오늘은 우리나라의 원자로와 일본의 원자로를 비교 설명하는 시간을 가져보려고 합니다. 그리고 다음 시간에는 일본 후쿠시마 원전은 왜 어떻게 사고가 난 것인지 알아보도록 하겠습니다.
우선, 우리나라와 일본의 원자로 노형이 완전 다른 것은 아닙니다. 일본은 우리나라와도 같은 노형도 존재합니다. 하지만 후쿠시마 사고가 난 원전은 우리나라와 다른 노형이니깐 이 두 가지를 비교분석하려고 합니다. 우리나라가 사용하는 원전은 PWR이라 하여 가압형 경수로이고 사고가 발생한 일본의 원전은 BWR이라하여 비등형 경수로입니다. 이 두가지는 큰 차이를 가지는데요. 한번 자세히 알아보겠습니다.

BWR
Boiling-water reactor라 하여 비등수형 경수로라고 합니다. 

전세계적으로 사용하는 대표적인 원자로이며 후쿠시마 사고가 발생한 원자로입니다.

이 원자력 발전은 발전을 위해 사용하는 보일러 자체가 원자로 입니다. 즉, 원자로에 물을 공급하고 그 물이 끓어 증기가 되고 그 물이 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 그렇기 때문에 핵연료봉의 누설이 발생한다면 이곳을 순환하는 물 전체가 다 오염이 되버립니다. 그렇기 때문에 상대적으로 안전에 취약합니다. 하지만 그렇다고 사고가 발생할 가능성이 큰 것은 아닙니다. 일본이 안전성에 경각심이 줄어 들 만큼 안전하니깐요. 이 시설에는 사고 발생을 대비하여 원자로를 정지시키기 위한 여러 장비들이 있고 또한 정지후 원자로의 붕괴열과 잔열을 제거하기 위한 설비가 존재합니다. 하지만 사고가 발생한다면 밖으로의 누출확률이 가압형 경수로와 비교해서 매우 높습니다. 

그럼 도대체 가압형 경수로는 어떻게 설계되었길래 BWR과 다르며 안전하다고 하는 걸까요?

PWR
Pressurized-water reactor라 하여 가압수형 경수로라 합니다. 미국이 개발한 원자로이며 현재 우리나라는 원자로를 비롯한 여러 부가 설비들을 국산화에 성공해 기술을 자립한 원자로입니다.

이 원자력발전은 앞서 소개한 BWR에 비교하면 발전효율이 떨어집니다. 왜냐하면 물을 끓이기 위한 급수가 원자로에 안 들어가기 때문이죠.  

그럼 어떻게 끓일까요? 

원자로를 도는 순환수와 발전을 위한 터빈-복수기-보일러 세트를 분리하여 증기발생기라는 열교환기를 사용하여 간접적으로 열을 전달하고 발전을 하게 됩니다. 그리고 이 원자로를 도는 순환수를 포함한 원자로를 원자로 격납건물을 사용하여 완전 격납시키게 됩니다. 이 방식으로의 발전은 여기서 BWR과 크게 다른 점입니다.
음… 뭐 분리시켜서 따로 돌린다구.. 그럼 조금 안전할 수는 있겠지… 인정! 하지만 다 터지면 끝나는데 그게 무슨 의미가 있어!! 라고 생각하실수 있습니다.
하지만 여기서 생각해야 할 것이 원자로 격납건물 하나가 차폐체라고 생각하시는 것은 잘못된 생각입니다. PWR의 경우는 3가지의 차폐체로 이루어져 있습니다. 이를 다중방호 설비라 하는데 한번 알아보겠습니다.

첫째, 핵연료 펠렛과 피복재입니다. 펠렛은 우라늄을 2~5% 정도 농축한 것을 고압으로 압축, 열처리를 통해 덩어리로 고화된 물질입니다. 그래서 방사성물질이 발생하더라도 최대한자기안에 가둬두려고 합니다. 그다음이 피복재입니다. 피복재는 엄청난 고온에도 견디도록 설계되어 있고 방사성 물질을 안에 가둬두려고 합니다.
둘째. RCS 압력경계입니다. 이는 원자로 냉각수 순환 배관과 원자로를 포함한 것을 말합니다. 마찬가지로 피복재처럼 고온 고압을 견디도록 설계되어 있습니다.
셋째, 원자로 격납건물입니다. 만약 냉각수 순환 계통에 문제가 발생해 격납건물로 누설이 된다면 마지막으로 차폐해주는 건물입니다.

실제 미국의 스리마일섬에서 사용하던 PWR 원자로는 냉각수 누설사고(LOCA)가 발생하였을 때 이 격납건물에 의해 차폐가 완전히 되었고 지금도 그 격납건물을 제외하고는 방사능 누출이 없다고 합니다.
그러니까 결국 안전망이 세 가지라는 겁니다. 그리고 사실 지금 말한 방호설비는 정말 극히 일부분에 불과합니다. 제가 앞으로 천천히 어떠한 안전설비가 있는지 소개하도록 하겠습니다.

결론적으로 PWR과 BWR은 안전망이 하나 더 있나 없나의 차이입니다. 하지만 안전한 정도는 월등히 높죠. 현재 우리나라는 단 한 개의 BWR도 없습니다. 처음부터 PWR을 도입했기 때문인데요. 정말 다행인 부분이라고 생각합니다.

해당 포스팅은 스팀잇에 작성한 개인적인 글들을 옮겨놓기 위해 작성하고 있습니다.

"해당 포스팅 원본: https://steemit.com/kr-science/@chosungyun/6gxmbk-3 "

얼마 전 트럼프 대통령과 문재인 대통령과의 정상회담에서 최첨단 전략 무기 도입에 관한 이야기가 오고 갔습니다. 그러한 최첨단 전략 무기 중 하나가 핵추진 잠수함인데요. 이를 구매, 자체 건조두가지 가능성을 열어두고 검토 중이라고 합니다. 구매는 미국으로부터 추진할 텐데 이때까지 미국은 핵추진 잠수함을 어떤 다른 나라에도 판 적이 없습니다. 그래서 전망이 좋지는 않습니다. 자체 건조를 한다면 시간이 조금 걸리겠지만 불가능한점 또한 없다고 봅니다. 그렇다면 핵추진 잠수함이 어떠한 것인지 한 번 알아보겠습니다.

핵추진 잠수함?

핵으로 추진을 하는 잠수함이라는 말로 원자력 잠수함이라고도 합니다. 이는 사용하는 무기에 따른 분류가 아닌 동력원에 따른 분류입니다. 석탄으로 가는지 석유로 가는지의 차이와 동일합니다.
그렇다면 이 원자력 잠수함이 일반 디젤 잠수함과 다른 점이 무엇이길래 추진하고 있는 걸까요?
6년~14년 주기로 원자로의 핵연료를 교체해주게 되는데 이 교체 시기를 제외하고는 동력이 모자라서 바다 위로 올라올 필요가 없습니다. 즉, 식량만 있다면 무제한 잠항이 가능합니다. 디젤엔진의 경우는 전기를 다 사용하면 수면 위로 부상하여 발전을 해서 배터리를 충전시키는 과정이 있는데 만약 전기가 떨어진곳이 적진의 한가운데면 얼마나 위험하겠습니까? 원자력잠수함은 그런 점이 없다는 점에서 작전효율을 올려줍니다. 또한 전력의 출력이 좋아서 기존의 다른 잠수함보다 더 빠른 평균속력을 보여줍니다. 즉, 도망치면 못 따라잡고 원자력잠수함으로부터 도망치기도 힘든 것이지요.

기존의 잠수함과 비교해서는 이러한 차이가 있고 잠항 지속시간은 잠수함에서는 가장 중요한 제원중 하나입니다. 그리고 지속적으로 잠항하여 북한을 감시할 수 있는 능력을 가진다면 북한 잠수함이 몰래 내려오는 것을 방지할 수 있습니다.

하지만 뭔가 핵무기를 탑재하고 있는 잠수함이라고 생각하신분들도 계실꺼라 생각합니다. 핵무기를 탑재하여 이를 발사할 수 있는 기술까지 갖춘 것을 전략 핵잠수함이라고 합니다. 우리나라에서 도입하고자 하는 잠수함과는 조금 차이가 있다고 볼 수 있습니다.

원자로

여기서 사용되는 원자로는 대형 발전소에서 하는 원자로와는 조금 다릅니다. 엄청 큰 대형 원자로를 잠수함에 연결할 수는 없으니깐요. 그리고 교체주기도 1~2년이라 오랫동안 사용할 수도 없습니다. 그래서 소형원자로를 사용하게 되며 고농축 우라늄을 원료로 사용하게 됩니다. 현재 대형 원자로인 PWR(가압경수로) 사용하고 있는 핵연료 물질의 우라늄 농축도는 2~5%의 눙축도를 사용함에 비해 원자력잠수함에서 사용하는 원자로는 20~90%의 농축도를 사용합니다. 그리고 핵무기의 경우는 90%가 넘습니다.

문제점들

여기서 우리나라는 각각에 대한 기술력은 확보되어 있습니다. 잠수함을 건조할 수 있고 소형원자로인 한국형 소형 원자로 스마트를 개발했기 때문입니다. 하지만 여러 문제점들이 있습니다.
우선, 각각의 기술은 있지만 원자력 잠수함을 개발한 적은 없기 때문에 여기에 대한 기술력을 확보하는데 시간이 걸릴 것입니다.

두번째, 우라늄 농축입니다. 핵확산금지조약에 가입한 우리나라는 농축도 20%를 넘기면 안되는 것으로 제지받고 있습니다. 이를 넘어가면 핵무기로 사용할 가능성이 있다는 점을 고려한 것입니다. 이런 규제말고도 돈이라는 문제가 있습니다. 우라늄 농축은 기술적으로 쉬운일이 아닙니다. 그렇기 때문에 고농축을 하는데 많은 기술력이 필요하며 돈이 많이 들어갑니다. 그래서 북한도 우라늄이 아닌 플로토늄 핵무기를 개발한 것입니다.

세 번째, 폐기물입니다. 원자로를 사용하면 폐기물이 나오는 것이 당연한데 이는 여기에만 해당하는 문제가 아니라 원자력 발전 전체에 해당하는 문제라고 봅니다. 현재도 폐기물보관에 관해서는 입지선정 때문에 문제가 많습니다.

네 번째, 승무원들의 피폭입니다. 만약 원자로가 들어가게 되면 원자로 내부는 방사선관리구역으로 규정이 되며 피폭관리의 대상이 됩니다. 하지만 지속적으로 내부에 오래 있어야 한다는 점에서 피폭관리 측면에서 기존의 방법보다는 새로운 방법이 필요합니다. 그리고 고농축 연료를 사용하는 점과 더불어 원자로가 소형이여서 곡률이 커지게 된다면 원자로에서 중성자 누출이 많아집니다. 이런 점들을 고려해 차폐체를 두어야 할 것입니다.

이런 기술적인 문제 말고도 사회적으로 이슈가 되는 점은 우리나라는 현재 탈원전 정책을 고수하고 있다는 점입니다. 탈원전 정책과 원자력잠수함은 완전히 상반되는 정책이기 때문에 이를 문제 삼는 사람들이 있습니다.

-이미지 출처-

1. http://www.highnorthnews.com/invisible-contest-the-submarine-cat-and-mouse-game/
2. http://www.koreatimes.com/article/20170614/1060913
3. http://m.blog.daum.net/sarang-nanum-sumgim/7352662
4. https://sacompassion.net/the-worried-mouse/
5. http://stock.hankyung.com/news/app/newsview.php?aid=2015101944531
6. http://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2015/03/03/2015030304058.html
7. https://www.dailykos.com/stories/
8. http://www.knpnews.com/news/articleView.html?idxno=12846
9. http://m.mt.co.kr/renew/view.html?no=2017071915510750757

핵분열과 핵융합의 차이를 명확히 아시나요? 뭔가 핵분열은 나눠지는거고 핵융합은 합쳐지는 느낌입니다. 네, 말 그대로 나눠지고 합치게 되는 것입니다. 그럼 조금 더 자세히 설명해볼게요!!

핵분열이란?

핵분열은 방사능처럼 붕괴하는 것과는 조금 다름니다. 핵분열도 붕괴이긴 하지만 알파선, 감마선 같은 방사선만 내는 것이 아니라 조금 큰 물질로 나눠집니다. 우라늄-235의 경우 질량수가 235인데 분열하게 된다면 그의 반인 110~120 근처의 핵분열 생성물 두 개로 나누어집니다. 이때 엄청난 에너지가 발생합니다.

여기서 에너지가 발생하는 이유는 다들 한 번쯤은 들어보았을 E=mc2 입니다. 이 식의 의미는 질량은 곧 에너지다 입니다. 그러니까 가만히 있으면 에너지가 0이라고 보았던 고전물리와 달리 정지질량을 가지고 있다는 말을 가집니다. 그런데 왜 큰 에너지가 발생하느냐 하면 광속의 제곱이 곱해져 있습니다. 광속은 30만km/s입니다. 이 제곱이 곱해져있다는 것은 정지질량 즉, 정지했을때도 가지고 있는 에너지가 엄청큽니다. 이런상태에서 핵이 붕괴를 하게되면 질량결손이 일어납니다. 그러니까 두 개로 나눠지면서 딱 일정하게 서로 나눈 것이 아니라 손실되어 중성자와 방사선을 동반하며 손실한 질량 만큼에 광속의 제곱을 한만큼의 에너지를 발산합니다. 이때 나오는 에너지로 물을 끓여 증기 발전을 하는 것이 핵분열 발전소라 할 수 있겠습니다. 실제 우라늄-235는 핵분열하면서 200MeV의 에너지를 낸다고 합니다. MeV가 백만볼트이니까 대략 2억볼트의 전압으로 전자를 가속시키는 힘과 같은 힘이 나온다고 생각하시면 됩니다.

핵융합이란?

핵융합은 핵분열과 반대로 두 개를 합치는 것이라고 했습니다. 원리는 비슷합니다. 두 개의 핵이 하나의 핵으로 합쳐지면 이때 또한 질량결손이 발생합니다. 즉, 1+1을 했는데 2가 조금 안 된다는 것입니다. 이 ∆만큼의 에너지가 발생하게 되고 이를 에너지원으로 사용합니다. 하지만 핵융합은 핵분열보다 까다롭습니다. 핵분열의 경우는 무거운 핵에 중성자를 넣어 불안정하게 만들어 붕괴를 시키기 때문에 비교적 붕괴환경을 만들기 쉽습니다. 하지만 핵융합의 경우는 각각의 핵들은 클롱 척력으로 밀어내고 있기 때문에 이를 넘어갈 만한 힘을 주어야 합니다. 그래서 고온으로 만들기 위해 플라즈마라는 기체를 넘어 이온화된 기체인 상태로 융합을 시킵니다. 보통 수소를 이용해서 헬륨이 되면서 나오는 에너지를 이용하기 위해 시도하고 있습니다. 대표적으로 중수소와 삼중수소의 융합당 에너지는 그림과 같습니다.

핵융합의 장점은 붕괴하면서 나오는 게 아니기 때문에 방사선을 동반하지 않는다는 장점이 있습니다. 하지만 고에너지의 전자들이 존재하기 때문에 x선인 제동복사도 발생을 한다고는 합니다. 물론 핵분열에 비교하면 비교가 안될 만큼 작은 양이겠죠

그렇다면 핵융합을 현재 사용하지 못하고 있는 이유는?

얼마 전 북한이 성공했다고 주장하는 수소폭탄이 핵융합과 핵분열이 같이 사용된 원리입니다.

우라늄-235로 핵분열을 기폭 시켜서 고온의 플라즈마 상태를 만들고 이 상태에서 순간적으로 핵융합을 시켜 엄청난 폭발력을 얻어내는 것이지요.
이렇게 폭탄에는 적용을 했는데 왜 발전에는 못 쓰이고 있을까요? 핵융합은 현재도 연구 진행 중인데 발전을 위해서는 하루 24시간 발전이 될 가능성이 있어야 합니다. 그런데 현재는 17년 7월 6일 자 기사를 보니 중국이 101.2초동안 시운전했다고 합니다. 아직 시작단계라고 볼 수 있습니다.
꿈의 발전 기술이지만 아직은 갈 길이 많이 남은 것 같습니다!!

정리
핵분열은 붕괴시 생기는 질량결손으로 에너지를 얻는다
핵융합은 융합시 생기는 질량결손으로 에너지를 얻는다.
두개의 원리는 E=mc2이다.
발전을 위해서는 지속적인 연쇄반응이 필요하다.
현재 핵분열은 가능하고 핵융합은 불가능하다.

-출처-
1.https://www.redbubble.com/people/sxediostudio/works/17541583-e-mc2?p=pouch

1. https://www.123rf.com/stock-photo/nuclear_fission.html
2. http://www.istockphoto.com
3. https://inhabitat.com/tag/nuclear-power-plant/
4. http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4473908/Trouble-Lockheed-s-fusion-reactor.html
5. https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power
6. http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1115501&cid=40942&categoryId=32429

(출처: ko.wikipedia)

원자력 관계 법령에 관해서 짧게 소개하려고 합니다.
원자력은 전기발전, 산업현장과 의료분야, 연구분야에서 사용하는 방사성동위원소 생산 등 우리의 삶에 많은 영향을 미칩니다. 하지만 이를 무분별하게 사용한다면 재앙이 닥칠지도 모릅니다. 고에너지를 방출하기 때문에 인체, 환경에 영향을 미치기 때문이죠. 그렇기 때문에 이를 통제하기 위해 국제적으로 원자력을 사용하는 모든 나라는 이에 관한 법률을 제정합니다. 우리나라도 마찬가지로 법으로서 정해놓았습니다.

(출처: http://www.freedomsquare.co.kr)

[법령의 토대가 되는 근거는 무엇일까?]

법률을 제정하는데 무엇을 바탕으로 제정을 할까요? 우리나라는 BSS라는 IAEA(국제원자력기구)의 보고서를 기준으로 법을 제정합니다. 그렇다면 이보고서는 어떻게 나올까요?

이를 바탕으로 제정을 하게 되고 개정을 하게 된다면 국내에 미칠 영향과 국내 환경에 맞게 수정하여 법령으로서 제도화하게 됩니다.

국내 원자력법은 어떤 식으로?
국내 원자력 관계 법령은 안전규제를 위한 원자력안전법, 국민 생활 향상과 복지증진을 위한 원자력진흥법, 자연 방사선 방호를 위한 생활주변방사선 안전관리법, 방사능재난 대비책으로서 원자력시설 등의 방호 및 방사능 방재대책법 등이 있습니다.
대표적으로 원자력 안전법을 보면

법령(대통령령으로서 법령 제정에 관한 근거와 기본사항을 규정합니다.)
시행령(법 시행에 필요한 절차 및 행정적인 사항을 규정합니다.)
시행규칙(법, 시행령에 필요한 상세한 인허가 절차와 신청방법 및 기술기준을 규정합니다.)
고시(기술기준 및 행정절차에 관한 사항을 상세히 규정합니다.)
로 정하고 있습니다.

법령은 누구나 볼 수 있습니다.
(http://www.kins.re.kr/nsic.do?menu_item=revisionStatus)으로 들어가게 되면 열람 가능 합니다.
고시는 (http://www.nssc.go.kr/nssc/information/law2.jsp)으로 들어가면 볼 수 있습니다.
고시나 시행규칙에 들어가면 엄청 세밀하게 제한하는 것을 볼 수 있습니다. 이를 잘 지키게 된다면 걱정 없이 원자력을 사용할 수 있지 않을까 생각이 듭니다. 잘 지켰으면 좋겠네요!!
여기서 포스팅을 마치겠습니다. 감사합니다!

(출처: linkedin)