환경용어사전 원자력발전소의 사고
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원자력발전소의 사고는, 크게 핵폭주사고와 냉각재 상실사고로 나뉜다.
핵폭주사고로는 원자로의 출력 제어에 실패하여 핵 반응이 급격히 진행된 결과 핵이 폭주하는 것, 대량의 발열로 원자로심이 용융하고 냉각수의 비등으로 수증기 폭발이 일어나는 것, 연료봉 피복관의 질코늄과 물이 반응하여 수소 폭발을 일으키는 것 등이 있다. 원자로의 출력 제어는 중성자의 양을 증감함으로써 이루어지는데 핵 분열 시에 나오는 중성자의 수명은 대단히 짧아서 이것만으로는 제어가 불가능하다. 그러나 극히 일부(0.6%)에 수명이 긴 것(누발 중성자)이 있어서, 이를 이용함에 따라 실제 제어가 가능하게 된다. 따라서, 누발 중성자에 의한 제어 가능범위를 넘는 커다란 반응도가 주어지면 원자로는 순간적으로 폭주하게 되는 것이다.
반응도는 제어봉 등 중성자 흡수재의 양, 중성자 감속재의 밀도, 핵 연료의 연소도나 온도에 따라 변화하는데, 이를 방지하기 위해 '부담 피드백'을 설계해 둔다.
그러나 노형이나 조건에 따라 피드백이 정확히 작동되는 경우도 있으나 피드백 기능을 넘는 커다란 반응도의 투입이 있는 경우에는 파국적인 폭주를 피할 수 없다.
체르노빌 원전사고는 이 전형적인 예이다.
냉각재상실사고는 펌프의 공장, 배관 파열, 원자로 용기의 파괴 등에 의해 냉각재가 없어져 노심이 과열되는 것으로, 노심용융에서 수증기폭발 및 수소폭발로 발전할 위험이 있다. 또한 냉각재상실사고에서 스크럼(긴급 정지)에 실패할 경우 냉각재의 복잡한 움직임으로 핵폭주를 일으키게 할 우려가 있다는 지적도 있다. 그런데 원자로가 정지하였다 해도 원자로 내의 '죽음의 재'가 대량 발열을 계속하고 있고, 이것이 전체 열 출력의 7%나 된다. 따라서 냉각에 실패할 경우에는 노심 용융에 이르게 된다. 스리마일 섬 사고가 이러한 사고의 전형이다.
어떤 사고에 있어서도 노심이 용융하거나 대 폭발에 이른 경우에는 대량의 방사성 물질이 환경에 산산히 흩어지며, 생물에 직접적인 피폭을 입히게 된다. 뿐만 아니라 토양 및 물 등 환경을 사용불능 상태로 떨어뜨리며, 식물오염 등을 통하여 장기간에 걸친 막대한 피해를 입힌다. 피해 정도에 대한 시험적 계산도 나오고 있으나, 사고의 양태나 기후 등에 따라 그 정도는 매우 다르다.
실제의 대사고는 몇가지의 작은 원인이 복합되어 일어나는 경우가 많다. 정전이나 화재에 의한 제어 불능, 터빈에 일어난 화재, 대구경 관의 파열에 의한 냉각수의 유출 등에 의해 아차하는 순간에 사고가 일어났다. 예컨대 1975년, 미국 브라운스훼리 원자력 발전소에서는 작업 중이던 촛불이 원자로 내의 시설에 인화, 케이블 등이 파손되는 대 화재를 일으켜 냉각계 및 ECCS가 장시간 마비되었다.
또한 억제봉의 구동 불능, 연료봉의 파손 혹은 구부러짐, 배관의 금간 곳이나 냉각수 누수, 뚜껑 개폐기 작동 불능, 펌프 고장, 증기발생기의 세관에 작은 구멍이 나거나 끊어지는 경우 등 소규모의 사고는 매우 자주 일어나고 있다.
한편 고속 증식로의 경우는 물, 나트륨 반응에 의한 폭발, 용융된 노심의 임계(臨界)에 의한 자발적인 핵 폭발 등의 대 사고 위험이 있다.
핵폭주사고로는 원자로의 출력 제어에 실패하여 핵 반응이 급격히 진행된 결과 핵이 폭주하는 것, 대량의 발열로 원자로심이 용융하고 냉각수의 비등으로 수증기 폭발이 일어나는 것, 연료봉 피복관의 질코늄과 물이 반응하여 수소 폭발을 일으키는 것 등이 있다. 원자로의 출력 제어는 중성자의 양을 증감함으로써 이루어지는데 핵 분열 시에 나오는 중성자의 수명은 대단히 짧아서 이것만으로는 제어가 불가능하다. 그러나 극히 일부(0.6%)에 수명이 긴 것(누발 중성자)이 있어서, 이를 이용함에 따라 실제 제어가 가능하게 된다. 따라서, 누발 중성자에 의한 제어 가능범위를 넘는 커다란 반응도가 주어지면 원자로는 순간적으로 폭주하게 되는 것이다.
반응도는 제어봉 등 중성자 흡수재의 양, 중성자 감속재의 밀도, 핵 연료의 연소도나 온도에 따라 변화하는데, 이를 방지하기 위해 '부담 피드백'을 설계해 둔다.
그러나 노형이나 조건에 따라 피드백이 정확히 작동되는 경우도 있으나 피드백 기능을 넘는 커다란 반응도의 투입이 있는 경우에는 파국적인 폭주를 피할 수 없다.
체르노빌 원전사고는 이 전형적인 예이다.
냉각재상실사고는 펌프의 공장, 배관 파열, 원자로 용기의 파괴 등에 의해 냉각재가 없어져 노심이 과열되는 것으로, 노심용융에서 수증기폭발 및 수소폭발로 발전할 위험이 있다. 또한 냉각재상실사고에서 스크럼(긴급 정지)에 실패할 경우 냉각재의 복잡한 움직임으로 핵폭주를 일으키게 할 우려가 있다는 지적도 있다. 그런데 원자로가 정지하였다 해도 원자로 내의 '죽음의 재'가 대량 발열을 계속하고 있고, 이것이 전체 열 출력의 7%나 된다. 따라서 냉각에 실패할 경우에는 노심 용융에 이르게 된다. 스리마일 섬 사고가 이러한 사고의 전형이다.
어떤 사고에 있어서도 노심이 용융하거나 대 폭발에 이른 경우에는 대량의 방사성 물질이 환경에 산산히 흩어지며, 생물에 직접적인 피폭을 입히게 된다. 뿐만 아니라 토양 및 물 등 환경을 사용불능 상태로 떨어뜨리며, 식물오염 등을 통하여 장기간에 걸친 막대한 피해를 입힌다. 피해 정도에 대한 시험적 계산도 나오고 있으나, 사고의 양태나 기후 등에 따라 그 정도는 매우 다르다.
실제의 대사고는 몇가지의 작은 원인이 복합되어 일어나는 경우가 많다. 정전이나 화재에 의한 제어 불능, 터빈에 일어난 화재, 대구경 관의 파열에 의한 냉각수의 유출 등에 의해 아차하는 순간에 사고가 일어났다. 예컨대 1975년, 미국 브라운스훼리 원자력 발전소에서는 작업 중이던 촛불이 원자로 내의 시설에 인화, 케이블 등이 파손되는 대 화재를 일으켜 냉각계 및 ECCS가 장시간 마비되었다.
또한 억제봉의 구동 불능, 연료봉의 파손 혹은 구부러짐, 배관의 금간 곳이나 냉각수 누수, 뚜껑 개폐기 작동 불능, 펌프 고장, 증기발생기의 세관에 작은 구멍이 나거나 끊어지는 경우 등 소규모의 사고는 매우 자주 일어나고 있다.
한편 고속 증식로의 경우는 물, 나트륨 반응에 의한 폭발, 용융된 노심의 임계(臨界)에 의한 자발적인 핵 폭발 등의 대 사고 위험이 있다.
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