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International intensive short-term education and training course of nuclear nonproliferation for undergraduate and graduate students

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7월 세미나 원자력의 미래 준비_결과보고서

1. 원자력의 미래 준비: 원자로 기술혁신과 3S
1.1. 원자로 기술혁신 및 사용 후 핵연료 처분
발표자 :

장동주 박사님 (KINS 원자력 안전본부 안전평가단)

  • 1.1.1.
    원자로 안전성 평가 개관- 원자로 안전성 평가의 변화와 SMR 규제 현황
    • 1.1.1.1.
      원자로 안전성 평가의 변화

      우리나라의 원자로 안정성 평가의 변화는 원전 사고가 일어남에 따라 바뀌었다.

      원자력 안전 규제 행위 정당성 확보를 위해 안전성 평가가 필요한데, 이는 설계 기준 사고에 근간을 한다. 설계 기준 사고에 대비한 설계 및 평가 결과가 계속 유지되도록 하는 체계는 USNRC 로부터 정형화되었고, 우리나라 원자력 안전규제도 근본적으로 이 골자로 하고 있다. USNRC에는 충분한 보호 (Adequate protection), 즉 [보수적인 설계 기준 사고 설정 + 이중 안전설치] 을 충족을 하는지 체계화가 되어있고 의무로 되어있다.

      TMI사고 이후, 다양한 각도에서 안정성 증진을 위한 노력 규제 확장이 일어났다. 인간공학이 발전하고, 설계 기준을 초과하는 규제를 어느 정도 합리적인 수준에서 할지에 대해서 practice들을 쌓아 나기 시작했다. TMI 사고가 생각보다 영향이 크지 않아 앞으로 원전 사고가 일어나더라도 Beyond Design Basis Accident (DBA) 영역에 대한 보완수단을 제시한다면 괜찮을 것이라고 접근이 된 것으로 예상된다.

      USNRC 중대사고 사고정책성명 발표를 시작으로, 국내에서는 1994년 안전정책성명에 확률론적 안정성 평가 (PSA) 기법을 도입할 것이라고 천명하고, 중대사고라는 개념도 새롭게 등장하였다. 2001년에는 중대사고 정책이라는 것을 발표하면서, 정부는 한수원과 KINS에 행정고문의 형태로 4가지를 요구하게 된다.

       
      • 1.

        정량적 안전 목표 제시

      • 2.

        전 원전에 대해 PSA 수행

      • 3.

        중대사고 대처설비 설계 적용

      • 4.

        중대사고 관리계획 수립 및 이행 (Severe Accident Management Guideline, SAMG)

       

      후쿠시마 사고 이후 비엔나 선언의 취지에 맞게, 국내에서는 사고관리계획서 법제화(2015~2016)가 이루어졌다. 기존 법은 향후에 가동되는 원전에 대해 적용되는 반면, 법 개정 후에는 현재 가동 원전 (Existing Installation)에 대해서도 원자력안전법 개정 적용이 이루어졌다. 또한, 사고관리계획서에 필수적인 위협요인들을 제시해 주었기에, 신규 원전 설계가 있을 때도 사업자가 추가적인 위협요인들을 제시할 수 있다. TMI 사고 이후 미국의 대처 사례처럼, 국내에서도 결정론적 안정성 평가의 강화와 확률론적 안정성 평가 (PSA) 이행하는 것이 법제화가 되었다.

      결국, TMI-2(‘79), 체르노빌(‘86), 후쿠시마(‘11)의 교훈은 IAEA 비엔나 선언(‘15)에서 정립이 되었고, 이로 인해 국내에서는 설계 기준 사고와 결정론적 평가의 관점에서 설계 기준 초과 사고 및 확률론적 평가로 확장하게 되었다.

    • 1.1.1.2.
      SMR 안전규제

      국내에서는 SMART 일체형 원자로 표준설계 (2012) 가 인가되었고, 현재는 SMART 100 일체형 원자로 표준설계 (2020~)가 서류 적합성 검토 중이다. 피동형 안전계통 설계 특성을 고려한 규제연구를 통해서 기존의 규제와의 충돌 해소를 모색하려고 한다.

      KINS에서 제시한 SMR 안전규제 사업추진계획은 아래와 같다.

      sub01.jpg
1.2. Why and what is 3s interface
발표자 :

김석철 원장님 (한국원자력통제기술원)

20년을 주기로 규제의 패러다임이 바뀌었기에 패러다임의 변화 (paradigm shift) 가 필요하며, 현재는 Safety, Security, Safeguard를 종합적으로 고려해야 할 패러다임 변화의 시대이다.

과거에는 1970년 중반까지 미국이 100개의 원전을 지으면서 결정론적 방법으로 규제를 시작했다. TMI사고 이후에는 설계 기준 사고를 넘어선 문제에 관심을 가지게 되고, 1986년 체르노빌 사고로 인해 환경에 대한 문제가, 2001년 911테러로 Man-Made Threat가 대두되었다. 그 이후에 2011년 후쿠시마 사고로부터 ‘극히 낮은 빈도의 자연재해 (extremely low frequency natural hazard)’로 패러다임의 변화가 생겼다. 과거에는 이렇게 결정론적 방법 및 확률론적 방법으로 인해 안전 지향적 규제의 개념(Safety Oriented)이 중요했지만, 앞으로는 Safety, Safeguard, Security가 대두될 것이다.

3S, 즉 Safety, Security, Safeguard에 대한 개념은 다음과 같다.

 
  • Safety :
    방사능 재해로부터 사람과 환경을 보호를 위해서 규제를 하는 것이다.
  • Security :
    핵물질 도난 방지를 위한 물리적 방호 및 테러 등에 의한 방사능 재해를 방지에 대한 개념이다.
  • Safeguard :
    핵물질이 전용(轉用)이나 도용(盜用)되어 핵무기로 설계 및 제작이 되지 않음을 입증하는 것을 의미한다.
 

Safety, Security, Safeguard에서 공통으로 고려해야 할 요소, 즉 공통적인 Interface는 세 가지가 있다.

 
  • (1)
    바람직하지 않은 결과 (Undesirable Consequences, UC)
  • (2)
    심층 방어 (Defense in Depth, DID): 설계 기준을 개념을 떠나
  • (3)
    선원항 코드 (Source Term Code, STC)
 

이러한 공통점에도 불구하고, 공약 불가능성 (Incommensurability) 이 존재한다. 예컨대, Safety는 투명성을 지향하지만, Security나 Safeguard는 비밀 (Confidentiality) 이 존재한다. 즉, 세 가지를 조화롭게 만들 것인가가 중요하다.

1.3. 원자력 기술 혁신과 3S – SMR 사례를 중심으로
발표자 :

이나영 박사님 (한국 원자력 통제 기술원)

  • 1.3.1.
    국내 SMR 동향

    1997년 SMART 개발 추진을 시작으로, 2015년 사우디아라비아와 공동 상세설계 계약 추진, ‘21.4 혁신형 SMR 국회 포럼 출범, 2021.5 한미 정상회담에서 원자력 수출 언급 등 한국과 국제 SMR 개발의 논의는 꾸준히 있었다.

  • 1.3.2.
    SMR 개발단계에서 3S가 고려되어야 하는 이유

    설계 단계에 3S 고려해야 하지만, 실제로는 Safety는 잘되지만 Safeguard나 Security는 아직 미흡하다. 3S가 모두 고려되어야 하는 이유는, 한 국가의 핵개발 및 핵물질 분실은 타 국가에 영향을 미칠 수 있을 뿐 더러, 양국 간 원자력 협정, 핵 비확산 조약 (NPT), 기타 관련 조약, 약정 등에서 이미 3S가 고려되고 있기 때문이다.

  • 1.3.3.
    국내 연구중 SMR 2S (Security, Safeguard) 기본 특성

    설계 단계에 3S 고려해야 하지만, 실제로는 Safety는 잘되지만 Safeguard나 Security는 아직 미흡하다. 3S가 모두 고려되어야 하는 이유는, 한 국가의 핵개발 및 핵물질 분실은 타 국가에 영향을 미칠 수 있을 뿐 더러, 양국 간 원자력 협정, 핵 비확산 조약 (NPT), 기타 관련 조약, 약정 등에서 이미 3S가 고려되고 있기 때문이다.

  • 1.3.4.
    SMR 핵 안보 측면의 고려사항 예시
    • 1.3.4.1.
      물리적 방호 측면

      입지 장소에 따라, 대응군이 부재할 경우 등에 따라 핵안보 대응 수준이 달라질 수 있다. 또한, 작은 모듈형 원전 및 연료가 동시에 이동중 탈취를 막기 위한 운송 방안, 해상 운송시 모듈이 통째로 탈취되는 것을 막기 위한 방호 방안 등 이동에 따른 물리적 방호도 고려할 필요가 있다. 인적 요소로, SMR은 상주 운전원은 소수이기에 핵 안보 대응 인력 부족이 우려되고, 내부자에 의한 사보타주도 위험이 될 수 있다. SMR은 사람들의 이동이 적고, 한번 운전하기 시작하면 장주기로 가는 경우가 많기 때문에, 처음부터 공급망에 대한 핵 안보 측면의 심도 있는 검토가 필요하다.

      따라서 각각의 상황 건별로 범주화하여 SMR 물리적 방호를 어떻게 할 것인가에 대해 구체적으로 정리를 할 필요가 있다.

    • 1.3.4.2.
      사이버 보안

      자율 운전, 원격진단, 디지털 트윈 등 4차 산업혁명 기술 도입 등 신기술 사용에 따른 대응 체계가 고려될 필요가 있다.

  • 1.3.5.
    향후 과제
    • (1) 규제 정비:
      현 규제는 일반 상업로에 맞춰져 있기 때문에 SMR을 위한 법령 정비, 핵심 구역 설정 등 규제의 정교화가 필요하다. 변화에 발맞춰서, Security, Safety, Safeguard가 조화되어야 한다. 마지막으로. 소수의 인원이 대응하기에 체제 점검을 위한 훈련이 고도화되어야 한다.
    • (2) 신규 위협에 대한 대응:
      사이버 위협 대응 체제 구축 및 대응 역량 확인이 필요하며, 드론 진화에 대응 방안을 도출해야 한다.
    • (3) 신규 시설/대상에 대한 규제 역량 확보:
      SMR 노형별/적용 부지별 규제 특성이 달라지기에 확인이 필요하다. (예: 핵물질 및 모듈형 원자로 국제 운송, 사용 후 핵연료 저장시설 등)
    • (4) Security 문화 확산:
      Safety와 연계한 Security 중요성에 대한 인식 제고가 필요하며, “혁신 시설”로 가게 될 경우 운전원의 인식 제고 (내부자 연계) 가 필요하다.
  • 1.4.
    논의
    • (1)
      규제기관과-학계-사업자 간에 골이 있다.

      사업자들이 계획했을 때, 규제기관의 학계 전문가들의 활용이 부족하다. 이는 문화, 즉, 사고방식이나 행동 양식이 바뀌어야 이러한 골을 메꿀 수 있다. 규제기관의 입장에서는, 정부로부터 받는 영향이 없어지고 독립성이 강화되어 규제기관의 관료화를 없애야 한다. 다만 사업자 활동 간의 이해충돌 문제가 생겨, 규제기관의 전문가들은 개인 자격으로 밖에 참여할 수 없다는 것이 한계점이다.

    • (2)
      규제, 체제의 선진화가 필요하다.

      규제자들은 USnrc나 IAEA, 유럽 등의 규제를 참고하기에 바쁘다

    • (3)
      국제 협력을 위해 정부 차원의 Task Force가 필요하다.

      예를 들면, 현실적으로는 KINS나 KINAC에서 퇴임 하신 분들이 모여서. 과기부 같은 정부 조직 산하로 자문위원회 같은 조직을 구성하여, 국제 협력을 활성화하는 것이 바람직하다. 정부가 원자력계와 협력적으로 될 경우에 가능할 것으로 보인다.

1.4. 논의
  • (1)
    규제기관과-학계-사업자 간에 골이 있다.

    사업자들이 계획했을 때, 규제기관의 학계 전문가들의 활용이 부족하다. 이는 문화, 즉, 사고방식이나 행동 양식이 바뀌어야 이러한 골을 메꿀 수 있다. 규제기관의 입장에서는, 정부로부터 받는 영향이 없어지고 독립성이 강화되어 규제기관의 관료화를 없애야 한다. 다만 사업자 활동 간의 이해충돌 문제가 생겨, 규제기관의 전문가들은 개인 자격으로 밖에 참여할 수 없다는 것이 한계점이다.

  • (2)
    규제, 체제의 선진화가 필요하다.

    규제자들은 USnrc나 IAEA, 유럽 등의 규제를 참고하기에 바쁘다

  • (3)
    국제 협력을 위해 정부 차원의 Task Force가 필요하다.

    예를 들면, 현실적으로는 KINS나 KINAC에서 퇴임 하신 분들이 모여서. 과기부 같은 정부 조직 산하로 자문위원회 같은 조직을 구성하여, 국제 협력을 활성화하는 것이 바람직하다. 정부가 원자력계와 협력적으로 될 경우에 가능할 것으로 보인다.

2. 원자력의 미래 준비: 사용후핵연료 처분과 3S
2.1. 사용후핵연료 처분 안정성 평가 개관 -고준위 심층처분 안전 요건을 중심으로
발표자 :

박지용 박사님 (한국 원자력 안전 기술원)

  • 2.1.1.
    처분 안정성 (Safety Case)

    처분 안정성이란, 처분시설의 안정성을 입증하는 과학적, 기술적, 행정적, 관리적 증거와 논거의 총화를 의미한다. 부지 특성과 Safety Case를 지원하는 활동으로부터 취득되는 다량의 정보(다양성)를 바탕으로, 개발 프로그램을 단계별로 분할하여 (건설 전 활동, 건설 활동, 폐쇄 활동, 폐쇄 후 활동) 각 단계별로 안정성이 입증되는 방향으로 의사결정이 이루어져, 단계별로 규제가 있어야 한다.

  • 2.2.1.
    국내 고준위 심층처분 규제요건

    국내 심층처분 safety case 개발지침(안)의 구성과 검토 착안사항은 다음과 같다.

    • (1) safety case 개요 :
      처분 시스템과 해당 safety case 개발의 핵심을 총체적으로 설명하는가?
    • (2) 처분 시스템 (심층방어/최적화) :
      처분 시스템의 이해와 처분 안전을 위한 심층 방어 기여를 제공하는가?
    • (3) 폐쇄 전 안정성 (처분 전 관리 적합성, 처분안정 연계성) :
      방폐장에서 처분 전 관리 적합성과 처분시스템 성립을 뒷받침하는가?
    • (4). 폐쇄 후 안전성 :
      안정성 평가를 통한 처분시스템 구성이 타당하며, 최적화되어 있는가?
    • (5). 신뢰성 구축 (단계적/발전적 비전) :
      단계별 Safety Case 개발의 유효성이 적절히 뒷받침되는가?
  • 2.3.1.
    국내 고준위 심층처분 SC 개발지침

    전체 개발 단계에 걸쳐 최종 폐쇄 및 관리 종료 시점까지 지하처분시설 (URL)의 기반을 확립해야 하며, 장기 안정성 조건들의 세트들을 구성하고 당해 시스템이 안정 영역에 속하도록 개발하고 논증해야 한다.

2.2. 사용 후 핵연료 처분장 설계
발표자 :

한국과학기술원 임만성 교수님

  • 2.2.1.
    사용 후 핵연료 지질학적 처분에서의 3S
      사건 발생 사건 발전 영향 및 결과 기간
    안전 Safety 시스템 실패 (지하수 유출, 지진, 화산, 인적 침입, 광물 채취 등)
    확률적
    시나리오 실패 지역적, 국가적, 초국가적 장기
    보안(사보타주) Security 내부 및 외부 테러
    비확률적
    시나리오 실패 지역적, 국가적, 초국가적 장기
    보안 (절도) Security 내부 및 외부 테러
    비확률적
    방사능/핵물질 전용 지역적, 국가적, 초국가적 단/장기
    (핵) 안전장치 safeguard 소재국
    비확률적
    핵물질 전용 전 세계 중장기
  • 2.2.2.
    고려해야 할 사항

    사용 후 핵연료 저장시설의 지질학적 출입은 한곳이어야 한다. 하지만, 안전 (Safety)측면에서, 처분이 잘못되거나 용기가 망가졌거나, 새로운 기술 도입 가능성 등 ‘회수 가능성(Retrievability)’을 고려하여 두 개 이상의 지정학적 출입을 생각할 수 있다. 이 경우 보안(Security)과 핵 안전조치(Safeguard) 측면에서 바람직하지 않을 수 있다.

    • 2.2.2.1.
      처분장을 완전히 닫기 전 고려해야 할 상황

      보안 및 안전조치를 위해 처분장이 감시되어야 하며, 설계정보. 검증(DIV: Design Information Verification)은 새로운 건설 계획, 스케줄 등이 바뀔 때 마다 지속해서 이루어져야 한다. 또한 안전조치대상이 아닌 물질은 따로 취급하는 것이 좋다.

    • 2.2.2.2.
      처분장을 닫고 나서 고려해야 할 상황

      심지층 처분장(DGR, deep geological repository)을 닫고 나면, 안전과 보안 사이에서 상충할 가능성이 없어진다.

2.3. 사용 후 핵연료 안심관리를 위한 3S의 역할- 황용수 박사님 개인적 견해 중심
발표자 :

한국원자력연구원 (KAERI) 황용수 박사님

  • 2.3.1.
    최근 동향

    새로운 수출 가능성, 사이버 보안 Breach 문제, 미사인 보호에 대한 원자력 시설 방호, 한미 공동 연구 연장 가능성, 북한 문제 등이 사용 후 핵연료와 3S에서 문제가 되고 있다.

  • 2.3.2.
    사용 후 핵연료 관리에서의 3S

    미국은 핵물질 재고량 데이터베이스 (Materials in Inventory Database)가 잘 구축되어있는 반면, 아직 우리나라에서 미흡한 부분이 있어 정리해둘 필요가 있다.

    • 2.3.2.1.
      저장 수조 (Storage Pool) 시설에서의 문제

      미사일 등 군사적 공격에 대한 우려가 존재하여 국내에서는 국토교통부 및 국방연구원 (ADD) 에서 실질적 문제해결 및 연구를 담당한다. 이러한 우려가 생겼을 때 원자력계가 보조적으로 답변을 할 수 있도록 준비를 하면 좋을 것이다.

    • 2.3.2.2.
      독립저장시설 (Independent Spent Fuel Storage Installation, ISFSI) 에서의 문제

      일부 기관에서 모의 막대기를 이용하여 모의실험을 진행한 바 있다. 실제 사용후핵연료가 주는 피해효과와 어떤 상관관계가 있는지 규명할 필요가 있다.

  • 2.3.3.
    Advanced Nuclear fuel cycle R&D

    AI, Deep Learning 등 자동화 기술이 이슈가 된다.
    Correctness에서 한계가 있지만, 어느 정도 기술적 진보를 이루었다. Complements는 개선점이 있을 수 있다. (화재 사고 가능성 등)

  • 2.3.4.
    사이버 보안 문제

    막을 수는 없지만, 피해를 최소화할 수는 있다. 구체적으로는 Ransomware, 공급망 문제, 데이터베이스 관리(Distributed Network. 중앙집중식 관리 등)문제 등에 대처 준비를 할 필요가 있다.

  • 2.3.5.
    정보 관리 문제

    정보를 등급별로 분류하여 책임과 권한이 있는 사람에게 접근 권한을 준다.

  • 2.3.6.
    핵 추진 상용선

    물리 방호문제, 접안 및 보수시설, 방사성 폐기물 관리 등 문제가 남아있다.

2.4. 논의
  • (1)
    원자력연구원 신형원자로 개발연구원 등 실제로 SMR 개발에 종사하는 분들이 자발적으로 3S by design에 참여 할 수 있도록 하는 프로그램을 구상할 필요가 있다.
  • (2)
    사용후핵연료와 3S에 관해 KINS와 KINAC등 주기적인 미팅이 필요하다.
3. 보고서 작성자의 개인 의견
  • (1)
    해당 보고서는 원자력연구원, 원자력안전기술원, 원자력 통제 기술원, 한국과학기술원 분 중 원자로 개발에 직접 참여하지 않는 분들에게서 나온 의견을 정리한 보고서이다. 원자로 개발에 참여하는 연구자가 3S by design의 필요성을 고려하게 만드는 방법은, 3S 및 원자력 정책 전문가분들이 그들과 대화를 나눌 자리를 마련하고, 그들에게 Safety뿐만 아니라 Security와 Safeguard의 중요성에 관한 질문을 하여 필요를 느끼게 하는 것이다.
  • (2)
    이 뿐만 아니라 3S를 넘어서 좀 더 다른 이슈로 넘어가자면, 2021년 현재 에너지 분야에서 가장 중요한 키워드는 탄소중립이다. 그리고 4차 산업혁명의 가장 핫한 키워드인 AI를 고려하자면 3S, 탄소중립, AI 등을 어떻게 적절하게 조화시켜 SMR을 개발할 것인가도 미리 생각해 둘 필요가 있다. 예컨대, AI를 SMR 시스템에 접목하면 Safety는 올라가지만, Security가 위협받을 가능성이 있을 것 같다. 외부 AI 기술자가 SMR 개발에 참여하여 내부 정보를 알게 되어 Security에 위험이 있을 가능성이 있고, AI 시스템에 잘못된 학습데이터를 누군가가 고의로 집어넣는다든지 등이 있을 수 있다. Safety 자체는 큰 문제가 없겠지만, 사람이 AI의 예측 결과만 믿다가 조그마한 오류가 생기면, 원자로 시설에서 누가 책임을 질 것인가, 이에 따른 매뉴얼은 어떻게 할 것인가도 구체적으로 고려해야 할 것이다.
  • (3)
    순수 이론과학이 아닌, 다른 응용과학, 공학, 과학기술 분야에서는 기술이 좋다 한들, 대중이나 해당 기술의 이용자들이 알아주는 것이 매우 중요하다. 과학기술 개발을 하는 비용은 우리가 살아가는 사회에서 나오기에 그들이 원하는 바에 따르거나, 우리가 그들을 설득할 필요가 있다. 3S by design을 열심히, 아주 잘 했더라도, 어느 정도는 외부에 그것을 잘 설명할 의무가 원자력계에 있다고 나는 생각한다.
Atachment
Attachment '2'

  1. 7월 세미나 원자력의 미래 준비_결과보고서

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