고토 마사시 11월 13일 강의요지 - 일본 원자력의 리스크 회피의 과거와 미래

[상생21]

           일본 원자력의 리스크 회피의 과거와 미래 2019년 11월 13일
                                                                   고토 마사시

１． 원자력 발전 사고는 설계 상정 범위의 사고(설계 기준 사고)와 상정 이상의 사고(참혹한 사고：과혹사고라고도 한다, 시비어 액시던트)로 나누어 설계되어 있다.

設計想定範囲；설계 상정 범위,　通常状態;통상 상태,　事故状態;사고 상태, シビアアクシデント;과혹 사고, 冷却材喪失事故;냉각재 상실 사고, 全電源喪失事故;전 전원 상실 사고, 水素爆発;수소 폭발 , 水蒸気爆発;수증기 폭발, 再臨界;재임계, 止める/冷やす/閉じ込める ; 멈추다/식히다/가두다

２． 대표적인 설계 기준 사고, 「냉각재 상실 사고」(LOCA)는, 배관이 끊어져 원자로의 물이 나가 버리는 사고다. 배관 파단을 검지하면, 즉시 긴급 노심 냉각계(ECCS)가 작동해, 원자로에 물을 넣어 식힌다.

３． 배관의 파단구에서 나온 증기나 물은 격납 용기 안에 나오는데, 격납 용기에는 격리판이 있어 자동적으로 닫힌다. 이것을 격리라고 하지만 격납 용기가 격리되기 때문에 외부에는 방사능은 나가지 않게 설계되어 있다.

冷却材喪失事故時の格納容器の挙動；냉각재 상실 사고 시 격납 용기의 거동, BWRの格納容器の例;BRW격납 용기의 예, 非常用復水器へ;비상용 복수기로,　原子炉系配管;원자로계 배관, 主蒸気逃し安全弁;주증기 배출 안전판, ベント管;벤트관, 主蒸気管;주증가관, 真空破壊弁;진공 파괴판, ダウンカマー;다운카머, 水;물,　圧力抑制室,압력 억제실

４． 다만, 긴급 노심 냉각계(ECCS)가 작동하지 않으면 붕괴열로 연료가 녹아 버린다.
연료의 표면 온도는 1200℃ 이하로 유지할 필요가 있다. 또한, 격납 용기도 온도와 압력이 오르기 때문에 해수 펌프로 격납 용기의 압력 억제 풀의 물을 식힐 필요가 있다.
동시에 격납 용기 내의 온도를 낮추기 위해 격납 용기 스프레이를 작동시킨다.
또, ECCS는 고압계와 저압계가 있어, 초기는 고압계로, 그 후 원자로의 압력이 낮아지면 저압계로 식힌다.

５． 원자로의 냉각에 실패하면 노심 용융을 일으켜, 이윽고 격납 용기의 압력과 온도가 올라 격납 용기가 파괴되어 버린다. 격납 용기가 부서지지 않도록 부득이 격납 용기 벤트(방사능을 포함하는 가스나 증기를 외부에 방출한다.)를 한다.

６． 이 과혹 사고(노심 용융이 그 대표적 사고)가 일어나면 사고의 수습은 극히 곤란하게 된다.

７． 설계 기준 사고에 대해 설치되어 있는 ECCS 등 안전장치가 전원 상실이나 다중 고장(복수의 기기가 동시에 망가진다)으로 인해 기능하지 않게 되는 것이 과혹 사고이지만, 그 대책을 「과혹사고 대책：엑시던트 매니지먼트(AM)」라고 하는데 기계보다 인력에 의지하기 때문에, 확실히 사고를 막을 수 있을지 어떨지는 의문이다.

８． 「후쿠시마 사고에 이른 원인(추정)」을 ①의 전원의 취약성으로부터 ⑳까지 내걸었다.
지진이나 쓰나미나 기계의 고장 혹은 인위적인 미스가 사고의 계기가 될 수 있지만, 무엇보다 문제 되는 것은 「냉각 등, 작동해야 할 안전장치가 작동하지 않는다」는 것이다.

経済・社会;경제・사회, 法的規範;법적 규범, 外部事象;외부 사상, 自然環境;자연 환경, 破壊工作;파괴 공작, 地震;지진, 津波;쓰나미, 台風;태풍, 落雷;낙뢰, 山火事;산불, 事故;사고,　ヒューマンファクター;휴먼 팩터, 人為的ミス;인위적 미스, 内部事象;내부 사상, 機器・配管の故障;기기・배관의 고장, 機能喪失;기능 상실  

사고는 지진, 기기 등의 고장, 인위적 미스가 겹쳐서 일어난다!                                                                                    

각 요인이 적확히 파악되면 사고란 일어나지 않는다! 현실로는 모든 것이 예측 불가.                                                                           

９． 도쿄에서 자동 회전 도어에 초등학생이 껴 죽은 사고가 있었다.
「적외선 센서가 있으니까 아이가 도어에 낄 것 같게 되면 멈추기 때문에 안전하다.」라고 말해져 왔지만 실제로는 ① 센서가 아이를 검출하지 못하고.② 센서가 고장 나도 회전 도어가 멈추지 않는다.③ 센서로 아이를 검출해도 그냥 25센티미터나 움직여 버리는 것을 알았다.
회전 도어는 2.7톤으로 소형 트럭 같은 수준의 무게가 있어 끼면 거의 확실히 사망하는 위험한 것.
「센서를 붙이면 안전하다.」라고 하는 생각 그 자체가 사고를 내는 최대의 이유다.

10．내진 설계의 이야기
① 오나가와 원전에서 큰 지진으로 원자로 건물의 콘크리트에 많은 균열이 생겨 「고유 진동수」가 반 정도까지 흔들리는 방식이 바뀌었다. 설계 시는 이처럼 흔들리는 방식이 큰 폭으로 바뀔 것을 고려하지 않았다. 설계상의 대문제다.
②철근 콘크리트제의 격납 용기의 지진동에 의한 진동 시험을 소개.
지진으로 파괴되는 모습을 비디오로 보인다.

11. 효고현 남부 지진(1995년)의 대지진으로, 많은 구조물이 파괴되었다. 충격적인 흔들림이 원인의 하나.

12. 원전 사고의 시나리오를 개관한다.

                        과혹 사고는 대처가 곤란한 사태가 많이 생긴다

  ｛지진, 쓰나미, 화산 등｝  ｛핵반응 정지｝  ｛원자로 냉각 ECCS 작동｝  ｛격납용기 벤트｝  ｛방수포｝      

세세한 이야기는 다 못하지만, 노심 용융을 일으키면 원자로의 고압 파손(DCH)이나 수소 폭발, 그 위에 수증기 폭발과 MCCI(코어 콘크리트 반응) 등, 사고 수습이 어렵게 된다.

13． 수증기 폭발의 설명
고온의 용융물과 저온의 액체가 접촉하면 용융물이 세세하게 분산하여 그 주위에 증기막이 생겨 안정한 상태가 된다. 어떤 계기로 하나의 증기막이 망가지면, 고온의 용융물이 저온의 물과 직접 접촉하기 때문에 순간적으로 물이 증발(체적이 약 1600배나 된다)해, 차례차례로 증기막이 망가져 연쇄적으로 대규모 폭발을 일으킨다.
본래는 물과 용융물을 접촉시키지 않는 것으로 수증기 폭발을 막는 것이 상식이지만, 일본에서는, 수증기 폭발은 일어나기 어려운 것으로 생각되어 용융 데브리가 원자로를 뚫고 낙하하기 전에 일정한 깊이로 물을 채워 냉각한다고 한다.

수증기 폭발

＊ 고온의 액체가 급격히 증발

＊ 체적이 약 1600배로

＊ 일어날 때도 있고 일어나지 않을 때도 있다

＊ 폭발에는 트리거의 존재가 중요(자극)

＊ 예를 들면, 녹은 금속에 물을 뿌리면 발생

＊ 녹은 금속을 물에 떨어뜨리면 발생하기 쉽다

高温液体; 고온 상태, 低温液体; 저온 상태, 初期の混合状態; 초기의 혼합 상태, 高温液体が分散して水蒸気に覆われた状態; 고온 액체가 분산해 수증기에 뒤덮인 상태

노심 용융을 일으켰을 경우 물을 넣어 냉각해 코어・콘크리트 반응(MCCI)을 막으려고 하면 수증기 폭발을 일으킨다. 수증기 폭발을 피하려고 물을 넣지 않으면 코어・콘크리트로 챠이나 신드롬(미국에서 노심 용융을 일으키면 지구의 반대 측의 중국까지 용융 데브리가 침식한다고 하는 블랙 조크)에 이른다. 물을 넣는 것도 넣지 않는 것도 모두 최악의 사고 시나리오가 된다. 궁극의 선택이다.

14． 미국 샌디아 연구소에서 프리스트레스트・콘크리트의 1/4n 모델에 가압하고, 파괴 시험을 한 모습을 동영상으로 소개.
격납 용기 벤트를 붙여도 밸브류가 잘 작동하지 않고 압력이 너무 상승하면 동영상처럼 파괴되어 버린다.

미국 샌디아 국립 연구소(뉴멕시코주)

오오이 3, 4호기의 1/4 PCCV 모델

콘크리트 벽 두께 약 30cm 강제 라이너 약 1.6mm

2001년 11월 14일, 파괴 시험 실시

그런데 라이너(안쪽에 바른 얇은 강철 제품)의 용접부에 그라인더의 자국이 있어 설계압의 2배 강으로 새어 버렸다. 그 후, 고무로 누설을 방지하고 가압으로 파괴했다. 충격적 영상이다.
나는 BWR형 격납 용기의 파괴 시험을 여기서 했다.

15. 원자력 발전의 항공기가 충돌하면 어떻게 될까?
일본에서는, 원전에 충돌하는 확률이 10-⁷ 이하의 경우에는 평가하지 않아도 좋게 되어 있다.

원전에 항공기가 충돌하면?

격납 용기가 파괴

PWR 플랜트에서는 항공기가 추락하면 격납 용기가 파괴되고 나아가서 내부에서 화재가 일어날 가능성이 높다. 

16.  격납 용기 필터 벤트
격납 용기 벤트를 하면 방사능이 나오기 때문에 필터 장치를 붙이게 되었다.
그러나 필터 장치는 복잡해 수소 폭발 대책의 수위, 유량 등 충분한 신뢰성이 없다고 하지 않을 수 없다.
격납 용기로부터 벤트를 하는 것 자체가 「격납 용기의 본질적인 기능」을 스스로 잃어버리게 하는, 말하자면 「격납 용기의 자살」(고토가 명명했다.)이며, 이것으로 원자력의 안전은 끝났다.

17. 인류는 「엄한 가두기 기능」 기술을 만들려고 해 왔지만 파탄되었다.

인류는 아직 「가두기 기능」 기술을 확립하지 않고 있다.

　　　　　　― 사고의 역사에서 본 가두기 기능의 실패 ―

1986년 스페이스 셔틀 사고. 2010년 멕시코 만 원유 유출 사고. 1980년대 북해 캐나다 먼바다에서 석유 굴착 리그 플랫 폼 폭발, 침몰 사고 속출. 기타 사고들 

18.  「방수포」라는 익살극

격납 용기 벤트에 실패해 격납 용기가 손상되면 방사능이 격납 용기로부터 나오지만, 그 경우에는 「대용량 거품 방수포」를 준비하여 방사능을 씻어 낸다고 한다. 방사능은 눈에 보이지 않아 어디서 나오고 있는지조차 모르는 상황이며, 이 대책이 어린애 속임수인 것은 분명하다.

즉, 원자력 안전은 격납 용기가 기능 상실한 시점에 대규모 사고를 피할 수 없게 되는 것이다.

19． 휴먼 에러 이야기

나사의 그림으로 인간의 눈이 얼마나 속는지를 나타낸다.

20. 안전성에 대한 사고방식(그레이 존 문제)

『위험을 발견하면 멈춘다』로는 위험은 확보되지 않는다! <위험 검출형>

안전을 확인한 후 운전. <안전 확인형>

안전성은 그레이 존에서 어떻게 판단하는가가 중요.

위험 검출형과 안전 확인형의 차이를 설명.

위험 검출형으로는 안전은 확보되지 않는다. 안전 확인형으로 해야 한다.

21. 확률적 안전과 확정적 안전

하나의 부품이 고장 나면 브레이크가 작동하지 않게 된다.

이 브레이크는 부품의 고장률(고장 확률)에 의존한, 확률적으로 안전한 구조.

확률적 안전

부품 점수가 불을수록 고장이 나기 쉽게 되고 브레이크가 잘 작동하지 않는 가능성이 커진다!!

통상 시는  브레이크는 풀려 있다. 스위치를 누르면 전류가 흘러 브레이크가 걸린다.

확정적 안전

미리 회로에 전류를 흘려 브레이크를 풀어 두고, 브레이크를 걸고 싶을 때는 스윗치를 끊어 전류를 멈추면 브레이크가 걸리는 구조로 한다. 이렇게 하면 어느 부품이라도 하나만 고장 나면 자동적으로 브레이크가 걸려 확실히 멈춘다.

부품 점수가 불어 고장 나는 일이 증가해도 브레이크가 확실히 작동하기 때문에 확실히 안전을 확보할 수 있다.

확정적 안전

부품 점수가 불어 고장 나기 쉽게 되어도 안전 장치의 기능은 상실되지 않는다!

통상 시는 전류를 흘려 브레이크를 풀어 두고 있다. 스윗치를 누르면 전류가 끊어져 브레이크가 걸린다.                     

22.  원전의 안전 문제

①설계 기준 사고 조건과 과혹 사고 조건의 이중 규준이 안전 확보를 어렵게 하고 있다.

②시비어 액시던트(과혹사고) 시는 계기류, 밸브 등 기능하지 않을 가능성이 크다.

③원자로의 수위를 몰랐던 것은 TMI도 마찬가지.

④위험 측이 양 쪽에 있으면 안전 확보는 곤란.

⑤원자력은 자연 상태（안전 장치가 작동하지 않는 상태)에서 출력(핵반응이나 열 출력)이 「무한대」로 향해 상승하지만, 그 일을 감당할 수 있는 재료란 없다.

원자력은 왜 위험한가

- 공학적으로는 출력이 재료의 강도에 대해 「무한대」가 된다 -

다중 방호가 돌파되면 제어 부능!

23. 「리스크 매트리크스」의 문제

안전이란 「받아들일 수 없는 리스크가 없다」는 것. 리스크란 사고의 피해 규모와 발생 확률의 적(積)으로 표시하지만, 발생 확률이 작아도 대규모 사고의 피해의 크기를 한정할 수 없는 원자력 사고는 발생 확률이 아니라 그 피해 규모에서 보아 방아들일 수 없다고 보아야 한다.

24．5월에 후쿠시마 오염수 문제로 서울에 왔을 때의 인터뷰 사진

25. 원전은 확정적인 안전, 본질적 안전을 갖출 수 없다. 풀프루프나 패일 새이프(fail-safe)가 일부분밖에 채용되어 있지 않다. 원전의 안전의 기본을 말한다면, 다중 방호, 다층 방호로 어디까지 가 봤자, 사고의 확률은 줄일 수는 있어도 대규모 사고를 확실히 배제하는 것은 불가능하다. 원전을 확률로 판단하는 것은 무리가 있다. 후쿠시마 사고, 설마 일어나지 않을 것으로 생각했던 사고가 일어난 것을 잊어서는 안된다.

26. 기술은 실패를 통해 개선되고 안전성이 높아진다. 그러나 원전 사고는 매우 다방면에 걸친다. 대규모 사고를 낼 때마다 개량해 나갈지라도, 여러가지 형태의 사고를 되풀이하고 안전성이 높아져 갈지라도, 그 무렵에는 지구상이 광범위하게 오염되어 살 수 없게 되어 버린다.

실패가 허용되지 않는 기술은 사회적 존재가 될 수 없는 기술이다. 그것이 원전이다.

                                  끝남