맨해튼 계획을 위해 대량의 우라늄 확보에 나섰다. 1942년 9월, Union Minière의 에드가 생지에(Edgar Sengier)는 미국 스태튼 아일랜드의 창고에 비축해 두었던 콩고 Shinkolobwe 광산의 우라늄 광석 1250톤을 미국 정부에 판매했다. 이듬해인 1943년, 생지에는 미 육군 공병대의 지원과 미국의 투자를 받아 Shinkolobwe 광산을 재개장하여 맨해튼 계획에 필요한 우라늄을 공급했다. 맨해튼 계획은 캐나다 노스웨스트 준주에 위치한 엘도라도 광산의 우라늄 생산량 대부분도 확보했다.

냉전 시대에 접어들면서 미국과 소련 간의 핵 경쟁이 심화되었고, 이는 우라늄 확보 경쟁으로 이어졌다. 소련은 자국 내 대규모 우라늄 매장지가 확인되기 전, 동독과 체코슬로바키아의 오레 산맥 지역에 알려진 우라늄 매장량을 확보하기 위해 대규모 채굴 작업을 시작했다. SDAG Wismut이라는 이름 아래 운영된 이 사업은 실제 목적을 숨기기 위해 비스무트 채굴을 위장했다. Wismut은 동독 작센주 오레 산맥 지역의 최대 고용주가 되었고, 요한게오르겐슈타트와 같은 외딴 광산 마을의 인구가 급증했다. 광부들은 엄격한 감시와 통제를 받았지만, 다른 동독 주민들보다 나은 소비재를 공급받기도 했다. 생산 비용이 세계 시장 가격보다 높았음에도 불구하고, 우라늄의 군사적 가치와 경화 획득 또는 수입 대체 효과 때문에 채굴은 냉전 기간 내내 지속되었다. 독일 통일 이후 채굴은 중단되었고, 광범위한 환경 복원 작업이 진행 중이다. Wismut이 관리하던 광산들은 소련 최초의 원자폭탄인 Joe-1에 사용된 우라늄의 절반, 소련 전체 핵 프로그램에 사용된 우라늄의 약 80%를 공급한 것으로 추정된다. 이 과정에서 수많은 노동자들이 사고로 사망하거나 부상을 입었으며, 특히 초기에는 강제 노동이 동원되기도 했다.

1975년까지 전 세계 우라늄 광석 생산량의 약 75%는 캐나다의 엘리엇 레이크 지역, 남아프리카 공화국의 Witwatersrand, 미국 콜로라도 고원에 분포한 석영-자갈 역암 및 사암 지대에서 나왔다.

냉전 종식 이후 핵무기 감축이 진행되면서 우라늄 시장에도 변화가 생겼다. 2013년 5월, 미국 정부 소유의 유일한 우라늄 농축 시설이었던 켄터키주 퍼두커의 공장이 경영난으로 폐쇄되었다. 1952년 핵무기용 농축 우라늄 생산을 위해 건설된 이 공장은 제2차 세계 대전 당시 히로시마 원폭 제조에 사용된 구식 기체확산법을 사용하고 있어, 현대적인 가스 원심분리기 방식에 비해 전력 소모가 과도하여 경제성을 잃었다. 미국우라늄농축공사(USEC)가 운영하던 이 공장의 폐쇄는 미국 우라늄 산업의 변화를 상징적으로 보여준다. 이후 미국은 원심분리 공법을 사용하는 새로운 농축 공장 건설을 추진했다. 그러나 1997년 민영화되었던 USEC 마저도 2014년 3월 파산 신청을 하기에 이르렀다.

3. 채굴 및 생산 방식

다양한 유형의 우라늄 매장지가 발견되어 채굴되어 왔다. 주요 우라늄 매장지 유형으로는 부정합형 매장지와 사암형(롤 프론트형) 매장지 등이 있다.

우라늄 매장지는 지질학적 환경과 발견되는 암석 유형에 따라 국제 원자력 기구(IAEA)에 의해 15가지 범주로 분류된다.

우라늄은 해수에도 포함되어 있지만, 현재 우라늄 시장 가격으로는 경제성을 확보하기 어렵다.

퇴적암 내 우라늄 매장지에는 사암(캐나다 및 미국 서부), 선캄브리아기 부정합 (캐나다), 인산염, 선캄브리아기 석영-자갈 역암, 붕괴 각력암 파이프 (애리조나 각력암 파이프 우라늄 광물화 참조), 그리고 석회질 토양 등이 있다.

사암 우라늄 매장지는 일반적으로 두 가지 유형으로 나뉜다. '롤 프론트(Roll front)' 유형은 사암 층의 위쪽 경사 및 산화된 부분과 아래쪽 경사 및 환원된 부분의 경계에서 발생한다. '평행 사암(Tabular)' 우라늄 매장지는 '콜로라도 고원'형 매장지라고도 하며, 주로 산화된 사암 층 내에서 국부적인 환원대(예: 탄화된 나무 주변)에 나타난다.

선캄브리아기 석영-자갈 역암형 우라늄 매장지는 20억 년 이상 된 암석에서만 발견되며, 황철광도 포함한다. 이러한 매장지는 캐나다 온타리오 주 블라인드 리버–엘리엇 호수 지구와 남아프리카의 금을 함유한 비트바테르스란트 역암에서 채굴되었다.

부정합형 매장지는 세계 비중앙계획 경제 지역(WOCA) 우라늄 매장지의 약 33%를 차지한다.

우라늄 생산은 소수의 국가에 집중되어 있다. 2017년 기준 세계 최대 우라늄 생산국은 카자흐스탄(전 세계 생산량의 39%)이었으며, 캐나다(22%), 호주(10%)가 그 뒤를 이었다. 다른 주요 생산국으로는 나미비아(6.7%), 니제르(6%), 러시아(5%) 등이 있다.

2017년 전 세계 우라늄 생산량은 59,462톤으로, 이는 당시 수요의 약 93%를 충족하는 양이었다. 나머지 부족분은 기존 비축 재고, 사용후 핵연료 재처리, 군사 프로그램에서 전환된 물질, 열화 우라늄 재고 등으로 충당되었다.

3.1. 채굴 방식

노천 채광
노천 채광 방식은 지표면 가까이에 있는 광체를 채굴할 때 사용된다. 먼저 토사를 시추하고 발파하여 광체를 노출시킨 후, 로더와 덤프트럭을 이용해 발파된 암석과 흙을 파내어 운반한다. 작업자들은 대부분 밀폐된 장비 운전실에서 작업하여 방사선 노출을 최소화하며, 공기 중 먼지 발생을 억제하기 위해 물을 광범위하게 사용한다.

모든 유형의 채광에서 지하수 관리는 중요한 문제이다. 특히 노천 채광에서는 목표 광물이 자연 지하수면 아래에 있을 경우, 물을 퍼내 지하수면을 낮추는 방식을 흔히 사용한다. 이 과정에서 지하수가 제거되면 지반이 크게 내려앉을 수 있으며, 채광이 끝난 후 지하수가 다시 차오르면 예측하기 어려운 방향으로 지반이 움직일 수 있다.

채광 후 토지 복구는 제거된 물질의 양에 따라 달라진다. 우라늄은 에너지 밀도가 높아 채굴량이 상대적으로 적기 때문에, 파낸 자리를 단순히 토사로 메우는 것만으로 충분한 경우가 많다. 하지만 제거된 물질의 양이 많아 원래 지표면과 지하수면 사이의 높이 차이를 메울 만큼 충분하지 않으면, 지하수 양수를 중단했을 때 인공 호수가 형성될 수 있다. 이때 노출된 암석에 아황산염, 황화물, 황산염 등이 포함되어 있다면 새로 생긴 호수에 산성 광산 배수 문제가 발생할 수 있다. 현재 광산 회사는 법적으로 채광 기간 동안 미래의 복구 비용을 미리 적립해야 하며, 이 기금은 회사가 파산하더라도 복구 작업에 사용될 수 있도록 별도로 예치된다.

더미 침출
더미 침출은 채굴된 광석을 한 곳에 쌓아두고 화학 약품(주로 황산)을 뿌려 경제적 가치가 있는 원소를 추출하는 방식이다. 이 방법은 주로 산화된 우라늄 광상에 경제적으로 적용 가능하다. 황화물 광상이 지질학적 풍화 작용을 통해 산화되면 표면 가까이에 산화 광상이 형성되는데, 이런 경우 더미 침출이 고려될 수 있다. 광석 내에 다른 유용한 원소가 없다면, 낮은 농도의 황산을 사용하여 우라늄을 추출한다.

경제적, 지질학적 조건이 맞으면, 광산 회사는 넓은 부지를 완만하게 경사지도록 평탄화하고 두꺼운 플라스틱(HDPE 또는 LLDPE) 라이너를 깐다. 때로는 라이너 아래에 점토, 미사, 모래 등을 추가로 깔기도 한다. 채굴된 광석은 분쇄기를 거쳐 잘게 부순 뒤 플라스틱 라이너 위에 쌓아 올린다. 이후 약 30일에서 90일 동안 침출제를 광석 더미 위에 뿌린다. 침출제가 더미를 통과하면서 우라늄이 광석에서 녹아 나와 용액 상태가 된다. 이 용액은 경사를 따라 아래쪽 집수조로 흘러 들어가며, 여기서 추가 처리를 위해 현장 플랜트로 보내진다. 이 방식으로 추출되는 우라늄은 일반적으로 전체 매장량의 약 70% 정도이다.

용액 속 우라늄 농도는 순수한 우라늄을 효율적으로 분리하는 데 매우 중요하다. 각 더미에서 나오는 용액의 농도가 다를 수 있으므로, 용액은 농도를 세심하게 관리하는 혼합 플랜트로 보내진다. 적절한 농도로 맞춰진 용액은 처리 공장으로 옮겨져 황산과 우라늄을 분리하는 과정을 거친다.

더미 침출은 전통적인 제련 방식보다 비용이 훨씬 저렴하여, 적합한 유형의 광상이라면 품위가 낮은 광석도 경제적으로 채굴할 수 있게 한다. 하지만 환경 문제 발생 가능성이 있어, 미국 환경법은 주변 지하수가 오염되지 않도록 지속적인 모니터링을 요구한다. 광산은 폐광 후에도 계속해서 환경을 감시해야 할 의무가 있다. 과거에는 광산 회사가 파산하여 광산 복구 책임을 사회에 떠넘기는 경우가 있었으나, 21세기 미국 광산법 개정으로 회사는 사업 시작 전에 복구 비용을 미리 확보하여 공공 기관에 예치하도록 의무화되었다. 이는 회사가 파산하더라도 환경 기준을 준수할 수 있도록 보장하기 위한 조치이다.

현장 용출 (ISL)
현장 용출(In-situ leaching, ISL)은 용액 채광 또는 북미에서 원위치 회수(In-situ recovery, ISR)라고도 불린다. 이 방식은 광석을 땅속에 그대로 둔 채, 특수한 용액을 주입하여 광물(우라늄)을 녹여낸 뒤, 이 용액을 지상으로 다시 퍼올려 회수하는 방법이다. 따라서 지표면 교란이 거의 없고, 광미(채광 후 남는 찌꺼기)나 폐석이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 그러나 이 방법을 사용하려면 광석이 있는 지층이 용액에 잘 투과되어야 하며, 광맥의 위치가 주변 지하수를 오염시키지 않도록 격리되어 있어야 한다.

우라늄 ISL에서는 광맥이 있는 지층의 자연 지하수를 이용하며, 여기에 우라늄을 녹이는 착화제와 대부분의 경우 산화제를 첨가한다. 이 용액을 지하 광맥으로 펌핑하여 순환시키면서 침출 방식으로 우라늄을 회수한다. 우라늄이 녹아든 용액이 지상으로 회수되면, 다른 우라늄 제련 공정과 거의 동일한 방식으로 우라늄을 분리하고 정제한다.

호주의 ISL 광산(베벌리, 포마일 및 허니문 광산)에서는 산화제로 과산화 수소를, 착화제로 황산을 사용한다. 카자흐스탄의 ISL 광산은 일반적으로 산화제를 사용하지 않고 순환 용액에 훨씬 더 높은 농도의 산을 사용한다. 미국의 ISL 광산은 모암 대수층에 석고와 석회암과 같이 산을 소비하는 상당량의 광물이 존재하기 때문에 알칼리 침출을 사용한다. 탄산염 광물이 몇 퍼센트 이상 존재하면 더 효율적인 산 침출 대신 알칼리 침출을 사용해야 한다.

호주 정부는 우라늄 원위치 침출 채광에 대한 모범 사례 가이드라인을 발표했으며, 이는 국제적인 차이점을 고려하여 개정될 예정이다.

3.2. 생산 방식

우라늄은 다양한 방식으로 생산 및 회수될 수 있다. 전통적인 광산 채굴 외에도 해수나 다른 광물의 부산물에서 추출하는 기술이 연구되거나 활용되고 있다.

=== 해수 추출 ===
해수에는 낮은 농도(약 3.3 ppb, 또는 리터당 3.3 마이크로그램)지만 막대한 양의 우라늄이 포함되어 있다. 이론적으로 해수 속 우라늄의 일부만 추출해도 전 세계 핵발전 연료를 장기간 공급할 수 있을 만큼 양이 많아, 일부에서는 사실상 무한한 자원으로 간주하기도 한다. 그러나 현재 기술로는 추출 비용이 높아 경제성이 부족하다는 문제가 있다.

1960년대부터 영국, 프랑스, 독일, 일본 등에서 무기 흡착제를 이용한 해수 우라늄 회수 연구가 진행되었으나 효율이 낮아 중단되었다. 이후 일본원자력연구소(JAERI) 다카사키 방사선 화학 연구소에서는 아미독심기를 이용한 고분자 섬유 흡착제를 개발했는데, 이는 기존 이산화 티타늄 흡착제보다 우라늄 흡착 능력이 약 10배 높다. 한 실험에서는 이 흡착제를 사용한 천 350kg을 바다에 240일 동안 담가 1kg 이상의 옐로케이크를 회수하기도 했다. 2008년 기준 추정 비용은 약 `240USD/kg-U` 수준이었다.

2012년 미국 오크리지 국립 연구소(ORNL)는 기존 흡착제보다 우라늄 흡착량이 5~7배 많고 흡착 속도가 7배 빠른 새로운 흡착 물질 'HiCap' 개발을 발표했다. 이러한 기술 발전으로 2014년에는 대규모 공정을 통해 해수에서 추출한 우라늄이 경제적 경쟁력을 가질 수 있다는 주장이 제기되었다. 해수 우라늄은 강물의 암석 침식과 해저 용해 과정을 통해 지속적으로 보충되므로, 일부에서는 이를 근거로 원자력 발전을 재생 에너지로 간주해야 한다고 주장하기도 한다. OECD는 해수 우라늄 추출 비용을 약 `300USD/kgU`로 추정한다.

=== 부산물/공생산물 추출 ===
우라늄은 다른 자원을 채굴하거나 처리하는 과정에서 부산물로 회수되기도 한다.

==== 인산염에서의 추출 ====
인산염암에는 50~200ppm 농도의 우라늄이 포함되어 있다. 인산염은 주로 비료 생산에 사용되는데, 이 과정에서 우라늄을 추출하는 기술은 이미 개발되어 과거 벨기에와 미국에서 사용된 바 있다. 그러나 회수 비용이 높아(`60USD`–`100USD/kgU` 추정) 경제성이 낮아 활용이 제한적이다. 인산염 채굴 폐기물인 인산석고에는 상당량의 우라늄과 라듐이 포함될 수 있어 환경 문제의 원인이 되기도 한다. 전 세계 약 400개의 습식 인산 공장에서 이론적으로 연간 최대 3.7kt의 U₃O₈를 생산할 수 있을 것으로 추정된다.

==== 석탄 연소 부산물에서의 추출 ====

석탄에는 미량의 우라늄과 토륨이 포함되어 있으며, 연소 후 남는 석탄재(특히 플라이 애시)에 농축된다. 오크리지 국립 연구소(ORNL)는 석탄 속 우라늄과 토륨의 이론적 최대 에너지 잠재력이 석탄 자체 연소 에너지보다 클 수 있다고 분석했다. 1965년부터 1967년까지 미국 노스다코타 주에서는 유니온 카바이드가 우라늄 함유 갈탄을 태우고 재에서 우라늄을 추출하는 공장을 운영하여 약 150ton의 U₃O₈을 생산했다. 최근에는 중국 윈난 성의 석탄 발전소에서 나오는 석탄재에서 우라늄을 상업적으로 추출하는 연구가 진행 중이다. 샤오롱탕 발전소의 재 더미에서는 160~180ppm의 우라늄이 발견되었으며, 총 2.085kt의 U₃O₈ 회수가 가능할 것으로 추정된다.

==== 오일 셰일에서의 추출 ====
일부 오일 셰일에도 우라늄이 함유되어 있어 부산물로 회수될 수 있다. 과거 에스토니아 실라매(1946-1952)와 스웨덴(1950-1989)에서 각각 딕티오네마 셰일과 명반 셰일을 이용해 우라늄을 생산한 사례가 있다.

=== 핵연료 재처리 ===
핵연료 재처리는 사용후 핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 분리하여 다시 연료로 사용하는 기술로, 우라늄 공급을 늘리는 한 방법이다. 사용후 핵연료는 질량 기준으로 약 96%가 우라늄으로 구성되어 있다. 재처리를 통해 얻는 재처리 우라늄은 대부분 우라늄-238이며, 약 1%의 우라늄-235와 소량의 우라늄-236, 우라늄-232 등의 동위원소를 포함한다.

현재 전 세계적으로 11개의 재처리 공장이 운영 중이며, 이 중 대규모 상업 공장은 다음과 같다.

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📌 열 고정 해제

공장	위치	연간 처리 능력 (우라늄 기준)
라 아그 재처리 공장	프랑스	1.6kt
셀라필드	영국	1.2kt

이 두 공장의 연간 총 처리 능력은 2.8kt에 달한다. 미국은 과거 재처리 공장을 운영했으나, 높은 비용과 플루토늄을 통한 핵 확산 위험 때문에 1970년대 후반 재처리를 중단했다.

재처리 기술의 주요 과제는 경제성이다. 현재 재처리 비용은 새로 채굴하는 우라늄 비용보다 훨씬 높다. 또한 재처리 우라늄과 원자로 등급 플루토늄은 현재 주력인 열 중성자 원자로에 사용하기에 최적화되어 있지 않아, 고속 중성자 원자로를 사용하는 핵연료 주기의 일부로서 더 유용할 수 있다.

4. 우라늄 자원

다양한 유형의 우라늄 매장지가 존재하며, 국제 원자력 기구(IAEA)는 이를 15가지 범주로 분류한다. 우라늄 탐사는 다른 광물 탐사와 유사하지만 방사성 동위원소 탐지를 위한 특수 장비가 사용된다. 초기에는 가이거 계수기가 활용되었으며, 1932년 브리티시컬럼비아 대학교에서 최초의 휴대용 장비가 제작되었다. 이후 섬광 계수기가 주요 탐사 장비로 자리 잡았다.

항공기를 이용한 방사성 광물 탐사는 1943년 제안되었고, 1947년 캐나다의 엘도라도 채굴 및 정련 유한회사 (현재 카메코 코퍼레이션)가 최초의 항공 방사선 측정기 시험을 수행했다. 1949년에는 매니토바 대학교 연구진이 휴대용 감마선 분광계를 개발 및 시험했다. 현재 항공 감마선 분광법은 지질 매핑, 광물 탐사, 환경 모니터링 등 전 세계적으로 활용되는 주요 우라늄 탐사 기술이다. 호주에서는 탐사 지원을 위해 위성 고도 데이터와 항공 감마선 분광법 이미지를 활용한 풍화 강도 지수가 개발되기도 했다.

탐사를 통해 발견된 우라늄 매장지는 경제성 평가를 거쳐 우라늄 매장량으로 산정된다. 매장량은 가격 변동이나 기술 발전에 따라 유동적이며, 해수에 포함된 막대한 양의 우라늄은 현재 기술로는 경제적인 추출이 어렵다.

2008년부터 2024년까지 비국내 우라늄 탐사 및 개발 비용을 보고한 국가는 중국, 일본, 프랑스, 러시아 4개국에 불과하다. 최근 미국은 중국이 러시아산 우라늄 수입 금지 조치를 회피하여 러시아 농축 우라늄을 자국으로 들여온 뒤 미국에 수출하는지에 대해 조사를 진행 중이다. 이는 2023년 12월 러시아의 우크라이나 침공에 따른 제재 조치 이후 중국의 대미 우라늄 수출이 급증한 상황과 관련이 있다.

4.1. 매장량

우라늄 매장량은 특정 비용으로 회수 가능하다고 추정되는 광석의 양을 의미한다. 우라늄 가격이 상승하거나 새로운 기술 개발로 인해 기존에 경제성이 없던 매장량의 회수 비용이 낮아지면 매장량은 증가할 수 있다. 현재 가장 큰 잠재적 우라늄 자원은 해수에 녹아있는 우라늄으로, 육상 기반의 모든 우라늄 자원을 합친 것보다 양이 많지만 현재 기술로는 경제적인 추출이 어렵다.

우라늄은 여러 암석이나 해수에도 자연적으로 존재하지만, 경제적으로 채굴할 수 있을 만큼 충분히 농축된 경우는 드물다. 광산 회사는 일반적으로 우라늄 농도가 0.075% (750 ppm) 이상인 광석을 현재 시장 가격에서 경제성이 있는 것으로 간주한다. 지구 지각에는 약 40조 톤의 우라늄이 분포하는 것으로 추정되지만, 대부분은 매우 낮은 농도로 존재한다. kg당 130USD 미만으로 추출 가능한 광석에 농축된 우라늄의 양은 전체의 백만 분의 1 미만일 수 있다.

핵반응로의 연료로 주로 사용되는 핵분열성 동위원소인 우라늄-235는 자연 상태의 우라늄에서 약 0.7%만을 차지한다. 이는 직접 핵에너지를 생성할 수 있는 유일한 자연 발생 동위원소이다. 우라늄-235는 우라늄-238의 자연 붕괴 생성물인 우라늄-234에서도 소량 생성될 수 있지만, 근본적으로는 유한한 비재생 자원이다. 현재 대부분의 상업용 경수로는 "일회 통과 핵연료 주기"로 운영되어 천연 우라늄의 대부분(99% 이상)을 차지하는 우라늄-238에 포함된 에너지를 거의 활용하지 못하고 있다. 핵 재처리 기술을 통해 사용후핵연료에서 MOX 연료나 리믹스 연료를 생산하여 일부 에너지를 회수할 수 있으며, 이는 프랑스, 러시아, 일본 등에서 산업 규모로 활용되고 있다. 그러나 현재의 우라늄 가격 수준에서는 경제성이 높지 않다는 평가도 있다. 증식로 기술은 우라늄 자원의 활용률을 획기적으로 높여 인류가 수십억 년 동안 사용할 수 있는 에너지를 제공할 잠재력을 가지며, 핵에너지를 지속 가능한 에너지원으로 만들 수 있다는 기대를 받고 있다.

2017년 기준, 전 세계적으로 확인된 우라늄 매장량(Reasonably Assured Resources + Inferred Resources, kg당 130USD 이하 회수 비용 기준)은 약 6.14Mt으로 추정된다. 전 세계 우라늄 매장량의 약 96%는 호주, 캐나다, 카자흐스탄, 남아프리카 공화국, 브라질, 나미비아, 우즈베키스탄, 미국, 니제르, 러시아 10개국에 집중되어 있다. 특히 상위 3개국이 매장량의 상당 부분을 차지한다.
* [[호주]]: 전 세계 확인 매장량의 30% 이상인 약 1.673Mt을 보유하고 있다.
* [[카자흐스탄]]: 전 세계 매장량의 약 12%인 약 651kt을 보유하고 있다.
* [[캐나다]]: 약 485kt의 우라늄을 보유하여 전 세계 매장량의 약 9%를 차지한다.

이러한 알려진 자원(Known Conventional Resources) 외에도, 아직 발견되지 않았지만 존재할 것으로 추정되는 자원(Undiscovered Conventional Resources)도 상당량 있을 것으로 예상된다. 우라늄 탐사는 1985년부터 2005년까지 상대적으로 저조했으나, 이후 탐사 활동이 증가하면서 새로운 자원 발견 가능성이 커지고 있다. 전 세계적으로 아직 우라늄 탐사가 충분히 이루어지지 않은 지역이 많아, 추가적인 탐사를 통해 채굴 가능한 자원을 더 발견할 가능성이 있다.

한편, 핵무기 해체 과정에서 나온 고농축 우라늄이나 사용후핵연료 재처리 등을 통해 얻어지는 2차 자원(Secondary Sources)도 우라늄 공급의 일부를 담당한다. 이러한 2차 자원은 발견 및 생산 비용이 매우 낮다는 장점이 있다. 1990년대 이후 핵무기 감축으로 상당량의 군사용 우라늄이 민간 원자력 발전에 활용되었으며, 2002년에는 원자력 발전 수요의 절반 가까이를 충당하기도 했다. 그러나 이러한 2차 자원의 공급은 점차 줄어드는 추세이며, 2017년에는 전체 우라늄 수요의 약 7%를 충족하는 데 그쳤다.

한국은 자체적인 우라늄 매장량이 거의 없어 필요한 우라늄 전량을 수입에 의존하고 있다.

4.2. 종류

다양한 유형의 우라늄 매장지가 발견되어 채굴되어 왔다. 국제 원자력 기구(IAEA)는 지질학적 환경과 발견되는 암석 유형에 따라 우라늄 매장지를 15가지 주요 범주로 분류한다. 주로 언급되는 유형으로는 부등합 관련 매장지(고생대 퇴적 광상)와 사암형 매장지(롤프론트형 매장지)가 있다.

우라늄은 많은 암석과 심지어 해수에서도 자연적으로 발생하지만, 다른 금속과 마찬가지로 경제적으로 회수할 수 있을 정도로 충분히 농축되는 경우는 드물다. 현재 우라늄 시장 가격으로는 해수에서 우라늄을 추출하는 것은 경제성이 부족하다. 광산 회사는 일반적으로 우라늄 농도가 0.075% (750 ppm) 이상인 광석을 현재 시장 가격에서 채굴할 경제성이 있는 것으로 간주한다. 지구 지각에는 약 40조 톤의 우라늄이 있는 것으로 추정되지만, 대부분은 매우 낮은 농도로 분포되어 있다.

5. 우라늄 시장 및 가격

일반적으로 핵 에너지의 경우, 연료 비용은 모든 연료 소비 에너지 형태(화석 연료, 바이오매스, 핵 등) 중에서 총 에너지 비용에서 차지하는 비중이 가장 낮다. 또한, 핵 연료(특히 농축 우라늄 또는 고품질 플루토늄 형태)는 에너지 밀도가 매우 높아 몇 년 동안 사용할 연료를 쉽게 비축할 수 있다. 온라인 재급유 기능이 없는 발전소(대부분의 상업용 발전소가 해당)는 비용이 많이 드는 가동 중단을 피하기 위해 가능한 한 드물게 재급유하며, 일반적으로 유지 보수 및 점검을 위한 예정된 가동 중단 시간을 활용하도록 재급유 시점을 미리 계획한다. 따라서 발전소 운영자는 우라늄 가격 변동의 영향을 거의 받지 않는 장기 계약을 연료 공급업체와 체결하는 경향이 있다. 최종 소비자의 전기 가격에 미치는 영향은 프랑스와 같이 핵 발전에서 전력의 대부분을 얻는 국가에서도 미미하다. 그럼에도 불구하고, 2007년 우라늄 버블과 같은 단기적인 가격 변화는 광산 회사, 탐사 활동, 특정 매장지의 상업적 가치 평가 등 경제적 계산에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

1981년 이후 미국에서 우라늄 가격과 수량은 미국 에너지부에서 보고하고 있다. 수입 가격은 1981년 파운드당 32.9달러(U₃O₈ 기준)에서 1990년 12.55USD(U₃O₈ 기준)로, 2000년에는 10USD(U₃O₈ 기준) 미만으로 떨어졌다. 1970년대에 우라늄 가격은 더 높았으며, 핵 정보 센터는 1978년에 호주 우라늄 판매 가격을 파운드당 43USD(U₃O₈ 기준)로 보고했다. 우라늄 가격은 2001년에 사상 최저치인 파운드당 7USD(U₃O₈ 기준)를 기록했지만, 2007년 4월 현물 시장에서는 파운드당 113달러(U₃O₈ 기준)까지 상승하여 2007년 우라늄 버블의 최고점을 기록했다. 이는 1977년의 사상 최고치(인플레이션 조정)에 매우 근접한 수치였다.

2011년 후쿠시마 원자력 사고 이후, 세계 우라늄 부문은 침체 상태에 빠졌다. 2011년 3월부터 2014년까지 우라늄 가격은 50% 이상 하락했고, 관련 기업의 주식 가치가 감소했으며, 우라늄 생산자의 수익성도 악화되었다. 그 결과, 전 세계 우라늄 회사들은 비용을 절감하고 운영을 축소하고 있다. 예를 들어, Westwater Resources(이전 Uranium Resources)는 불리한 가격 때문에 모든 우라늄 사업을 중단해야 했고, 이후 리튬과 흑연 같은 다른 시장으로 진출을 모색했다.

2014년 7월 현재, 우라늄 농축액 가격은 5년 내 최저치 근처에 머물렀으며, 우라늄 가격은 2011년 1월 최고 현물 가격 대비 50% 이상 하락했는데, 이는 후쿠시마 사고 이후 일본의 수요 감소를 반영한다. 지속적인 저가로 인해, 2014년 2월 광산 회사 Cameco는 기존 캐나다 광산의 생산 확장을 연기했지만, Cigar Lake의 새로운 광산 개설 작업은 계속했다. 또한 같은 해 2월, Paladin Energy는 현재 가격으로는 손실을 보고 있는 고비용 운영이라며 말라위의 광산 운영을 중단했다.

일반적으로 우라늄 가격의 단기적 변동은 발전소 운영자보다는 광산 운영자와 잠재적 수익성 매장량 소유주에게 더 큰 관심사이다. 우라늄은 높은 에너지 밀도 덕분에 전략 비축 형태로 쉽게 보관할 수 있으므로, 단기적인 가격 상승은 비축분을 활용하여 대응할 수 있다. 또한, 많은 국가는 재처리 우라늄 또는 고갈 우라늄 형태로 '사실상의' 비축을 가지고 있는데, 이들은 여전히 일부 핵분열성 물질을 포함하고 있어 시장 상황이 뒷받침된다면 재농축을 통해 활용 가치를 가질 수 있다. 사용후 핵연료의 핵연료 재처리는 (2020년대 기준) 주로 사용후 핵연료에 남아있는 핵분열성 물질을 활용하기 위해 상업적으로 이루어진다. 일반적으로 사용되는 PUREX 공정은 우라늄과 플루토늄을 회수하며, 이는 사용후 핵연료를 생산한 동일한 경수로에서 사용하기 위해 MOX 핵연료로 전환될 수 있다. 재처리의 경제성은 우라늄 가격과 심지층 처분 또는 핵변환을 통한 처분 비용에 대한 가정에 따라 달라지므로 많은 논쟁의 대상이다. 천연 우라늄을 사용할 수 있는 원자로는 생산되는 전력 단위당 채굴된 우라늄 소비량이 적지만, 중수를 감속재로 사용해야 하므로 건설 비용이 더 높을 수 있다. 또한, 온라인 재장전이 가능해야 하는데, 천연 우라늄으로 달성할 수 있는 연소율이 농축 우라늄보다 낮기 때문에 모든 재장전을 위해 원자로 전체를 정지해야 한다면 이러한 원자로는 빠르게 비경제적이 될 것이다. 증식로 역시 우라늄 가격이 상승하면 경제성이 높아지며, 1970년대 우라늄 가격 하락은 증식로 기술에 대한 관심 감소를 초래한 요인 중 하나였다. 토륨 연료 주기는 우라늄 가격이 지속적으로 높은 수준을 유지할 경우 또 다른 대안이 될 수 있으며, 결과적으로 현재의 "주류" 경수로 기술에 대한 이러한 대안들의 관심은 상당 부분 우라늄 가격에 달려 있다.

6. 법적 규제 및 정치

우라늄 광업은 단순한 자원 개발을 넘어 복잡한 법적, 정치적 문제와 얽혀 있다. 핵무기 원료 및 원자력 발전 연료로 사용되는 우라늄의 특성상, 그 채굴과 거래는 국제적인 규제와 감시의 대상이 되며, 각국의 에너지 정책 및 안보 전략과도 밀접하게 연관된다.

국제적으로는 핵확산금지조약(NPT) 체제 아래 국제 원자력 기구(IAEA) 등을 통해 핵물질의 평화적 이용을 감독하고 핵무기 확산을 방지하려는 노력이 이루어지고 있다. 특히 냉전 종식 이후에는 핵무기 감축 협정에 따라 핵탄두에서 해체된 고농축 우라늄이나 플루토늄을 발전용 연료로 전환하는 프로그램(메가톤에서 메가와트 프로그램 등)이 시행되기도 했다. 이는 국제 안보와 에너지 수요를 동시에 고려한 조치였으나, 우라늄 시장에 영향을 미치기도 했다.

국가별로는 우라늄 탐사 및 채굴에 대한 법적 규제가 상이하다. 일부 국가는 자국의 에너지 정책에 따라 우라늄 개발을 적극 추진하는 반면, 환경 문제나 사회적 합의 등을 이유로 우라늄 채굴을 법적으로 금지하거나 제한하는 국가 및 지역도 존재한다. 이러한 규제는 각국의 정치적 상황 변화에 따라 변경되기도 한다.

정치적으로 우라늄 광업은 환경 파괴, 방사선 피폭으로 인한 건강 문제, 원주민 권리 침해, 핵 폐기물 처리 문제 등 다양한 논쟁을 야기해왔다. 특히 우라늄 광산 개발 과정에서 발생하는 환경 오염과 지역 공동체에 미치는 영향은 시민 사회와 환경 단체의 주요 비판 대상이 되어왔으며, 이는 종종 정치적 쟁점으로 부상하여 관련 정책 결정에 영향을 미치고 있다. 또한, 특정 국가의 우라늄 개발 프로그램이나 국제 거래는 핵 비확산 문제와 관련하여 국제 사회의 우려를 낳기도 한다.

6.1. 국제 규제

미국과 러시아는 핵무기를 해체하여 얻은 핵물질을 발전용 연료로 전환하는 프로그램을 진행했다. 대표적인 예가 메가톤에서 메가와트 프로그램으로, 러시아의 핵무기에서 나온 500ton의 고농축 우라늄(HEU)을 희석하여 20년간 약 15kt의 저농축 우라늄(LEU)을 생산했다. 이는 약 152kt의 천연 우라늄에 해당하며, 당시 연간 세계 우라늄 수요의 두 배가 넘는 양이었다. 2000년대 들어 매년 군사용 HEU 30ton이 LEU로 전환되면서, 이는 연간 우라늄 산화물 채굴 생산량 약 10.6kt을 대체하는 효과를 가져왔으며, 세계 원자로 연료 요구량의 약 13%를 충당했다. 이 프로그램은 2013년에 종료되었다.

핵무기나 다른 출처에서 회수된 플루토늄 역시 우라늄과 혼합하여 혼합 산화물 핵연료(MOX)로 재활용될 수 있다. 2000년 6월, 미국과 러시아는 2014년까지 각각 34kt의 무기급 플루토늄을 폐기하기로 합의했다. 미국은 자체적으로 고정화 및 MOX 생산 프로그램을 추진했으며, G7 국가들은 러시아의 플루토늄 폐기 프로그램을 지원하기 위해 1를 제공했다. 러시아는 초기에 자국의 VVER 원자로용 MOX 연료 생산을 계획했으나, 이는 기존 연료 주기 정책과 달라 비용 문제가 발생하기도 했다. 양국이 폐기하기로 한 플루토늄은 약 12kt의 천연 우라늄에 해당하는 양이다. 미국은 또한 폐기 대상이 아닌 고농축 우라늄 151ton도 추가로 폐기할 의무가 있다.

이러한 핵물질 전환 및 폐기 노력 외에도, 각국 정부나 상업 기관들은 우라늄 재고를 보유하고 관리한다. 예를 들어, 미국 에너지부(DOE)는 어떤 가격으로도 우라늄을 구할 수 없는 비상 상황에 대비하여 공급 안보 차원에서 전략적 재고를 유지하고 있다.

6.2. 국가별 규제

우라늄 채굴은 여러 관할 구역에서 법적으로 금지되어 있다. 우라늄은 종종 다른 광물과 함께 채굴되기 때문에, 실제 금지 조치는 일반적으로 초기 추출 후 우라늄을 다시 광산에 매립하는 방식으로 이루어진다.

6.3. 정치적 이슈

우라늄 채굴은 환경 문제, 원주민 권리 침해, 핵무기 확산 가능성 등 여러 정치적, 사회적 논쟁을 야기해 왔다. 이로 인해 우라늄 생산과 거래는 국제적인 감시와 규제의 대상이 되고 있다.

1951년 3월, 미국 원자력 위원회(AEC)가 우라늄 광석 가격을 높게 책정하면서 미국 남서부에서는 '우라늄 러시'가 일어났다. 찰스 스틴과 패디 마르티네즈 같은 탐사꾼들이 유타주 모아브, 뉴멕시코주 그랜츠 등지에서 중요한 광맥을 발견했다. 그러나 1960년대 들어 미국, 소련, 프랑스, 중국 등이 우라늄 매입을 줄이면서 상황이 변했다. 미국은 자국 내 채굴 우라늄만 농축하기 시작했고, 1965년까지 생산량은 40%나 감소했다. 가격 하락을 막기 위해 1971년, 캐나다, 남아프리카 공화국, 프랑스, 호주의 주요 채굴 기업 및 정부 대표들은 시장 점유율을 나누는 카르텔 협정을 맺기도 했다. 이 협정은 1974년 석유 파동으로 인한 에너지 가격 상승과 미국의 외국산 우라늄 수입 금지 해제 등으로 인해 종료되었다.

유럽에서는 원자력 발전에 대한 입장이 국가별로 엇갈린다. 벨기에, 핀란드, 프랑스, 독일, 스페인, 스웨덴, 스위스, 영국 등은 상당한 원자력 발전 용량을 갖추었지만, 많은 국가에서 법적 조치나 정책 결정으로 원자력 발전 개발이 중단되거나 단계적으로 폐지되었다. 이탈리아는 1987년 국민투표를 통해 원자력 발전을 금지했으며, 이후 재검토 논의가 있었다. 아일랜드는 2008년 기준으로 비핵 에너지 정책을 유지했다.

호주에서는 1976년과 1977년 우라늄 채굴이 주요 정치 쟁점으로 부상했다. 러셀 월터 폭스 판사가 주도한 레인저 조사 보고서는 우라늄 채굴에 대한 사회적 논쟁을 촉발하는 계기가 되었다. 1976년에는 우라늄 채굴 반대 운동 단체가 결성되었고, 이후 많은 반대 시위와 집회가 열렸다. 주요 우려는 우라늄 채굴 과정에서 발생하는 건강 위험과 환경 파괴 문제였다. 케빈 버자코트, 재키 카토나, 이본느 마가룰라, 질리안 마쉬 등은 호주의 대표적인 반우라늄 운동가로 활동했다.

1992년 9월 오스트리아 잘츠부르크에서는 세계 우라늄 청문회가 열렸다. 이 자리에는 전 세계의 반핵 활동가, 과학자, 특히 원주민 대표들이 참여하여 우라늄 채굴 및 처리, 원자력 발전, 핵무기, 핵실험, 방사성 폐기물 처리 등이 야기하는 건강 및 환경 문제에 대해 증언했다. 토마스 바냐키아, 후리츠 가츠미, 마누엘 피노, 플로이드 레드 크로우 웨스터먼 등은 방사성 오염의 위협, 특히 원주민 공동체가 겪는 피해를 강조하며, 생존을 위한 자기 결정권과 영적·문화적 가치의 중요성을 역설했다. 또한 재생 가능 에너지의 확대를 촉구했다.

한편, 핵무기 감축 노력의 일환으로 미국과 러시아는 핵무기를 해체하여 발전용 연료로 재활용하는 메가톤에서 메가와트 프로그램을 추진했다. 이 프로그램을 통해 러시아 핵무기에서 나온 고농축 우라늄(HEU) 500ton를 저농축 우라늄(LEU) 약 15kt으로 희석하여 20년간 공급했다. 이는 천연 우라늄 약 152kt에 해당하며, 연간 세계 수요의 두 배가 넘는 양이다. 2000년 이후 매년 군사용 HEU 30ton가 재활용되어 세계 원자로 우라늄 수요의 약 13%를 대체했다. 이 프로그램은 2013년에 종료되었다. 또한, 핵무기 등에서 회수된 플루토늄을 우라늄과 혼합하여 혼합 산화물 핵연료(MOX)를 만드는 방안도 추진되었다. 2000년 6월, 미국과 러시아는 각각 34kt의 무기급 플루토늄을 폐기하기로 합의했다. 미국은 추가로 151ton의 비폐기 고농축 우라늄을 폐기할 의무가 있다.

최근에는 사우디아라비아가 중국의 도움을 받아 우라늄 정광 추출 시설을 건설했다는 의혹이 제기되었다. 서방 관계자들은 이를 사우디가 핵 기술 확보를 추진하는 과정으로 보고 있으나, 사우디 에너지 장관은 이를 부인하며 광물 추출이 경제 다변화 전략의 일부라고 주장했다. 또한, 2022년 러시아의 우크라이나 침공 이후 러시아에 대한 국제 사회의 제재에도 불구하고 일부 국가들이 러시아산 우라늄을 계속 구매하고 있어 논란이 되고 있으며, 유럽 연합(EU) 내에서는 수입 중단 요구가 제기되기도 한다. 2022년 기준으로, 러시아 외의 우라늄 광산업체들은 새로운 광산 투자 결정을 위해 시장 상황의 확실성을 기다리고 있는 것으로 분석된다.

우라늄 채굴은 여러 국가 및 지역에서 법적으로 금지되어 있기도 하다. 다음은 일부 국가 및 지역의 우라늄 채굴 규제 현황이다.

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📌 열 고정 해제

국가/영토	주/도	상태	비고
오스트레일리아	뉴사우스웨일스주	불법	1986년 금지. 탐사는 합법.
오스트레일리아	빅토리아주	불법	금지됨
오스트레일리아	사우스오스트레일리아주	합법	세계 최대 매장지 중 하나
오스트레일리아	태즈메이니아주	합법	활성 광산 없음
오스트레일리아	퀸즐랜드주	불법	금지됨
오스트레일리아	노던 준주	합법	오랜 우라늄 채굴 역사
오스트레일리아	웨스턴오스트레일리아주	불법	2008년 금지 해제 후 2017년 재금지
인도네시아	모든 곳	합법	금지 해제
그린란드	모든 곳	불법	2021년 금지
뉴질랜드	모든 곳	불법	1996년 금지
미국	버지니아주	불법	1982년 금지
키르기스스탄	모든 곳	불법	2019년 금지
카자흐스탄	모든 곳	합법	주요 생산국

7. 건강 및 환경

우라늄 탐사는 다른 광물 탐사와 유사하지만, 방사성 동위원소의 존재를 감지하기 위한 특수 장비가 사용된다는 점에서 차이가 있다. 이는 우라늄 채굴 및 처리 과정 전반에 걸쳐 잠재적인 건강 및 환경적 영향을 고려해야 함을 시사한다. 초기 탐사에는 가이거 계수기나 섬광 계수기 같은 휴대용 장비가 사용되었으며, 기술 발전에 따라 항공기를 이용한 방사선 측정 방법이 도입되었다.

특히 항공 감마선 분광법은 현재 우라늄 탐사의 주요 기술 중 하나로, 지질 조사나 광물 탐사뿐만 아니라 환경 모니터링에도 활용되고 있다. 이는 탐사 단계에서부터 방사선 준위 등을 측정하여 환경에 미치는 영향을 평가하는 데 사용될 수 있음을 의미한다.

우라늄 채굴 및 관련 산업은 방사성 물질 노출로 인한 건강 문제와 광산 운영 및 폐기물 처리 과정에서의 환경 오염 문제를 야기할 수 있으며, 이에 대한 구체적인 내용은 하위 섹션에서 자세히 다룬다.

7.1. 건강 위험

우라늄 광석은 라돈 가스를 방출한다. 라돈에 과다 노출될 경우의 건강 문제는 우라늄 채굴 과정에서 특히 심각한 문제로 지적되어 왔으며, 1940년대와 1950년대에 고용된 우라늄 광부들에 대한 역학 연구에서 폐암 사망률이 유의미하게 증가한 것으로 나타났다.

라돈과 건강에 관한 최초의 주요 연구는 우라늄 채굴과 관련하여 이루어졌는데, 처음에는 보헤미아의 야히모프 지역에서, 그 다음에는 초기 냉전 시기 미국 남서부 지역에서 진행되었다. 라돈은 우라늄의 방사성 붕괴 생성물이므로, 지하 우라늄 광산은 높은 농도의 라돈을 함유할 수 있다. 1950년대 중반, 포 코너스 지역의 많은 우라늄 광부들이 높은 수준의 라돈 노출로 인해 폐암 및 기타 질병에 걸렸다. 특히 나바호족과 몰몬교 신자 광부들(일반적으로 폐암 발병률이 낮은 편임) 사이에서 폐암 발병률의 증가가 두드러졌다. 이는 부분적으로 몰몬교의 금연 종교적 금지 때문이기도 하다. 당시에는 비싼 환기를 요구하는 안전 기준이 널리 시행되거나 감시되지 않았다. 라돈 노출은 석면에 노출되지 않은 비흡연자에게 폐암의 주요 원인이 되지만, 흡연과 라돈 노출을 함께 겪을 경우 각 유해 물질의 위험성을 합한 것보다 위험성이 더 커진다는 증거가 있다.

우라늄 광부 연구에서, 공기 1리터당 50~150 피코큐리(2000~6000 Bq/m³)의 라돈에 약 10년 동안 노출된 작업자들은 폐암 발생 빈도가 증가한 것으로 나타났다. 50 WLM(Working Level Month) 미만의 누적 노출 후에도 폐암 사망률의 통계적으로 유의미한 초과가 나타났다. 연구 결과 간에 설명되지 않는 차이(이질성)가 존재한다(신뢰 구간이 항상 겹치지 않음). 라돈 관련 폐암 위험 증가의 크기는 연구마다 10배 이상 차이가 났다.

그 이후로 환기 및 기타 조치를 통해 계속 운영되는 대부분의 영향을 받는 광산에서 라돈 수치를 줄여왔다. 최근 몇 년 동안, 우라늄 광부의 연평균 노출량은 일부 가정에서 흡입되는 농도와 유사한 수준으로 감소했다. 이는 라돈으로 인한 직업 관련 암의 위험을 줄였지만, 여전히 현재 영향을 받는 광산에서 일하는 사람들과 과거에 고용되었던 사람들에게는 문제가 되고 있다. 오늘날 광부의 과도한 위험을 감지할 수 있는 능력은 낮을 가능성이 높으며, 노출량은 초기 채굴 연도보다 훨씬 적다. 석탄 채굴은 다른 건강 위험 외에도 광부들을 라돈에 노출시킬 수 있는데, 이는 우라늄(및 그 붕괴 생성물인 라돈)이 종종 석탄 매장지에서 발견되며 공기보다 밀도가 높은 라돈이 지하에 축적될 수 있기 때문이다.

미국에서는 방사선 노출 보상법(Radiation Exposure Compensation Act, RECA)에 따라 방사선 노출과 관련된 다양한 건강 문제로 고통받는 사람 또는 그 유족에게 보상을 제공한다. 우라늄 광부, 우라늄 제련소 작업자, 우라늄 운송 작업자가 이 제도에 따라 보상을 받았다.

나바호족과 우라늄 채굴 문제와 같이, 우라늄 광산 부지 정화 노력에도 불구하고, 우라늄 개발의 유산으로 인한 심각한 문제들이 여전히 나바호 네이션 영토와 유타, 콜로라도, 뉴멕시코, 애리조나 주에서 오늘날까지 존재한다. 수백 개의 버려진 광산은 정화되지 않아 많은 지역 사회에 환경 및 건강 위험을 초래하고 있다. 2007년 10월 미국 하원 감독 및 정부 개혁 위원회의 요청에 따라, 미국 환경 보호청(EPA)은 나바호 네이션과 협의하여 인디언 관리국(BIA), 원자력 규제 위원회(NRC), 미국 에너지부(DOE), 인디언 보건 서비스(IHS)와 함께 우라늄 오염 문제를 해결하기 위한 5개년 계획을 수립했다. 뉴멕시코 주에서도 유사한 부처 간 협력 노력이 시작되고 있다.

1978년, 의회는 남서부 전역의 22개 비활성 광석 처리 부지의 정화를 돕기 위해 설계된 우라늄 제련소 찌꺼기 방사선 통제법(Uranium Mill Tailings Radiation Control Act, UMTRCA)을 통과시켰다. 여기에는 총 4천만 입방 야드의 저준위 방사성 물질을 포함하는 찌꺼기 처리를 위한 19개의 폐기장 건설도 포함되었다. 이 법의 Title I은 EPA가 자원 보존 및 회수법과 일치하는 환경 보호 기준, 지하수 보호 제한 등을 설정하도록 요구했으며, 미국 에너지부가 EPA 기준을 시행하고 일부 부지에 대한 영구 관리를 제공하도록, 그리고 원자력 규제 위원회가 정화를 검토하고 영구 관리를 위해 주 또는 DOE에 부지 사용을 허가하도록 요구했다. Title I은 연방 정부와 주 정부가 공동으로 자금을 지원하는 우라늄 제련소 구제 조치 프로그램을 설립했다. 법의 Title I은 또한 22개의 비활성 우라늄 제련소 부지를 복구하도록 지정하여 UMTRCA Title I 보관소에 4천만 입방 야드의 저준위 방사성 물질을 격리했다. 환경 보호청은 14개 서부 주에서 우라늄 생산이 기록된 4,000개의 광산과 우라늄이 존재하는 15,000개의 다른 장소가 있다고 추정하며, 대부분은 포 코너스 지역과 와이오밍에서 발견된다.

7.2. 환경 문제

우라늄 광산 부지 정화 노력에도 불구하고, 우라늄 개발의 유산으로 인한 심각한 문제들이 나바호 네이션 영토와 유타, 콜로라도, 뉴멕시코, 애리조나 주에서 오늘날까지 존재한다. 수백 개의 버려진 광산은 정화되지 않아 많은 지역 사회에 환경 및 건강 위험을 초래하고 있다.

이에 2007년 10월, 미국 환경 보호청(EPA)은 미국 하원 감독 및 정부 개혁 위원회의 요청에 따라 나바호 네이션과 협의하여 인디언 관리국(BIA), 원자력 규제 위원회(NRC), 미국 에너지부(DOE), 인디언 보건 서비스(IHS)와 함께 우라늄 오염 문제를 해결하기 위한 5개년 계획을 수립했다. 뉴멕시코 주에서도 유사한 부처 간 협력 노력이 시작되고 있다.

앞서 1978년, 미국 의회는 남서부 전역의 22개 비활성 광석 처리 부지의 정화를 돕기 위해 설계된 우라늄 제련소 찌꺼기 방사선 통제법(UMTRCA)을 통과시킨 바 있다. 이 법은 총 40의 저준위 방사성 물질을 포함하는 찌꺼기 처리를 위한 19개의 폐기장 건설로 이어졌다. 환경 보호청은 14개 서부 주에서 우라늄 생산이 기록된 4,000개의 광산과 우라늄이 존재하는 15,000개의 다른 장소가 있다고 추정하며, 대부분은 포 코너스 지역과 와이오밍에서 발견된다.

우라늄 제련소 찌꺼기 방사선 통제법(UMTRCA)은 1954년 원자력법을 수정한 미국의 환경법으로, 미국 환경 보호청에 우라늄 제련소 찌꺼기의 안정화, 환경 정화, 처리에 대한 건강 및 환경 기준을 설정할 권한을 부여했다. 이 법의 제목 1은 EPA가 자원 보존 및 회수법과 일치하는 환경 보호 기준, 지하수 보호 제한 등을 설정하도록 요구했다. 또한 미국 에너지부가 EPA 기준을 시행하고 일부 부지에 대한 영구 관리를 제공하며, 원자력 규제 위원회가 정화를 검토하고 영구 관리를 위해 주 또는 DOE에 부지 사용을 허가하도록 규정했다. 제목 1은 연방 정부와 주 정부가 공동으로 자금을 지원하는 우라늄 제련소 구제 조치 프로그램을 설립했으며, 22개의 비활성 우라늄 제련소 부지를 복구하도록 지정하여 UMTRCA 제목 1 보관소에 40의 저준위 방사성 물질을 격리했다.

8. 미래 전망

우라늄 광업의 미래는 원자력 발전의 동향과 밀접하게 연관되어 있으며, 수요와 공급 양측에서 다양한 요인들이 복합적으로 작용할 것으로 전망된다.

세계적인 에너지 수요 증가와 탄소 중립 목표 달성 노력 속에서 원자력 발전의 역할이 재조명됨에 따라, 신규 원전 건설 및 가동 연한 연장 등으로 우라늄 수요가 증가할 가능성이 있다. 그러나 재생 가능 에너지 기술의 발전, 원자력 안전 문제, 그리고 각국의 원자력 정책 변화(예: 후쿠시마 원자력 사고 이후 일부 국가의 탈원전 정책) 등은 우라늄 수요 예측의 불확실성을 높이는 요인이다.

공급 측면에서는, 경제협력개발기구(OECD) 등의 기관에 따르면 현재 확인된 우라늄 매장량만으로도 상당 기간(최소 100년 이상) 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 평가된다. 우라늄 가격 상승은 추가 탐사와 저품위 광상 개발을 촉진하여 공급 잠재력을 더욱 확대할 수 있으며, 핵무기 해체 등에서 나오는 2차 공급원도 여전히 중요한 역할을 한다.

장기적으로 기술 발전은 우라늄 공급의 지속 가능성을 높이는 핵심 요소이다. 사용후 핵연료 재처리, 우라늄 이용 효율을 극대화하는 증식로, 막대한 양의 해수 우라늄 추출 기술, 그리고 토륨 활용 등은 미래 공급 안정성을 확보할 잠재력을 지닌다.

일각의 '피크 우라늄' 가설에도 불구하고, 다수의 전문가는 이러한 기술 발전과 잠재 자원을 고려할 때 향후 수 세기 동안 우라늄 공급에 큰 문제가 없을 것으로 전망한다. 설령 우라늄 가격이 상승하더라도, 전체 원자력 발전 비용에서 연료비 비중이 상대적으로 낮아 발전 비용에 미치는 영향은 제한적일 수 있다.

8.1. 수요 전망

2021년 1월 기준으로 세계 연간 상업용 원자로 관련 우라늄 수요는 약 60100ton에 달했다. 세계적으로 원자력 발전 용량이 증가함에 따라 우라늄 수요도 함께 증가할 것으로 전망된다.

카메코 코퍼레이션(Cameco Corporation)에 따르면, 우라늄 수요는 원자력 발전소에서 생산되는 전력량과 직접적으로 관련이 있다. 원자로 용량은 점진적으로 증가하고 있으며, 원자로는 더 높은 설비 이용률과 출력 수준으로 운영되어 생산성이 향상되고 있다. 이렇게 향상된 원자로 성능은 더 많은 우라늄 소비로 이어진다. 예를 들어, 1000 메가와트(MWe)의 전기 발전 용량을 가진 원자력 발전소는 연간 약 200ton의 천연 우라늄을 필요로 한다. 미국은 평균 발전 용량이 950 MWe인 103기의 원자로를 가동했으며, 2005년에는 22000ton 이상의 천연 우라늄을 소비했다.

모든 국가가 자체적인 우라늄 수요를 충족할 만큼 충분한 자원을 보유하고 있지는 않다. 따라서 일부 국가는 다른 나라로부터 우라늄 광석을 수입해야 한다. 예를 들어, 미국의 원자력 발전소 소유주들은 2006년에 약 30400ton의 천연 우라늄을 구매했는데, 이 중 84%에 해당하는 약 25400ton이 외국 공급업체로부터 수입된 것이었다.

한편, 기술 발전은 우라늄 수요에 영향을 미치기도 한다. 2000년대에 가스 원심분리기 기술이 발전하여 기존의 기체 확산 공장을 대체하면서, 더 저렴한 분리 작업 단위(SWU) 비용으로 동일한 양의 천연 우라늄에서 더 많은 농축 우라늄을 경제적으로 생산할 수 있게 되었다. 이는 열화 우라늄 꼬리 부분을 재농축하는 방식으로 이루어지며, 결과적으로 천연 우라늄에 대한 수요를 다소 감소시키는 효과를 가져왔다.

원자력 발전소 건설에는 오랜 시간이 소요되고, 핵연료 재장전은 예측 가능한 간격으로 이루어지기 때문에 우라늄 수요는 단기적으로 비교적 예측 가능하다. 또한 원자력 발전은 고정 비용 대비 변동 비용 비율이 높아 단기적인 경기 변동에 덜 민감하다. 즉, 이미 건설된 발전소를 가동하는 한계 비용이 자본 비용에 비해 매우 낮으므로 경제적인 이유만으로 가동을 중단하는 경우는 드물다.

그러나 원자력 정책의 변화는 단기적인 수요 변동을 유발할 수 있다. 예를 들어, 독일에서는 게르하르트 슈뢰더 정부(1998–2005) 시기에 결정된 원자력 발전 폐지 정책이 제2차 메르켈 내각(2009–2013) 동안 번복되었다가, 후쿠시마 원자력 사고 이후 다시 폐지 방향으로 선회하면서 여러 독일 원자력 발전소가 일시적으로 가동을 중단하는 일이 발생했다. 이러한 정책 변화는 우라늄 수요 예측에 불확실성을 더하는 요인이 된다.

참고로, 우라늄은 해수에도 포함되어 있지만 현재의 우라늄 시장 가격으로는 경제성을 확보하기 어렵다. 해수에서 우라늄을 회수하는 비용을 현재보다 3~6배 낮춰야 경제성을 가질 수 있을 것으로 평가된다.

8.2. 공급 전망

현재 확인된 우라늄 매장량은 상당 기간 동안 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 예상된다. 경제협력개발기구(OECD) 산하 국제원자력기구(IAEA)와 원자력 기구(NEA)는 2017년 기준으로 130USD/kg 미만으로 회수 가능한 확인된 우라늄 매장량을 6.14으로 추정했으며, 이는 당시 소비율 기준으로 130년 이상 공급 가능한 양이다. 260USD/kg 미만 가격으로는 7.99이 확인되었다. 세계 원자력 협회(WNA)는 현재 측정된 자원(4.7~5.5)으로 현재 소비율(연간 약 66500ton) 기준 약 70~80년, OECD 등 다른 기관들은 현재의 경수로와 일회용 핵연료 주기를 기준으로 알려진 자원만으로도 최소 100년 동안 공급이 가능하다고 본다.

우라늄 공급량은 여러 요인에 따라 유동적이다. 추가적인 탐사와 우라늄 가격 상승은 경제성 있는 자원의 양을 크게 늘릴 수 있다. 과거 금속 광물 사례를 보면, 가격이 두 배 상승할 경우 측정된 자원은 시간이 지남에 따라 약 10배 증가할 수 있으며, 가격이 10배 증가하면 경제성 있는 저품위 광석의 가용량은 300배 증가한다는 분석도 있다. 또한, 핵무기 해체나 기존 재고 등에서 나오는 2차 공급원도 중요한 역할을 해왔다. 1990년대에는 이러한 2차 공급원이 신규 채굴 우라늄 수요의 상당 부분을 대체했으며, 2017년에도 전체 수요의 약 7%를 충족했다.

기술 발전은 우라늄 공급 전망을 더욱 밝게 한다.
* [[핵연료 재처리|재처리]]: 사용후 핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 회수하여 다시 연료로 사용하는 기술이다. 이를 통해 우라늄 자원의 활용률을 높일 수 있으며, 프랑스, 러시아, 일본 등에서 산업 규모로 시행 중이다. 다만 현재 우라늄 가격 수준에서는 신규 우라늄 채굴에 비해 경제성이 떨어질 수 있다.
* [[증식로]]: 소비하는 핵연료보다 더 많은 핵연료(주로 우라늄-238을 플루토늄-239로 변환)를 생산하는 원자로이다. 고속 증식로는 우라늄 자원의 활용률을 약 100배까지 높여 사실상 핵에너지를 지속 가능한 에너지로 만들 잠재력을 지닌다. 높은 비용과 기술적 어려움으로 상용화는 더디지만, 러시아(BN-800)와 중국(CFR-600) 등에서 개발 및 운용 노력이 지속되고 있다.
* [[해수]] 추출: 바닷물에는 약 4이라는 막대한 양의 우라늄이 녹아 있으며, 이는 육상 자원을 모두 합친 것보다 훨씬 많은 양이다. 현재 기술로는 추출 비용이 300USD/kg 수준으로 경제성이 낮지만, 오크리지 국립 연구소(ORNL)에서 개발한 HiCap과 같은 새로운 흡착 기술 등 지속적인 연구 개발을 통해 경제성 확보 가능성이 제기되고 있다. 만약 해수에서 우라늄을 경제적으로 추출할 수 있게 된다면, 우라늄은 고갈되지 않는 자원이 될 수 있다.
* [[토륨 연료 주기|토륨 활용]]: 우라늄보다 3~4배 풍부한 토륨을 핵연료로 사용하는 기술이다. 토륨-232를 핵분열성 우라늄-233으로 변환하여 연료로 사용하며, 초우라늄 원소 발생량이 적다는 장점이 있다. 하지만 연료 분리 및 재처리 등 기술적 과제가 남아있다.

일각에서는 우라늄 생산량이 정점을 찍고 감소할 것이라는 '피크 우라늄' 가설을 제기하기도 한다. 그러나 다수의 전문가 및 기관들은 막대한 저품위 광석과 해수 우라늄의 잠재력, 재처리 및 증식로와 같은 기술 발전을 고려할 때, 향후 수 세기 동안 우라늄 공급에는 큰 문제가 없을 것으로 전망한다. 버나드 코헨과 같은 물리학자는 증식로와 해수 추출 기술이 결합되면 인류는 수십억 년 동안 사용할 수 있는 에너지를 확보할 수 있다고 주장하기도 했다. 설령 우라늄 가격이 상승하더라도, 원자력 발전 비용에서 우라늄 연료비가 차지하는 비중은 상대적으로 낮기 때문에( 약 9%), 발전 비용에 미치는 영향은 제한적일 수 있다. 또한 토륨이라는 대체 핵연료 자원도 존재한다.