후쿠시마 원전사고

다른 표기 언어 Fukushima Daiichi nuclear accident

요약 2011년 도호쿠 지방 태평양 해역 지진으로 인해 거대한 쓰나미로 후쿠시마 1원전의 전력공급이 중단돼 냉각시스템이 마비되어 발생한 방사능 누출 사고.

후쿠시마 원전사고 이후 세부적인 사고원인을 밝히기 위한 많은 조사활동이 이루어졌다. 그중 가장 최근에 발간된 국제원자력기구(IAEA)의 조사보고서에 의하면 9.0규모의 지진이 발생하였을 때 운전 중이던 1·2·3호기는 모두 원자로가 안전하게 정지되었다(당시 4호기는 핵연료재장전 준비 중).

그러나 지진으로 송전탑이 모두 무너져 발전소는 외부전원을 공급받을 수 없는 상황이 되었다. 이런 외부전원 상실사고가 발생함에 따라 원자로를 안전하게 정지 상태로 유지하는 데 필요한 안전계통에 전력을 공급하는 디젤발전기가 1호기부터 6호기까지 모두 가동되었으며, 운전 중이던 1·2·3호기의 원자로심에서 발생하는 열을 제거하기 위한 비상노심냉각계통이 정상적으로 작동하였다.

그러나 약 40분후에 들이닥친 쓰나미는 설계 당시 후쿠시마에서 예상하였던 5m 정도의 규모를 훨씬 초과하는 것이었다.

쓰나미로 인해 원전의 비상디젤발전기, 그리고 주요설비 냉각을 위해 바닷물을 공급해주는 펌프 모두와 주요 안전계통들이 대부분 물에 잠겨버렸다. 결국 이어서 원전전원완전상실사고(Station Black Out, SBO)가 선언되었다.

후쿠시마원전은 이러한 SBO 사고에 대비해 8시간 동안 노심냉각을 유지하면서 버틸 수 있게 설계되었다. 소외전원과 비상디젤발전기가 상실되면 마지막으로 배터리 전원을 이용하여 발전소상태 감시와 비상설비들에 대해서는 최소한의 가동을 할 수 있도록 설계되어 있으나 이 배터리도 침수되어 전원이 완전히 상실되었다.

다행히 3호기와 5호기에서는 직류배터리가 침수되지 않아 이 전력을 이용해 원자로 냉각을 위한 필수기기들을 작동시킬 수 있었고, 6호기에서는 1대의 비상디젤발전기가 가동되었다.

특히 6호기에서 한 대의 비상디젤발전기는 공기냉각으로 작동되는 것이었고, 높은 곳에 위치하고 있어 가동이 가능하여 5호기와 6호기에 필수전원을 공급하여 비상노심냉각이 가능하였다.

하지만 원자로심의 핵연료가 냉각되지 않아 용융되었고 핵연료가 물과 반응하여 수소를 발생시켰으며 1호기, 3호기, 4호기 원자로 건물에서 차례로 수소폭발이 발생하였다.

후쿠시마원전 1·2·3호기의 원자로심은 대부분 크게 용융되었으며, 총 940PBq(I-131 등가기준)의 방사성물질이 외부로 방출된 것으로 평가되었다.

후쿠시마 사고 영향

후쿠시마에서 대기로 방출된 방사능은 요오드-131이 200PBq, 세슘-137이 16PBq 정도이다. 해양으로 누출된 세슘-137은 대기에서 바다로 침적한 양과 직접 바다로 흘러들간 양을 합쳐 10.5PBq로 평가된다.^각주1)

후쿠시마 원전으로부터 우리나라까지 직선거리는 약 1,100km로 사고 당시 바람이 동쪽으로 불어 방사능 물질이 직접 날아오지 않고 북극권을 돌아오거나 북반구을 한 바퀴 돌아 실질 거리는 매우 멀어 우리나라에 도달한 것은 사고 후 20일 정도 지난 2011년 3월 31일경이었다.

이렇게 먼 거리를 기류가 이동하는 동안 희석되고 침적하여 농도가 낮아졌는데, 국내 전국 방사능측정소에서 측정된 공기 중 최대 농도는 요오드-131이 3.12mBq/m³(2011년 4월 6일 군산), 세슘-137이 1.25mBq /m³(2011년 4월 7일, 부산)이었고, 빗물 중 농도는 요오드-131이 2.81Bq/L(2011년4월 7일, 제주), 세슘-137이 2.02Bq/L(2011년 4월 11일, 제주)이었다.

이러한 방사능 농도는 평소 공기 중 천연 방사성핵종의 농도(라돈 20~30Bq/m³)에 비해 낮은 수준이다. 빗물 중 세슘-137 농도도 일반적으로 빗물에 있는 천연방사능 농도(베릴륨-7: 1~3Bq/L, 삼중수소: 1~2Bq/L) 수준이었다.

후쿠시마 앞바다는 북쪽에서 오는 한류와 남쪽에서 오는 난류가 만나는 곳이어서 동쪽 태평양으로 밀려 나가 주류는 태평양을 건너 북미 대륙에 부딪힌 다음 남북으로 갈라져 북으로는 북태평양을 경유해 일본 쪽으로 돌아오고, 남으로는 적도 주변을 따라 필리핀 근처를 거쳐 우리 남해 방향으로 돌아오는 데 2~3년이 걸린다.

중간에 작은 흐름은 보다 가까운 거리로 돌 수 있지만 어느 경우든 우리 남해안에 올 동안에는 방사능이 희석되고 가라앉아 우리 해역에서는 후쿠시마 영향을 검출하지 못할 수준이 된다. 한국원자력안전기술원이 우리 해역의 바닷물을 검사한 결과도 사고 후 4년이 넘은 2015년 말까지 방사능 증가가 확인되지 않았다.

후쿠시마 사고 후 우리 정부는 일본에서 수입하는 식품에 대해 방사능 검사를 실시하여 기준 미만인 경우에만 통관을 허용하였다. 특히 2013년 7월 후쿠시마 원전에서 방사능 오염수를 저장한 탱크에서 누설이 발견되어 일본산 수산물에 대한 국민의 우려가 높아짐에 따라, 일본산 수산물에 대해서는 세슘-137 방사능 관리기준을 기존 370Bq/kg보다 낮춘 100Bq/kg으로 낮춰 관리하였다.

우리나라 원전과 후쿠시마 원전

우리나라 원자력발전소와 일본 후쿠시마 원자력발전소의 차이점은 첫째 원자로 종류가 다르다는 것이다. 일본원자력발전소는 일체형 구조인 비등경수로이며 우리나라 원전은 분리, 폐쇄형 설계구조인 가압경수로이다.

후쿠시마 원전의 비등경수로는 원자로 내의 냉각수 비등(Boiling)에 의해 생성된 증기가 직접 터빈 발전기를 돌리는 방식으로 원자로 계통의 압력(약 70kg/cm²)이 낮고, 비등 시 생성되는 기포의 반응계수로 인해 가압경수로에서 원자로 출력제어에 사용하는 붕산을 사용하지 않아 구조물의 부식 정도가 감소하며, 가압경수로에서 해야 하는 증기발생기 세관 점검·정비가 필요 없으므로 작업자의 방사선 피폭이 적을 수 있다.

그러나 비등경수로의 경우 증기발생기가 없으므로 출력 운전 중 원자로 격납건물 외부에 위치한 터빈 발전기 계통에 대해 방사선 피폭 관리가 필요하다. 특히 2011년 후쿠시마 사고에서 보듯이 원자로 냉각재를 사용하는 1차계통과 터빈 발전기가 있는 2차계통과의 경계 차단설비인 증기발생기가 없음으로 인해 사고 시 방사성물질 차단에 어려움이 있었다.

또 설계적으로 원자로 격납건물(후쿠시마 Mark-I형)의 체적이 작아 사고 발생 시 그 압력을 견디는 능력이 상대적으로 낮다.

두 번째 차이점은 우리나라 원전은 지진해일로 인해 전기가 끊기더라도 증기발생기를 이용한 원자로심의 냉각이 가능하다는 점을 들 수 있다. 설령 냉각기능이 상실되어 원자로에서 다량의 수소가 발생되어 원자로 건물로 나오더라도 원자로 건물의 내부 부피가 일본 후쿠시마 원자로 노형의 5배나 되고, 전원 없이 작동되는 수소제거설비가 설치되어 있어 원자로 건물의 수소폭발 가능성은 거의 없다.

체르노빌의 경우 핵연료의 출력 발생을 위해 흑연을 사용하는 흑연감속비등경수형 원자로로서, 사고 당시 원자로의 고온에 의해 야기된 흑연 발화에 의한 원자로 폭발이 있었으며, 원자로 격납건물이 취약하여 방사성물질을 포함한 폭발 비산물이 직접 환경으로 확산되었다.

우리나라 원전과 동일한 가압경수로형인 미국 스리마일 아일랜드(TMI) 원자력발전소 사고 시에는 내부 수소폭발이 발생하였지만 견고하고 큰 원자로 격납건물은 사고 기간 중의 압력상승 등을 견뎌 환경으로 방사성물질 방출을 소량으로 제한하였다. 우리나라 원자력발전소의 원자로 격납건물은 120센티 두께의 철근 콘크리트로 설계되었다.

후쿠시마 원전사고 후속조치

후쿠시마 원전사고 이후 원전을 보유한 각국은 원자력 안전의 기반인 심층방어의 취약점을 다양한 관점에서 보강하기에 이르렀다. 예상을 뛰어넘는 자연재해로부터 원전을 보호하기 위해 제반 조치들을 취하게 되었다.

후쿠시마 사고 조사단

우리나라에서도 자연재해에 의한 초기사건의 발생(지진 및 쓰나미)에 대한 설계보강, 해안방어벽을 넘어오는 쓰나미로 인한 부지 침수에 대비하여 원전안전에 중요한 핵심설비들의 침수방지설비, 그리고 비상전력공급시설의 침수에 대비한 별도의 독립된 이동전력설비 등 심층방어를 강화하는 여러 가지 조치를 수행하였다.

후쿠시마 원전과 같은 사고가 발생하지 않도록 방파제를 보강하였고, 비상전원을 추가로 확보하여 높은 위치에 설치하였으며, 주요 안전설비들이 위치한 건물은 침수가 되지 않도록 보강하는 등 비상전원과 비상노심냉각이 가능하도록 조치를 취하였다.

후쿠시마 원전 사고경위 및 국내 원전 안전대책

또한, 노심 용융과 같은 중대사고 시 발생하는 수소를 격납건물 내에서 폭발하지 않도록 피동수소제거장치가 추가 설치되었다. 이러한 다양한 조치에도 불구하고 노심이 용융되고 격납건물의 압력이 높아지는 경우 건전성이 상실되는 것을 막기 위한 추가조치로 모든 원전에 격납건물배기필터계통을 2020년까지 모든 원전에 추가로 설치하는 계획이 진행되고 있다.

후쿠시마 원전사고