14일 후쿠시마 다이치 원전의 원자로 3호기가 폭발 후 불타고 있다. 위성사진. 이미지=REUTERS/Digital Globe/Handout
어제 오전 노심용융이 우려되던 후쿠시마 제1원전 3번 원자로가 폭발을 일으켰다. 11일 발생한 강진으로 원자로의 예비 냉각장치가 마비됐고, 내부에서 열과 압력이 올라갔다.
원자로 내부에서 무슨 일이 벌이지는 걸까?
요약
a. 지난주 금요일 11일, 일본 북부를 덮친 강도 8.9 지진으로 후쿠시마 원전의 원자로가 가동을 멈췄다. 곧바로 제어봉이 작동해 핵반응을 중지시켰다.
b. 하지만 강진과 잇따른 해일로 전력이 끊기자 냉각기가 작동되지 않았고 노심의 연료에서 과열이 일어났다. 원자로가 가동을 멈추더라도 핵연료에서 엄청난 열이 방출되기 때문에 냉각이 여전히 필요하다.
c. 전력 부족으로 물 순환이 이뤄지지 않아 끓기 시작했고 증기로 변했다. 물이 끓어서 증발되면서, 연료봉이 수위 위로 드러나 공기에 노출됐을 것으로 보여진다. 이렇게 되면 과열이 더욱 심해져 지르코늄 합금 용기가 녹거나 갈라졌을 수 있다.
d. 지르코늄 합금이 증기와 반응하면서 수소 가스가 발생됐다. 기술자들이 압력을 낮추기 위해 수소 가스를 격납건물 외부로 유출시키는 과정에서 가스 폭발이 일어났고 지붕이 날아갔다.
e. 일본 핵당국은 응급 냉각제로 바닷물을 원자로에 채우고 있고, 핵반응을 완화하는 붕산도 여기에 사용하고 있다.
● 원자로 노심은 우라늄 연료다발로 채워진 일련의 지르코늄 금속관이나 봉으로 이뤄져있다.
● 물이 관 사이로 채워져 냉각시키면서 증기로 된다. 증기는 터빈을 돌려 전기를 만든다.
● 지난 3일 동안 후쿠시마 원전 1, 2, 3호기에서는 예비 냉각기를 작동시키기 위해 여러 차례 필사적인 노력이 있었다.
● 원자로가 정상 가동될 때, 우라늄에서 분리된 고 에너지의 중성자가 원자와 충돌해 쪼개는 연쇄반응이 일어나는데, 여기서 열 그리고 스트론튬과 세슘과 같은 새로운 방사능 물질이 만들어진다. 마찬가지로 새로운 중성자도 생성돼 반응을 지속시킨다.
● 일본에서 지진 발생 직후 사고를 일으킨 원전을 포함해 모든 원자로에서 연쇄반응이 멈췄다. 자동으로 가동이 중단된 것인데, 보론으로 만들어진 제어봉이 연료 속으로 들어가 중성자를 흡수했다.
● 하지만 노심 내부에서 방사성 물질이 자연적인 붕괴를 일으켜 열이 계속 오르게 되는 붕괴열 현상이 일어난다. 열은 한 시간이 지나서 초기의 25% 수준으로 떨어진 뒤에 느리게 사라진다.
● 보통 냉각제 펌프가 이 열을 식히게 되는데 후쿠시마 원전의 경우 지진이나 해일 또는 두 요인 모두에 의해 작동을 멈췄다.
● 응급 요원이 내부의 원자로 노심을 냉각시키려고 매달렸고 결국 바닷물로 채워 냉각시켰다. 만반의 조치로 핵 반응을 멈추기 위해 바닷물에 붕산을 섞었다.
● 연쇄반응이 멈췄다고 하더라도 원자로 노심을 냉각시키는 작업은 중요하다. 우라늄 연료를 채운 금속관을 녹여버릴 만한 열이 남아있기 때문이다. 노심이 과열되면 접촉하는 물과 화학반응을 일으켜 폭발적인 수소 가스를 생성한다.
● 이 수소 가스는 전문가와 당국에서도 말하듯 토요일 후쿠시마 원자로 1호기 그리고 월요일 원자로 3호기를 폭발하게 했다.
● 기술자들이 수소 가스를 대기로 방출하는 작업을 했고, 이 가스에 포함된 소량의 방사성 입자로 주변에 방사능 수치가 오르게 됐다.
● 노심은 두꺼운 강철로 된 원자로 용기 내부에 있고, 이것은 다시 콘크리트 격납건물로 둘러싸인다. 여기에 다소 얇은 지붕이 있는 개방된 건물이 있는데, 구조적으로 중요하진 않다.
● 일본 정부는 수소 폭발로 내부 용기가 아닌 외부 건물만 무너졌다고 말했다.
● 내부 용기에 틈이 생기면 방사능 수치가 오르게 된다. 하지만 용기에 금을 만들 만큼의 열이 더 이상 남아있지 않다는 게 전문가들의 설명이다.
● 남아있는 최악의 위험은 노심 용융으로서, 이렇게 되면 연료 제거가 매우 어려워지거나 불가능해지게 된다. 이는 1979년 미국 펜실베니아에서 발생한 스리마일 사고에서 벌어진 것이다. 노심 용융이 발생된 부지는 영구 봉쇄된다.
● 1986년 일어난 체르노빌 사고의 경우 핵분열 연쇄반응을 제어하는 제어봉 고장으로 폭발이 발생해 원자로가 날아가고 방사선이 유출돼 우크라이나와 유럽 지역을 오염시킨 최악의 핵사고로 기록되고 있다.
[동영상]후쿠시마 원전 폭발 배경설명 (03:14, NHK 영상, Reuters 재편집, 영어)
번역=이지언
출처=BBC / Reuters
