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적절한 핵폐기물 처분에 적용할 수 있는 천연 점토
 독일 마인츠 대학(JGU; Johannes Gutenberg University Mainz) 소속의 연구진은 방사성 원소(radioactive element)인 플루토늄(plutonium)과 넵투늄(neptunium)이 천연 점토암(natural claystone)과 어떻게 반응하는지를 결정하기 위하여 실험실에서 4년 이상 관련 연구를 수행했다.
이 실험은 방사성 폐기물(radioactive waste)을 처분하기 위한 적합한 심층처분시설(geological repository)을 찾기 위하여 독일 연방경제기술부(BMWi; Federal Ministry of Economics and Technology)의 지원으로 독일 전역에서 수행된 프로젝트의 일환으로 실행됐다. 영구적인 핵폐기물의 처분에 중요한 역할을 하는 지질학적인 형태는 염과 화강암(granite)뿐 아니라 점토암이 포한된다. Tobias Reich 교수를 주축으로 하는 핵화학자로 구성된 연구팀이 얻은 결과는 천연 점토(natural clay)가 방사능 물질의 이동을 제한하는 유용한 특성이 있음을 확인했다. Reich 교수는 아직까지 장기적인 조사 결과를 기다릴 필요가 있지만, 얻어진 실험 결과를 토대로 점토가 적절한 모암(host rock)이 될 수 있다고 결론지었다.
마인츠 연구팀이 사용한 점토 기둥은 멀리 스위스에서 채취됐다. 유백 점토(Opalinus Clay)의 속(core)이 쥐라 산맥(Jura mountains)에 위치한 국제 연구 시설(Rock Laboratory Mont Terri) 지하에서 채취됐다. 이러한 점토의 형성은 약 1억 8천년 전에 침착된 것이다. 스위스에서 유백 점토는 방사능 폐기물 저장을 위한 암석을 형성할 수 있는 것으로 간주되고 있다.
채굴된 점토의 속은 독일 칼스루에(Karlsruhe)에 위치한 핵폐기물 연구소(INE; Institute for Nuclear Waste Disposal)로 보내져 11 mm 두께의 작은 원형 디스크로 절단됐다. 이러한 점토 디스크는 확산 투과 장치(diffusion cell)에 밀봉되어 방사성 플루토늄 또는 넵투늄을 함유한 간극수(pore water)와 접촉시켰다. 다른 점토 시료 역시 시험용 관으로 이동시켜, 간극수와의 재료 간의 현탁 현상이 일어나는 동안 방사성 원소를 동요시켜 원심 분리 처리 후 점토 재료의 흡착 특성(sorption characteristics)을 결정하기 위하여 고분해능 질량 분광계(highly sensitive mass spectrometer)를 이용하여 분석됐다. 이후 시료는 입자 가속기(particle accelerator)로 보내져 단 0.0015 mm 폭의 싱크로트론 방사(synchrotron radiation) 빔에 조사됐다. 이러한 분석 방법은 원소 분포에 대한 세부적인 정보 및 원소가 점토 재료의 어디서, 어떻게 흡착되는지에 대한 정보를 제공한다고 Reich교수는 설명했다.
희분식 실험(batch experiment)은 수용성 용액에 플루토늄을 남기지 않고, 4가의 산화 상태인 방사성 플루토늄이 유백 점토에 거의 완전히 흡착됐음을 보여 주고 있다. 넵투늄(V)의 경우, 상응하는 비율은 60:40으로 나타났다. 그러나 만약 넵투늄이 점토에 존재하는 이온성 광물질에 의해 넵투늄(IV)으로 환원된다면, 거의 100%에 이르는 넵투늄이 점토에 흡착된다는 사실이 관찰됐다. 방사성 물을 이용한 확산 실험은 물이 일주일 이내에 11 mm의 두께인 점토 기둥을 통과한다는 것을 증명했다. 한편 넵투늄은 점토를 통과하는 확산이 거의 일어나지 않아 1 개월이 지난 후조차 거의 그대로 남아 있었다.
유백 점토는 스위스뿐 아니라 남부 독일에서도 찾아볼 수 있는 재료로 오랜 기간 잔류하는 방사성 핵종(radionuclide)의 이동에 대한 추가적인 조사를 위한 뛰어난 후보자가 될 수 있다는 사실이 확인됐다. 예를 들면 넵투늄의 반감기는 214만년이다. 연구팀은 이전에 미국에서 채취한 광물성 고령토(mineral kaolinite)를 이용하여 유사한 결과를 얻어 보고한 바 있다. 그 사이에 연구팀은 필요한 장치를 개발하고, 필요한 실험 공정에 대한 정의를 내렸다고 Reich는 밝혔다. 향후 3년에 걸쳐 연구팀은 더 높은 염 농도가 존재하는 경우에서 점토의 행동 양식을 규명할 계획이다.
이 연구는 보다 더 적합한 핵폐기물 심층처분시설(nuclear waste repository)을 찾기 위하여 1995년 독일 연방경제기술부에 의해 시작된 프로젝트의 일환으로 수행될 예정이다. 8개의 연구 기관이 방사능 폐기물의 영구적인 처분을 위하여 유백 점토가 적절한 모암이 될 수 있는지를 조사하기 위한 조인트 프로젝트에 참여할 예정이다.
※출처: 녹색기술정보포털(www.gtnet.go.kr)
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