경수, 중수, 핵연료로 이용되는물질

경수 [ 輕水 , light water ]

수소와 산소로 이루어진 보통의 물.


중수소(重水素)와 산소로 이루어진 중수(重水)와 구별하기 위해 쓰이는 말이다. 중수는 천연수에 약 0.015% 함유되어 있다. 중성자의 감속재(減速材)로서 중수를 이용하는 원자로를 중수형 원자로라고 하는 데 대해, 보통의 물을 감속재로 이용하는 원자로를 경수형 원자로라고 한다. 경수는 중수에 비해서 중성자 흡수단면적이 훨씬 크지만, 손쉽게 대량으로 얻을 수 있는 장점이 있어, 원자로의 감속재 ·냉각재 ·반사재 ·차폐재(遮蔽材) 및 콘덴서의 냉각재 등으로 널리 쓰인다.

중수 [ 重水 , heavy water ]

보통의 물보다 분자량이 큰 물


수소에는 1H(프로튬 H) ·2H(중수소 D) ·3H(삼중수소 T)의 세 종류의 안정한 동위원소가 있고, 산소에는 16O ·17O ·18O의 세 종류의 안정동위원소가 있다. 1H와 16O로 이루어진물을 경수(輕水)라 하고, 이 밖의 H와 O와의 조합으로 이루어져 있는 물을 중수라고 한다. 보통의 물은 분자량 18인 경수를 99.74 % 함유하며, 이 밖에 중수로서 H218O 0.17 %, H217O 0.037 %, HD16O 0.032 %, HD18O 0.00006 %, HD17O 0.00001 %, D216O 0.000003 %, D218O 및 D217O가 각각 0.000001 % 함유되어 있다. 이러한 함유량은 물의 기원(起源) ·장소 등에 관계없이 거의 일정하지만, 사해(死海) 또는 심해(深海)의 물, 어떤 종의 생체 내에서는 중수가 약간 농축되어 있다.

또 이들 중수에서 얻을 수 있는 것은 D216O이므로 보통은 이것을 중수라고 한다. D2O(산화중수소)의 전기분해속도는 H2O의 몇 분의 1이기 때문에 가성알칼리를 함유하는 수용액을 전기분해하면 잔액(殘液)에 중수가 풍부한데, 이것을 이용하면 순수한 중수를 얻을 수 있다. 또, 동위원소 교환반응을 이용하는 일도 있다. 중수는 무색 ·무취의 액체이며, 화학적으로 정성적(定性的)인 성질은 보통의 물과 거의 다르지 않다. 그러나 정량적(定量的)으로는 상당한 차이를 볼 수 있는데, 일반적으로 반응성이 적고, 염류(鹽類)의 용해도도 보통의 물보다 작다. 생물에 대해서는 중수의 농도가 적을 때는 생체에 대한 저해작용(沮害作用)을 볼 수 없으나, 농도가 커지면 정상적인 호흡작용이나 탄산동화작용을 할 수 없게 된다. D2O는 중성자를 흡수하므로 원자로의 중성자 감속재나 냉각재로 사용된다



핵연료봉 [ 核燃料棒 , nuclear fuel rod ]

핵연료인 우라늄을 피복관(被覆管)으로 싼 지름 3cm, 길이 50cm 정도의 원형 막대


핵연료는 핵분열 과정에서 생성되는 폐기물이 냉각재에 섞여 밖으로 유출되지 않도록 알루미늄이나 마그네슘 피막에 싸여 있다. 경수로의 경우 저농축 이산화우라늄 분말을 지름 2cm, 높이 2cm인 원기둥의 정제로 성형 소결하여 다갈색의 펠릿(pellet)을 만들고 이것을 지르코늄 합금(zircaloy:약간의 크롬과 철을 혼합한 지르코늄과 주석의 합금)으로 피복한 약 3mm의 가는 금속관에 넣고 양쪽 끝을 밀봉한다.

보통 수십∼수백개를 한 뭉치로 하여 연료집합체를 만들고 하나의 단위로 이용하는데 원자로 안에는 이러한 집합체가 수백개 들어 있다. 피복관은 열전도가 잘 되게 하기 위해 두께 1mm 이하로 만든다. 핵분열시 연료 펠릿의 중심 온도는 약 200℃, 표면 온도는 600℃이며 핵연료봉의 내면과 표면온도는 각각 400℃와 300℃ 정도이다.

현재 사용하는 핵연료는 우라늄 235가 약 2∼4% 포함된 농축 우라늄으로 인공적으로 제작해 사용하는데, 우라늄이 모두 연소되었거나 피막이 너무 낡아서 방사능이 새어나올 우려가 있을 때 핵연료봉을 교체한다.

교체 방식에 따라 운전 중 교체와 정지시 교체가 있다. 핵연료로 천연 우라늄을 사용하는 원자로(가스냉각로, 중수냉각로)는 우라늄 235 함량이 0.7%에 불과해 연료를 자주 교체해야 하므로 운전 중 교체방식을 쓰고, 농축 우라늄을 사용하는 원자로(경수로, 고속증식로)는 오랜 기간 연료 교체 없이 운전이 가능하므로 정지시 교체방식을 쓴다. 이 밖에 교체 규모에 따라 전로식 교체와 부분로식 교체가 있다.



원자로 [ 原子爐 , nuclear reactor ]

핵분열성 물질의 연쇄핵분열반응을 인공적으로 제어하여 열을 발생시키거나 방사성 동위원소 및 플루토늄의 생산, 또는 방사선장 형성 등의 여러 목적에 사용할 수 있도록 만들어진 장치.


핵폭발시 순간적으로 방출되는 다량의 에너지가 목적하는 바에 따라 서서히 방출되도록 조절함으로써 핵에너지를 실생활에 활용할 수 있도록 만든 장치이다. 원자로가 보통의 화력로(火力爐)와 근본적으로 다른 점은, 화력로가 물질의 연소열을 이용하는 데 반해 원자로는 핵분열반응의 결과 발생하는 질량결손(質量缺損) 에너지를 이용한다는 데 있다. 즉, 연소열에 의해 자동적으로 연소가 확대되는 화력로와 달리 원자로는 연료의 핵분열시에 방출되는 중성자(中性子)를 매개체로 하여 핵분열(원자로의 경우에도 연소라 한다)을 지속하게 된다.

따라서, 원자로에서는 핵연료에 흡수되는 중성자수를 제어함으로써 핵연료의 연소를 조절하는데, 원자로 내의 핵분열을 지속시키기 위해서는 핵분열시 방출되는 중성자들 중에서 다시 핵연료에 흡수되어 재차 핵분열을 일으키는 수가 최소한 1개 이상이어야 한다. 만약 그 수가 1일 때에는 핵분열반응은 감소하지도 증가하지도 않고 일정하게 유지되며, 이 상태를 원자로의 임계(臨界)라고 한다.

또한 그 수가 1을 초과할 경우에는 핵분열반응의 수도 점점 증가하게 되는데 이를 초임계상태(超臨界狀態)라 하며, 그 반대의 경우를 미임계상태(未臨界狀態)라 한다. 일반적으로 원자로를 일정한 출력으로 운전할 때는 이를 임계상태로 두거나 약간의 임계초과상태로 하여 여분의 중성자를 적당한 물질(제어봉)에 흡수시키는 방법을 취한다. 1회의 핵분열에서 방출되는 중성자수는 우라늄 235의 경우 평균 2개 정도이지만, 이들 모두가 재차 핵분열에 기여하는 것은 아니고 원자로 외부로의 누설, 또는 비핵분열성 물질에의 흡수 등에 의해 그 수가 감소되므로 원자로를 계속 운전하기 위해서는 이러한 중성자 손실을 최소로 해야만 한다.

그 방법으로는 핵분열성 물질의 양을 증가시키거나 핵분열시 방출되는 고속중성자를 열중성자준위로 감속시켜 흡수확률을 높이는 방법, 노심외부(爐心外部)로의 누설량을 최소화할 수 있도록 원자로의 크기를 충분히 크게 하는 방법, 그리고 다른 비핵분열성 물질에의 흡수를 최소로 하는 방법 등이 있다. 핵분열의 순간에 방출되는 중성자는 에너지가 높은 고속중성자로서 핵연료에 흡수될 확률이 극히 낮으므로, 이를 감속시켜 흡수확률을 높여 주는 것이 중요한 문제이다. 원자로의 제어는 카드뮴·붕소 등과 같이 중성자 흡수단면적이 큰 재질(보통 막대 형태)을 노심 내에 집어넣거나 빼냄으로써 중성자수를 조절하여 제어하게 되며, 또한 반사체(反射體)나 감속재의 양을 변화시키는 방법을 사용하기도 한다.

1. 구성요소
원자로는 일반적으로 노심·반사체·차폐체·냉각장치 및 계측제어장치로 구성되어 있다. 원자로의 심장부에 해당하는 노심은 핵연료와 고속중성자를 열중성자로 감속시키기 위한 감속재, 발생된 열을 제거하는 냉각재 등으로 구성된다.

노심을 둘러싸고 있는 반사체는 노심에서 나오는 중성자를 내부로 되돌려보내는 구실을 하며, 반사체 바깥의 차폐체는 노심에서 발생하는 강한 방사선을 막아 주는 일을 한다.

냉각장치는 냉각재를 순환시켜 노심에서 발생한 열을 제거하는 장치인데, 이 장치를 통해 원자로가 과열되는 것이 방지되며, 또 동력용 원자로에서는 여기서 얻은 열을 이용하여 발전기를 비롯한 동력장치를 움직인다.

계측제어장치는 원자로의 출력조정을 위해 중성자 흡수체(제어봉)를 조작하는 구실을 하게 되는데, 대부분의 경우 원자로의 출력, 노내 각 위치별 온도 및 중성자 밀도 등을 측정하는 기록장치를 통해 자동제어가 가능하도록 되어 있다.

2. 개발
세계 최초의 원자로는 이탈리아의 망명 과학자인 E.페르미가 1942년 미국 시카고대학교에 세운 원자로로서, 같은 해 12월 2일 임계도달에 성공하였다. 출력 2kW의 소형인 흑연감속재를 사용한 이 원자로는 400t의 흑연과 6t의 우라늄 금속, 50t의 산화 우라늄, 카드뮴 제어봉으로 구성되어 있었다.

미국에서 시작된 초기 원자로의 개발목적은 핵폭탄을 제작하기 위한 플루토늄 생산이 주목적이었으며, 미국은 이 원자로를 기초로 워싱턴주(州)에 플루토늄 생산용인 대형 원자로를 건설하고, 여기서 생산된 플루토늄으로 원자폭탄을 만들어 일본에 투하함으로써 제2차 세계대전을 종결시켰다.

제2차 세계대전이 끝난 후 얼마 동안은 핵폭탄 제조기술의 보안이라는 이유로 미국 정부는 원자력에 관한 모든 정보를 국가기밀로 정하고 묶어 둠으로써 원자력의 산업적 이용은 정체상태에 놓이게 되었다. 그러나 소련이 핵폭탄 개발에 성공하고, 1953년 아이젠하워 대통령이 원자력의 평화적 이용을 제창하게 되자 비로소 민간기업들이 원자로 개발에 참여하게 되었다. 최초의 동력용 원자로는 군사적 목적으로 개발된 것이긴 하지만 잠수함의 동력원으로 사용되던 가압경수로가 효시이다.

1954년 원자력법이 개정되고 민간기업들의 참여가 가능하게 되자 미국의 원자력위원회는 5가지 원자로형(型)에 대한 개발계획을 발표하였으며, 이 계획의 첫 단계로 사용중인 잠수함의 동력로 제작기술을 이용하여 펜실베이니아주(州) 시핑포트(Shipping port)에 발전용량 6만 kW급 가압경수로(PWR)를 건설하였다. 아르곤 국립연구소 실험에서 착안한 비등경수로(BWR)로 최초 건설된 것은 출력 20만 8000kW급의 드레스덴(Dresden) 발전소이다.

제2차 세계대전 후 원자로의 개발은 미국 이외의 나라, 특히 영국·캐나다·프랑스·소련에서 활발히 진행되었다. 프랑스와 영국 과학자들의 협력하에 캐나다는 1945년 온타리오주(州)의 초크리버(Chalk River)에 천연우라늄과 중수(重水) 감속재를 사용하는 소형원자로를 건설·가동하였다. 영국은 대전이 끝나자 핵폭탄제조를 위한 플루토늄 생산에 주목적을 둔 흑연감속재를 사용하는 공기냉각원자로 개발에 착수하여 1948년 소형연구로를 가동시켰으며, 1951년 2기(基)의 플루토늄 생산로를 보유하게 되었다.

그후 영국은 이 원자로를 발전에도 동시에 사용하기 위해 냉각재를 공기 대신에 이산화탄소로 교체하였다. 플루토늄을 생산하는 데 있어서 영국과 마찬가지 입장이었던 프랑스는 1956년 공기냉각로를 건설·가동시켰으며, 그 후 미국 웨스팅하우스사(社)의 가압경수로를 도입하여 독자적인 동력로 개발에 주력하였다. 현재는 독일·스웨덴 등도 독자적인 동력로를 개발·보유하고 있으며, 일본은 미국으로부터 도입한 가압경수로와 비등경수로를 개발·활용하고 있다.

3. 종류
원자로의 분류는 용도에 따라 발전용·추진용(선박·항공기 등)·연구용·시험용·생산용 원자로로 분류하고, 중성자의 에너지에 따라 열중성자로·고속중성자로·중속중성자로로 분류하기도 한다.

또한 핵연료 및 냉각재의 종류에 따라 가압경수로·비등경수로(BWR)·가압중수로(PHWR)·기체냉각로(GCR), 핵연료 및 감속재의 배치에 의하여 균질로(均質爐)·비균질로, 핵연료 사용중 부산물로 생성되는 다른 핵연료물질에 의하여 전환로·증식로(增殖爐) 등으로 분류한다.

발전용 원자로와 추진용 원자로를 합하여 동력용 원자로라 하고, 넓은 의미에서 이것을 제외한 나머지는 연구용 원자로(또는 연구로)로 분류하기도 한다. 연구로는 워터 보일러형(WBR)·스위밍풀형(SPR)·탱크형 원자로·재료시험로 및 중성자원로 등이 있다.

연구로는 주로 열원(熱源)·중성자원(中性子源)·γ선원(線源)으로 활용하여 방사성 물질 및 생체에 대한 조사효과(照射效果) 연구와 동위원소 생산량으로 사용되며, 또한 원자로 기술자의 교육훈련용으로도 사용된다. 화력로에 대체되는 열원으로 사용하는 동력용 원자로는 연구로와는 달리 높은 출력이 필요하다.

상당한 운전경험이 있고 실용화에 성공한 동력용 원자로에는 농축우라늄을 연료로 하고, 경수(輕水)를 감속재·냉각재로 사용하는 가압경수로와 비등경수로, 천연 우라늄과 흑연감속재를 사용하는 기체냉각로, 천연 우라늄과 중수감속재를 사용하는 가압중수로 등이 있으며, 이들은 모두 열중성자로에 해당되는 것들이다.

4. 안전성
원자로는 핵폭탄과는 달라 핵폭발의 위험은 없지만 방사성 물질의 누출이라는 위험 때문에 안전성 문제는 중요하게 다루어지고 있다. 만약 원자로가 냉각기능을 상실하면 자동정지하게 되지만, 노심에 남은 잔열이 제거되지 못하면 이로 인해 노심이 용융하게 되고 결국은 다량의 방사성 물질이 외부로 누출되므로 원자로를 설치할 때는 이러한 사고가 방지될 수 있도록 안전설비를 최대한 강화하여 설계하고 있다.

1979년 3월 발생한 미국 펜실베이니아주에 위치한 스리마일섬 원자력 발전소와 1986년 4월 발생한 러시아의 체르노빌 원자력 발전소의 사고는 원자로의 안전성 문제에 대해 심각한 논란을 불러일으켰으며, 현재 그에 대한 여러 가지 보안조치의 시행은 물론 획기적인 안전성 개념을 적용한 차세대 원자로의 개발을 서두르게 되었다.

5. 한국
한국은 1959년 7월 14일 한국원자력연구소에서 착공하여 1962년 3월 19일 임계에 도달한 100kW 출력의 제너럴 아토믹(General Atomic) 제품인 TRIGA Mark-Ⅱ 연구용 원자로가 최초의 원자로이다. 훈련(training), 연구(research), 방사성 동위원소 생산(isotope production)의 머리글자들을 따서 명명한 원자로를 도입함으로써 원자력산업이 시작되었다.

그후 TRIGA Mark-Ⅱ는 자체기술능력으로 1967년 250kW로 출력증강을 하게 되었으며, 1971년 4월경에는 2MW급인 TRIGA Mark-Ⅲ을 도입·설치하였다. 또한 이 TRIGA Mark-Ⅱ, Ⅲ이 2000년대에 폐기될 것에 대비하여 대전광역시 대덕 원자력연구소 내에 대용량 다목적 연구용 원자로(multi-purpose research reactor:MRR, 열출력은 3만 kW)를 자체설계로 1994년 12월에 건설하였다. 이 원자로는 ‘첨단 중성자 응용원자로’란 뜻을 가진 하나로(爐)(hi-flux advanced neutron application reactor)로 명명되어 운전 중이다.

동력용 원자로로는 1970년 착공하여 1978년 상업발전에 들어간 웨스팅하우스사의 가압경수로인 고리 1호기가 최초이며, 그후 도입된 원자로들도 가압중수로형인 월성 1호기를 제외하고는 전부가 가압경수로이다.

한국에는 1994년 현재 9기(基)(761만 6000kW)가 운전 중이며, 11기(1,010만 kW)가 건설중으로 한국형 표준원전 건설을 이룩하기까지의 과정을 살펴보면 다음과 같다. 1970년대에 고리 1,2호기와 월성 1호기를 도입하던 시기는 국내 산업기술 수준이 미흡하고 원자력발전소 건설경험이 없어 대부분 외국의 기술에 의해 도입 건설되었으며, 1970년대 후반부터 1980년대 초반에 건설된 고리 3,4호기, 영광 1,2호기 및 울진 1,2호기에서는 그 동안 축적한 경험과 기술을 바탕으로 국내업체가 많은 분야에 참여하여 국산화율을 높이면서 주요 기술을 습득하게 되었다.

1987년에 설계 및 주기기 공급계약을 체결한 영광 3,4호기부터는 그 동안 중화학공업 분야의 국내 산업기술 수준향상과 외국업체로부터 습득한 기술능력을 바탕으로 국내업체 주도의 건설을 추진함으로써 원자력발전소 건설기술 자립을 달성할 수 있는 기반을 구축하게 되었으며, 영광 3,4호기를 참조 발전소로 하여 1990년대 말에 상업운전 목표로 건설중에 있는 울진 3,4호기는 최초의 표준원전 설계개념을 도입함으로써 한국형 표준원전건설의 시발점이 되었다.

울진 3,4호기는 이른바 ‘한국형 원자로’라 하여, 미국에서 개발한 원자로를 한국의 실정에 맞게 개량한 것이다. 이 표준설계는 앞으로 건설될 후속기에 계속 적용됨은 물론 해외 원전수출의 근간이 될 것으로 전망한다. 한편, 한국전력공사의 주관하에 원자력산업계, 연구기관, 규제기관 등이 협력하여 안전계통이 보강되고 경제성이 우수한 차세대 원자로가 ‘국가선도기술개발사업(G-7프로젝트)’과 ‘원자력 중장기 연구개발계획’에 의거 2000년대 초 상업가동을 목표로 연구개발 중이다.






원자로 방사능 누출 방지 구조

원자로의 사고는 방사성 물질이 밖으로 나가는 것을 뜻하기 때문에 이것을 가두어 두는 것이 안전성 확보이다. 방호 설비는 위의 그림과 같이 5겹의 방사능 밀폐 장벽을 설치함으로써 그 중 어느 하나라도 정상적인 제 기능을 발휘할 경우에 방사능 물질의 누출을 효과적으로 막을 수 있도록 되어 있다.

(1) 제 1방벽(핵연료봉 피복재)

재질 : 핵연료 펠릿을 담고 있는 핵연료봉을 말하며, 재질은 지르코늄이 주성분인 지르칼로이(zircaloy)라는 특수 합금이다.

역할 : 펠릿 내의 핵분열 생성물이 펠릿 바깥으로 나오더라도 봉 밖으로 못 나가게 한다. 그러므로 핵연료에 옷을 입힌 것과 같다 하여 피복재라는 용어를 사용한다.

(2) 제 2방벽(원자로 용기)

재질 : 핵연료 집합체들과 원자로 냉각재를 담고 있는 두께 20cm 이상의 강철로 된 용기이다.

역할 : 냉각재 내에서 방사성 물질이 생성되더라도 이 물질이 원자로 계통 외부로 못 나가게 된다.

(3) 제 3방벽(차폐 콘크리트)

재질 : 원자로 주위를 둘러싸고 있는 두꺼운 약 120cm의 콘크리트 벽이다.

역할 : 원자로에서 빠져 나온 방사선을 효과적으로 차폐하도록 되어 있다.

(4) 제 4방벽(격납 용기)

원자력 발전소의 모든 1차 계통은 밀폐된 격납 용기 안에 수용되어 있다. 격납 용기는 3.5cm 정도의 철판으로 구성되어 있으며, 이 안의 공기가 밖으로 나가려면 반드시 몇 겹의 필터가 달린 환기 장치와 방사능 계측기를 거치도록 되어 있다. 그래서 만일 환기 계통을 거쳤는 데에도 방사선량이 높으면 그 공기는 탱크에 넣어 방사능이 충분히 낮아질 때까지 담아 두게 된다. 격납 용기의 기밀 시험은 하루에 0.1%이하의 누설률을 유지해야 합격할 만큼 엄격하다.

재질 : 원자로, 원자로 냉각재 계통, 안전 계통 및 그 보조 계통들이 모여 있는 공간 전체를 포용하는 두꺼운 강철 구조물로서, 일반적으로 돔(dome) 형태를 하고 있다.

역할 : 냉각재가 기체나 액체인 상태로 원자로 계통 밖으로 흘러나오더라도 방사성 물질이 발전소 밖으로 나가지 못하게 담당한다.

(5) 제 5방벽(원자로 건물)

재질 : 강철 격납 용기 바깥에 약 100cm의 두꺼운 철근 콘크리트 건물로서, 격납 용기와 마찬가지로 돔 형태이며, 높이는 약 60cm, 지름은 약 40m 정도이다.

역할 : 최종적인 생물학적 방벽 역할을 하며, 격납 건물이라 한다.

출 처 : [기타] http://www3.gyo6.net:8080/%7Ees00w039/ch31.html



가압하는이유
체르노빌 원자력 발전소 사고의 예
사고의 진행 원자로 출력은 순간적으로 정상 출력의 100배 이상으로 폭주하였다. 급격한 열 생성에 의해 핵연료가 파손되었으며, 핵연료와 물과의 반응에 의한 증기 폭발(Steam Explosion)이 발생하여 노심이 파괴되었다. 2-3초 후 두 번째 폭발이 발생하여 원자로가 더욱 파괴되고, 원자로 건물의 지붕도 파괴되었다. 확실치는 않지만, 두 번째 폭발은 수소에 의한 폭발인 것으로 추측된다. 이 때가 4월 26일 1시 23분이었다. 두 번의 폭발에 의해 고온의 방사성 파편 및 흑연조각들이 공기 중으로 흩날리고, 파손된 노심이 대기에 노출되었다. 노심 및 건물로부터의 연기, 방사성 핵분열 생성물, 파편 등이 공기 중으로 1 km 이상 솟아올랐다. 무거운 것들은 발전소 주변에 떨어졌지만, 가벼운 것들은 바람을 타고 북서쪽으로 퍼져 나갔다.이미 파손된 4호기 건물에서 일반 화재가 발생하여 발전소가 수증기 및 먼지들로 뒤덮이게 되었으며, 인접한 터빈 빌딩의 지붕을 파괴하고, 많은 가연성 물질들을 태웠다. 이에 따라 100 명이 넘는 소방수들이 동원되어 5시 경 화재를 진압하였는데, 이 과정에서 가장 많은 방사선 피폭을 당했으며, 상당수가 생명을 잃었다.

일반 화재 잡혀갈 즈음, 감속재로 사용되던 흑연에서 화재가 발생하였다. 강렬한 흑연 화재는 방사성 물질을 대기 중에 크게 확산시키는 역할을 하였는데, 흑연 화재에 대한 확실한 대처 방법을 찾기가 매우 어려웠다. 탄화붕소, 백운석, 납, 모래, 진흙 등 여러 물질들을 공중에서 투하하였으며, 5월 9일에야 소화가 완료되었다. 이 후 원자로 아래 쪽으로 터널을 뚫고 냉각 회로를 갖춘 두꺼운 콘크리트 바닥을 설치하였으며, 원자로 건물을 콘크리트로 매장(석관이라 함)하였다.

사고가 발생하여 4호기가 파손된 상태에서도 나머지 1, 2, 3호기는 계속 운전되다가, 4호기와 접한 3호기는 5시경, 1, 2호기는 다음 날 2시 경에 정지되었다. 4월 27일과 28일에는 인접 도시들의 주민들이 소개되었다.

한편 스웨덴에서는 4월 28일 9시 30분경 높은 방사능이 측정됨에 따라 자국의 Forsmark 발전소를 정지하고 비상 조치를 취했다. 곧 소련에서 문제가 생긴 것으로 추측하고 문의하였으나 퉁명스러운 대답만을 들었다 한다. 4월 29일에는 사고 사실이 키에프 지방신문 및 국제통신사에 보도되었고, 4월 30일에는 전국적인 신문들에도 보도되었다. 이후 추가적인 방사능 누출을 방지하고 오염을 제거하기 위한 노력이 계속되었으며, 같은 해 10월에는 1, 2호기가, 1987년 11월에는 3호기가 재가동되었다.

사고 직후 체르노빌 원전 3,4호기의 모습과 석관에 의해 4호기가 매장된 현재의 모습을 보여준다. 4호기에서 발생한 참혹했던 사고에도 불구하고, 1,2호기는 물론 인접한 3호기도 현재 정상 운전 중이다.

사고의 결과 체르노빌 사고로 인해 방사능에 가장 많이 피폭된 사람들은 발전소 운전 요원을 포함해 소방대원, 군인 등 사고 직후에 복구를 위해 동원된 사람들이었다. 또한 1986~1990년 기간에 사고 복구 및 처리와 관련된 활동을 했던 60-80만명 중에서 약 20만명 정도의 정화 작업자들이 방사선 피폭률이 최고였던 1986~ 1987년에 체르노빌 지역에서 일했는데, 이들은 원자로 주위의 청소, 석관의 구축, 정화, 도로 건설, 그리고 오염된 빌딩과 숲 및 장비의 철거와 매장 등을 담당했었다.

방사선 피폭으로부터의 보호 1986년 4월 27일부터 8월 중순까지 약 116,000 명의 주민들이 체르노빌 발전소 주위의 거주지로부터 다른 곳으로 소개되었고, 최고 선량률을 나타내는 지역을 포함하는 "금지 구역"이 정해져서 일반인의 접근이 금지되었다.

체르노빌 사고 대해 위에서 설명한 초기 대응이 이루어진 후 현재까지 사고의 영향을 경감시키기 위한 다양한 후속 조치들이 취해져 왔다. 또한 이 사고와 관련하여 국제원자력기구(IAEA)와 원자력기구 (OECD- NEA)를 비롯한 여러 국제 기구들이 많은 역할을 했는데, 세계기상기구(WMO)의 통신망은 방사능 오염 피해 상황의 보고에 결정적인 역할을 했고, 유엔과학위원회(UNSCEAR)는 전반적인 대중 보건 평가에, 세계보건기구(WHO)는 국제적 보건 방호의 지침 규정과 체르노빌 피해 주민의 건강 추적에, 유엔 식량농업기구(FAO)는 농산물과 식품 처리 분야에 대해, 국제노동기구(ILO)는 오염 지역에서 활동한 작업자의 방호 분야에서 각각 제몫을 다했다. 그러나 체르노빌 사고 이후로 각종 언론 매체들을 통해 발표된 사고의 영향에 관한 보고들은 사상자 수나 각종 질병의 발병률 등의 문제에서 큰 견해 차이를 보이며 계속적인 논란의 대상이 되어 왔으므로, 이를 객관적이고 도 종합적으로 이해하는 것이 중요하다. 이 절에서는 현재까지 밝혀진 체르노빌 사고로 인한 방사성 물질 방출 및 침적과 선량 평가 결과, 인체와 환경 및 사회 전반에 미친 영향, 남아있는 안전성 문제 등에 관해 기술한다.

1996년 4월 유럽 연합(EC)과 IAEA 및 WHO 합동으로 개최했던 국제 회의인 "체르노빌 사고 후 10년 사고의 영향 요약"에서 전문가단들이 발표한 내용들과 1995년 11월에 방사선 방호 전문가들로 구성된 OECD/NEA 위원회가 UNSCEAR, FAO, WHO 및 EC 등의 최신 정보를 이용하여 보고한 방사선 방호 및 보건에 대한 영향 평가 결과를 토대로 하고 있다.

방사성 핵종의 방출 및 침적

방출 사고시 방출된 모든 방사성 물질의 전체 방사능은 비활성 기체들에 의한 6-7x1018 Bq을 포함해 약 12x1018 Bq 정도인 것으로 평가되고 있다. 사고 당시 비활성 기체의 100%, 휘발성 방사성 핵종의 20~60%, 그리고 원자로에서 사용 중이던 연료의 약 3~4%가 방출된 것으로 평가되고 있다. 이 결과는 구 소련 당국이 1986년에 보고한 방사능 평가량보다는 높은 수치를 나타내는데, 그 이유는 구 소련에 의한 방사능 평가가 구소련 지역 내에 침적된 방사성 물질들만을 기초로 하여 이루어졌기 때문이다.

사고시 방출된 물질의 핵종 구성은 복잡하였으며, 방사선 의학적으로는 요오드(I)와 세슘(Cs)이 특히 중요하다. 반감기가 짧은 요드는 단기간에 큰 방사선 의학적인 영향을 가지는 반면, 반감기가 수십년 수준인 세슘은 장기간에 걸친 방사선 의학적인 영향이 크다. 방출된 주요 핵종들의 방사능은 I131이 1.3~1.8x1018 Bq, Cs134가 ~0.05x1018 Bq, Cs137이 ~0.09x1018 Bq인 것으로 평가되었다. 이러한 값들은 사고 당시 원자로 노심에 있던 I131의 50~60%와 방사성 세슘 동위원소의 20~40%에 해당한다.

침적 대기 중에 방출된 물질들은 널리 확산되어 궁극적으로는 지표면에 침적되었다. 전 북반구를 대상으로 침적에 대한 측정이 실시되었는데 대부분의 물질들은 다양한 침적 밀도를 가지고 발전소 부지 주변 지역에 침적되었다. 벨라루시, 러시아, 우크라이나에서 Cs137의 방사능 준위가 185 kBq/m2을 초과하는 것으로 측정된 지역의 면적은 각각 16,500 km2, 4,600 km2, 8,100 km2이며, 초기에는 방출량이 많은 I131과 Te132가 오염 농도를 지배하였고, 장기적으로는 반감기가 긴 Cs134 및 Cs137이 지배적으로 되었다. 사고 후 시간에 따라 방사성 물질이 북반구에서 퍼져나간 경과를 예시하고 있다.

선량평가 사고로 인한 주민의 피폭은 초기에는 방사성 요드와 텔레늄에 의한 내부 피폭, 장기적으로는 지표에 침적된 세슘에 의한 외부 피폭이 주를 이루었다. 1986~1987년에 사고 복구에 참여했던 20만명의 사람들은 평균적으로 100 mSv 수준의 선량을 받았다. 이들 중 약 10%는 250 mSv 수준의 선량을 받았고, 수 %의 사람들이 500 mSv를 초과하는 선량을 받았다. 반면에 사고의 초기에 대응했던 수십 명의 사람들은 수천 mSv의 치사 가능성이 있는 선량을 받았다. 1986년에 금지 구역으로부터 소개되었던 116,000명 중에서 10% 미만의 사람들이 50 mSv 이상의 선량을 받았고, 5% 미만의 사람들이 100 mSv 이상의 선량을 받았다. 일반적으로 음식이나 오염된 우유의 섭취, 또는 초기 방사성 구름 아래에서의 호흡에 의해 사고로 방출된 방사성 요드가 흡수되어 갑상선에 축적되었다. 갑상선이 받은 선량은 다른 신체 장기들이 받은 선량들에 비해
특히 높을 것으로 예상되었는데, 어린이들의 경우에 더욱 그러하였다. 주로 우크라이나, 벨라루시 및 러시아 연방에 거주하는 150,000명에 대해 보고된 수치를 기반으로 평가된 갑상선이 받은 등가 선량은 1986년 비엔나에서 열린 체르노빌 사고에 관한 사고 후 검토 회의, 오염 지역에 계속 살고 있는 생물의 안전성 여부를 결정하기 위해 1990년에 수행된 국제 체르노빌 프로젝트, 그리고 현재까지의 모든 다른 국제적인 평가들에 나와 있는 것처럼 수 Sv부터 그 이상까지의 수준이었다.

북반구 여러 국가 대해 평균 선량을 포함하여 사고의 결과로 주민들이 받게 될 장기간 선량이 UNSCEAR에 의해 평가되었다. 이 보고에 따르면 개인 선량이 가장 높았던 국가에서의 첫해 평균 선량은 0.8 mSv였고, 개인 선량이 가장 높은 유럽 지역에서 2056년까지 70년동안 받을 평균 선량은 1.2 mSv이다. 또한 국제 체르노빌 프로젝트에서는 1986년부터 2056년까지 70년동안 가장 오염이 심한 지역에 거주하는 사람들이 받게될 최대 선량은 160 mSv 수준일 것으로 평가하였다. 최근에 수행된 보다 상세한 연구에서도 비슷한 결과들이 나오고 있는데, 1996년부터 2056년까지의 기간동안 오염 농도가 185~555 kBq/m2인 지역에 거주하는 주민들이 받을 선량은 일반적으로 5~20 mSv 수준이고, 오염 농도가 555~1,480 kBq/m2인 지역에 거주하는 주민들이 받을 선량은 주로 외부 피폭에 의해 20~50 mSv 수준일 것으로 평가되고 있다. 그러나 토양으로부터 식량으로의 방사성 핵종 전이율이 높은 지역의 주민들은 70년동안 내부 피폭만으로도 50 mSv를 초과하는 선량을 받을 수도 있다.

인체에 미친 영향

급성 방사선 영향 사고 초기 복구에 참여했던 작업자 중에서 237명이 방사선 피폭의 영향으로 보이는 임상학적 증후군들을 나타내어 병원에 수용되었다. 이중 143명이 급성 방사선 증후군(Acute Radiation Syndrome, ARS)으로 진단되었고, 이들 중 28명이 첫 3개월 이내에 방사선 상해의 결과로 사망하였다. 결과적으로, 기타 사망자 3명(1명은 폭발로, 1명은 관상동맥혈전증으로, 1명은 일반 화상으로 사망)을 합하여 31명이 초기에 사망하였다. 10 Gy 이상의 선량을 받았던 11명의 환자들에게서는 발병 초기에 점막이 마르고 부어 궤양이 생기면서 호흡과 음식물 섭취에 심한 고통이 있었고, 사망자 28명 중에서 26명은 열과 β-선에 의하여 총 신체 표면적 50% 이상의 피부 상해를 입었다. 지난 10년 동안 추가로 14명의 환자가 급성 단계 이후에 사망했으나, 그들의 사망이 급성 방사선 증후군에서 보이는 초기의 심각한 증상들과는 관련되지 않았기 때문에 직접적으로 방사선 피폭에 의한 것이라고는 단정할 수 없으며, 다른 원인에 의한 사망이 확실한 경우도 있었다.

당시의 환자들이 그들이 이용할 수 있는 가장 경험 많은 병원에서 그 때의 지식으로 가능했던 최선의 치료를 받았다는 데에는 의심의 여지가 없으나, 당시 추천됐던 골수 이식 요법은 거의 효과가 없었다. 향후에는 이러한 골수 손상을 조혈(Haemopoietic) 증식 인자를 즉각적으로 관리함으로써 치료할 수 있지만, 이를 위해 최적의 조합과 선량 일정이 결정되어야 하는 과제가 여전히 남아 있다. 방사선에 의한 다른 손상들에 대해서도 보다 정확하게 예측하고 각 개인에 맞는 치료를 지원하기 위한 새로운 진단 도구들이 개발되어 왔다.

현재 정신적 스트레스를 포함하여 여러 가지 병으로 고통받고 있는 심각한 상태의 환자들을 합병증으로부터 보호하기 위해 최신의 치료 방법과 대책이 필요한 상태이다. 이런 환자들에 대해서는 그들의 건강 상태에 대한 주의가 필요하고, 앞으로 20~30년 동안에 걸쳐 관찰되어야 한다. 또한 발견된 질병 패턴들 중에서 방사선 피폭에 의한 것들과 환자가 원래 가지고 있는 것들을 구별하는 것도 중요한 과제일 것이다.

지발성 방사선 영향 체르노빌 사고의 방사선 피폭으로 인한 만성 영향 중에서 지금까지 가장 확실하게 나타난 것은 사고 당시 어린이였던 사람들의 갑상선암 발병률 증가이다. 1995년말까지 보고된 갑상선암 환자의 수는 진단 당시 15살미만의 어린이들 중에서 약 800명이었고, 이들 중 400명 이상이 벨라루시에 거주하는 사람들이었으며 나머지는 우크라이나와 러시아 연방에서도 나타났다. 감상선암 발병률의 증가는 사고 전·후로 6개월 이내에 태어난 어린이들에게서 주로 관찰되었으며, 사고 6개월이후에 태어난 아이들의 발병률은 피폭되지 않은 사람들의 발병률 수준으로 현저하게 낮았다. 또한 갑상선암 발생의 대부분은 사고 결과로 방사선에 오염되었다고 생각되는 지역에 집중되어 있다. 따라서 이런 시간적·지질학적인 분포를 통해 발병률의 증가와 체르노빌 사고로 인한 방사선 피폭과의 관계를 명백히 알 수 있었다. 더욱이 환자들의 갑상선 요드 농도가 높은 점으로 보아 요드의 방사성 동위원소가 어린이들의 갑상선암 발병률을 증가시킨 확실한 원인으로 추정된다.