Natural analogue studies for water-rock interactions in uranium deposits: Overseas case studies and hydrogeochemical characteristics of uranium deposits in the Okcheon belt of Korea

조하경; 이강근; 신동복; 심민섭; 류지훈; 진성욱

doi:10.14770/jgsk.2022.58.3.361

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자료유형: 학술저널

저자정보: 조하경 (전북대학교) 이강근 (서울대학교) 신동복 (공주대학교) 심민섭 (서울대학교) 류지훈 (한국원자력연구원) 진성욱 (전북대학교)

저널정보: 대한지질학회 지질학회지 지질학회지 제58권 제3호

발행연도: 2022.9

수록면: 361 - 378 (18page)

DOI: 10.14770/jgsk.2022.58.3.361

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고준위 방사성 폐기물의 처분 방법으로 제안되는 심부 지중 처분의 장기 안전성 판단을 위해서는 대표적인 방사성 핵종인 우라늄의 거동을 이해해야 한다. 우라늄은 산화-환원, 착물화, 침전-용해, 흡착-탈착 등의 다양한 지화학 반응에 관여하며, 이와 같은 지화학적 반응과 관계되는 거동 특성 파악이 중요하다. 이를 위해 실험이나 반응 이동 모델을 이용할 수 있으나, 이를 통한 거동 해석은 시공간적으로 제한적이거나 수리전도도나 흡착 계수 등 모델 입력변수에 불확실성이 존재한다. 따라서 과거 지질 시간 동안의 자연적인 조건에서 방사성 원소들의 장기간 거동을 관찰 및 분석하는 것이 필요하며 이러한 연구를 ‘자연유사’ 연구라 한다. 이 논평에서는 해외의 대표적인 자연유사 연구지역 7곳과 국내에서 우라늄 함량이 높은 옥천대에서의 지화학적 특성을 살펴본 연구들을 토대로 물-암석 상호반응에 따른 우라늄의 거동 특성을 이해하고자 하였다. 해외 자연유사 연구지역에서 우라늄을 함유한 대수층 내 지하수의 지화학 특성은 대체로 낮은 Eh 값으로 대변되는 환원된 환경을 지시하였으며, 환원된 종인 U(IV)이 우세하게 존재함을 보여주었다. 이에 따라 우라니나이트(uraninite) 또는 코피나이트(coffinite)와 같은 우라늄 광물로의 침전이 일어나 지하수 내 우라늄 이동이 제한됨을 알 수 있었다. 국내 옥천대에서 우라늄을 함유한 탄질점판암층에서의 지하수 또한 환원 환경을 지시하였으며 U(IV)의 우라니나이트로의 침전 등으로 우라늄의 거동이 제한됨을 보여 주었다. 이번 논평을 통해 자연 조건에서 우라늄을 함유한 대수층 내 지하수의 지화학적 특징들을 파악함으로써 고준위 방사성 폐기물 심부 처분장에서의 우라늄의 거동에 대한 함의를 도출할 수 있을 것으로 생각된다.

In order to evaluate the long-term safety of deep underground disposal, which is proposed as a disposal method for high-level radioactive wastes, it is necessary to understand the behavior of uranium, a representative radionuclide. Uranium is involved in various geochemical reactions, such as oxidation-reduction, complexation, precipitation-dissolution, and adsorption-desorption; thus, it is important to understand the behavioral characteristics related to these geochemical reactions. For this purpose, experiments or reactive transport model can be used. However, behavioral analyses through them could be limited in time and space or there could be uncertainties in model input parameters such as hydraulic conductivity and sorption coefficient. Therefore, it is necessary to monitor and analyze the long-term behaviors of radioactive elements in natural conditions during the past geological time. These studies are called as "natural analogue" studies. In this review, we tried to understand the behaviors of uranium during the water-rock interactions based on the studies examining the geochemical characteristics of the seven overseas natural analogue research sites and the Okcheon belt with high uranium contents in Korea. Geochemical characteristics of groundwater in uranium-containing aquifers in the overseas natural analogue research sites indicated reduced environments represented by low Eh values, and showed that more reduced U(IV) species were predominantly present. Accordingly, it was found that the transport of uranium in the groundwater is limited due to precipitation of uranium minerals such as uraninite or coffinite. Groundwater from the uranium-containing coaly slate layer in the Okcheon belt in Korea also indicated a reduced environment, and showed that the transport of uranium is limited due to the precipitation of U(IV) into uraninite. This review, which identified the geochemical characteristics of groundwater in aquifers containing uranium under natural conditions, can derive implications for the behavior of uranium in the deep geological repository for high-level radioactive wastes.

#자연유사 #우라늄 #지중 처분장 #지화학 특성 #물-암석 상호작용 #natural analogue #uranium #geological repository #geochemical characteristics #water-rock interaction

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