[국내현안] 하반기 월례강좌-제2강 세계3대 원전사고의 원인과 또다른 대형사고의 가능성

[이승은간사]

이정윤(원자력안전과미래 대표)

오늘 드릴 말씀은 세계 3대 원전 사고의 원인과 또 다른 대형 사고의 가능성에 대해서 말씀을 드리도록 하겠습니다. 세계 원전 3대 사고라는 건 여러분 잘 아시다시피 쓰리마이아일랜드 그다음에 체르노빌, 후쿠시마 원전 사고를 의미합니다. 이 3개에 대해서 주로 발생 원인과 현재 우리나라 또는 전 세계에 가동하는 원전의 사고 발생 가능성을 유추해 볼 수가 있겠는데요. 언제든 충분히 가능한 그런 내용들이 주류를 이루고 있어서 조금 우려된다 그렇게 말씀을 드릴 수가 있겠습니다. 일단 TMI 원전 사고부터 알아보도록 하겠습니다.

TMI 원전은 펜실베이니아 주 수도죠. 헤리스버그에서 남동쪽으로 16km 떨어진 지역에 위치하는데 여기는 섬입니다. 그러니까 그 강이 있는데 그 강 중앙에 쪼그마하게 위치한 원전인데 그 섬 전체가 TMI 원전부지로 활용이 되고 있고요. 880메가와트 B&W사 설계로 가압경수로형 2개 호기입니다. 원자로 용기는 가운데 물론 하나가 있겠습니다만 두 개의 관류형 증기발생기가 있고, 4개의 냉각재펌프, 고온관, 저온관, 가압기로 구성돼 있습니다. 1호기는 1974년 가동됐고, 2019년에 영구정지, 2호기는 78년 가동하고, 그 이듬해 초에 중대사고 발생해서 영구정지됐습니다.

그림에서 보시다시피 TMI 원전 사고는 쿨링 타워가 굉장히 큰 게 있습니다. 왜냐하면 냉각수가 아무래도 강을 활용해서 냉각수를 쓰기 때문에 쿨링타워를 이용을 해서 보조적인 냉각수단으로 쓰고 있습니다. 그래서 터빈을 거쳐서 관류형증기발생기라고 있는데 이게 우리나라의 원전증기발생기하고 좀 다른 게 U튜브형이 아니라 once-through형 증기발생기입니다. 그래서 이 쪽에 증기가 들어가고 또 나오고 해서 1차 계통과 2차 계통이 분리돼 있습니다. 분리돼 있고, 그 위에 이제 가압기 쪽으로 해가지고, 제어 밸브 특히 이제 안전 밸브 세이프티 릴리 벨브라고 그러죠 안전 방출 밸브가 열리면 이것이 이제 냉각재가 탱크로 일부 빠지게 될 수 있도록 그렇게 설계가 돼 있는 특징이 있습니다.

이 그림은 코어가 녹은 모습인데 위에 브라운 갈색이 공동화됐습니다. 녹아서 밑으로 핵연료가 내려가면서 이제 공동화됐고, 빨건 것이 이제 중간에 냉각시키는 구조물들이 얽혀 있는 그런 상황이고 노란 것이 핵연료가 녹아서 밑으로 떨어져 있는 것입니다. 그래서 사실 바닥을 뚫고 내려갈 가능성이 굉장히 높았는데, 그 전에 냉각이 됐습니다. 그래서 다행스럽게 수소 폭발이라든가 이런 것까지는 발생하지 않았고 격납용기가 있어서 대부분 여기서 나오는 방사성 물질들이 격납용기 바깥으로 나가지는 않았다. 하지만 보조 건물까지는 나간 것 같습니다. 그래서 노심부 사이드로 해가지고 밑으로 녹아 떨어져 있는 핵연료 용융물을 확인할 수가 있습니다.

이 그림을 보시면 1번이 이제 급수 펌프입니다. 급수 펌프가 터빈에서 내려온 응축된 응축수를 펌핑해서 증기발생기로 보내야 되는데 주급수 펌프가 고장이 났고 고장이 나니까 원자로에 냉각재가 냉각이 불충분하게 된 것입니다. 그래서 압력이 올라가게 됐어요. 압력이 급증하게 되니까 2번 제어봉 내려가고 이제 다 정지됐어도 잔열이 굉장히 많으니까 3번 어떻게 되냐. 이게 온도하고 압력이 쫙 올라가면서 과압이 되니까 계통을 보호하기 위해서 안전방출 밸브가 열린 것입니다. 그래서 5번으로 냉각재가 들어가게 됐습니다. 그것까지는 운전원이 확인을 했었습니다. 근데 일단 압력이 원상태로 돌아가니까 방출 밸브를 닫아야 되는데 안전 방출 밸브가 열렸던 것입니다. 즉 다시 말하면 개방고착된 상태였었습니다. 그것을 운전원이 확인을 못했습니다. 그래서 원자로가 과열되는 것을 인지를 못했고 수위가 당연히 내려가게 됐고 수위가 내려가는 것도 운전원이 확인을 못했던 것입니다. 그래서 137분 만에 핵연료가 파손되면서 노심 노출이 160분 만에 진행이 됐고, 200분 만에 겨우 운전원이 인지를 하고 비상 냉각을 주입했습니다. 그러면서 비상사태가 선포돼서 주변 임산부와 미취학 학생, 아동 전부 대피 명령이 떨어졌고 안전주입 계통이 원활히 작동돼서 다행스럽게 300분 만에 노심 냉각 기능이 회복됐고 한참 뒤에 기능이 원상태로 돌아왔습니다. 그래서 수소 폭발이라든가 아주 직전까지 갔었던 그런 아주 위태로운 상황이 TMI 원전 사고는 IAEA에서 정하는 원전 사고 등급의 5등급에 해당되는 그런 사고로 볼 수가 있겠습니다.

그래서 이 TMI 원전 사고에서 우리가 볼 수 있는 것은 주급수 펌프가 작동이 안됐는데 그래서 보조급수 펌프를 작동을 시켰는데 출구 밸브가 안 열려서 이게 냉각수가 못 들어간 거예요. 그거를 운전원이 밸브 표찰에 가려서 8분 동안 보조급수 미주입을 인지를 못하게 됩니다. 그래서 무슨 이게 밸브가 열렸다가 닫혔다가 그것을 확인할 수 있는 표찰이 있는데 그 택에 가려져서 확인을 못 했던 겁니다. 그래서 이것이 굉장히 중요한 스타팅 포인트였는데 그래서 냉각수가 제대로 들어가지 못했다. 그거를 8분 동안이나 인지를 못했다는 것입니다. 그 사이에 원자로가 바짝 달아올랐고 그 사이에 이제 압력 방출 밸브가 이제 개방됐지만 개방 고착된 것을 확인하지 못해서 제대로 닫히지 않았는데 닫힌 걸로 운전원이 이것이 열린 것을 인지를 못했던 것이 2시간 동안이나 인지를 못했다. 그 사이에 계속 과열이 진행이 됐었던 거죠. 또한 압력 방출 밸브 압력과 수위 상승으로 압력 방출 탱크가 있는데 탱크가 파손이 일어났다. 즉 파열판이 Rupture Disk라고 그러잖아요. Rupture Disk가 적정 압력 이상이 되면 계통 탱크가 파손되는 걸 방지하기 위해서 Rupture Disk가 깨지면서 오픈이 되게 됩니다. 그런데 그 자체도 운전원이 인지를 못했다. 결국은 LOCA가 일어났었던 거죠. loss-of-coolant accident가 일어났었는데 그거를 확인을 못했다. 그래서 안전주입시 또한 격납 건물 격리 신호가 없어가지고 격납 건물은 사고 후반부에 격리되고 이 과정에서 배수조 일부 냉각재가 보조 건물로 방출됐다. 즉, 방사성 가스가 보조 건물로 일부 빠져나갔다는 것입니다. 여기서 이제 운전이 굉장히 중요한 역할을 해야 되고 중대사고를 그전에는 그냥 가상사고다 이렇게 얘기를 했지만 이것이 현실화됐다. 그래서 기계와 인간 사이의 어떤 오류를 최소화하기 위한 그런 시스템이 필요한데, 8분 동안 보조 배수 펌프가 작동이 안 되고 있다는 것을 몰랐다는 것이 굉장히 중요한 그런 사고 원인 중에 하나였기 때문에 기계와 인간의 오류를 최소화하기 위한 MMIS 기법, Man-Machine Interface System이죠. 그래서 그런 설계 방법론이 도입되게 됐고 그다음에 확률론적 안전성 평가 기법을 처음으로 도입하게 됐던 것입니다.

이제 체르노빌 원전 사고로 들어가겠습니다. 체르노빌 원전 사고는 현재 우크라이나죠. 우크라이나 수도 Kiev 북쪽 100km 지점입니다. 거기서 발전소가 있는데 체르노빌 원전이 1호기부터 4호기까지 있죠. 그 3킬로 인근 지역에 프리피야트시라고 있는데, 거기에 사실상 발전소 인력과 그 가족들이 중심이 돼서 상권이 형성돼서 거주 지역인 신흥도시 약 4만 9천 명이 거주하고 있었고 원전 주변에 30km 이내에 약 인구가 12만 명이 상주를 하고 있었습니다. 1천 메가와트 RBMK라고 하는데 이것은 러시아어로 고출력 압력관형 원자로라고 의미하는데, 번역하면 흑연감속압력관형비등경수로 이렇게 되겠습니다. 좀 복잡한데 또 VVER 이거는 이제 러시아형표준경수로형원전인데 두 기가 당시 건설 중에 있었는데 사고 이후에 건설이 중단됐죠. 84년 4월에 상업운전을 개시하게 된 4호기에서 86년 4월 26일 사고가 발생했는데 그전에 1호기, 2호기, 3호기는 70년대 상업운전을 했다고 볼 수가 있겠습니다. 하지만 84년에 가동한 원전이 2년 만에 사고를 일으킨 게 TMI 원전 사고처럼 가동을 들어가면서 초기에 바로 사고가 일어나는 그런 현상을 볼 수가 있습니다. 그래서 초기 원전 가동 시점이 굉장히 중요한 하나의 고비가 되고 있다. 이렇게 보시면 되겠습니다. RBMK 1천 메가와트 이거는 독특하게 다른 나라의 노형과 달리 원자로 하나에 터빈 발전기가 두 대씩 설치돼 있습니다. 500메가와트짜리가 그리고 두 개 루프로 되어 있습니다. 그래서 두 개 루프에 냉각재 펌프가 4개가 있고 증기드럼 두 개 압력관에 유량조절밸브가 있고 원자로는 이제 크기가 직경이 12m, 높이가 7m 그리고 압력관이 수직형으로 꽂히는데 그 압력관이 직경이 9cm입니다. 약 10cm가 조금 안 되는 거죠. 그 쪼그만한 게 1661개가 들어가 있고 그 중간 중간에 제어봉이 211개가 있고 그 압력관과 압력관 사이는 흑연으로 이렇게 감싸 있어서 흑연이 중성자의 감속을 시키는 그런 흑연 감속 형태로 구조가 돼 있다.

그림을 보시면 원자로가 있고 그 가운데 검은 게 흑연이고요. 위아래로 이렇게 수직으로 파이프 형태가 이제 들어가 있는데 이것이 압력관입니다. pressure tube라고 하는 압력관인데 이것이 좀 더 어드벤스된 게 중수로 우리나라 월성 원전에 있는 중수형 가압경수로죠. 중수로가 옆으로 뉘어져 있는 압력관 형태인데 이것이 위아래로 돼 있다 보니까 좀 여러 가지 장단점이 있습니다. 그래서 중수로는 중수를 이용해서 감속재로 쓰고 있고 냉각재 안에 중수가 같이 흘러가죠. 그렇지만 여기는 경수로 냉각을 하면서 사실상 바깥에 있는 흑연에 의해서 고속 중성자를 열중성자로 속도를 낮추는 감속재로 사용이 됩니다. 그리고 이제 여기는 좀 다른 노형과 좀 특이한 게 separator라고 있어요. 스팀분리기. 스팀 그러니까 물과 증기를 분리하는 그 위에 드럼 형태의 동그란 것이 있는데 거기에 이제 냉각재가 들어오고 고온 물과 스팀이 같이 있는 그런 것이 들어와가지고 물론 거의 100% 퀄리티를 갖고 있는 스팀은 아니라는 의미입니다. 그것이 들어오고 또 물도 냉각재가 들어오고 이렇게 뒤섞이면서 스팀만 빠져나가는 이런 어떻게 물과 스팀을 분리하는 스팀분리기입니다. 그래서 빨간 컬러가 이제 스팀이 돼가지고 8번이 이제 터빈으로 들어가고 거기서 복수기를 거쳐서 응축수가 생기면 응축수를 펌핑해가지고 다시 steam separator로 보냈는데 그 스팀분리기를 왜 그쪽으로 보냈는지 모르겠더라고요 저는 바로 18번 19번으로 돼 있는 드럼으로 그냥 바로 보내는 게 나을 것 같은데 하여간 그렇게 돼 있습니다. 그것이 밑에서 위로 이렇게 들어가면서 보일링이 일어나는 거죠. 그래서 여기는 일정한 기포가 있어요. 생성될 수가 있고 또 어느 정도 허용을 합니다. 하지만 나중에 알게 됐지만 쉬쉬했었던 것이 이 흑연과 함께 이것이 양의 보이드 계수라고 하는 보이드 coefficient를 갖고 있어서 그것이 순간순간 포지티브하게 간다는 것을 사실 운전원이 알고 있었는지 모르고 있었는지 모르겠지만 전에 이제 HBO 비디오에서 나온 체르노빌 그 영화를 보면 사실 운전원은 모르고 있었고 과학자들이 일부 실험 과정에서 발생됐던 문제점들을 확인을 하고 알고는 있었다. 그런데 그거를 원전 운전원들한테 제대로 알려주지 않았다. 이렇게 현재로서는 그렇게 파악되고 있습니다. 그래서 양의 보이드 계수는 핵연료 중성자가 급증을 할 수가 있고 그럼으로써 핵 분열을 기폭을 시킬 수가 있는 그런 문제가 있다. 그래서 일본에 체르노빌 이후에 양의 보이드 계수 문제가 굉장히 현안으로 떠오르기도 했었습니다.

이 사고는 참 어이가 없습니다. 실험 목적은 좋았습니다. 왜냐하면 사고가 일어나서 외부에서 전기가 공급이 중단이 되면 외부에서 전원이 중단되면 우리나라 이제 속초 산불 때문에 외부에서 전기가 공급이 중단됐잖아요. 그러면 안에서 비상디젤발전기가 돌아가야 되는데 비상 발전기가 기동하는데 일정한 시간이 들어가니까 우리나라는 기동 정지하는 데 굉장히 짧은 시간으로 알고 있는데 당시에 이 체르노빌 원전은 시간이 좀 걸렸었던가 봐요. 그러니까 그 사이에 짧은 시간이지만 원자로가 과열될 수가 있잖아요. 그러니까 계통에 심각한 문제를 일으킬 수가 있으니까 이 발전소의 터빈에 들어가는 스팀을 차단하면 일단 안에 고압의 스팀이 존재하는 상태에서 그것으로써 터빈을 일단 관성으로 돌릴 수가 있지 않을까 해서 그 스팀이 일단 고압이야 스팀이 터빈을 어느 정도 좀 돌릴 수 있고 또 터빈 자체의 관성이 있다. 그래서 그 관성에 의해서 전기는 계속 생산될 것이다. 그 생산된 전기를 이용해서 몇 시간 동안이나 그러니까 몇 분이나 이것도 좋습니다. 일정한 몇 분 동안이라도 전기를 생산해서 안전 계통을 돌릴 수 있는 전기를 어느 정도 충당할 수 있을 것인가 하는 그런 실험을 들어갔던 겁니다. 그래서 소외전원은 상실 시 비상디젤발전기 가동하기 전까지 그 사이에서 터빈관성으로 전기를 안전 설비를 작동하기 위한 전기를 공급하는 가능성 그것을 테스트하기 위한 거였던 것입니다. 그런데 원자로 출력을 원래는 22%~32%로 낮추고 터빈 발전기 한 대를 중단. 그래서 냉각재유로펌프 네 개의 펌프가 있는데, 두 개는 외부 전력원 나머지 두 개는 터빈 발전기에서 전기를 공급하도록 전환을 시켰던 거죠. 라인 연결을 그래서 터빈 공급, 증기 공급 차단할 때 관성으로 전기 생산 시간을 측정하는 시험이었던 거죠. 그러니까 냉각재 유로가 크게 루프가 2개인데 그중에 한 루프의 4개 펌프 중에 두 개는 소외 전원과 연결시키고 나머지 두 개는 터빈 발전기에서 전기 공급하도록 전환을 했다는 것이죠. 그래서 나머지 두 개 터빈발전기발전기에서 전기 공급하도록 전환한 그것은 이제 그렇게 연결을 해놓고 터빈의 전기 공급을 차단하면 가동하다가 증기 공급을 차단하면 관성으로 전기가 몇 시간 동안 돌아갈 수 있을 것인가 하는 가능성을 측정할 수 있게 됩니다.

근데 이제 운전원이 첫 번째 가장 먼저 실수한 것이 출력을 너무 낮췄다는 데 있어요. 즉 10% 상태로 너무 낮췄습니다. 출력을 10%로 너무 낮추니까 출력이 변동이 일어나면 제논이 생산이 되는데 제논은 중성자를 잡아먹게 됩니다. 그래서 제논이 많이 생산되면 중성자를 많이 잡아먹게 되니까 출력 컨트롤이 굉장히 어려워지는 문제가 있어요. 그래서 원전이 수요 대비 긴밀하게 작동을 못하는 이유가 바로 이거거든요. 그러니까 원자력계 사람들이 우리가 출력 대비 수요를 우리가 수요 대비 이제 우리가 출력을 어느 정도 긴밀하게 대응 운전을 할 수 있다. 그거를 자신 있게 얘기하지만 실제로 이게 출력 대응을 빨리 하면 할수록 원자로가 제논이 생산이 돼가지고 제논이 생산되면 출력 컨트롤이 굉장히 어렵게 돼가지고 무슨 문제가 발생할지 모르는 게 바로 여기에서 나온 거거든요. 그런데 제논이 이제 많이 생기니까 너무 낮춰가지고 출력을 너무 낮추니까 제논이 많이 나오니까 출력이 너무 떨어지면 안 되잖아요. 그러니까 제어봉을 너무 많이 열어가지고 제어봉을 제거해 버린 거예요. 끄집어낸 거죠. 근데 30개 제어봉은 안에 있어야 되는데 6개에서 8개만 남은 상태에서 200MWth 근방해서 이제 안정화를 시작을 한 겁니다. 그래서 이제 테스트를 들어가면 되겠다 해가지고 냉각재 펌프 8개를 전부 가동을 했는데 이때 이제 냉각재 유량 증가로 증기압이 저하되는 저증기압 신호가 작동되면서 원자로가 자동 정지해 버리거든요. 이게 안전의 최후의 보루인데 저증기압신호에 의한 원자로 자동정지를 무력화시켜 버린 거예요. 트립 돼 버리면 다시 재가동하는데 거의 일주일 이상 들어가잖아요. 그러면 가동을 못하게 되면 하루에 10억이면 일주일이면 70억이고 열흘이면 100억이잖아요. 100억이 손해잖아요. 그러니까 운전원이 자동정지계통을 무력화시켜 버린 거예요. 이것도 두 번째 아주 심각한 오류를 했던 것입니다. 그래서 증기를 차단해서 관성으로 전기를 생산을 하려고 했더니 출력을 10% 상태로 너무 낮춰가지고 터빈 관성력이 부족했던 것입니다. 그래서 전력이 불충분하게 생산이 됐던 것이에요. 그러니까 펌프 회전이 줄어들어 버리니까 결국은 냉각재 유량 감소가 발생되고 냉각재 온도가 상승하기 시작한 것이죠.

냉각재 온도가 상승하니까 기포가 원래보다 많이 생산돼서 결국 양의 보이드 계수가 작동이 돼가지고 원자로 출력 상승이 급증하기 시작합니다. 근데 이렇게 급증하면 초단위로 지금 문제가 될 수 있기 때문에 제어봉을 빨리 삽입을 해야 되는데 이 구동 속도가 20초나 걸려요. 그래가지고 결국은 운전원이 출력 제어가 안 되면서 정격출력이 100배까지 폭주를 하게 됐고 200MWth 근방에서 출력이 안정되었었던 상태에서 100배까지 출력이 폭주하는 데 걸린 시간이 23분밖에 안 됩니다. 그러니까 순간적으로 폭주하게 되는 거죠. 이 상태에서 핵연료가 파손되니까 이게 또 파손된 핵연료가 물과 반응하여 증기폭발이 발생이 된 것입니다. 그래서 과다한 증기 생산으로 급속히 사태가 악화돼가지고 노심이 파괴됐고 2~3초 후에 두 번째 폭발이 발생되었는데 두 번째 폭발은 수소에 의한 연소다 이렇게 보고 있습니다.

그래서 첫 번째 폭발은 이제 증기 폭발이고 2~3초 뒤에 수소 폭발이 이제 발생되면서 상당한 폭발력에 의해서 원자로 지붕이 그냥 날아가 버린 겁니다. 날아가 버리고 다량의 고온 핵연료와 흑연 파편을 공중에 1km까지 날려보낸 거죠. 원자로 잔해와 터빈 건물의 화재는 방사성 물질을 고공으로 끌어 올려서 성층권이니 이렇게 얘기하더라고요. 그 먼 거리까지 확산을 시켰다. 흑연에 의한 증기폭발 또는 핵임계 유발 가능성으로 신속한 복구가 지연되어 10여 일간 지속적으로 방사능 물질을 계속 배출하게 했다. 그러니까 화재가 복구가 안 된 거죠. 안 되니까 구멍은 뻥 뚫렸고 그런 상태에서 화재 복구가 안 되니까 방사성 물질은 계속 날아갔다. 이게 굉장히 중요한 인자입니다. 무슨 말씀이냐면 보통 유사시에는 사고가 나면 뻥 하고 사고 났잖아요. 후쿠시마처럼 그러면 방사성 물질이 민가를 덮치는 것이 일시적으로 한번 확 덮치고 지나가버리거든요. 그걸로 끝났는데 이 체르노빌은 10여 일간 계속 방사성 물질이 나왔다는 것입니다. 그러니까 우리가 대피하는 데 있어서 일시적으로 순간적으로 대피한다고 될 일이 아니다. 경우에 따라서는 이럴 수가 있다. 이것이 체르노빌에서 보여주고 있는 것입니다.

그래서 왼쪽 그림은 이제 원자로가 통째로 그냥 날아간 그 그림을 보여주고 있고요. 보조 건물 조금 남아 있는 겁니다. 그래서 이게 4호기이고 순차적으로 이제 3, 2, 1호기가 있고 건설 중인 원전이 또 뒤에 있었습니다. 그래서 유럽이 전체적으로 상당히 많이 오염이 확산이 돼서 스웨덴, 노르웨이까지 날아갔고 영국까지 아일랜드 저쪽까지 상당히 멀리까지 날아갔기 때문에 남부 쪽을 주로 폭발되고 동부 쪽 일부하고 대부분 서부 쪽으로 날아간 것을 확인할 수 있습니다. 그래서 실제로 터지면 동서남북 어디든 가리지 않고 상당한 방사능이 분포를 하고 또 그로 인해서 상당히 많은 영향을 줄 수가 있는데, 많은 지역에 빨간 색깔이 가장 진하게 방사능이 있는 곳입니다. 그래서 이것이 내용을 보면 꾸준히 이렇게 발생되기도 하지만 분출이 일어날 때 그때 바람이 어느 방향으로 가느냐에 따라서 어느 지역에 방향성을 가지고 그 지역을 상당히 오염시키는 그런 특징을 보여주고 있다. 이렇게 볼 수 있겠습니다.

그래서 이 상황을 보면 당시 소개 지역 인구의 10% 미만이 50mSv 이상이 피폭됐고 민간인은 1mSv 1년 동안에 1mSv가 한계치입니다. 제한치로 설정이 돼 있습니다. 50mSv인 경우는 작업자, 종사자가 5년 동안 맞을 수 있는 피폭량입니다. 그런데 일시적으로 이렇게 맞았다는 것입니다. 그래서 굉장히 안 좋을 수가 있고요 다만 50mSv은 인체에 그렇게 큰 영향을 주지 않지만 인구의 5% 미만은 100mSv이상을 피폭했다. 그의 두 배죠. 그래서 1만미리램인데 이거는 방사성 준위가 상당히 높은 방사선이죠. 사고 복구 참여 인력이 20만 명이 투입됐습니다. 왜 이렇게 많이 투입됐냐. 이렇게 얘기를 하시는데 실제로 20만 명이 투입됐다고 볼 수 있는 게 방사선 피폭이 굉장히 많이 되기 때문에 많은 인력을 한 곳에 상주시키면서 투입할 수가 없어요. 많은 작업시간 동안 피폭된 사람을 계속 바꿔줘야 돼요 그러니까 20만 명이나 되는 많은 사람이 투입되게 된 것입니다. 그래서 평균 피폭이 100mSv고. 10% 미만이 250mSv 이거는 상당히 많은 양입니다. 일부는 500mSv 이 정도 되면 반치사랑 정도 되는 피폭량이죠. 피폭의 경로는 주로 직접 피폭이 되는 것은 주로 종사자들이 그렇고 일반 시민들은 음식이나 우유 섭취 이런 것들로 인해서 체내에 피폭되고 호흡으로 들어오거나 갑상선에 쌓이는 경우 이렇게 되겠습니다. 이거는 체내 피폭 경로를 말씀드린 겁니다. 참여자들은 237명이 임상 증후가 나타났고 이 중 143명이 급성 증후가 나타났고, 28명이 3개월 이내 사망했습니다. 근데 안에서 추가 폭발되면서 관상동맥혈전증이라고 하는 피가 그런 게 있다고 그러더라고요. 그다음에 화상 등으로 초기 진압 요원 31명이 사망한 경우가 되겠습니다. 그래서 인명 피해가 좀 많이 나왔죠.

체르노빌의 교훈으로 이제 말씀드릴 수 있는 것은 노심 반응도 제어 개선을 위한 설비 개선 특히 양의 보이드 계수 문제를 아주 심도 있게 다루는 그런 상황이 됐습니다. 그래서 중수로 같은 경우 일부 양의 보이드 계수가 있거든요. 그래서 그거를 C6라고 하는 컨설터티브 C6라고 하는 중수로의 안전 규제 문서에서 이 문제를 다루고 있습니다. 그 다음에 또 한 가지는 이게 폭발이 일어나도 격납용기가 있었으면 좀 덜 날아가지 않았을까 그래서 격납용기가 굉장히 중요하다. 체르노빌은 격납용기가 없었습니다. 그냥 일반 건물로 이렇게 쌓아놨었거든요. 그래서 폭발을 가중시킬 수 있었던 원인이 됐었습니다. 그다음에 운전원의 안전의식이 굉장히 중요하다. 안전 문화가 굉장히 중요한 요소다. 어떻게 안전정지 계통을 굉장히 최후의 보루인데 그걸 꺼놓고 작업할 수 있었느냐. 이거는 사업자의 개념 관점에서 그런 사업적인 어떤 그런 거를 가지고 안전을 너무 소홀히 다루지 않았느냐 이런 이야기입니다. 또 사고가 일어나면 국경을 초월하더라 그래서 이런 문제점들은 세계가 공동으로 대처해야 될 원전의 사고 시에는 세계가 공동으로 대처해야 할 문제다 그런 어젠다화 되어야겠다. 이런 얘기가 나와 있고요. 그다음에 원전 사고 시 이를 대처하는 국제 협력이 굉장히 중요하더라. 어느 순간에 리조스가 공급이 돼야 되고 이런 문제점들은 만약에 그것이 폭발이 일어났을 때 국경을 초월해서 어떤 영향을 주기 때문에 국제사회가 공동으로 국제 협력이 굉장히 중요해지는 것이 이런 원전 사고다. 그다음에 피해 당사국 전문가 파견 협력 체계 이런 것들도 국제 협력으로 굉장히 중요한 요소가 되겠습니다. 안전성 확보를 위한 보유국에만 전적으로 의존할 수는 없다. 즉, 지금까지의 원전은 당사국의 주권사항으로 거의 보유국에 맡겨놓고 있었습니다. 하지만 사고가 일어나면 국경을 넘어가기 때문에 보유국에만 주권이라고 해서 모든 걸 다 맡겨놓고 있을 수만은 없다. 그런 교훈들이었고 이런 것들을 담아서 1996년 10월 24일 원자력안전협약이 발족이 되게 됩니다. 우리나라도 여기에 가입돼 있다고 들었습니다.

이제 후쿠시마 원전 사고를 말씀드리도록 하겠습니다. 여러분들이 많이 공부를 하셨을 거고 또 관심도 있으실 걸로 생각이 됩니다. 제1발전소가 후쿠시마현 후타바군 오오쿠마쵸 후타바쵸에 위치해 있어서 동북 쪽에 있습니다만 총 6기가 BWR로 후쿠시마 1 발전소를 구성하고 있습니다. 1호기부터 5호기는 Mark 타입1 즉 1호기는 460MWe로 초기 원전이고 나머지는 784MWe, 마지막 6호기는 Mark 타입2라고 그래서 1100MWe로 용량을 격상을 해놓고 있었죠. 1호기는 수명 연장을 실질적으로 개시하고 있었고 대부분 수명 만료 7년 이내의 노후 원전들이었습니다. 40년 수명이죠. 사고가 일어났을 때는 1호기부터 3호기는 가동 중이었고 4호기는 핵연료 인출을 해서 저장조에 보관하고 있었고 5~6호기는 핵연료가 장전이 완료된 정지 상태에 있었습니다. 특히 5, 6호기는 지대가 높아서 쓰나미로부터 좀 자유로울 수가 있었죠.

이것이 후쿠시마 원전입니다. 그래서 다 똑같은데 차이점은 여기는 비등형 원전으로서 냉각재가 원자로에서 직접 비등을 시킵니다. 그래서 끓여가지고 거기서 나온 스팀을 터빈으로 바로 보내는 거거든요. 그러니까 가격이 굉장히 싼 원전인 것이죠. 그래서 여기에 이제 중간에 보조 냉각 기능을 갖고 있는 링 타입에 이제 저것도 있고 어떻게 보면 이제 급격하게 온도가 올라갔을 때 이런 것들이 압력을 제어할 수 있고 왜냐하면 온도를 이거를 공급해서 온도를 낮출 수 있다. 그러면 열을 제거할 수 있으니까 압력도 제거가 가능한 거죠. 그래서 이거는 특징이 직접 물을 끓여가지고 터빈을 돌릴 수 있다. 그런 개념으로 볼 수가 있습니다. 여기 오른쪽에 또 조그만하게 이렇게 글도 있는데 거기에 보면 노심 손상 빈도가 나옵니다. 대부분 10의 마이너스 8승, 10의 마이너스 7승이에요. 1, 2, 3, 4, 5기. 격납용기 파손 빈도도 10의 마이너스 8승입니다. 근데 1, 2, 3호기 다 격납용기 파손됐고요. 10의 마이너스 8승이 이게 확률론적 안전성 평가에서 나온 격납용기노심 손상 빈도와 격납용기파손 확률 이 자체가 10의 마이너스 8승이면 1억분의 1이죠. 실제로 계산은 그렇게 나왔지만 이거 발전한 지 연수로 따지더라도 그렇고 실제로 이게 이제 한번 계산해 보면 재밌겠습니다만, 이 확률이 자기네들은 1억 분의 1 확률을 갖고 있다고 자신을 하고 있었지만 당연히 사고는 거의 1억 분의 1이면 사고가 거의 안 난다 이렇게 생각을 했지만 실제 버젓이 사고가 났죠. 그래서 실제 후쿠시마 원전은 10의 마이너스 8승의 CDF라고 합니다. Core damage frequency 그래서 CDF를 10의 마이너스 8승 정도 수준을 갖고 있었지만 실제로는 10의 마이너스 2승 정도 수준 아니냐 이렇게 주장할 수밖에 없는 그런 PSA 결과를 가지고 있었다. 즉 PSA는 결과에 맞추는 계산입니다. 그래서 PSA 결과를 가지고 어떤 판단을 내린다 굉장히 위험한 생각이다. 이렇게 보겠습니다. 지금 우리나라 그렇게 하고 있죠.

그래서 사고 내용을 쭉 보시면 3월 11일 14시에 이제 지진이 발생됐고 쓰나미가 이제 날아오기 시작해서 3월 11일 14시 바로 그 시간에 11개 진앙 인접된 4개 부지 원전의 11개 호기를 다 일시적으로 정지시킵니다. 1시간 뒤에 쓰나미가 도달하게 됩니다. 그래서 1, 2, 3, 4, 5기 전부 다 EDG 무정전설비, 배전반 이런 전기 공급 시설들이 침수가 됐고 물론 그전에 지진이 와가지고 철탑이 무너지는 바람에 소외 전원이 다 끊어졌었습니다. 그 상태에서 1시간 뒤에 쓰나미가 와가지고 그냥 전원 시설들이 다 완전히 상실하게 됩니다. 당일 15시 42분 즉, 지진이 발생된 게 14시 26분인데, 1시간 정도 돼서 비상전원이 완전히 상실하게 됐습니다. 그러자 비상전원 완전 상실하자 하루 만에 수소폭발이 시작되게 됩니다. 순차적으로 1호기, 3호기, 2호기가 수소폭발이 일어났고, 4호기는 사용후핵연료저장조 내에서 폭발음이 일어났고 화재까지 일부 발생됐었습니다. 그래서 사용후핵연료저장조 내에 있는 사용후핵연료의 위험성이 처음으로 강력하게 대두됐던 사건입니다. 만약 이것이 녹아내리는 그런 사고가 발생됐다 그렇게 되면 동경에 있는 한 일대에 2천만 명까지도 대피를 해야 되는 그런 사태였다. 이렇게 간나 오또 당시 일본 총리가 증언을 하고 있죠.

그래서 이제 그림에서부터 1호기, 3호기, 2호기 이렇게 이제 폭발이 일어났고, 4호기가 다시 한 번 또 일어났었는데 그런데 4호기 폭발은 사용후핵연료저장조에서 폭발을 하는데 이쪽은 원자로 노심이 녹아내린 게 아닌데 어떻게 수소가 생겨서 폭발했냐 보니까 그 라인을 통해서 인접 호기에서 이렇게 넘어왔다 이렇게 얘기를 하고 있더라고요. 그래서 3호기에서 넘어온 거 아니냐 3호기도 다시 한 번 폭발이 일어났었다 이렇게 얘기를 하고 있습니다.

이것도 처음 폭발 일어났을 때가 바람이 불어가는 방향에 따라서 북쪽 방향으로 상당히 방사능이 밀집돼 있다. 그렇게 볼 수가 있겠습니다. 그래서 이것이 점점 공기 중과 이 지표면의 차이가 있습니다만 공기 중은 왼쪽이 공기 중이고 오른쪽이 지표면 농도를 나타내는 거거든요. 그래서 공기 중의 농도를 보면 많이 확산되는 모습을 볼 수가 있습니다. 그래서 후쿠시마 원전 사고 일어나서 당일 시간 지나서 이렇게 있었습니다만 그렇게 일단 지표면이 오염된 것은 어떻게 할 방법이 없더라 그리고 공기 중은 계속 흩어져가는 그런 모습을 보여주고 있다는 것이 오염 지역의 특징으로 볼 수 있습니다.

여기서 이제 우리가 교훈으로 얻을 수 있는 것이 외부의 사건에 대응할 수 있는 원전을 설계하자 그런 얘기고요. 외부 사건이라는 게 지금 지진이나 쓰나미 그다음에 요즘 와서 얘기가 많이 나오는 기후 변화와 관련된 산불이라든가 이번에 힌남노 태풍 불어가지고 집중호우가 떨어졌죠. 그래서 포항 같은 데 굉장히 큰 곤란을 겪었습니다만 원전 지역은 좀 피해가서 다행으로 보입니다만 그래도 결국 신고리 2호기가 또 정지됐죠. 마이삭 태풍으로요. 정지됐던 이유가 마이삭 태풍 때 2020년 그때 마이삭 태풍에 의해가지고 1호기부터 6호기까지 즉 1, 2, 3, 4, 신고리1, 2, 총 6개 호기가 EDG 비상디젤발전기로 외부 전원 공급 상실에 따라서 비상디젤발전기가 6개의 호기가 다 가동하고 있었던 것은 세계 초유의 일이거든요. 그다음에 이제 소외 전환이 상실됐었던 원인이 그게 변전소 즉 스위치 야드 쪽에 있는 기기들인데 그런 문제점들이 다시 되풀이 됐다. 이런 관점에서 굉장히 심각한 우려를 할 수밖에 없다. 왜냐하면 그쪽이 태풍이 지나가는 지역이잖아요. 그래서 앞으로 어떤 태풍이 어떻게 날아올지 모르는데 이렇게 계속 태풍만 불었다하면 문제가 생기면 후쿠시마 원전 사고의 초기 사건이 소외 전원 상실인데 계속 밥 먹듯이 소외전원상실이 일어나면 어떻게 하느냐. 비상디젤발전기가 만약에 고장 났을 때 어떻게 할 거냐. 이런 문제점들 우리가 다시 한 번 되새겨볼 수밖에 없는 거고요. 그래서 중대 사고 예방과 완화를 위한 안전설계, 운영, 운전원 교육, 훈련 이런 것들이 집중적으로 다시 절차가 돼서 진행이 돼야 되겠다. 이런 얘기입니다.

안전 설계라는 것은 중대 사고를 포함하는 설계를 얘기를 하는 것입니다. 지금까지는 가상사고로 고려를 해서 거의 반영을 안 했던 것인데요. 그다음에 운영, 운전원 교육 이런 것들은 운전원 교육 같은 경우는 비상 때 어떻게 대처를 할 것이냐 하는 것들입니다. 이런 것들도 훈련 상황으로 반영을 해서 지속적으로 평상시에 준비가 돼 있어야 되겠다. 그다음에 완전 전원 상실되는 비상 상황에서 발전소 외부의 대응 체계입니다. 이거는 비상 대피를 어떻게 할 것이냐 또는 거기에서 외부에서 어떤 협력을 하는 것이 좋을 것이냐 이런 제반 절차와 하는 문제가 있는 것이고요. 또 심각한 사고 상황이 일어났을 때 어떻게 대피를 해야 되고 대피 물자나 도로 상황 그다음에 사람들이 인구 밀집 지역에 준하는 그런 인구 밀집 지역에서 특히 사람들이 어떻게 대피해야 할 것인가 교통 통제라든가 이런 것들을 이런 비상대책을 신속하게 준비를 해야 되겠다 하는 교훈이 있었고요. 그다음에 동일 부지에 다수의 운전 안전성 문제가 있습니다. 이거는 아직도 해결이 안 된 건데, 원자력계는 어느 순간 이거 다 해결했다. 이렇게 하고 있는데 저희들이 공개 토론하자고 성명서까지 보냈는데 답장이 없어요. 그다음에 중대사고 상황에서 사용후핵연료냉각입니다. 만약에 소외전원상실이 일어나고 EDG가 언제까지 작동될지 모르지만 그런 상황에서 만일에 전부 다 커트가 됐을 때 사용후핵연료저장조에 있는 핵연료를 어떻게 냉각시킬 것인가 그다음에 방사능 방출 사고 후 방사능을 어떻게 감시할 것인가. 이걸 감시하는 사람 피폭도 고려를 해야 되거든요. 그래서 비상 상황에서 대중의 방사능 방호, 비상 상황에서의 의사소통, 특히 제가 이제 요즘 유튜브 채널에서 방송을 좀 하는데 방송을 하면서 기장지역 주민들 이번에 고리 1호기 수명 연장 들어가지 않습니까? 그래서 그쪽 분들 하고 혹시 면담이 가능한 분들이 있으면 희망하시는 분이 있으면 우리가 내려와서 면담을 같이 하자 이렇게 얘기를 했더니 네 분이 요청을 하셨어요. 그래서 내려와가지고 면담을 하는데 저희도 놀랐습니다. 평생 휴대폰으로 ‘발전소 비상 상황인데 훈련 상황입니다’ 하고 이렇게 이렇게 하십시오 하고 문자 날아온 거 혹시 본 거 있냐 그랬더니 전부 다 그런 문자는 평생 받아보지 못했다고 그러더라고요. 그러니까 비상대피 또 의사소통 이런 것들이 의사소통이 가장 중요한 거잖아요. 거기에 아무런 준비가 되어 있지 않다. 이런 안타까운 그런 것들이 있었습니다.

그리고 마지막 결론입니다. 원전 중대사고는 필연적이라는 것입니다. 이제는 체르노빌, TMI, 그다음에 후쿠시마를 거치면서 세 번이나 중대 사고가 일어났기 때문에 중대사고는 더 이상 가상 사고가 아니다. 그러면 설계 기준 사고가 있고 설계 기준 사고를 초월하는 어떤 사고가 있다. 이런 이상한 표현을 하는데, 이 중대사고가 설계기준사고 즉, 설계기준사고라는 이상한 표현을 할 필요가 없습니다. 이제는 설계 그 자체입니다. 안전설계 그래서 중대사고는 설계 영역으로 들어와야 된다는 것입니다. 그다음에 신규 원전도 그렇지만 가동 원전에서 중대 사고 대처 능력은 거의 지금 없는 상태다. 그런데도 수명 연장한다고 지금 난리지 않습니까. 그래서 수명 연장할 때 이런 문제를 가지고 차근차근 시민사회에서 따지고 들어가야 됩니다. 사업자와 규제기관 협업으로 세계 최고로 싼 원전을 마구잡이로 만들고 있다. 지금 그러니까 무슨 말씀이냐면 중국보다도 건설 비용이 싸요. 왜냐하면 이런 중대사고 대처 설비를 거의 투자를 안 하기 때문에 이런 결론으로 나온 거죠. 그런데 유럽에 수출한다고 그러는데 저는 좀 신기해요. 이런 세계 최고로 싼 원전을 유럽에다 수출한다 그러니까 좀 경우에 따라서는 이해가 잘 안 가는 거죠. 그래서 얼핏 느끼기에는 체코나 폴란드 이런 애들도 바보가 아니거든요. 그냥 싸다고 무조건 한국 원전 쓰고 그러지 않을 건데 얘네들이 왜 한국에 컨택을 했냐면 안전 체계나 이런 것들은 미국 것을 하고 너희들은 거기에 맞춰서 시공이나 제작 쪽으로 들어가라 이런 국제 분업 형태의 원전 수출 이런 것들이 고려되고 있지 않을까 이런 생각을 해봅니다. 그다음에 중대사고를 수명 연장의 조건으로 해야 또 저급한 안전 문화 이런 문제가 좀 해결을 해야 되겠다. 그래서 수명 연장의 조건으로 중대 사고를 반드시 집어넣어야 된다. 그리고 저급한 안전 문화는 반드시 해결하는 노력과 모습을 보여야 하고 또 그것을 촉구를 해야 되겠다. 그런데 자기네들이 지금 사고관리계획서 만든다고 난리를 피고 있잖아요. 그 내용 무슨 얘기인지 일반 시민은 아무도 모르고 있어요. 그들만의 리그입니다. 일반 시민들한테 이런 거 하고 있다. 설명도 없어요. 그래서 원전 수명 연장도 제대로 된 설명도 없이 추진하고 있는데, 지금 이런 3대 원전 사고를 반영한 다수호기 문제, 항공기 충돌 문제, 테러 문제, 기후 변화 문제 이런 것들에 대해서 안전 지침이나 인허가 기준 이런 것들을 지금 어떻게 하고 있고 시민들의 눈높이에 맞춰서 우리가 안전 문제를 최대한 하고 있다 하는 그런 원자력 안전 규제 당국의 대시민 설명 또는 입장 표명 이런 거 하나도 없어요. 지금 그건 무슨 얘기냐. 한수원이 하자는 대로 하겠다는 그런 뜻밖에 안 됩니다. 그래서 이거는 막상 사고 일어나면 시민들이 다 다치고 특히 고리 같은 경우 주변에 400만이 살지 않습니까. 그럼 만약에 사고 나면 400만이 어떻게 보상을 받아요? 지금 1조 5천억이 맥시멈입니다. 한수원이 지불할 수 있는 비상 중대 사고 때 조치를 내려서 지원할 수 있는 금액이 1조 5천억이 Maximum입니다. 그 이상 되면요. 책임도 안 집니다. 무슨 말씀이냐면 일본 후쿠시마 원전 사고 때 지금까지 투입된 예산만 100조가 넘다고 그래요. 그리고 후쿠시마 후속 조치 이런저런 해가지고 자기네들이 전부 다 커버를 할 수 있는 예산이 지금 얼마까지 들어갈지 모르는데 500조에서 700조까지 들어간다고 그러지 않습니까. 우리나라도 만약에 이런 사고 일어나면 근데 누가 책임질 거냐 이런 문제가 있는 거예요. 500조를 누구한테 변상을 맡기겠습니까. 이거 변상을 예를 들어서 동경전력 사장한테 다 맡겨놓으면 동경전력 사장 개인이 이걸 어떻게 해결하냐고요. 동경전력 회사에다 맡겨놨다. 그러면 회사는 망하는 거고 끝나는 거예요. 그렇기 때문에 저는 항상 얘기하는 게 중대 재해처벌법을 동원해서 또는 만들어서 생명을 위협당하거나 아니면 생명을 잃는 그런 중대한 사고가 일어났을 때 경영자한테 문책을 할 수 있는 그런 법을 왜 여기는 적용 안 하느냐는 거죠. 그래서 원전 중대사고 핵연료가 용융이 되는 그런 사고만 일어났다 그러면 책임자를 문책해야 된다. 원안위 규제 당국과 한수원의 최고 책임자들에 대해서 그런 것들을 만들어놔야 이 사람들이 좀 겁을 먹지. 그렇지 않고 지금은 사고 나도 자기가 책임지는 사람도 없고 그러니까 그냥 마구잡이로 하자 이런 식으로 나오는데, 원전중대재해처벌법 같은 거 좀 만들어야 되지 않을까 이런 생각을 해봅니다. 이상입니다.

슬라이드의 마지막에 제가 논문을 하나 소개를 했어요. 이 부분에 보면 아주 좀 우리가 많이 우려할 수밖에 없는 그런 예언을 하고 있다는 것이죠. 물론 과학적 방법에 의해서 예측을 한 거죠. 그건 뭐냐 하면 440기가 가동하고 있는 세계 원전에서 앞으로 10년 이내에 핵연료가 용용되는 중대 사고가 발생될 확률이 70% 이상이라는 거예요. 그다음에 미국에서는 25년 이내에 중대사고 발생될 확률이 50% 이상이라는 거죠. 그렇게 나와 있고 이거에 대해서는 차근차근 이제 그런 것들을 좀 봐줘야 되고 그럼 우리가 중대사고 일어날 가능성이 어떤 게 있을까 이거 생각하면 저는 그때부터 굉장히 막연해집니다. 왜냐하면 너무 무궁무진해가지고 가능성이요. 지금 예를 들어서 항공기 추락 같은 것이 격납용기 같은 경우는 1.2m로 어느 정도 견딜 수 있지만 사용후핵연료저장조는 40cm 밖에 안 되잖아요. 그러면 거기에 테러는 무방비입니다. 그런데 핵연료 하나의 저장조에 쌓여 있는 핵연료만 해도 엄청나기 때문에 하나만 깨져도 우리나라는 지금 후쿠시마보다 훨씬 높은 위험성을 가지고 있죠. 또 다수호기만 보더라도 우리나라가 10기가 지금 조만간에 가동되지 않습니까. 그래서 그거를 들여다 보면 후쿠시마 4개 호기에서 사고 난 원전의 후쿠시마 원전 사고보다 41배가 높아요. 사고의 위험성이요. 다수호기 문제 때문에요. 그다음에 이제 마이삭 태풍처럼 이번에 힌남노 왔을 때 또 소외전원상실이 일어났지만 언제까지 이런 일이 계속 있어야 될 것이냐. 미국에서는 허리케인이 닥치는 조지아주 이런 데 전부 이런 사고 없습니다. 사실 호기도 많지 않고 그리고 또 특히 위험한 것이 후쿠시마 후속 조치로 비상대응센터 이런 것들 그다음에 사고가 일어났을 때 그러면 끝장이다.

끝장이다. 이런 개념이에요. 그래서 뭐 비상시설이라든가 훈련 이런 거 거의 안 돼 있고 그냥 그런 개념입니다. 그래서 거기에 대해서는 거의 대책이 없다. 이렇게 보시면 되겠습니다.