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작금 지난 3월 11일 일본 동북부 대지진에 의한 스나미( 津波 )에 의한 일본 후쿠시
마( 福島 )제1원자력 발전소의 사고로 과민반응에 가까울 정도로 불안해한다.
현시점 공학을 전공한 사람으로써 일본 NHK방송을 기준으로 현재의 상황을
정리하여 올립니다. 참고하시기 바랍니다.
1. 원자력 발전의 원리와 종류
원자력발전은 화력발전소의 석유나 석탄 등의 연료 대신 핵연료를 사용하여
핵분열 시 발생하는 고 에너지를 이용해 발전하는 것입니다.
1) 원자로의 구조
원자로 안의 노심에서 우라늄 235를 2-5% 함유된 저 농축 Uranium 또는
Plutonium 239를 중성자로 충돌시켜 핵분열반응을 일으키고 이때 결손 된 질
량만큼 발생하는 고 에너지와 중성자를 이용하여 발전을 하고 핵분열을 지속
시킨다.
고 에너지는 열에너지(수증기)로 바꾸어 터빈을 가동해서 전기를 만들고 중성
자는 2개중 1개 이상(임계치 1)이 흡수제에 흡수시켜 핵 분열반응을 지속 시킨
다.
핵연료는 보통 길이가 1-4m 정도의 원통모양의 pellet을 사용한다. 4% 정도
농축된 펠릿 1개(약 5.5g)로 전력량 1,600Kwh(1가구가 8개월 사용량)를 생산
하며 수명은 원자로에서 3-5년간 연소 후 새것으로 교체된다.
2. 원자로의 종류
원자로는 핵 분열 시 발생하는 고 에너지의 감속재나 냉각제에 의해 흑연, 가압
수, 비등수형, 액체금속형으로 나누지만 여기서는 일본에서 이번에 사고를 일으
킨 비등수형과 한국에서 사용하고 있는 가압경수로형과 가압중수형만 비교 한
다.
◇한국원자로와 일본 후쿠시마 원자로의 비교
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구분
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한국형(가압경수,PWR)
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일본형(비등수원자로,BWR)
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1)모형
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가압경수형 원자로
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2)차이점
(1)증기
발생
(2)노심 내
잔열제거
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*증기발생기에서 열교환으로 발생
(노심내에서 비등 불허용)
*증기발생기와 비상노심 냉각계
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*원자로 내에서 발생
(노심내에서 비등 허용)
*안전밸브를 통해 수증기 압력을 외부로 방출
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3)구조적
안전성
(1)연료봉
온도상승
(2)제어봉
위치
(3)격납용기
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*BWR 보다 느리게 상승(노내에 물만 있음)
*상부, 정전시 중력에 의해 작동
*용량이 커서 사고 시 대응시간이 상
대적으로 시간적 여유가 있음
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*PWR 보다 빨리 상승(노내 물과 수증기 혼재)
*하부, 연료용융 시 작동불능
*상대적으로 작아 사고시 내부압 급
상승, 대처시간이 짧음
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4)2차계통
사고 시
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*증기누출시 방사능 누출 없음
(노체와 증기발생기 분리)
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*증기 누출시 방사능 누출위험
(노체 수증기로 직접 증기터빈가동)
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5)노심냉각
(爐休止시)
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*증기발생기로 자연순환으로 냉각
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*자연냉각기능 없음. 강제증기누출
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3. 일본 후쿠시마 제 1원자력 발전소(BWR, 沸騰水型原子爐 )
1)개요
일본 후쿠시마의 원자력은 1950년대에 미국 제너럴 일렉트릭이 개발한 동력
용 원 자로로 구조는 비등수형 원자로 6기로 발전 설비는 4.7GW로 세계 14위
규 모 이며 일본 도쿄전력의 첫 원자력 발전소이다.
원자로내에서 직접 수증기를 만들어 증기터빈을 가동시키므로 건설단가가 싸
고 열효율이 높은 것이다.
초기 10년을 수명으로 설계되었으나 이미1971년부터 가동하여 이미 40년을
사용한 초기타입 원자로로 안전성이 좀 떨어져 안전성이 거론된 적도 있었다.
◇후쿠시마 제1원자력 발전소의 설비용량: 총 설비량 4,700MW
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원자로
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원자로 형식
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상업 운전 개시
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정격 출력
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원자로 개발
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1호기
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BWR-3
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71.3/26
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460 MW
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제너럴 일렉트릭
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2호기
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BWR-4
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74.7/18
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784 MW
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제너럴 일렉트릭
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3호기
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BWR-4
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76.3/27
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784 MW
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도시바
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4호기
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BWR-4
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78.10/12
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784 MW
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히타치
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5호기
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BWR-4
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78.4/18
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784 MW
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도시바
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6호기
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BWR-5
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79.10/24
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1,100 MW
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제너럴 일렉트릭
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*7호기 (1380MW)는 2013.10월, 8호기(1380MW)는 2014년 10월 준공예정
2)사고현황
강도 8.9의 강진으로 전원이 차단되고 원자로 비상냉각용 비상발전기와 비상 배
터리가 해일에 의해 마비되어 원자로 내에 냉각수가 공급되지 않아 노체가 과열
되고 노내 압력이 증가되어 수증기가 누출되고 그 과정에서 발생된 수소가 대기
중의 산소와 화합하여 격납고가 폭발(추정)되고 방사능이 누출된 사고이다.
(1) 격납고 폭발:
노 내의 압력상승으로 누출된 수증기중의 수소가 대기중의 산소와 화합하여
격 납고가 폭발되고 누출된 수증기내에 방사능이 비등수로 형이라 함께 누출.
(2) 폐 연로봉 저장조의 냉각수 고갈로 폐 연료봉이 노출되면서 방사능 누출
*원전 3호기 주변의 방사능 수치는 순시 3,000 mSv(평소 일본의 연간 관리기준 300 mSv의 10배)
4. 방사능 오염
방사능은 산업용이나 의료용으로 많이 사용되고 있어 평상시에도 100 Rem
(0.1mSv, mlli sivert) 정도는 피폭되고 있다.
*방사능 단위는 발생기준 bequrel, 피폭기준은 Sv, mSv, uSv
방사능 오염은 핵분열 시 발생하는 방사선 물질에 의해 환경, 음식물, 인체가
오 염되는 것을 말하고 핵실험 시 방사성 낙진이나 원자력 시설에서 방출된
방사성 폐기물 등에 의해 오염된다. .
방사능 오염의 판정은 자연상태에서는 존재하지 않으나 핵반응 시 발생하는
137 Cs (Cesium 137)을 측정하여 방사능오염 여부를 판단합니다.
137Cs는 강력한 감마선(γ선)으로 암세포를 죽이기 때문에 암 치료에 널리 사
용 되고 있지만 정상세포가 노출되면 암에 걸리고 인체내의 칼륨(Kalium)을
대신 해 치명적인 피해를 준다.
방사성 요오드는 갑상선에 축적되어 집중적인 피해를 주지만 피폭 전에 비 방
사성 요오드를 섭취하면 체외로 배출할 수도 있다.
현재의 방사능 오염상태는3월 24일 현재 후쿠시마 방사능 실태는 주변의 시
금 치(잎 넓은 채소)와 우유에서 방사능이 검출되고 상수도원이 오염되어 유아
에 게는 마시지 못하도록 고시함에 따라 방사능오염에 대한 공포가 확산되고
있다.
이는 누출된 방사능이 잇따른 우천과 강설로 주변 지상의 식물과 수원을 오염
시킨 것으로 추정.
◇방사능 연간 피폭량과 인체에 나타나는 증상
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피폭량
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증 상
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500 (mSv)
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외적 증상은 없지만 10명 중 1~2명 백혈구 감소
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1 ~ 10,000
(mSv)
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조혈기 장애로 피폭 2~3주 후부터 백혈구 감소증과 혈소판감소증
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골수발육 부전 발생
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4~6주후 감염과 출혈로 사망 가능
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10,000-15,000
(mSv)
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소화기 장애 발생
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피폭 2~3일 후부터 복통, 발열, 설사증상,
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2주 후 장염과 쇼크로 사망
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50,000 (mSv)
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중추신경장애로 오심·구토증상, 몇 시간 후 뇌 부종으로 사망
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◇방사능 오염시 행동요령은
1)모든 출입문과 창문을 꼭 닫고 환풍기, 에어컨은 사용중지
2)비상대응조치기간으로 문의 전화 삼가-전체적인 비상대응조치 지휘를 방해
3)가족이 헤어져 있더라도 자체 대피하고 있으므로 찾으려고 외부로 나가지 말 것.
5. 원자로의 방사능 오염사고 이력
원자로의 첫 사고는 1979년 3월 미국 펜실베이니아주에 위치한 스리마일섬 원
자력 발전소에서 발생하였으나 신속한 조치로 피해가 거의 없었고 두 번째는
1986년 4월 러시아의 체르노빌 원자력 발전소가 폭발되어 방사능이 누출되어
방사능이 오염되는 사고가 있었다.
체르노빌 사고(Chermobyl disaster)는 1986년 4월26일 1시23분(모스크바 시
간) 우크라이나에 있는 체르노빌원자로의 폭발사고로 방사능이 벨라루스. 러시
아 등까지 확산되고 구 소련정부의 대응지연으로 피해가 광범위화 되어 사상
최악의 원자력사고로 기록되었다.
원자력 사고는 그 등급에 따라 안전한 조건을 0으로 하고 위험도에 따라 1,2,
3,….7등급으로 구분한다..
체르노빌 원자력 발전기의 처리는 동년 5월 9일 흑연화재가 진압된 후 방사능
누출을 막기 위해 냉각장치를 내장한 콘크리트판을 지하에 설치하여 지하수 오
염을 막고 대기오염방지를 위해서는 석관(sarcophagus)이라 불리는 콘크리트
판으로 봉인하였다. 겉으로 보기에는 왕릉처럼 보인다.
피해상황은 직접적인 피해는 근무직원 중 순환펌프기사 자동제어 시스템 기술
자, 발전소 직원 중 물리학자 외 2명이 사망하고 총책임자는 9년 후 사망했다.
그러나 1986년에서 1987년 사이에 투입되었던 22만6천명은 평균 130-170
mSv를 피폭 당하고 25,000명이 사망하였으나 사망원인과 방사능피폭과의 직
접적인 역학관계는 입증하지 못했으나 계속 주변 주민들의 소아암이 급증하고
백혈병환자가 급증하였습니다.
6. 방사능 오염 방지를 위한 추진 과정(NHK보도자료에 의거 추정)
현재는 노심이 용해되어 연료봉이 노출되지는 않았고 노내의 수증기 누출과 폐
연료봉이 노출되어 방사능이 누출된 것으로 보입니다.
현재 일본은 해수로 우선 노의 온도를 내린 후 외부 전원을 연결하여 제어 계통
을 살려 정상적인 조작에 의해 원자로를 냉각하고 폐연료봉 저장소에 냉각수를
채워 방사능 오염을 방지하고자 하나 원자로 모형이 비등수로 형이어서 가열된
노내에 냉각수를 투입할 때 발생되는 수증기가 노의 압력을 상승시켜 불가피하
게 수증기를 누출시켜야만 하고 이때 상당량의 방사능이 동시에 누출될 것으로
우려하고 있다.
이 과정에서 무엇인가 잘못되어 원자로가 폭발하거나 노체의 Melting down(노
심용행)이 생겨 핵연료가 노출되면 체르노빌에 버금가는 사고 6-7등급으로 확
대될 수도 있습니다만 일본은 자타가 인정하는 핵 선진국가이고 일본국민이 가
미가제식으로 최선을 다하고 있으므로 그런 최악의 경지까지는 가지 않는다고
본다.
또 이미 누출된 방사능은 방사능의 속성(방사능 량 R= - dN/dt)에 의거 시간에
따라 감소하고 계속 대기 중에 확산되어 관심은 두고 관리해야겠지만 더 이상
사태가 악화되지 않는 한 한국은 절대 안정권에 있다고 판단된다.
좀 아쉬웠던 것은 지진과 해일이 한꺼번에 닥쳐 원자로는 자동적으로 멈추지만
가열되었던 노체의 냉각을 위해 계속 냉각수를 공급해야 함에도 비상발전기와
비상배터리의 이중 안전구조가 동시에 무용지물이 되어 냉각수를 공급하지 못
했을 때 즉시 인근 발전소의 비상발전기라도 옮겨서 냉각수를 공급 하였드라면
하는 것입니다. 하기는 지진으로 파괴되어 비상발전기를 갖고와도 가동할수가
없었는 여건일수도 있다.
하지만 수m의 쓰나미가 덮치고 지진으로 지면이 요동치는 과정에서 인간의 본
능상 살기 위해 피신하기에 급급하고 너무 자동화를 믿고 있었던 당시의 여건은
누구도 탓할 수 없는 것이라고 사려됩니다.
똑 같은 자연재앙이 한국에서 일어날 경우 사고의 형태는 유사할 것이라고 보이
나 한국은 일본만큼 지진의 빈도나 강도가 낮고 복구과정에서 가압경수로나 중
수(일본은 비등수형)로라서 노체 내에는 수증기가 없고 열교환기로 냉각이 가능
해 다소 유리한 점은 있을 것이라고 생각되지만 이번의 사고는 수증기의 누출사
고가 아니고 전력차단으로 노심에 냉각수가 공급되지 않아 발생한 사고이기 때
문이다.
이 시점에서 더 이상 사고가 악화되지 않도록 일본의 핵 기술을 믿고 의연하게
대처하면서 과민반응을 하지 않는 것이 바람직하다.
가끔 원자핵 실험이 있을 때 낙진을 우려하여 우물물 뚜껑을 덮으라고 난리지만
상수도원인 한강을 덮으라는 이야기는 하지 않는 것은 앞뒤가 맞지 않은 다소의
과민 반응이 있으므로 노체가 폭발하지 않은 현 시점에서는 한국은 절대 안전하
므로 의연하게 대처할 필요가 있다.
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