핵연료 주기

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1. 개요

핵연료 주기는 우라늄 광석 채굴부터 핵연료 제조, 사용, 폐기까지의 전 과정을 의미한다. 이 과정은 크게 프런트엔드, 서비스 기간, 백엔드 단계로 나뉘며, 탐사, 채광, 정련, 변환, 농축, 성형 및 가공 단계를 거쳐 핵연료가 생산된다. 서비스 기간에는 핵물질 수송과 원자로 노심 내 관리가 이루어지며, 사용 후 핵연료는 임시 보관, 재처리, 폐기물 처리 과정을 거친다. 핵연료 주기는 핵연료의 처리 방식에 따라 개방형, 닫힌, 마이너 악티나이드 재활용, 토륨 연료 주기 등으로 구분된다. 대한민국은 핵연료 주기 중 성형 가공을 제외한 전 과정을 해외에 의존하고 있으며, 사용 후 핵연료에 대한 정책 수립이 필요한 상황이다.

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핵연료 주기
개요
정의	사용후 핵연료를 포함한 핵연료의 전체 수명 주기를 의미한다. 핵분열성 물질을 포함하는 연료 준비부터 사용후 핵연료의 처리, 저장, 재처리를 포함한다.
목적	안전하고 효율적인 에너지 생산, 핵확산 방지, 환경 보호를 목표로 한다.
중요성	지속 가능한 핵에너지 사용을 위한 필수적인 요소이다.
핵연료 주기의 단계
1단계. 채광	우라늄 광석을 채굴한다.
2단계. 정련	우라늄 광석을 정련하여 옐로케이크 (우라늄)를 생산한다.
3단계. 변환	옐로케이크를 육불화 우라늄 (UF6)으로 변환한다.
4단계. 농축	UF6에서 우라늄-235의 농도를 높인다.
5단계. 연료 제조	농축된 우라늄을 핵연료 형태로 가공한다.
6단계. 사용	핵연료를 원자력 발전소에서 사용하여 에너지를 생산한다.
7단계. 임시 저장	사용후 핵연료를 안전하게 임시 저장한다.
8단계. 최종 처분	사용후 핵연료를 영구적으로 처분하거나 재처리한다.
개방형 핵연료 주기 (직접 처분)
특징	사용후 핵연료를 재처리하지 않고 직접 처분한다.
장점	초기 투자 비용이 적고 기술적 복잡성이 낮다.
단점	사용후 핵연료 내 유용한 자원을 활용하지 못하고, 장기적인 저장 및 처분 부담이 크다.
폐쇄형 핵연료 주기 (재처리)
특징	사용후 핵연료를 재처리하여 우라늄과 플루토늄을 회수하고 재사용한다.
장점	핵연료 자원의 효율성을 높이고, 방사성 폐기물의 양과 부피를 줄일 수 있다.
단점	재처리 과정에서 핵확산의 위험이 있고, 기술적 복잡성과 높은 비용이 요구된다.
주요 고려 사항
안전	모든 단계에서 방사성 물질의 안전한 관리와 사고 예방이 중요하다.
경제성	핵연료 주기의 각 단계별 비용 효율성을 고려해야 한다.
핵확산 방지	핵무기 개발에 사용될 수 있는 물질의 통제가 필수적이다.
환경	환경 오염을 최소화하고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축해야 한다.
폐기물 관리	방사성 폐기물의 안전한 처리 및 처분 방안을 마련해야 한다.
미래 전망
차세대 원자로	핵연료 효율성을 높이고 폐기물 발생량을 줄이는 차세대 원자로 개발이 진행 중이다.
재처리 기술	더욱 안전하고 효율적인 재처리 기술 개발이 중요해지고 있다.
폐기물 처리 기술	방사성 폐기물의 부피를 줄이고 안전성을 높이는 기술 개발이 필요하다.
국제 협력	핵연료 주기의 안전성과 투명성을 강화하기 위한 국제 협력이 중요하다.

2. 프런트엔드

핵연료 주기의 프런트엔드는 우라늄 광석 채굴에서부터 시작하여 원자로에서 사용 가능한 핵연료를 제조하는 과정까지를 포함한다. 이 과정은 여러 단계를 거치며, 각 단계는 핵연료의 효율성과 안전성을 확보하는 데 중요한 역할을 한다.

1. 채광 및 정련: 땅속에서 채굴된 우라늄 광석은 제분 과정을 거쳐 옐로케이크(우라늄 정광) 형태로 가공된다.^[3] 옐로케이크는 U₃O₈ 형태로, 우라늄 시장에서 거래되는 상품이다.

2. 변환: 옐로케이크는 대부분의 농축 공정에 사용되는 육불화 우라늄(UF₆)으로 변환된다.^[74] 육불화 우라늄은 64.02°C에서 기화하는 성질을 가지고 있어 농축 과정에 용이하다. CANDU 원자로와 같이 천연 우라늄을 사용하는 경우에는 세라믹 형태의 우라늄 산화물(UO₂)로 변환되기도 한다.^[74]

3. 농축: 경수로에서 핵 연쇄 반응을 유지하기 위해서는 천연 우라늄에 포함된 U²³⁵의 비율이 낮기 때문에, U²³⁵의 비율을 높이는 농축 과정이 필요하다. 일반적인 경수로에서는 약 3.5% U²³⁵로 농축된 우라늄을 사용한다.^[9] 주로 기체 확산법과 원심분리법이 사용되며, 레이저를 이용한 농축 방식도 개발 중에 있다.

4. 성형 및 가공: 농축된 육불화 우라늄은 이산화 우라늄(UO₂) 분말로 변환된 후, 고온에서 구워져 단단한 세라믹 핵연료 펠릿 형태로 만들어진다.^[76] 이 펠릿은 정밀 가공을 거쳐 균일한 크기를 갖게 되며, 부식 방지 금속 튜브(연료봉)에 채워진다. 완성된 연료봉은 특수한 연료 집합체로 묶여 원자로의 핵연료 노심을 구성하는 데 사용된다.^[76]

대한민국은 핵확산 금지 조약(NPT)을 준수하며, 국제원자력기구(IAEA)의 엄격한 통제 아래 평화적 목적의 핵연료 농축 기술을 개발하고 있다. 또한, 핵연료 가공 기술 자립화를 통해 안정적인 핵연료 공급을 확보하고 있다.

2. 1. 탐사

지구물리학적 기술을 이용하여 우라늄 광맥을 탐사하고 평가한다.^[74] 자연 상태의 우라늄은 주로 U²³⁵와 U²³⁸ 두 가지 동위 원소로 구성된다. 이 숫자들은 각 동위 원소의 원자량을 나타내거나, 원자핵 속 양성자와 중성자 개수를 합한 값이다. 천연 우라늄은 대략 99.28%의 U²³⁸과 0.71%의 U²³⁵로 구성된다. 우라늄-235는 자유 중성자와 충돌 시 거의 항상 분열되지만, 우라늄-238은 중성자를 흡수하고 우라늄-239로 변환된다. 이 우라늄-239는 자연적 방사능 붕괴를 통해 플루토늄-239로 변하는데, 이 플루토늄은 우라늄-235와 마찬가지로 분열되는 특징을 지닌다.

2. 2. 채광

우라늄 광석은 다른 금속을 채광하는 것과 비슷하게 노천 채광 및 지하 채광 방식으로 추출한다. 미국에서는 현장 용출 채광 방식도 우라늄 채광에 사용된다. 이 기술은 정기적으로 간격을 둔 우물 배열을 통해 제자리에 있는 광석에서 우라늄을 용출시킨 다음, 지상 플랜트에서 용출액으로부터 회수하는 방식이다.^[74] 미국의 우라늄 광석은 일반적으로 약 0.05~0.3%의 산화 우라늄(U₃O₈)을 함유하고 있다. 다른 국가에서 개발된 일부 우라늄 매장량은 등급이 더 높고 미국에서 채굴된 매장량보다 크기도 하다.^[74] 우라늄은 일부 국내 인산염 함유 매장량에서도 매우 낮은 농도(100만 분의 50~200)로 존재하는데, 이들은 해양 기원이다.^[74]

2. 3. 정련

채굴된 우라늄 광물은 일반적으로 제분 과정을 거쳐 균일한 크기의 가루가 된 후, 화학적 여과 과정을 거친다. 이 과정을 통해 우라늄 광석은 노란색 가루 형태인 우라늄정광(옐로케이크)로 변환되며, 우라늄 광석 시장에서 거래된다.^[3]

우라늄은 땅에서 채굴될 때 파운드당 사용할 수 있는 순수한 우라늄이 충분하지 않다. 밀링(Milling) 과정은 핵연료 주기에서 사용 가능한 우라늄을 나머지 물질, 즉 광미에서 추출하는 방법이다. 밀링 공정을 시작하기 위해 광석은 물과 함께 고운 먼지로 갈리거나, 물 없이 분쇄된다.^[3]

물리적 처리 후에는 산을 사용한 화학적 처리 과정이 시작된다. 사용되는 산에는 염산과 아질산이 있지만, 가장 흔한 산은 황산이다. 광석 구성 물질이 산에 특히 강할 경우, 알칼리를 대신 사용하기도 한다.^[4] 화학적 처리 후 우라늄 입자는 용액에 용해되며, 이 용액은 고체 잔여물로부터 우라늄을 포함하는 액체를 분리하기 위해 여과된다. 원치 않는 고체는 광미로 폐기된다.^[5]

용액에서 광미를 제거한 후, 용매 추출 또는 이온 교환의 두 가지 방법 중 하나를 사용하여 우라늄을 나머지 액체 용액에서 추출한다. 용매 추출에서는 용매를 용액에 혼합하여 용해된 우라늄이 용매에 결합하여 위로 뜨게 하고, 다른 용해된 물질은 혼합물에 남긴다. 이온 교환 과정에서는 다른 물질을 용액에 혼합하고 우라늄이 이에 결합하게 한다. 여과 후 물질을 걸러내고 씻어낸다.^[3] 용액은 이 여과 과정을 반복하여 가능한 한 많은 사용 가능한 우라늄을 추출한다. 여과된 우라늄은 U₃O₈ 우라늄으로 건조된다.

밀링 과정은 일반적으로 천연 우라늄으로 구성된 건조 분말 형태의 물질인 "옐로케이크"를 생산하며, 이는 U₃O₈로 우라늄 시장에서 판매된다. 이 물질은 항상 노란색인 것은 아니다.

2. 4. 변환

옐로케이크는 대다수 농축 공정에 쓰이는 육불화 우라늄(UF₆)으로 전환된다. 육불화 우라늄 고체는 64.02°C, 1137.5 mmhg에서 기화한다. 또한 CANDU와 같이 천연우라늄을 사용하는 원자로에서 사용하기 위해 세라믹 형태의 우라늄 산화물(UO₂)로 전환되지만, 육불화 우라늄에 비해 전환되는 양이 적다.^[74]

일반적으로 제련된 산화 우라늄, U₃O₈ (삼산화 우라늄)은 의도된 사용에 따라 두 가지 물질 중 하나로 가공된다.

대부분의 원자로에서 사용하기 위해 U₃O₈은 일반적으로 대부분의 상업용 우라늄 농축 시설의 투입 원료인 육불화 우라늄(UF₆)으로 변환된다. 실온에서 고체인 육불화 우라늄은 57°C에서 기체가 된다. 이 주기의 단계에서 육불화 우라늄 변환 생성물은 여전히 자연 동위원소 혼합물(99.28% U-238 및 0.71% U-235)을 가지고 있다.

산화 우라늄을 사용 가능한 형태인 이산화 우라늄과 육불화 우라늄으로 변환하는 방법에는 습식 방식과 건식 방식 두 가지가 있다. 습식 방식에서는 옐로케이크를 질산에 용해한 다음 인산 트리부틸을 사용하여 추출한다. 생성된 혼합물을 건조 및 세척하여 삼산화 우라늄을 얻는다.^[6] 그런 다음 삼산화 우라늄을 순수 수소와 혼합하여 이산화 우라늄과 일산화이수소 또는 물을 생성한다. 그 후 이산화 우라늄을 4부분의 불화수소와 혼합하여 더 많은 물과 사불화 우라늄을 얻는다. 마지막으로, 혼합물에 더 많은 불화물을 추가하여 육불화 우라늄 최종 생성물을 만든다.^[7]

농축 연료를 필요로 하지 않는 CANDU와 같은 원자로에서 사용하기 위해 U₃O₈은 대신 세라믹 연료 요소에 포함될 수 있는 이산화 우라늄(UO₂)으로 변환될 수 있다.

현재의 원자력 산업에서 UO₂로 직접 변환되는 물질의 양은 일반적으로 UF₆으로 변환되는 양에 비해 상당히 적다.

2. 5. 농축

경수로에서 핵 연쇄 반응을 유지하려면 천연 U-235의 양이 부족하므로, U-235 비율을 높이는 농축 과정이 필요하다. 일반적인 경수로에서는 약 3.5% U-235로 농축된 우라늄을 사용하지만, 고객 요청에 따라 농축 정도는 달라질 수 있다.

주로 기체 확산법과 원심분리법을 사용하여 우라늄을 농축하며, 레이저를 이용한 농축 방식도 개발되고 있다. 그 밖에도 여러 가지 다른 농축 방식들이 연구 및 개발 중에 있다.

농축 과정에서 발생하는 부산물의 대부분(96%)은 열화 우라늄이다. 열화 우라늄은 장갑, 운동 에너지 관통자, 방사선 차폐, 평형재 등으로 사용되지만, 상당량은 창고에 보관되고 있다. 미국 에너지부는 약 47만 톤의 열화 우라늄을 보유하고 있으며^[75], 이 중 약 95%는 육불화 우라늄(UF₆) 형태로 저장된다.^[8]

대한민국은 핵확산 금지 조약(NPT)을 준수하며, 국제원자력기구(IAEA)의 엄격한 통제 아래 평화적 목적의 핵연료 농축 기술을 개발하고 있다.

2. 6. 성형 및 가공

농축된 육불화 우라늄은 핵연료로 사용하기 위해 이산화 우라늄(UO₂) 분말로 변환된다. 이 분말은 고온의 소결 가마에서 구워져 단단한 세라믹 농축 우라늄 펠릿 형태로 만들어진다.^[76] 원통형 펠릿은 균일한 크기를 갖도록 연삭 과정을 거친다.^[9] 이렇게 만들어진 펠릿은 원자로 노심 설계에 따라 부식 방지 금속 합금 튜브에 쌓는다. 이 튜브는 연료 펠릿을 담기 위해 밀봉되며, 이를 연료봉이라고 부른다. 완성된 연료봉은 특수한 연료 집합체로 묶여 원자로의 핵연료 노심을 구성하는 데 사용된다.^[76]

튜브에 사용되는 합금은 원자로 설계에 따라 다르다. 과거에는 스테인리스강이 사용되었지만, 현재 대부분의 원자로는 지르코늄 합금을 사용한다. 비등수형 원자로(BWR)와 가압수형 원자로(PWR)의 경우, 연료봉은 정확한 간격을 두고 묶음으로 조립된다. 이 묶음에는 제조부터 사용 및 폐기까지 추적할 수 있도록 고유 식별 번호가 부여된다.^[9]

대한민국은 핵연료 가공 기술 자립화를 통해 안정적인 핵연료 공급을 확보하고 있다.

3. 서비스 기간

핵연료는 원자로 내에서 사용되는 동안 여러 단계를 거친다. 핵연료 주기에 사용되는 방사성 동위원소는 대부분 우라늄-235(U²³⁵), 우라늄-238(U²³⁸), 플루토늄-239(Pu²³⁹)이다. 토륨도 보조 감속재로 쓰이는데, 지각에 우라늄보다 3배(U²³⁵의 550배) 많이 존재하지만 탐사가 부족하여 생산량이 적다. 토륨은 특히 인도에서 많이 분포한다.^[74]

중수로와 흑연감속 원자로는 천연 우라늄을 사용하지만, 전 세계 대부분의 원자로는 농축 우라늄을 사용한다. 일반적인 발전용 원자로는 U²³⁵ 5%, U²³⁸ 95%의 농축 우라늄을 사용하지만, 선박용 원자로는 약 93%의 U²³⁵를 사용한다.

핵융합에 사용되는 수소 동위원소는 일반적으로 핵연료로 취급하지 않는다.

3. 1. 핵물질 수송

핵연료 주기 각 단계별로 핵물질을 안전하게 운반하는 것은 필수적이다. 원자력 발전소와 우라늄 광산, 그리고 여러 공정 시설들이 세계 곳곳에 퍼져 있기 때문이다. 기체 상태로 수송하는 육불화 우라늄(UF₆)을 제외하고 대부분 고체 상태로 수송되며, 국제적으로 장거리를 이동하는 경우가 많다. 핵물질은 일반적으로 전문 운송 회사가 수송한다.^[10]

몇몇 핵물질은 방사성을 띠고 있어 운송 중 주변 지역과 장비가 방사선에 노출될 수 있다. 따라서 잠재적 오염을 방지하기 위해 방사선 차폐물을 사용한다. 예를 들어 천연 우라늄 연료집합체는 방사성 수치가 낮아 차폐물이 필요 없지만, 사용후 연료나 고준위 폐기물은 방사성 수치가 높아 특별 취급이 필요하다. 방사선 수치가 높은 핵물질 수송에는 특별한 컨테이너가 사용되는데, 이 컨테이너는 일반 상태나 극한 상태에서도 핵물질을 안전하게 유지하도록 설계되어 있다.^[10]

운송 용기는 설계, 재료, 크기 및 목적에 따라 다르지만, 일반적으로 누출을 방지하기 위해 끝을 밀봉한 스테인리스강 또는 콘크리트로 만들어진 긴 튜브 형태이다. 종종 용기 쉘에는 납과 같은 방사선 방지 재료 층이 하나 이상 포함된다. 튜브 내부는 운송되는 물질에 따라 달라진다. 예를 들어, 고갈되거나 사용하지 않은 연료봉을 운송하는 용기에는 봉을 분리하는 슬리브가 있는 반면, 육불화 우라늄을 운송하는 용기에는 일반적으로 내부 구조가 없다. 물질의 목적과 방사능에 따라 일부 용기에는 환기 시스템, 열 보호, 충격 보호 및 경로와 화물에 더 특정한 기타 기능이 있다.^[11]

대한민국은 우라늄 광석 채굴 및 정련은 하지 않지만, 우라늄 농축, 핵연료 가공, 사용후 핵연료 재처리, 방사성 폐기물 보관 및 저준위 방사성 폐기물 매립 처리를 하고 있다. 농축, 핵연료 가공, 사용후 핵연료 재처리는 국내 수요를 충족시키지 못해 대부분 해외에 의존하고 있으며, 고준위 방사성 폐기물 지층 처분 장소는 공모 중이다.

3. 2. 노심 내 관리

원자로 노심에는 수백 개의 연료 집합체가 규칙적으로 배열되어 있으며, 각 집합체는 연료봉 또는 제어봉으로 구성된다. 대부분의 원자로에서는 감속재와 냉각재로 물을 사용한다.

핵분열 과정에서 연료가 소모됨에 따라, 오래된 연료봉은 주기적으로 새 연료봉으로 교체해야 한다. 이를 (교체) 주기라고 부른다. 주어진 교체 주기 동안 노심 내에서 연료 소모가 다르게 발생하기 때문에, 일반적으로 전체 연료 집합체의 3분의 1 정도만 교체된다. 또한, 효율성을 위해 새 연료 집합체를 제거된 집합체의 위치에 그대로 배치하지 않는다. 같은 시기에 만들어진 연료 집합체라도 노심 내 이전 위치에 따라 연소율이 다르기 때문이다.^[1]

따라서 원자로 운영자는 안전 제한 및 운영 제약 조건을 만족하면서 핵연료의 효율을 최대화 할 수 있도록, 사용 가능한 모든 연료 집합체(오래된 집합체와 새로운 집합체)를 재배치하여 원자로 노심의 반응도를 최적화해야 한다. 이를 '''최적 연료 재장전 문제'''라고 한다.^[1]

이 문제는 이산 최적화 문제이며, 많은 수의 순열과 각 계산의 복잡성 때문에 현재의 조합론적 방법으로는 계산하기 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 수치 해석 방법이 제안되었고, 연료 관리를 위한 여러 상업용 소프트웨어 패키지가 개발되었다. 그러나 아직 명확한 해결책이 발견되지 않았기 때문에, 원자로 운영자는 계산 및 경험적 기술을 조합하여 이 문제를 해결하고 있다.^[1]

3. 2. 1. 연속 운전할 수 있는 원자로

RBMK, Magnox, CANDU와 같은 몇몇 원자로는 연료 교환을 위해 원자로를 정지시킬 필요가 없다. 이들 원자로는 가압수형 원자로와 비등수형 원자로가 하나의 압력용기를 사용하는 데 비해, 각각의 압력튜브에 연료와 냉각제가 들어가 있으며, 각각의 압력튜브는 격리되어 운전자가 조정하는 연료교환기에 의해 재교환을 하게 된다. CANDU의 경우, 약 400개의 압력튜브가 있는데, 이 중 하루에 8개의 압력튜브의 연료를 교환할 수 있다. 이들 원자로는 효율적인 연료 재장전 문제를 지속적으로 다루어, 좀 더 높은 효율성을 얻을 수는 있으나, 각각의 압력튜브에 대한 계산을 수행해야 한다. 가동 중 연료 재장전은 최적의 연료 재장전 문제를 지속적으로 처리할 수 있게 하여, 연료를 더욱 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 이러한 효율성 증가는 수백 개의 압력관과 이를 관리하는 연료 장전 기계를 갖춰야 하는 복잡성이 추가되면서 부분적으로 상쇄된다.^[1]

4. 백엔드 단계

영국, 일본 등 일부 국가에서는 사용이 끝난 핵연료를 재처리한다. 재처리를 통해 핵분열 생성물, 소수 악티니드 계열 원소, 아직 연소되지 않은 우라늄, 혼합 산화물 연료(MOX 연료) 제조에 사용되는 플루토늄을 얻을 수 있다. 현재 열 원자로에서 MOX 연료를 사용하는 플루써멀 계획은 없지만, 고속 중성자 원자로가 상용화되면 MOX 연료나 다른 악티니드 동위원소를 사용할 수 있다.

원자력 발전은 핵분열성 물질에 의존하며, 대부분의 원자로는 중성자 감속재를 사용하여 핵분열 확률을 높인다. 경수로는 핵분열성 동위원소 농도가 높은 연료를 필요로 하며, 일반적으로 U-235 3~5% 농축 우라늄을 사용한다. MOX 연료는 플루토늄을 천연 우라늄 또는 열화 우라늄과 혼합하거나, LEU를 토륨 연료 주기와 혼합하여 만들 수 있다.

원자로 내 핵반응 동안 핵연료의 핵분열성 동위원소는 소모되고, 방사성 폐기물로 간주되는 핵분열 생성물이 축적된다. 핵분열 생성물 축적과 핵분열성 동위원소 소모는 결국 핵반응을 멈추게 하여 사용후 핵연료를 만든다. 사용후 핵연료는 극도로 위험하지만, 원자로는 다른 발전소에 비해 폐기물 발생량이 적다. 이러한 원자력 발전 부산물의 안전한 관리, 특히 저장 및 처분은 원자력 사용 모든 국가에 어려운 문제이다.

핵연료 주기는 우라늄-235를 중심으로, 광석 채광부터 핵연료 가공까지의 '프런트 엔드'와 재처리 이후의 '백 엔드'로 구분된다.

경수로에서 꺼낸 사용후 핵연료에는 비핵분열성 우라늄-238, 플루토늄, 핵분열성 핵종 우라늄-235, 각종 핵분열 생성물이 포함되어 있다. 플루토늄이나 우라늄-235를 추출, 핵연료로 재사용하면 더 많은 에너지를 생산할 수 있고, 방사성 물질과 폐기물 양을 줄일 수 있다. 우라늄은 비교적 정세가 안정된 국가에 많아 에너지 안보 위험이 적지만, 핵연료 주기에서 핵연료를 유효 활용하고 장기간 사용하면 위험을 더욱 줄일 수 있다.

하지만 핵 관련 시설과 운반 증가로 인해, 특히 플루토늄 취급 시 높은 보안이 필요하다는 지적도 있다.

백 엔드 사이클은 재처리, 농축, 폐기물 관리, 매설 사업으로 나뉜다. 한국에서는 우라늄 광석 채굴 및 정련은 이루어지지 않고, 프런트 엔드에서는 우라늄 농축 및 핵연료 가공 사업, 백 엔드에서는 사용후 핵연료 재처리 및 방사성 폐기물 보관과 저준위 방사성 폐기물 매설 처리가 이루어진다. 농축, 핵연료 가공, 사용후 핵연료 재처리는 대부분 해외에 의존하며, 고준위 방사성 폐기물 지층 처분은 설치 장소를 공모 중이다.

4. 1. 임시 보관

원자로의 사이클이 끝나면, 원자로를 정지시키고 재장전을 하게 된다. 사용후핵연료는 일단 원자로 내에 보관하는데, 보통 사용후 핵연료 저장조나 원자로 건물 내에 보관한다. 이 저장조가 가득 차게 되면, 냉각된 사용후핵연료를 독립 사용후핵연료저장설비라고 불리는 모듈화된 건식저장설비에 저장하는 것을 고려할 수 있다. 사용후핵연료봉은 보통 물이나 붕산에 저장하는데, 이는 사용후핵연료봉에서 일어나는 잔여 방사능 붕괴에 따르는 열과 이온화 방사선으로부터 생태계를 격리시키는 역할을 한다.^[17] 사용후핵연료는 몇 년 동안 냉각 후 건조 보관된다.

국내에서 발생한 사용후핵연료는 각 원자력 발전소 내 등에서 보관되고 있다. 원자력 발전소 외의 중간 저장 시설로서, 리사이클 연료 저장 주식회사의 중간 저장 시설(아오모리현 무츠시)이 2013년 8월 29일에 완공되었다.^[71] 저장 능력은 약 3000톤이다.

4. 2. 재처리

몇몇 국가, 특히 영국과 일본은 핵연료를 재처리하고 있다. 재처리를 통해 분열 생성물, 소수 악티니드 계열, 그리고 아직 연소되지 않은 우라늄과 MOX 연료 제조에 사용되는 플루토늄을 얻을 수 있다.^[22] 경수로에서 꺼낸 사용후 핵연료에는 연소되지 않은 비핵분열성 우라늄-238, 생성된 플루토늄, 연소 중인 핵분열성 핵종 우라늄-235, 그리고 다양한 핵분열 생성물이 포함되어 있다. 플루토늄이나 우라늄-235를 추출하여 핵연료로 재사용하면 폐기 처분보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있다. 또한, 사용후 핵연료에서 우라늄과 플루토늄을 추출하면 방사성 물질과 폐기물 양이 감소한다. 우라늄은 비교적 정세가 안정된 국가에 매장되어 있어, 우라늄 수입 의존도가 높은 국가에서도 에너지 안보 위험이 적다. 핵연료 주기에서 핵연료를 효율적으로 활용하고 장기간 사용하면 이러한 위험을 더욱 줄일 수 있다.

원자로에서 꺼낸 사용후 연료에는 U²³⁵, U²³⁸, Pu²³⁹ 및 분열 생성물 등 방사능 물질이 포함된다. 재처리는 사용후 연료봉을 화학적으로 처리하여 우라늄과 플루토늄을 추출하는 과정이다. MOX 연료는 재처리된 우라늄, 플루토늄, 열화 우라늄을 혼합한 것으로, 대부분 원자로에서 사용하는 농축 우라늄과 유사하지만 동일하지는 않다. MOX 연료는 원자력 발전소 경수로에서 사용되는 저농축 우라늄(LEU) 연료의 대안이 될 수 있으며, 이를 활용하는 계획을 플루서멀 계획이라고 한다.

현재 유럽 발전소는 유럽과 일본에서 발생한 사용후 핵연료를 재처리하고 있다. 그러나 미국은 핵확산 위험 때문에 상업용 원자로 사용후 핵연료 재처리를 허용하지 않는다. 부시 행정부의 글로벌 핵 에너지 파트너십은 미국이 핵연료로 사용 가능하지만 핵무기로는 사용할 수 없는 방식으로 사용후 핵연료를 재처리하기 위한 국제 협력을 제안했다.

핵 관련 시설과 운반 증가로 인해, 특히 플루토늄 취급 시 높은 수준의 보안이 필요하다는 지적도 있다.

PUREX 추출물을 유리 또는 Synroc 매트릭스에 폐기하는 대신, 첨단 재처리를 통해 방사성 독성이 높은 원소를 제거할 수 있다. 분리 후, 마이너 악티나이드와 일부 장수명 핵분열 생성물은 중성자 또는 광자 조사를 통해 단수명 또는 안정 동위원소로 변환될 수 있는데, 이를 핵변환이라 한다. 분리 및 변환(P&T)의 안전성과 경제성을 입증하려면 장기적인 국제 협력, 수십 년간의 연구, 막대한 투자가 필요하다.^[23]

일본의 재처리 시설은 다음과 같다.

시설명	위치	가동 기간	누적 처리량
일본원자력연구개발기구 도카이 연구개발센터 핵연료 사이클 공학 연구소 도카이 재처리 시설	이바라키현 도카이 촌	1981~2007년	1,140톤-U
일본원연 재처리 사업소 롯카쇼 재처리 공장	아오모리현 롯카쇼 촌	2011년 10월 액티브 시험, 2012년 10월 준공 예정	사용후 핵연료 수령: 2000년~, 보관량: 3,362톤

2002년 말까지 5,600톤 U가 영국과 프랑스에 위탁 처리되었다.

4. 3. 폐기물 처리

핵연료 주기에서 발생하는 방사성 폐기물은 방사선 수치가 안전한 수준으로 낮아질 때까지 생태계와 격리시켜야 한다.^[24] 이러한 폐기물은 주로 사용후 핵연료나 재처리 과정에서 발생한다. 미국의 경우 1982년 방사성 폐기물 정책 법안에 따라 미국 에너지부가 폐기물 처리 시스템 개발을 책임지고 있으며, 현재는 폐기물을 고체 형태로 만들어 안정된 지층 깊숙이 처분하는 심지층 처분 방식이 계획되어 있다.^[24] 에너지부는 유카산을 처분장으로 지정했으나, 개장은 계속 지연되고 있다. 1999년부터는 뉴멕시코주의 핵폐기물 격리 시험 시설에 수천 건의 핵 폐기물이 보관되어 왔다.

일부 용융염 원자로와 같은 원자로 디자인은 고준위 폐기물 발생을 줄일 수 있다. 고속 중성자 원자로는 모든 악티늄족 원소를 핵분열시킬 수 있고, 토륨 연료 주기는 초우라늄 원소 생성을 줄인다. 이러한 연료 주기는 플루토늄과 마이너 악티나이드를 재활용하고 핵분열 생성물과 방사화 생성물만 폐기물로 남길 수 있다.

수평 시추공 처분은 고준위 폐기물을 지하 깊숙이 처분하는 기술로, 2018년과 2019년에 관련 테스트가 수행되었다.^[25]

방사성 폐기물의 안전한 관리를 위해, 방사성 동위원소의 토양 내 이동과 식물 흡수에 대한 연구도 진행되고 있다. 예를 들어, 세슘(Cs)은 일라이트 및 몬모릴로나이트와 같은 점토 광물에 강하게 결합하여 토양 상층에 남아있는 경향이 있다.^[17] 이는 풀과 버섯 등에 축적되어 먹이 사슬을 통해 인간에게 전달될 수 있다. 따라서 토양을 깊이 갈아엎거나 표면을 제거하는 등의 방법으로 방사능 노출을 줄일 수 있다.

축산업에서는 동물에게 프러시안 블루를 먹여 세슘의 생물학적 반감기를 줄이는 방법을 사용하기도 한다. 프러시안 블루는 이온 교환체 역할을 하여 세슘이 동물 체내에 흡수되는 것을 막고 배출을 돕는다.

대한민국의 경우, 고준위 방사성 폐기물 처분 시설 부지 선정을 위한 노력이 진행 중이다.

5. 대한민국의 핵연료 주기

대한민국은 핵연료 가공 단계를 제외한 핵연료 주기 전 과정을 해외에 의존하고 있다. 사용후핵연료에 대한 국가 정책은 아직 명확히 결정되지 않았으며, 현재 발전소 내부의 사용후핵연료 풀에 저장하고 있다. 영구 처분장이 건설될 경우, 스웨덴과 캐나다처럼 중간저장 방침을 세우고 있다.

5. 1. 일본의 핵연료 주기

일본은 핵연료 주기 시설을 갖추고 있으며, 사용후 핵연료 재처리 및 플루토늄, 우라늄 이용을 기본 방침으로 하는 정책을 추진하고 있다.

2005년 일본 원자력위원회는 원자력 정책 대강을 통해 사용 후 연료를 재처리하고, 회수된 플루토늄, 우라늄 등을 유효하게 이용하는 것을 기본 방침으로 결정했다^[61]. 이에 따라 2011년까지 45년 동안 핵연료 주기에 최소 10조 엔이 투입되었으며, 이 재원은 세금과 전기 요금으로 이루어진다^[62].

일본의 주요 핵연료 주기 시설은 다음과 같다.

시설명	위치	가동 기간	누적 처리량
일본원자력연구개발기구·도카이 연구개발센터 핵연료 사이클 공학 연구소도카이 재처리 시설	이바라키현 도카이 촌	1981년 ~ 2007년	1,140톤-U
일본원연·재처리 사업소롯카쇼 재처리 공장	아오모리현 롯카쇼 촌	2011년 10월 액티브 시험 (2012년 10월 준공 예정이었으나 연기)	사용후 핵연료 3,362톤 보관 (2000년 수령 시작)

롯카쇼 재처리 시설은 연간 800톤의 재처리 능력을 가지고 있지만, 일본 내 원자력 발전소에서 발생하는 사용후 연료는 연간 1,000톤을 초과한다. 따라서 "전량 재처리" 정책을 위해서는 제2 재처리 공장 건설이 필요하다.

간사이 TV의 news 러너에서 메이지 대학 가쓰다 타다히로 교수는 롯카쇼무라 재처리 공장이 문제로 인해 가동되지 않고 있으며, 핵연료 가공 시설도 건설 중으로 진전이 없고, MOX 연료 수요도 없어지고 있어 핵연료 주기가 "파탄" 상태라고 지적했다^[64].

6. 핵연료 주기의 종류

핵연료 주기는 사용후핵연료의 처리 방식에 따라 여러 종류로 나뉜다. 크게 사용후핵연료를 재처리하지 않는 개방형 연료 주기와 재처리하는 닫힌 연료 주기로 구분할 수 있다.

개방형 연료 주기 (Once-through cycle): 사용후핵연료를 재처리하지 않고 영구 처분한다. 미국, 캐나다, 스웨덴, 핀란드, 스페인, 남아프리카 공화국, 대한민국 등에서 채택하고 있다.^[73]
닫힌 연료 주기 (Plutonium cycle): 사용후핵연료를 재처리하여 플루토늄 등을 추출하여 다시 핵연료로 사용한다. 영국, 일본 등에서 채택하고 있다. 재처리 기술은 핵확산 우려와 관련되어 있다.
마이너 악티나이드 재활용 (Minor actinides recycling): 사용후핵연료에서 마이너 악티나이드를 분리하여 핵연료로 사용하는 방식이다.
토륨 연료 주기 (Thorium cycle): 토륨-232를 이용하여 우라늄-233을 생산하여 핵연료로 사용한다. 인도에서 중수형 원자로를 이용한 실용화를 추진하고 있다.

원자력 발전은 핵연쇄 반응을 유지할 수 있는 핵분열성 물질에 의존하며, 우라늄과 플루토늄이 대표적이다. 대부분의 원자로는 중성자 감속재를 사용하여 중성자 운동 에너지를 낮추고 핵분열 확률을 높인다. 경수로는 농축 우라늄을 사용하며, MOX 연료는 플루토늄을 천연 우라늄 또는 열화 우라늄과 혼합하여 만든다.

일부 원자로는 감속재를 사용하지 않는 고속 중성자 원자로이며, 핵분열성 동위원소 농도가 더 높아야 한다. 증식로는 소비하는 것보다 더 많은 핵분열성 물질을 생성하는 원자로이다.

원자로 내부 핵반응 동안 핵연료의 핵분열성 동위원소는 소모되고 핵분열 생성물을 생성하며, 이는 방사성 폐기물로 간주된다. 사용후 핵연료는 극도로 위험하지만, 다른 발전소에 비해 폐기물 발생량이 적다.

핵연료 주기는 우라늄-235를 중심으로, 광산에서 채취한 광석의 채광, 정련, 우라늄 농축, 연료 집합체 가공, 원자력 발전소에서의 발전, 사용후 핵연료 재처리, 방사성 폐기물 처리 및 처분을 포함한다. 광산에서 광석 채광부터 핵연료 가공까지를 프런트 엔드, 재처리 이후를 백 엔드라고 한다.

핵분열성이 약한 핵종을 핵연료로 사용할 수 있는 핵분열성이 강한 핵종으로 전환하는 주기는 다음과 같다.

우라늄-238을 플루토늄-239로 전환하는 주기 (고속 증식로의 주요 타겟)
토륨-232를 우라늄-233으로 전환하는 주기 (토륨 연료 주기)

6. 1. 개방형 연료 주기 (Once-through cycle)

개방형 연료 주기는 사용후핵연료를 재처리하지 않고 영구 처분하는 방식이다. 미국, 캐나다, 스웨덴, 핀란드, 스페인, 남아프리카 공화국, 대한민국 등이 이 방식을 채택하고 있다.^[73] 몇몇 나라들, 특히 스웨덴과 캐나다는 사용후 연료를 필요시 인출할 수 있게 디자인된 저장소를 보유하고 있으며, 미국의 경우 사용후 연료를 영구 보관할 수 있는 유카 마운틴 핵폐기물 처리장을 계획 중에 있다.

엄밀히 말하면 '주기'는 아니며, 핵연료는 한 번 사용된 후 추가적인 처리를 거치지 않고, 생물권으로부터 더 나은 격리를 위해 추가적인 포장을 거쳐 저장소로 보내진다. 이 방법은 미국, 캐나다, 스웨덴, 핀란드, 스페인 및 남아프리카 공화국의 6개국에서 선호한다.^[29] 특히 핀란드, 스웨덴, 캐나다와 같은 일부 국가들은 필요시 미래에 물질을 회수할 수 있도록 저장소를 설계한 반면, 다른 국가들은 미국의 유카 마운틴 핵폐기물 처리장과 같은 지질학적 저장소에 영구적으로 격리할 계획을 가지고 있다.

6. 2. 닫힌 연료 주기 (Plutonium cycle)

몇몇 국가들, 특히 영국과 일본은 사용후핵연료를 재처리하고 있다. 재처리를 통해 분열 생성물, 소수 악티니드 계열, 그리고 아직 원자로에서 연소되지 않은 우라늄과 MOX 연료를 만드는 데 사용되는 플루토늄이 추출된다. 현재 열 원자로에 MOX를 장전하는 플루서멀 계획은 없지만, 만약 고속 반응로가 실용화된다면 고속 반응로에서 MOX 연료나 다른 악티니드 동위원소를 태울 수 있다.^[22]

MOX 연료는 재처리된 회수 우라늄, 플루토늄, 열화 우라늄을 섞은 연료로, 대부분 원자로에서 사용하는 농축우라늄과 비슷하지만 동일하지는 않다. MOX 연료는 원자력 발전소에서 쓰이는 경수로용 저농축 우라늄 연료의 대안이 될 수 있으며, 이를 사용하는 계획을 플루서멀 계획이라고 부른다. 현재 유럽의 원자력 발전소는 유럽과 일본에서 재처리된 연료를 사용하고 있으나, 미국의 경우 핵확산 우려로 상업적 원자로 연료의 재처리를 허가하고 있지 않다. 그러나 최근 미국이 설립한 국제 핵에너지 협력체에서는 재처리된 플루토늄이 핵연료로 유용하다고 평가한다.^[22]

일본, 스위스, 그리고 과거의 스페인과 독일을 포함한 여러 국가들은 Areva NC와 과거 THORP가 제공하는 핵 재처리 서비스를 사용하거나 사용해왔다. 핵분열 생성물, 마이너 악티나이드, 활성화 생성물, 그리고 재처리 우라늄은 원자로 등급의 플루토늄으로부터 분리되며, 이는 이후 MOX 연료로 제작될 수 있다. 핵분열성이 아닌 짝수-질량 플루토늄 동위 원소의 비율은 주기를 통과할 때마다 증가하기 때문에, 현재 사용된 MOX 연료에서 나온 플루토늄을 경수로에서 세 번째로 사용하는 것은 어렵다. 고속로를 사용할 수 있게 되면, 이들 또는 거의 모든 다른 악티나이드 동위 원소를 연소시킬 수 있다.

고속로 개념(색상). 위에는 원자로, 아래에는 통합된 파이로처리 연료 주기가 있다.

현대식 수계 재처리 대신 부지 내에서 중간 규모의 핵 재처리 시설을 사용하는 것과 파이로처리를 사용하는 것은 처리 시설이 현장에 있기 때문에 핵 확산 가능성 또는 핵분열 물질의 전용 가능성을 상당히 줄일 수 있다고 주장된다. 마찬가지로 플루토늄이 파이로처리 주기에서 단독으로 분리되지 않고, 모든 악티나이드가 사용후 핵연료에서 "전기적으로 추출"되거나 "정제"되기 때문에, 플루토늄은 결코 단독으로 분리되지 않으며, 다양한 절도 시나리오에서 "자기 방어"하는 종과 혼합된 새로운 연료로 옮겨진다.

2016년부터 러시아는 Remix 연료를 시험하고 있으며 현재 배치하고 있는데, 이는 사용후 핵연료를 파이로처리 과정과 유사한 과정을 거쳐 원자로 등급 플루토늄과 잔류 우라늄을 핵분열 생성물 및 연료 피복재로부터 분리한다. 이 혼합 금속은 약 17%의 U-235 농도를 가진 중간 농축 우라늄 소량과 결합하여 1%의 원자로 등급 플루토늄과 4%의 U-235 농도를 가진 새로운 혼합 금속 산화물 연료를 만든다. 이 연료봉은 플루토늄 함량이 사용후 핵연료 주기 말에 존재하는 것보다 높지 않으므로 표준 PWR 원자로에서 사용하기에 적합하다. 2020년 2월 현재 러시아는 이 연료를 일부 VVER 원자로에 배치하고 있었다.^[31]^[32]

플루토늄의 핵연료로서의 사용법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

MOX 연료 형태로 경수로에서 연소하는 방법 (일본에서는 플루서멀이라는 조어로 불림)
고속로 (고속 증식로를 포함하는 개념이지만, 우라늄 238을 플루토늄 239로 전환하면서 운전을 하지 않는 개념도 존재)를 사용하여 플루토늄을 연소하는 방법

러시아에서는 재처리를 통해 회수한 우라늄과 플루토늄을 사용하여 우라늄 235 4%, 플루토늄 239 1%가 되도록 조정한 재생 혼합 연료의 실용화가 추진되고 있다.^[72]

6. 3. 마이너 악티나이드 재활용 (Minor actinides recycling)

사용후핵연료에서 마이너 악티나이드를 분리하여 핵연료로 사용하는 방식이다.

핵분열성 플루토늄 외에도, 마이너 악티늄족을 임계 출력 원자로에서 사용할 수 있다는 제안이 있었다. 이미 아메리슘을 연료로 사용하는 시험이 진행 중이다.^[33]

고속로와 같은 여러 원자로 설계가 이러한 핵연료 주기를 위해 설계되었다. 신중한 원자로 설계를 통해 연료 내 모든 악티늄족을 소모하여 짧은 반감기를 가진 가벼운 원소만 남길 수 있다.

많은 악티늄족의 중성자 단면적은 중성자 에너지 증가에 따라 감소하지만, 핵분열 대 단순 활성화(중성자 포획) 비율은 중성자 에너지가 증가함에 따라 핵분열에 유리하게 변화한다. 따라서 충분히 높은 중성자 에너지로 트랜스큐륨 금속의 생성 없이 큐륨을 파괴하는 것이 가능해야 한다.

이러한 관점에서 유망한 대안 중 하나는 가속기 구동 아임계로/아임계로이다. 여기서는 양성자(미국 및 유럽 설계)^[34]^[35]^[36] 또는 전자(일본 설계)^[37] 빔을 표적으로 향하게 한다. 양성자의 경우, 매우 빠른 중성자가 표적으로부터 분열될 것이고, 전자의 경우, 매우 높은 에너지의 광자가 생성될 것이다. 이 고에너지 중성자와 광자는 무거운 악티늄족의 핵분열을 일으킬 수 있다.

이러한 원자로는 중성자 에너지 측면에서 다른 중성자원과 매우 잘 비교된다.

중성자원	중성자 에너지
열 중성자	0~100 eV
열중성자	100 eV~100 keV
고속 중성자 (핵분열에서)	100 keV~3 MeV
DD 핵융합	2.5 MeV
DT 융합	14 MeV
가속기 구동 코어	200 MeV (1.6 GeV 양성자에 의해 구동되는 납)
뮤온 촉매 융합	7 GeV

또는, 반감기가 18년인 큐륨-244를 고속로에서 연료로 사용하기 전에 플루토늄-240으로 붕괴되도록 내버려 둘 수도 있다.

우라늄과 플루토늄을 마이너 악티늄족과 분리하는 한 쌍의 핵연료 주기. 마이너 악티늄족 주기는 녹색 상자 안에 유지된다.

악티나이드가 미임계 원자로에서 변환되는 경우, 연료는 기존 연료보다 더 많은 열 사이클을 견딜 수 있어야 할 가능성이 높다.

반면에, 악티나이드가 고속 원자로(예: 고속 증식로)를 사용하여 파괴되는 경우, 연료는 일반 발전소보다 더 많은 열 사이클에 노출되지 않을 가능성이 높다.

매트릭스에 따라 이 과정은 매트릭스에서 더 많은 초우라늄 원소를 생성할 수 있다.

지연 중성자에 잘 반응하는 핵분열성 핵종(예: ²³³U, ²³⁵U, ²³⁹Pu)은 임계 원자로를 안정적으로 유지하는 데 중요하므로, 임계 원자로에서 파괴할 수 있는 마이너 악티나이드의 양을 제한한다.

6. 4. 토륨 연료 주기 (Thorium cycle)

토륨-232는 열 또는 고속 원자로에서 중성자를 흡수하여 토륨-233이 된다. 토륨-233은 베타 붕괴를 통해 프로트악티늄-233으로 변환된 후 다시 우라늄-233으로 변환되며, 이것이 핵연료로 사용된다. 우라늄-238과 마찬가지로 토륨-232는 비옥 물질이다.^[52]

:\overset{neutron}{n} + ^{232}_{90}Th -> ^{233}_{90}Th ->[\beta^-] ^{233}_{91}Pa ->[\beta^-] \overset{fuel}{^{233}_{92}U}

기존의 U-233, U-235 또는 Pu-239와 같은 다른 핵분열성 물질로 원자로를 가동한 후, U-238 및 플루토늄을 사용하는 것보다 효율적인^[52] 번식 주기를 만들 수 있다. Th-232는 중성자를 흡수하여 Th-233이 되고, 이는 빠르게 프로트악티늄]-233으로 붕괴된다. 프로트악티늄-233은 27일의 반감기를 가지고 U-233으로 붕괴된다. 일부

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_[52] 문서 See thorium fuel cycle
_[53] 문서 See Thorium occurrence for discussion of abundance.
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_[56] 문서 核燃料リサイクル、原子燃料サイクルと呼ばれることもある。
_[57] 문서 QAプルトニウム(2004) p.34
_[58] 문서 具体的には概ね、材料であるウラン資源等の「入手」、濃縮などを経て核燃料へ「加工」、原子炉における「使用」、使用済み核燃料からプルトニウムなどを取り出すための「再処理」、そして再び核燃料として利用するための「リサイクル」、という核燃料の一連の循環する流れのことである。
_[59] 문서 原子力の研究、開発及び利用に関する長期計画抜粋（原子力委員会平成6年6月24日）、日本原子力研究開発機構：用語集『核燃料サイクル（原子燃料サイクル）』、中島(1976) p.96 http://www.aec.go.jp[...]
_[60] 문서 平成17年大綱 pp.34-39、比較報告書(2004) はじめに
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_[63] 뉴스 中国新聞原子力を問う http://www.chugoku-n[...] 2011-05-31
_[64] 웹사이트 日本の"核燃料サイクル"は破綻世界はリサイクルせず"直接処分" 脱原発でも既にある放射性物質は残り続ける「原発、どんな理想を持って"やるかやらないか"の問題」と専門家 https://www.ktv.jp/n[...] 2023-08-12
_[65] 문서 再処理の過程で発生する高レベル放射性廃棄物（ガラス固化体）は、平成21年末現在で、1,664本が国内で貯蔵されている。ガラス固化体は、30～50年間冷却のために貯蔵された後、地下300ｍより深い地層中へ複数の障壁を施して埋設処分される予定である。
_[66] 문서 再処理施設やMOX燃料加工施設から出る低レベル放射性廃棄物（TRU廃棄物）は、2009年3月末現在、日本原子力研究開発機構と日本原燃再処理施設内において、200ℓドラム缶に換算して約14.5万本の廃棄物が保管されている。
_[67] 문서 各原子力発電所の運転により発生する低レベル放射性廃棄物は、減容等の処理をした後、最終的に埋設処分される。2009年3月時点で、各原子力発電所の貯蔵施設内に、200ℓドラム缶に換算して約62万本分が貯蔵されている。日本原燃は青森県の六ヶ所低レベル放射性廃棄物埋設センターで、2009年3月までに、約22万本のドラム缶を埋設処理した。
_[68] 웹사이트 低レベル放射性廃棄物の処分方法 http://www.jnfl.co.j[...] 日本原燃 2011-10-21
_[69] 문서 110万kW級の軽水炉の場合の廃棄物は総量約50～54万トン、その内放射性廃棄物は1万トンと見積もられており、これらも放射能レベルに応じて処理されなければならない。解体費用は数百億円と見積もられている。
_[70] 문서 原子力施設運転管理年報（平成25年度版）202ｐ-
_[71] 뉴스 使用済み核燃料の初の中間貯蔵施設が完成　原発の先行き不透明で「宝の持ち腐れ」？ https://www.j-cast.c[...] JCASTニュース 2013-09-11
_[72] 웹사이트 REMIX fuel ready for final test https://www.world-nu[...] 세계原子力협회 2021-11-11
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