한국, 후쿠시마 원전의 차이와 안정성

2011년 3월 11일 리히터 규모 '9'인 강력한 지진과 쓰나미로 다음날 3월 12일 후쿠시마 1원 자력 발전소 냉각시스템 고장으로 악몽은 시작되었다.

일본에서 구호활동을 하던 로널드 레이건호에 타고 있던 장병 가운데 70여명이 도쿄전력에 집단 소송을 했고 청구금액은 10억 달러, 우리 돈으로 1조 800억 원에 이른다. 또한 후쿠시마뿐만 아니라 일본 전체가 흔들리는 국가적 재난 상태에 이르렀다. 이렇게 위험해 보이는 원자력 발전소 우리나라는 안전할까?

격납용기 속 원자로와 발전기가 분리된 국내의 가압경수로 방식

가압수형 원자로 PWR(Pressurized Water Reactor)

우리나라 원전은 모두 가압수형 원자로 PWR(Pressurized Water Reactor)이다. 가압수형 원자로란 우라늄 연료가 분열하면서 생기는 열을 1차 냉각수가 흡수한 뒤, 열교환기에서 2차 냉각수로 그 열을 전달한 후, 그 2차 냉각수가 증기화 되면서 터빈을 돌리는 구조이다. 구조가 복잡해 열효율이 떨어지고 설계, 건설, 유지관리가 어렵다는 단점이 있으나 고농도의 방사성을 띤 1차 냉각수는 원자로 격벽 내에서만 순환하고, 터빈을 돌리는 2차 냉각수는 방사성이 심한 1차 냉각수와 물리적으로 완전히 분리되어 있어서 방사성 오염수가 터져질 우려가 적다.

원자로와 직접 맞닿아 있는 일본의 비등경수로 방식

비등경수로 BWR(Boiling Water Reactor)

다음은 후쿠시마의 비등경수로 BWR(Boiling Water Reactor)이다. 일본 발전소는 대부분 비등경수로 발전인데 원자로에 들어갔던 냉각수가 바로 증기로 바꿔서 터빈을 돌리는 구조이다. 우리나라에서 쓰는 가압경수로보다 구조가 단순하고 열교환 과정이 적어 효율은 높다. 하지만 위 그림과 같이 오염된 냉각수가 원자로 격벽 내부로도 출입해야 하기 때문에 방사성 물질 유출의 위험이 매우 크다.

<국내 가압경수로와 일본 비등경수로의 차이>

비용과 효율은 대부분 Trade off 관계를 벗어나기 어렵다.

만약 최악에 상황에 비상발전기까지 고장나 펌프가 동작하지 않아도 1차 냉각수 탱크를 원자로 상부에 위치시켜 자연적인 대류현상으로 72시간 이상 핵연료를 냉각시킬 수 있다.

 

국내 원자로의 5겹의 방호벽

1. 제 1방호벽 - 펠릿(Pellet) - UO2분말을 연료로 사용하기 위해 펠릿에 넣어 가공한 형태로 대부분 방사성 물질 펠릿에 갇힘.

2. 제 2방호벽 - 지르코늄 합금의 피복관(압력관) - 펠릿에서 손상이 발생할 경우 누설된 방사성 물질은 피복관에서 갇힘.

3. 제 3방호벽 - 원자로 압력용기(두께 20cm 이상의 두꺼운 강철) - 피복관 손상으로 누설된 방사성 물질은 원자로에서 갇혀 원자로 건물로 누설되는 것을 방지

4. 제 4방호벽 - 원자로 격납용기(건물 내벽) 두께 약 60mm 철판 - 냉각재 또는 감속재 누설 사고 시 원자로 건물 외부로 방사성 물질 누설되지 못하도록 함

5. 제 5방호벽 - 원자로 건물 외벽(두께 120cm 철근 콘크리트) - 냉각재 또는 감속재 누설 사고 시 원자로 건물 외부로 방사성 물질 누설되지 못하도록 함

 

격납용기가 클 수록 사고 예방에 수월하다.

5배의 체적 크기가 나는 국내 원전 격납용기

우리나라 원전은 후쿠시마 원전 격납용기보다 5:1 비율로 체적(부피)이 커서 폭발을 막을 때까지 시간을 더 벌 수 있다. (이때 원자력발전소에서 수소가 웬 말이냐 할 텐데 수소는 통제되지 않은 핵반응의 부산물이다. 일본 원전의 격납용기는 수소 때문에 터진 것이다.)

 

이번 후쿠시마 사고로 더 보강된 대응책

<쓰나미에 원전 침수을 막아줄 해안방벽 증축>

 

<쓰나미에 원전 침수을 막아줄 해안방벽 증축 및 방수 시스템 구축>

안전에 대해 방심하면 안 되지만 우리나라의 원자력발전소는 일본에 비해 비교적 안전하다.

하지만 환경운동가들은 탈원전 분위기를 조성하며 신재생에너지 발전을 대안으로 제시하고 있다. 1GW의 원전설비를 기준으로 풍력은 6배 이상, 태양광은 22배 이상의 특정한 대지가 필요하며, 수많은 숲을 훼손해야 한다.

원전은 현재의 기술력에서 가장 친환경적인 발전 방법이다. 이런 위기일수록 더욱 원전 연구에 힘을 쏟아 우라늄 235를 대체할 물질을 발견하거나 핵융합 기술 개발로 지혜롭게 극복해야 한다고 생각한다.