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후쿠시마 원전사고 8년 “대한민국 원전, 안녕하십니까?”

원자력은 인류가 이룬 역사(歷史)이다. 화석연료의 굴레에서 벗어난 원자력발전은 우리에게 새롭고 값싼 에너지를 누리게 했으며 그로인해 경제성장을 이룩할 수 있었다. 물론 후쿠시마 원전사고는 인류가 잊고 있었던 원자력이 가진 ‘장미와 가시’의 양면성을 일깨워 혼란스러운 것도 사실이다. 
2011년 3월 11일 발생한 후쿠시마 원전 사고는 ‘자연재해’에서 출발해 ‘인재’라는 대형사고로 발전한 인류역사에서 뼈아픈 참사로 기록하고 있다. 지금껏 많은 언론에서 다뤄졌듯이 후쿠시마 원전 사고의 원인은 핵분열에 의한 폭발이 아니다. 지진으로 전력 공급이 중단되고 이어지는 지진해일로 원자로 비상노심냉각 기능이 상실되면서 원자로에 냉각수 공급에 차질이 생겼으며, 냉각재 수위가 낮아지면서 연료봉이 노출되어 온도가 상승하였으며 고온에서 연료봉 피복재가 산화함으로써 수소가 발생했다.
이때 발생한 수소는 원자로에서 격납용기 내부로 배출되어 모이는데, 격납용기 보호(파손 방지)를 위해 수소를 격납용기 외부로 방출하는 과정에서 누출된 수소가 격납용기를 둘러싼 건물인 원자로건물 상부에 축적되고 공기와 반응해 폭발(수소폭발)하면서 방사능이 누출된 것으로 분석되고 있다.
후쿠시마 원전사고가 발생한지 8년이 지났지만 여전히 원자력발전에 대한 논란과 우려가 많다. 원자력발전소가 무조건 안전하다고 말하지 않겠다. 그러나 싫든 좋든 원자력은 우리에게 여전히 매력적인 에너지원이라는 사실은 변함이 없다. 이에 본지는 모두가 안심할 수 있는 ‘원자력발전’과 관련된 각종 오해에대 해 속시원하게 알아봤다. 
한편 후쿠시마 원전사고 이후 현재까지 국내 원전에 대한 후속조치는 ▲지진에 대한 구조물 안전성 ▲해일에 의한 구조물 안전성 ▲침수시 전력ㆍ냉각계통 ▲중대사고 대응 ▲비상대응 및 비상진료체계 ▲고리 1호기 및 장기가동 원전 등 6개 분야별로 점검을 통해 ▲지진 자동정지설비 설치 등 5개 ▲고리원전 해안방벽 증축 등 4개 ▲이동형 발전차량 및 축전지 확보 등 11개 ▲피동형 수소제거기 설치 등 6개 ▲방사선방호약품 및 방독면 확충 등 11개 ▲정기검사 등 안전검사 강화 등 10개 등 총 56개의 장ㆍ단기 개선대책을 수립, 시행하고 있다. 이 개선대책은 오는 2021년까지 완료할 예정이며 약 1조1000억원이 투입된다. <편집자 주>

신고리원자력발전소 3ㆍ4호기 이동형발전차량 ⓒ사진제공=한국수력원자력

◆우리나라 원자력발전소, 지진ㆍ해일에 안전한가
원자력발전소는 지진이 발생할 경우 방사성 물질이 외부에 누출될 수 있다는 최악의 상황을 가정해야 하지 때문에 어떤 설비보다도 지진에 대한 철저한 대비책이 요구된다. 이에 따라 우리나라 원자력발전소는 부지선정, 설계, 건설, 운영 등 각 단계에서 지진과 해일 등 모든 자연재해에 대해 완벽한 대비책을 세워놓고 있다.
먼저 우리나라는 판 경계부에서 벗어나 있어 큰 규모의 지진이 발생하기는 어렵다. 지진이란 지구 내부에 쌓여진 에너지가 순간적으로 방출되는 순간 그 에너지의 일부가 지진파 형태로 전달되는 자연현상으로서 지구 표면의 여러 조각으로 나누어진 지각과 지판들 간의 상호운동과 관계가 있는데 대부분의 큰 지진은 이들 지판의 경계부에서 많이 발생한다.
전 세계적으로 사람이 느낄 수 있는 리히터 규모 3.0이상의 지진은 매년 14만5000회, 실제 피해를 줄 수 있는 리히터 규모 5.0 이상의 주요 지진은 매년 3000회 정도 발생하고 있다. 특히 유라시아판, 태평양판, 북미 판 및 필리핀 판의 경계면에 놓여 있어 지진활동이 가장 활발한 지역인 일본의 경우 리히터 3.0 이상은 매년 3500회, 리히터 5.0 이상은 100회 정도 발생하고 있다.
우리나라는 판 경계부에서 약 600km 떨어진 유라시아 판 내부에 위치하고 있어 대규모 지진발생 확률이 아주 낮은 안전지대로 평가되고 있으며, 리히터 규모 3.0 이상의 지진은 연평균 약 10회 정도 발생하고 있다. 또 대부분 미약한 지진동만 일으킬 뿐 피해를 주지 않는 정도이다. 피해를 유발할 수 있는 리히터 규모 5.0 이상의 지진은 약 10년에 1회 정도 발생하는 것으로 보고되고 있다.
지진이 발생하면 구조물에는 주로 수평방향의 힘이 작용한다. 원자력발전소는 이 수평방향의 지진력에도 비틀리거나 붕괴되지 않도록 전단벽을 많이 설치, 지진력을 자체의 강성으로 대항해 제어한다.
전단벽이란 철근콘크리트 내진벽을 말하는데 건축물의 하층부분에 수평 지진력을 받아줌으로써 골조의 파괴를 막는 것이다.
우리나라 원전 안전관련 구조물의 내준설계 기준은 지반가속도 0.2g 및 0.3g로 각각 리히터 규모 6.5 및 7.0의 지진에도 건전성과 안전성을 유지한다. 또 구조물과 구조물 사이에 간격을 두어 지진이 발생해도 상호 충돌을 최대한 줄이도록 하고 있으며, 기기 지지부에는 충격을 흡수할 수 있는 면진구조를 도입하고 있다.
2007년부터 실시한 기존 원자력발전소에 대한 재평가 결과 표준형 원자력발전소의 구조물은 원자로건물 0.9g, 보조건물 0.5g의 지반가속도에도 안전기능을 유지하는 것으로 확인됐다.
원자력발전소는 지진에 영향을 받지 않도록 단층이 없는 단단한 암반 위에 건설되고 있으며, 큰 해일에도 안전하도록 지표위 7.5m~12m 높이로 건설됐다. 또한 타 원자력발전소에 비해 부지여유고(7.5m)가 적은 고리 1ㆍ2호기(0.31m)의 경우 처오름에 대비, 높이 10m의 해수방벽을 축조해 만일에 있을 해일 피해에 철저히 대비하고 있다.

◆원자력발전 사고 시 방사성물질의 외부 유출 가능성
우리나라 원전은 증기발생기가 있어 방사성물질이 원자로건물 외부로 유출될 가능성이 거의 없다. 2011년 3월 발생한 후쿠시마 원전 사고는 리히터 9.0규모의 거대한 지진과 쓰나미의 여파로 후쿠시마 원전의 전원이 차단되는 사고가 발생, 원자로를 식히는 냉각장치 가동이 중단되고 연료봉 온도가 상승하면서 생긴 사고 있다.
원전은 거대한 에너지를 바탕으로 전기를 생산하기 때문에 잠재적인 위험을 안고 있다. 일본의 원전은 원자로 용기 내에서 발생한 열로 직접 증기를 생산, 방사선을 띤 증기를 이용해 전기를 생산하는 비등경수로 방식으로 우리나라의 가압경수로 방식과는 근본적인 차이가 있다.
우리나라의 가압경수로 방식은 냉각수에 높은 압력을 가해 약 300℃의 고온에서도 액체상태를 유지할 수 있도록 하며, 1차 냉각수의 열로 인해 2차 냉각수를 증기로 변화시키는 방식이다. 원전 건설비와 유지비가 일본의 비등경수로보다 높지만 열을 생산하는 원자로와 증기를 방생시키는 증기발생기가 와전 분리돼 있으며, 방사성물질이 함유된 냉각수가 원자로 건설 내에 위치해 비상시에도 방사능 유출 가능성이 거의 없다.

◆국내 원전 '노심융용ㆍ수소폭발' 등 중대사고 일어날까
우리나라 원전의 원자로용기 내부부피은 일본에 5배 이상 크게 설계됐다. 그럼에도 우리나라의 원자력발전소의 노심용융과 수소폭발 등의 사고가 일어날 가능성에 대한 우려는 여전하다. 국내 원전은 원자로의 냉각기능이 상실될 가능성이 매우 낮으나 만약 상실되어 원자로에서 다량의 수소가 발생되더라도 원자로용기의 내부 부피가 매우 크고 수소점화시설이 있어 수소폭발이 일어나지 않도록 안전하게 설계가 돼 있다.
원자력발전의 연료로 쓰이는 우라늄은 압출소결 및 성형 가공된 연료 펠렛(우라늄 소결체) 속에 있다. 이 연료 펠렛은 지르코늄 합금의 금속판인 연료 피복재로 둘러싸여 방사성물질이 외부로 누출되지 못하도록 차단하고 있다. 그러나 이 연료 보호용기는 1090~2760℃ 이상의 온도에 녹게 되고 계속 온도가 상승하면 원자로의 연료 자체가 녹을 수 있다.
일본은 지진과 쓰나미의 여파로 후쿠시마 원전의 원자로 냉각장치가 정지돼 200℃ 이상의 고온에 피복재와 연료 펠렛, 그리고 연료 자체가 녹아버리는 노심용융현상이 발생했다. 이 고론의 열에 의한 수증기가 지르칼로이(Zr) 성분으로 이루어진 피복재와 반응하면서 수소가 대량으로 발생, 결국 수소폭발로 이어졌고 방사성물질이 대기 중에 방출되면서 결국 우리나라까지 방사성물이 미량 도달했다.
그러나 우리나라 원자력발전소는 원자로의 냉각장치가 정지될 가능성이 매우 낮다. 하지만만약 정지가 돼 일본의 경우처럼 원자로 안에 다량의 수소가 발생되더라도 수소 폭발로까지의 진행을 막고자 원자로용기의 내부 부피를 7만7000㎥로 설계, 1만5000㎥의 일본 원전에 비해 7배 이상 커 만일에 발생할 수 있는 수소폭발에 철저히 대비했다.
또 우리나라 원자력발전소의 원자로 건물 두께는 120㎝의 철근코크리트로 돼 있어 원자로 건물 내부의 수소폭발 시에도 방사성물질을 안전하게 차단할 수 있다.
이밖에도 원자로 내에 수소가 5% 이상 발생할 경우 특별한 점화원 없이도 수소폭발 가능성이 잇다. 우리나라의 원자력발전소는 설계 단계에서부터 수소 폭발에 철저히 대비하고 있지만 만일 원자로 용기 내의 수소농도가 5%를 초과할 경우에는 이를 조금씩 태워 물로 바꿔주는 수소점화기가 작동된다. 이 수소점화시설은 일본 원전에는 없는 수소제어설비로 수소의 농도를 낮춰주면 수소폭발의 위험 또한 현저히 낮아지게 된다.
특히 고리 1호기 등에는 전원없이도 수소가 촉매재(백금, 팔라튬 등) 사이로 지나가면서 직접 산소와 반응, 물로 변환되는 피동촉매형 수소재경합기가 설치돼 있다.

 

김소연 기자  ksy@knpnews.com

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