이노 히로미츠 교수 초청 토론회 '고리1호기 안전성' 2012.7.11

[줏대]

2012.7.11(수)

금속공학분야 박사인 일본의 이노 히로미츠 교수가 한국을 방문했습니다.

이노 교수는 가동중단 압박을 박고 있는 고리핵발전소 1호기의 압력용기의 안전에 과학적인 답을 하기 위해 방한 했습니다.

이노 교수는 10일(화) 국회에서 토론회를 가졌고, 11일(수) 부산 YWCA에서 토론회를 가졌습니다.

사무국은 11일 부산에서 개최된 토론회에 참석하여 이노 교수의 고견을 듣는 소중한 시간을 가졌습니다.

이노 교수의 발표내용은 아래 요약글을 참고하시기 바랍니다.

고리원전 1호기 안전성, 가동에 문제없나?

- 이노 히로미츠 교수 국회 토론회 발표문 요약(*핵없는 사회를 위한 공동행동 사무국)

핵발전소가 30~40년간의 설계수명을 가진 이유는 다양하다. 원자로 압력용기의
중성자 조사로 인한 취화, 배관과 설비의 응력부식균열, 강철 파이프의 두께
감소, 설비의 피로도 증가, 전기설비의 절연기능 저하, 콘크리트 구조물의 약화
등이다. 170km에 이르는 배관과 1,700km에 전기선, 3만개에 이르는 밸브
어디에서 문제가 생기고 있는지, 65,000여곳에 이르는 용접부위 어디가
취약해지고 있는지 파악하기란 거의 불가능한 일이다. 그 중
두께15~20센티미터(cm)에 이르는 강철용기의 취화는 극단적인 사고로 이어지는
압력용기 파손이 발생할 수 있어 매우 신중히 감시해야 한다.

강철이 취화되는 것은 핵발전 과정에서 나오는 중성자에 의해 원자 배열에서
결손이 발생하기 때문이다. 이로 인해 금속이 유연성을 잃어버리고 딱딱하게
경화되면서 파괴되기 쉬운 상태가 되는데 혈관이 동맥경화되면서 파열되는 것에
비유할 수 있다. 고리 원전 1호기는 가동 전에 취화작용이 일어나는 온도는 영하
23℃였다. 중성자를 쬐게 되면서 취화되는 온도(취성화 천이온도)가 높아져서
상온에서도 작은 외부 충격이나 열충격(급격한 온도변화로 인한 충격)에 의해서
쉽게 파손될 수 있다. 특히, 비상시에 핵연료가 녹아내리는 것을 방지하는
비상노심냉각장치를 가동하게 되면 원자로 안팎의 큰 온도차이로 인해 원자로가
급격히 파괴되는 현상이 발생할 수 있을 만큼 강철의 중성자 조사 취화는 원자로
안전성에 매우 심각한 위협이다. 취성화 천이온도의 상승은 재료의 문제에서도
발생하는데 가령 구리 함량이 높은 상태에서 중성자를 쬐게 되면 취성화
천이온도가 더 높아지게 된다. 타이타닉호가 빙산에 부딪쳐 쉽게 부서진 이유
중의 하나도 문제가 있는 재료로 인해 취성화 천이온도가 27℃까지 올라가서
0℃의 빙산에 의한 충격을 견디지 못했기 때문이다.

가압형 경수로(PWR)는 높은 압력과 높은 온도에서 핵분열이 일어나기 때문에
가압열충격을 분석하는 것이 원자로 압력용기의 안전성을 시험하는 중요한
방법이다. 이때 해당 물질의 파괴인성 값(K1c)이 가압열충격 값(K1)보다 항상
높아야 한다. 원자로가 가압열충격에 견디는 파괴인성을 지녀야 한다는 의미다.
일본에서 취성 천이온도가 98℃로 높아져서 문제가 되고 있는 겐카이 원전은 이
두 값이 인접해 있다는 분석이 나와서 논란이 되고 있다. 일본의 경우
신형원자로에 대한 취성화 천이온도 기준값은 93℃이다.

고리 원전 1호기는 가동한 지 1년이 되면서부터 취성화 천이온도가 82.8℃로
믿을 수 없을 만큼 급격히 높아졌고 마지막으로 측정한 1999년에는 107.2℃까지
올라갔다. 또한 샤르피 충격시험을 통해서 확인한 원자로 압력용기가 견딜 수
있는 최대흡수에너지 믿을 수 없을 만큼 낮았다. 대부분의 핵발전소가 가동
초기에 100주울(J)인 것에 비해 고리 1호기는 가동전부터 90.4주울로 너무
낮았으며 가동 1년만에 65주울로 떨어졌다. 수명말기까지 유지해야 하는
68주울보다 낮은 값이다. 이런 일이 발생한 이유 중의 하나는 고리 1호기
압력용기 용접부위의 구리 함량이 0.23%로 다른 원자로에 비해 극단적으로 높기
때문인 것으로 추정된다.

그럼에도 불구하고 한국의 원자력안전위원회 등 규제당국은 마스터커브 방법으로
안전 여유도를 충분히 확보했다고 주장하지만 이는 직접 측정방법인 샤르피
충격시험과 달리 파괴인성을 추가 요소를 가미해서 중간값으로 정한 온도이므로
불확실성이 높다. 이 방법에 의한 측정값에서는 신뢰구간을 벗어난 것이 있어서
해석에도 문제가 있을 수 있다. 100% 체적 비파괴 검사의 경우도 균열이
발견되지 않은 것이지 균열이 없다고 단정할 수 없다.

또한, 원자력안전위원회는 고리원전 1호기의 가압열충격 온도가 미국
핵규제위원회(NRC)의 기준값인 149℃보다 낮아서 안전하다고 하지만 안전성은
단순히 온도로만 평가되는 것이 아니다. 고리 원전 1호기에 대해서는
가압열충격온도 곡선(K1) 현재까지 공개된 데이터가 없기 때문에 고리 1호기와
노형이 동일하고 38년 가동한 일본의 겐카이 원전 1호기의 가압열충격온도
곡선을 도입해 보면 가압열충격 값이 파괴인성 값보다 커서 두 곡선이 교차하는
것으로 분석된다. 이는 고리 원전 1호기 원자로 압력용기가 가압열충격을 견디지
못하고 파괴될 수 있는 가능성이 있음을 의미하는 것이다.

현재로서 고리 원전 1호기는 취성화 천이온도나 충격흡수에너지 둘 다 매우
취약한 상태이며 샤르피 충격시험으로 확인된 높은 취성화 천이온도가 문제가
되자 정밀평가인 마스터 커브 방식을 통해서 여유도를 확보했다고 하지만 마스터
커브 방식은 취성화 천이온도를 평가하는 방법이 아니고 파괴 인성을 판단하기
위한 방법이다. 하지만 파괴인성자료를 정리하는 마스터 커브 방식에서 100℃
전후의 취성화 천이온도 영역 측정치가 없어서 이 또한 제대로 분석했는지
의문이다.

고리 원전 1호기의 안전성을 더 분석하기 위해서는 샤르피 충격시험을 한
데이터, 100℃부근의 파괴인성 측정값, 가압열충격 곡선의 분석 자료가
공개되어야 하고, 감시시편의 미세구조 조사가 추가되어야 한다. 데이터를
공개하지 않고 안전하다고 하면서 재가동 하는 것은 맞지 않은 것이다.

고리 원전 1호기는 믿을 수 없을 만큼 위험한 상태인데 재료 자체가 나쁘기
때문이다. 더 정밀한 평가를 하고 세밀한 계산을 하는 것보다 폐로를 계획해야
한다.