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원자력발전소의 중대사고와 후쿠시마 후속조치

  • 2017.07.04.
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중대사고의 의미
중대사고란 ‘원자로 시설의 설계 기준을 초과하여 원자로 노심이 손상되는 사고’를 말한다. 원자로 시설의 설계 기준은 원자력발전소를 설계할 때 수명기간 동안 발생할 가능성이 매우 희박한 사고가 발생하더라도 공중의 안전 보호 목적으로 원자로의 노심이 손상되지 않도록 고려하여 설계함을 의미한다.

원자로의 출력은 제어봉을 이용하여 조절할 수 있다. 하지만 붕괴열은 제어봉으로 조절되지 않기 때문에 원자로가 제어봉에 의해서 정지된다고 하더라도, 핵연료는 정상 운전 중에 발생하는 열출력의 일정 부분 열에너지를 계속 방출한다.

만약 붕괴열을 제거하는 설비가 정상적으로 작동하지 않는다면, 핵연료의 붕괴열은 외부로 방출되지 않고, 핵연료를 가열하여 핵연료를 녹게 한다. 이렇게 원자로 노심이 손상을 입거나 용융되는 사고를 중대사고라고 한다.

세계의 중대사고

후쿠시마 원전 사고 및 쓰리마일 원전 사고는 모두 원자로가 성공적으로 정지되었음에도 불구하고 노심 붕괴열을 제거하지 못해 노심이 용융되면서 중대사고로 이어졌다. 체르노빌 사고는 출력제어에 실패하여 노심의 열출력이 폭증하면서 발생하였다.

쓰리마일 원전의 경우 원자로 노심이 용융되어 중대사고가 발생하였으나 원자로 격납건물 밖으로는 방사성물질이 유출되지 않아 방사선에 의한 문제는 발생하지 않았다.

원자로 격납건물이 없었던 체르노빌 원전의 경우는 핵연료의 방사성물질이 외부로 방출되었다. 후쿠시마 원전의 경우는 원자로의 크기에 비해 원자로 격납건물의 크기가 상대적으로 작았으며, 원자로심의 용융으로 인해 발생된 수소의 농도가 높아져 폭발이 발생하여 격납용기가 손상되었고 이에 따라 방사성물질이 외부로 방출되었다.

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3건의 중대사고를 통해 원자로가 정지하더라도 계속 발생되는 붕괴열 제거 여부, 방사성물질의 외부 유출을 막을 수 있는 격납건물의 중요성을 알 수 있다. 우리나라는 2001년 발표된 ‘중대사고 정책’에 의해서 중대사고 시 위협 요소들로부터 격납건물이 파손되지 않도록 대처 설비를 설치하고 사고관리를 하도록 되어 있다.

중대사고 정책

원자력발전소에서 중대사고가 발생할 가능성은 매우 낮지만, 체르노빌 원전 사고와 같이 원자력발전소에서 중대사고가 발생하는 경우에는 사회적·경제적으로 큰 영향을 끼칠 수 있다. 그러므로 원자력발전소에서 중대사고가 발생할 가능성을 줄이고 중대사고가 발생하더라도 공중에게 가해질 수 있는 위험을 최소화하기 위해서 발전용 원자로 설치·운영자로 하여금 중대사고를 예방·완화할 수 있는 조치를 취할 필요성을 인식하게 되었다.

이에 따라 정부는 2001년 8월 28일 제17차 원자력안전위원회에서 원전 설치·운영자에게 정량적 안전 목표, 확률론적 안전성 평가 수행, 중대사고 대처 능력, 중대사고 관리 계획을 수립하도록 심의·의결하였다.

■ 안전목표

원자력발전소의 사고로부터 부지 인근의 주민 개인이 받을 수 있는 초기 사망 위험도는 기타 사고에 의한 전체 초기 사망 위험도의 0.1%를 초과하지 않아야 한다. 또한 원자력발전소 주변 지역의 주민 집단이 원자력발전소의 운전으로 인해 받을 수 있는 암 사망 위험도는 기타 원인에 의한 전체 암 사망 위험도의 0.1%를 초과하지 않아야 한다. 이러한 안전 목표를 달성하기 위해 원자로 노심의 손상을 예방하고 격납 시설에 의한 방사성물질의 방출을 저감하기 위한 성능 목표를 설정한다.

■ 확률론적 안전성 평가

발전용 원자로 설치·운영자는 위험도를 가능한 한 낮출 수 있는 방안을 찾기 위해 확률론적 방법으로 원자력발전소의 안전성을 평가하여야 한다. 특히 원자로 노심의 손상을 초래할 가능성이 큰 사고 시나리오에 대해서는 발전소 설계나 운영 절차의 사고 예방과 완화 능력을 향상시킬 수 있는 사항들을 평가하고 비용·편익을 고려하여 이를 보완하여야 한다.

■ 중대사고 대처 능력

원자력발전소는 중대사고 예방을 위해 원자로 노심의 손상을 방지하는 능력을 갖추어야 한다. 또한 원자로 노심이 손상되더라도 사고 결과(영향)를 완화할 수 있도록 원자로 격납 시설에 대해 구조적 건전성과 핵분열 생성물의 방출에 대한 방벽 기능을 유지하여야 한다.

■ 중대사고 관리 계획

발전용 원자로 운영자는 중대사고 발생에 대비하여 중대사고 관리 계획을 수립하고 이를 이행하여야 한다. 이 계획은 사고관리 전략, 사고관리 수행 조직, 사고관리 지침서, 교육·훈련, 계측기 및 필수 정보 분석 등에 관한 사항을 포함하여야 한다.

후쿠시마 원전 사고 후속 조치

후쿠시마 원전 사고 이후 원전을 보유한 각국은 원자력 안전의 기반인 심층방어의 취약점을 다양한 관점에서 보강하기에 이르렀다. 우선, 예상을 뛰어넘는 자연재해로부터 원전을 보호하기 위한 제반 조치들을 취하게 되었고, 이어서 이러한 조치들이 원전 보호에 실패할 경우에 대비해 어떠한 경우에도 전원이 반드시 확보될 수 있도록 비상디젤발전기의 침수를 방지하고 추가로 이동식 비상발전기를 설치하였으며, 노심 냉각을 위한 비상냉각 시스템을 보강하게 되었다. 또한 노심이 용융되어 수소가 대량으로 발생하더라도 원자로 격납건물 내에서 폭발이 가능한 농도가 되기 전에 연소시킬 수 있도록 하여 후쿠시마 사고와 같은 수소폭발의 가능성도 차단하였다. 즉, 후쿠시마 사고 이전에 비해 설계 기준을 초과하는 자연재해 및 중대사고에 대한 대책을 마련하였고, 궁극적으로 이러한 조치들이 모두 실패하여 방사성물질이 외부로 방출될 것에 대비한 비상 대응도 강화하게 되었다. 다음은 세부 조치 내용이며 모두 2015년까지 완료하도록 하였다.

■ 지진에 대한 중대사고 예방 능력을 증진시키기 위한 조치

지진 자동정지설비 설치: 일정 규모 이상의 지진이 감지될 경우 원자로가 자동 정지되도록 설비 개선

안전정지유지계통 내진 성능 개선: 가동원전의 안전 설비의 내진 성능을 신형 원전의 수준으로 보강

원전 부지 최대 지진에 대한 조사·연구: 국내에서 발생 가능한 최대 지진에 대한 재검토 연구 수행

주제어실 지진 발생 경보창 등의 내진 성능 개선: 지진이 발생하더라도 주제어실의 경보창이 정상적으로 작동하도록 설비를 개선하고, 운전원을 보호하기 위하여 지진 시 조명·사무집기 등이 낙하되지 않도록 구조적으로 보강

■ 지진해일에 대한 중대사고 예방 능력을 증진시키기 위한 조치

고리원전 해안방벽 증축: 낮은 위치에 건설된 고리원전의 지진해일 대처 능력을 향상시키기 위해서 해안방벽을 설치하여, 지진해일에 대한 대처 능력을 타 원전 수준으로 향상

방수문 및 방수형 배수펌프 설치: 안전 설비 등이 설치된 곳에 지진해일에 의한 침수를 방지하기 위하여 건물 출입구를 방수문으로 설치하며, 침수된 상황을 대비하여 배수펌프를 설치

원전 부지 설계 기준 해수위 조사·연구: 원전 설계 시 고려된 해수위에 대한 타당성 재검토

냉각해수 취수 능력 강화 및 해일 대비 시설 개선: 해수 취수펌프의 취수 능력을 강화하고, 지진해일에 의한 침수를 대비하여 자재창고를 안전한 곳으로 이동

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후쿠시마 사고 이후 우리나라의 원전은 예상을 뛰어넘는 자연재해로부터 원전을 보호하기 위한 제반조치들을 취하게 되었다. 사진은 지진해일에 대비하여 해안방벽의 높이를 7.5m에서 10m로 증축한 고리원전.

■ 전력·냉각·화재 등에 대한 중대사고 예방 능력 증진을 위한 조치

이동형 발전차량 및 축전지 등 확보: 비상예비전원의 침수에 의한 장기 정전 상황을 대비하여, 이동형 비상발전기 및 축전지를 침수에 안전한 위치에 부지별로1대씩 구비

대체 비상디젤발전기 설계 기준 강화: 대체 비상디젤발전기의 용량 및 연료보유량을 개선

사용후핵연료저장조 냉각 기능 상실 시 대책 확보: 사용후핵연료저장조 냉각 계통 작동 불능을 대비하여, 소방차 등을 이용한 냉각수 보충 방안을 마련하고 연결 부위를 설치

최종 열제거설비 침수 방지 및 복구 대책 마련: 대형 폭풍 및 지진해일에 대비하여 기기냉각 해수 계통 펌프의 전동기와 전력함 등 전기설비에 대하여 방수 조치, 전동기 예비품 확보

소방계획서 개선 및 협력체계 강화: 외부소방대 지원 요청, 출입절차 개선, 대형 화재에 대한 조치 계획 등 소방계획서를 개선하고, 원전과 소방서 간의 협력체계를 강화

■ 중대사고 완화를 위한 조치

피동형 수소제거설비 설치: 전력 공급 없이도 수소 농도가 일정 수준 이상이 되면 자동적으로 수소가 제거될 수 있는 수소제거설비 설치

격납건물 배기·감압설비 설치: 안전설비의 작동 불능 시 격납건물의 압력 증가에 대비하여 격납건물 파손을 방지하기 위한 중대사고 전용 배기·감압설비 설치

원자로 비상냉각수 외부 주입유로 설치: 원전에 설치된 노심붕괴열제거설비가 장기적으로 작동되지 않는 상황을 가정하여 이동형 펌프 등 별도의 냉각수 공급설치 설치

중대사고 교육 훈련 강화: 중대사고 발생 시 운전원들의 대응 능력을 강화하기 위해서 중대사고 진행 모의 장치 등을 이용하여 2년에 8시간 교육에서 1년에 10시간 교육으로 확대

사고관리 전략 실효성 강화를 위한 중대사고관리지침서 개정: 원자로 공동 냉각수 충수 및 노외 냉각 전략 등에 대한 유효성을 재검토하고 필요시 중대사고관리지침서를 개정

정지저출력 운전 중 중대사고 관리지침서 개발: 정지저출력 운전 중에 중대사고 발생을 대비한 중대사고관리지침서를 개발

Q. 후쿠시마 원전 사고 후 우리나라는 어떤 안전 조치를 취했나?

A. 후쿠시마 원전 사고는 지진과 지진해일에 의해 전원이 끊기면서 일어난 사고이다. 우리나라는 이와 같은 사고를 방지하기 위해 여러 가지 안전 대책을 마련하였다. 상대적으로 낮은 위치에 건설된 고리원전의 해안방벽을 10m로 높여 해일에 대비하고 있다. 또 비상발전 설비를 강화, 발전소 정전 시에도 전기를 공급할 수 있도록 보강하였으며, 최악의 상황에도 발전소에 전원을 공급할 수 있도록 이동용 발전기를 추가 배치하여 대비하고 있다. 또한 원전에 설치한 노심붕괴열 제거 설비가 작동되지 않을 때를 대비하여 이동형 펌프 등을 이용한 별도의 냉각수 공급 설비를 설치하였고, 사용후핵연료 저장조 냉각계통 작동 불능에 대비하여, 소방차 등을 이용한 냉각수 보충 방안을 마련, 연결 부위를 전 원전에 설치하였다. 아울러 수소 농도가 일정 수준 이상이 되면 전력의 공급 없이도 자동적으로 수소가 제거될 수 있는 수소제거 설비를 전 원전에 설치 완료하였다.

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출처 원자력 상식사전 발췌

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