오늘은 선형대수학에서 사용하는 도구인 행렬에 대해서 알아보고자 합니다. 이 행렬을 알고 있어야 앞으로의 선행대수학에 대한 저의 포스팅에 대해 이해를 하실 수 있습니다. 적분학을 공부하기 위해서 적분기호에 대해 이해를 하고 있어야 하는 것과 마찬가지입니다.

하지만 이 행렬은 수학을 공부 안 하셨다고 하더라도 기본적으로 본 적은 있을 거라고 생각합니다. 만약 본적이 없더라도 아주 쉬운 도구이니까 한 번 같이 알아보겠습니다.

행렬의 행과 렬을 분리해서 생각해보죠.
행은 가로 열은 세로줄입니다.
즉, 가로와 세로줄이라는 뜻이 됩니다. 그래서 가로와 세로로 줄을 세워놓은 수들의 집합입니다.
그래서 아래와 같은 모양으로 표현을 하게 됩니다.

여기서 가로줄이 행 세로줄이 열(렬)이 되는 것입니다. 이 단순한 수의 집합으로 보이는 이 도구는 아주 쉬운 계산 방법을 사용하게 됩니다. 쉽게 말해 더하기, 빼기, 곱하기, 나누기만 할 줄 알면 됩니다.

다시 본론으로 돌아오겠습니다. 이 행렬의 각각의 숫자들은 성분이라고 하며 첫 번째 행 첫 번째 열 숫자를 1행 1열의 성분이라고 합니다. 이런식으로 각각의 성분들에게 자리를 매기게 됩니다.
그리고 몇 행 몇 열이냐에 따라 m개의 행과 n개의 열이 있다면 m×n 행렬이라고 말할 수 있습니다.
정리하자면 행과 열의 집합이고 각각의 수들은 몇행, 몇열로 몇번째 자리에 있다라고 말할 수 있는 성분들의 집합이 행렬이라고 할 수 있습니다.
이 행렬이 중요한 이유는 수학을 해석할 때 사용할 수 있기 때문입니다.
방정식 문제를 풀 때 사용이 가능하죠.

위와 같은 연립 방정식이 있을 때 각각의 변수들 앞에 계수(숫자)들은 행렬의 성분들이고 변수의 개수가 열의 개수이고 방정식의 수가 행의 수가 됩니다.
이렇게 연립방정식을 푸는데 사용할 수 있기 때문에 행렬의 계산 방법을 적용해 문제를 풀 수 있게 됩니다. 그렇기 때문에 쉽게 다가갈 수 있는 것이고 앞으로도 우리는 이런 연립방정식을 푸는 방법에 대해 보게 될 겁니다.

다음 시간에는 간략하게 행렬의 계산 방법에 대해 소개하도록 하겠습니다.

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오늘은 가장 기본이 되는 개념인 벡터에 대해서 알아보려고 합니다.
이 벡터에 대한 개념은 아마도 중학교? 때 처음 배웠던 것으로 기억을 하는데요.
상당히 중요한 개념이고 물리학을 다루는 데 있어 매우 중요하죠.
그리고 선형대수학을 다루면서 벡터라는 글씨는 지겹게 볼 수 있습니다. 그렇기에 벡터에 대해 처음 들어보시는 분들을 위해서 오늘은 벡터와 스칼라를 알아보고 가겠습니다.

스칼라

스칼라는 크기입니다. 사과 1개, 사람 1명, 속력 ~얼마와 같은 값들이죠. 즉, 방향성이 없는 그저 크기를 나타내는 값들을 스칼라라고 합니다.

그렇기에 좌표계가 변해도 변하지 않는 값을 가지게 됩니다.
이 말은 선형대수학 포스팅을 듣다 보면 조금 더 자세히 이해가 될 겁니다.

벡터

벡터는 방향성이 있는 값을 말합니다.
북쪽으로 1m를 갔다. 북쪽으로 10m/s로 이동했다.
이처럼 크기와 더불어 방향이 같이 제시되는 값들을 말합니다.

스칼라와 벡터를 비교하는 가장 쉬운 방법은 이동거리와 변위로 설명이 됩니다.
이동거리는 스칼라값이고 변위는 벡터값인데 이를 하나의 예로 명확히 이해가 갈 겁니다.

<예시>

겨울이 된 요즘 살이 찐 저는 1000m 걷기를 하기로 했습니다.
그래서 운동장으로 갔습니다. 그리고 만보기 어플을 깔아서 작동을 시켰습니다. 운동장 둘레가 200m였는데 5바퀴를 돌면 목표 달성이겠군요. 그렇게 생각하고 저는 5바퀴를 열심히 돌았습니다. 다 돌고 나니 힘들군요. 그리고 만보기 어플을 킵니다. 그런데 기록은 0m입니다. 어라? 왜 이러는 거지 난 1000m를 돌았는데 이 어플은 0m라는군요. 무슨 일일까요?
실제로는 이렇게 만들지는 않지만 이 어플은 여기서 변위를 적용했습니다. 이동거리가 아니라요.
변위는 시작점으로부터 종점까지의 최단거리를 말합니다. 여기서 최단거리라는 말은 시작점에서 종점까지를 직선으로 그어서 가는 방향이 존재하게 됩니다. 그런점에서 같은곳에서 출발해 1000m를 돌고 다시 원점으로 돌아온 저에게는 변위는 0이 되는 것이지요. 즉, 변한 정도가 0이라는 말입니다.
반면에 스칼라값인 이동거리는 어떤가요? 이동거리는 시작점에서 얼마나 변했는지는 관심이 없습니다. 그저 얼마나 걸었는지가 궁금한 것이고 그 이동한 궤적에 따라 이동한 거리를 다 세는 것입니다. 즉, 방향에는 관심이 없는 값이죠.
이와 비슷하게 속도와 속력의 개념도 벡터와 스칼라의 개념으로 나뉘죠.

벡터가 중요한 이유?

사실, 스칼라 개념이 일상적으로 보았을 때는 더 중요한 값으로 생각이 되어지나 벡터값은 상당한 의미가 있습니다.
물리학이나 공학이나 다른 학문도 마찬가지이지만 우리는 어떠한 일이든 효율을 향상시키기 위해서 노력합니다. 심지어 자연계도 이 효율이 높은 방향으로 모든 운동을 하게 됩니다. 그런 의미에서 벡터를 이해한다는 것은 어떤 방법이 효율이 높은 방향인지를 이해하게 해주는 좋은 도구가 됩니다.

다음 시간에는 선형대수학의 도구인 행렬에 대해서 알아보겠습니다.

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이번에는 원자력 발전소가 물을 사용하는 이유를 알아보겠습니다.
사실 이 부분에 대해서는 제가 체르노빌 사고에 대해서 소개할 때 간단히 언급했었습니다.
하지만 오늘 조금 더 자세히 알아보도록 하죠.
물의 용도는 3가지가 있습니다.

• 원자로의 열을 제거하여 노심 용융을 방지한다.

• 우라늄이 중성자와 반응이 잘하도록 감속시켜주는 역할을 한다.

• 원자로에서 빼앗은 열을 2차 계통으로 전달해주는 역할을 한다.

이 세 가지 기능을 알아보겠습니다.

원자로의 열 제거

원자로 안에서는 핵분열로 발생한 붕괴 열로 매우 뜨거운 상태입니다.
용광로를 생각해보면 매우 뜨거운 열을 주면 철들이 녹아서 액체처럼 흐르죠?
만약 원자로가 이렇게 녹아버리면 어떻게 될까요? 심각한 사고를 초래하게 됩니다.
그래서 이를 막아야 하죠.
그런 점에서 물은 열 제거에 효율적입니다.

생각을 해보죠. 라면을 끓이기 위해 물을 올리고 불을 켰습니다. 그런데 물이 있는 동안은 절대 냄비가 타지는 않습니다. 하지만 물이 말라버리면 순식간에 타버리죠.
이런 생각으로부터 물이 열 제거에 좋다는 점은 이해하실 겁니다.

2차 계통으로의 열전달

원자로로부터 공급받은 열을 2차 계통으로 전달합니다. 여기에는 증기발생기라는 설비를 이용합니다. 그래서 1차계통입장에서는 원자로에서 제거한 열을 버리는 곳이며 2차계통입장에서는 열을 공급받는 보일러 역할을 합니다.

감속재로의 역할

앞서 설명한 냉각수로의 역할도 중요하지만 이 감속재로의 역할로 원자로는 돌아가게 됩니다. 이 감속재가 없다면 연쇄반응은 불가능합니다.
왜냐하면 우라늄이 반응을 하는 중성자는 에너지가 낮은 영역대의 중성자를 사용하는데 핵분열시 발생하는 중성자는 속중성자라 하여 에너지가 높은 중성자입니다. 이 중성자에 대해서 조금만 더 이야기하죠.
중성자는 핵분열을 야기하는 불씨 같은 역할을 하지만 높은 에너지를 가진 중성자는 비교적 반응을 잘 하지 않습니다. 빠른 야구공일수록 잡기 힘든 것처럼 말이죠.

이렇게 잡히는 정도인 반응하는 정도를 흡수 단면적이라고 합니다. 이 개념은 핵물리, 입자물리에서 정말 중요한 개념입니다.
이 흡수 단면적이 크게 중성자의 3가지 에너지 영역에 따라 다른 특성을 나타냅니다.
높은 에너지 영역에서는 가장 작고 중간 영역에서는 중간중간 높은 흡수 단면적을 가진 공명 영역이라는 부분이 존재합니다.
그리고 가장 에너지가 낮은 열중성자 영역이 흡수 단면적이 큰 영역입니다. 그렇기 때문에 우리는 열중성자 영역으로 중성자를 감속시키기 위해 감속재를 사용합니다.
이 영역에서 우라늄이 중성자를 잘 흡수하기 때문이죠.
사실 이 부분에 대해서는 몇 개의 포스팅으로 나눠서 이야기할 만큼 긴 내용을 담고 있습니다. 그래서 다음에 시스템에 대해 포스팅을 진행한 후에 핵물리에 관한 포스팅을 할 때 더 자세히 다루도록 하겠습니다.

그리고 한 가지 더 설명하자면 1차 계통에 사용하는 물은 우리가 아는 물은 아닙니다. 즉, 순수한 물을 사용하지는 않습니다. 붕산이 함유된 붕산수를 사용하는데 붕산이 흡수 단면적이 정말 큽니다. 그렇기에 중성자를 제어하기 위한 목적으로 사용이 됩니다.

마지막으로

정리하자면, 물의 역할은 한마디로 감속재와 냉각재의 역할을 합니다. 그리고 원자로 안전성에 전적으로 기여를 합니다. 그렇기에 모든 원자력 발전소는 이 감속재이자 냉각수인 물이 유지되도록 모든 설비가 작동합니다.
따라서 물을 왜 사용하는지 이해가 되시는가요? 이 물의 중요성은 추후에 제가 포스팅하는 시스템에 대한 글을 보다 보면 더 이해가 되리라 생각됩니다. 

다음 시간에는 열기관 중 증기발전기에서 사용하는 랭킨사이클에 대해서 알아보겠습니다. 

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오늘부터 우리나라 원자력 발전의 시스템에 대해서 자세히 알아보는 포스팅을 올리도록 하겠습니다. 하지만 시스템을 이야기하기 전에 기본적으로 알고 가야 하는 것이 몇 가지 있습니다.

• 왜 우라늄을 사용하는가?
• 물의 역할은 뭘까?
• 랭킨사이클에 대한 이해

이 정도만 소개를 하고 바로 시스템에 대해 알아보겠습니다.

그럼 오늘의 주제인 우라늄을 사용하는 이유를 생각해보겠습니다.
왜 우라늄을 사용할까요? 방사성동위원소는 많습니다.
그런데 굳이 우라늄인 이유가 있을까요?
사실 우라늄만 가능한 것은 아닙니다. 플루토늄으로도 가능하고 토륨으로도 가능은 합니다.
하지만 우리가 고려해야 할 점이 있습니다.

발전하는데 적합한가? 입니다.

발전하는데 적합하기 위해서는 연속적인 핵분열이 가능해야합니다.
또한 발전에 사용할 만큼 충분한 에너지가 발생해야합니다.
그리고 구하기가 용이해야 합니다.
여기에 가장 적합한 원료는 U-235입니다.

왜 그럴까요?

우선 연속적으로 핵분열이 가능한 물질은 핵분열성 물질과 직접적인 핵분열 물질은 아니지만 중성자와의 반응으로 생기는 생성물이 핵분열성 물질인 핵분열 원료물질이 있습니다.
여기에는 우라늄과 토륨 그리고 플루토늄이 있습니다.
이 물질들은 중성자를 하나 받게 되면 불안정해져서 붕괴를 하는데 일반 방사성 붕괴로 방출하는 감마선, 알파선, 베타선만 방출하는 것이 아니라 두 개로 쪼개어지는 반응을 하게 됩니다.
즉, 원자력 발전에 쓰이기 위해서는 쪼개어지는 반응을 하는 물질이어야 합니다.

여기서 연속적인 핵분열이 가능해야 한다고 했죠?

이를 위해서는 핵분열시 중성자가 무조건 같이 나와야 합니다.
두개로 쪼개질 때 말이죠. 이것이 가능한 물질이 핵분열성 물질입니다.
이런점에서 토륨은 원전에서 사용되는데 까다롭습니다. 우라늄보다 4배나 많은데 말이죠.
핵분열원료물질이기 때문에 연속적인 핵분열을 만들어 내기가 힘들기 때문이죠. 하지만 이를 가능하게 하기 위해서 연구는 진행중인 것으로 알고 있습니다.

그리고 발전을 위해서는 에너지가 많이 나와야 하는데 보통 한 번의 붕괴당 200MeV라는 에너지가 방출됩니다.
아인슈타인의 질량등가공식에 의해 이 값을 구할 수 있습니다. 알파선 하나당 4MeV 정도인 것에 비교하면 매우 큰 에너지임을 알 수 있습니다. 그렇기에 이 핵분열성 물질을 사용하는 것입니다.

마지막으로 구하기 용이해야 합니다. 그런데 플루토늄은 어떻게 구할까요?
아쉽게도 플루토늄은 구하기가 까다롭습니다. 왜냐하면 자연계에 존재하지 않기 때문입니다.
자연계에 존재하는 물질 중에 가장 무거운 물질은 우라늄입니다. 플루토늄은 우라늄보다 양성자가 두 개 더 많은 원소이죠. 그래서 플루토늄은 인공적으로 만들어 냅니다.
하지만 우라늄보다 가벼운 물질이 있기는 있습니다. 바로 토륨입니다.
그런데 이 토륨은 잘 사용되지 않습니다.

그렇기 때문에 남은 물질은 핵분열성 물질이며 구하기가 비교적 쉬운 U-235입니다.
비교적 구하기 쉬운 이유는 반감기가 방사성동위원소임에도 불구하고 7억년정도 이기 때문입니다. 보통 7번 이상의 반감기가 지나야 방사능이 거의 없다고 간주하는데 아직 7번 정도면 4억년정도 더 남아있습니다.
그래도 6번반감한뒤인만큼 소량인 우라늄중에 0.72%차지하는 양만큼 현재 존재합니다.
이 0.72%만큼의 U-235 존재로 우리는 현재 원자력 발전을 하고 있습니다.

사실, 토륨이나 플루토늄을 사용하는 응용된 원자로는 연구중입니다. 전문가들은 꿈의 원자로라고 합니다. 상용화만 된다면 말입니다. 나중에 PWR 시스템에 대해서 소개가 끝난뒤에 간략하게 소개하도록 하겠습니다.
오늘은 왜 우라늄을 사용하는가에 대해서 알아보았습니다. 다음 시간에는 물을 사용하는 이유에 대해서 알아보겠습니다. 여기서 포스팅을 마칩니다. 감사합니다!!

 

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힘의 근원에 대해서 생각해본 적이 있으신가요?
우리가 사는 이 세상은 가장 기본을 이루는 입자들의 조합으로 이루어지고 있다고 우리는 알았습니다.
-세상을 이루는 물질
-표준 모형이 뭐지?

그렇다면!! 이 가장 기본을 이루는 입자들은 어떻게 이렇게 저렇게 모여서 태양을 만들고 지구를 만들고 사람을 만들었을까요?

도자기 만들기 체험을 가서 도자기를 만들었다고 생각해봅시다. 우린 도자기라는 한 물체를 진흙을 이용해 탄생시켰습니다. 이때 이 진흙들이 도자기로 탄생할 수 있도록 우리는 열심히 힘들게 만들었겠죠? 이때 진흙이 입자라면 도자기로 만드는 과정에 우리는 힘을 이용해 에너지를 부여한 것입니다. 이 세상에 뭐 하나 손쉽게 되는 일이 없죠. 저지르는 것은 쉽지만요.

마찬가지입니다. 자연계의 가장 기본 되는 입자들은 상호작용을 하는 힘을 부여받습니다. 여기서 힘은 중력과 강력 그리고 약력 마지막으로 전자기력이 있죠. 그런데 이 4가지 힘을 부여하는 것 또한 입자가 합니다. 한 번 알아보겠습니다.

기본적인 힘

가장 기본적인 힘은 4가지가 있습니다. 전자기력, 중력, 강력, 약력이 있습니다. 이 4가지 힘으로 세상에서 생기는 힘이 설명이 됩니다. 하나씩 알아보죠.

중력

중력은 친숙한 힘이죠? 어느 누구나 어느 물건이나 중력의 영향을 받고 살고 있으며 우주선이 그 많은 연료를 소모해가면서 우주로 나가는 이유도 이 중력을 이겨서 탈출하기 위해서이죠. 중력은 뉴턴의 만유인력 법칙으로 설명이 되며 현대에 와서는 뉴턴의 이론보다 더 나아가 아인슈타인의 일반 상대론으로부터 나온 중력장이론을 사용해 설명합니다. 이 중력은 우주영역에서의 눈으로 관측가능한 거의 모든 현상을 지배한다고 할 수 있으며 이 중력이 매우 커서 생기는 블랙홀도 존재하게 됩니다. 이 중력을 매개하는 입자는 중력자라고 생각이 되어지고 있고 아직 직접적인 검출은 하지 못했습니다. 대신 중력파를 검출했었죠. 검출이 힘든 이유는 현재의 검출기에서의 검출방식은 검출기와 대상의 상호작용으로 결과를 얻어내는 것인데 이러한 방식의 한계가 있을 수 있고 혹은 검출이 되고 있지만 잡음에 묻혀서 알아내지 못하고 있는 것일지도 모릅니다. 하지만 중력파를 통해 간접 증명했듯이 중력을 매개하는 입자가 중력을 부여하는 것으로 생각이 됩니다.
하지만 이 중력은 4가지의 힘 중에 가장 약합니다. 이것보다 강한 힘이 존재하기 때문이죠. 실제로 미시 세계서는 무의미한 힘이 돼버립니다.

강력

강력은 자연계의 4가지 힘 중에 가장 강력한 힘입니다. 하지만 상호작용하는 범위는 아주 짧습니다. 만약 중력처럼 멀리서도 작용하는 힘이었다면 이 세상은 또 달랐겠죠. 우주가 생기지 못했을지도 모르지요. 하지만 이 강력은 핵 안에서 정도의 거리에서만 작용이 됩니다. 이 강력을 매개하는 입자는 글루온이라는 입자로 쿼크들의 결합을 매개하게 됩니다. 이렇게 쿼크들의 결합을 매개하여 양성자와 중성자를 만들어내게 됩니다. 참고로 양성자와 중성자가 결합해 만들어진 핵은 핵력에 의해서 강하게 상호작용을 합니다. 과거 쿼크의 존재를 모를 때는 강력이 곧 핵력으로 생각되었지만 지금은 쿼크의 존재가 알려진 만큼 구별해서 사용합니다.

약력

약력은 이름에서 알 수 있듯이 약한 상호작용입니다. 그럼 약할까요? 아닙니다. 중력보다 강합니다. 이 약력은 W 보존과 Z 보존의 상호작용으로 발생하게 됩니다. 제가 방사선 이야기를 하면서 자주 등장하던 베타 마이너스, 플러스 붕괴가 이 약력으로부터 발생하게 되는 결과입니다. 베터붕괴는 중성자가 전자 하나와 양성자로 바뀌거나 또는 양성자가 에너지를 받아들여 중성자가 되거나 하게 됩니다. 이 베타붕괴를 일으키는 힘이 곧 약력입니다.

전자기력

전자기력은 익숙하실 겁니다. 클롱힘이나, 맥스웰 방정식으로 설명을 해왔던 힘입니다. 일상에서 우리가 보는 TV나 휴대폰 각종 전자기기들이 작동하는 원동력입니다.
또한 기본적으로 물분자를 생각했을 때 각각은 전자기력으로 상호작용을 하죠? 공유결합을 생각하시면 됩니다. 마찬가지로 우리몸의 세포들이 모여있게 된것도 이 전자기력에 의한 힘이라 할 수 있습니다. 그럼 여기서 생각 되는 것이 중력보다 전자기력이 크다고 했는데 만약 작다면? 어떻게 될까요… 저희는 없을지도 모릅니다.
어쨌든, 이 전자기력은 광자에 의해 힘을 부여받습니다. 이 광자는 질량이 없습니다. 그렇기 때문에 장거리에서도 상호작용이 가능합니다.

이 4가지 힘은 각각이 매우 중요하며 우리의 세상을 지배합니다.
그래서 물리학과에서는 각각의 힘에 대해서 중력은 고전역학을 통해, 전자기력은 전자기학을 통해서 그리고 강력과 약력은 양자역학, 핵물리, 입자 물리에서 다루게 됩니다.

그만큼 4가지 힘을 아는 것이 중요한 것이죠. 다음 시간에는 마지막으로 힉스입자에 대해서 조금 소개해볼까 합니다. 

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생수병에 물이 2/3이상 차있다고 생각해보겠습니다. 이때 위에 남은 공간에 물을 부었습니다. 그때 생수병 하단에 구멍을 뚫어보세요. 물이 나올 겁니다. 그럼 이때 새로 넣은 물이 이 구멍으로 나오기까지 얼마나 걸릴까요? 방법은 여러 방법이 있겠죠. 색소를 사용한다던가 물과 밀도가 비슷한 물질을 첨가하던가 말이죠. 즉, 구별이 가능한 물질이 유입되는 물과 섞일 필요가 있습니다. 이러한 이유로 방사성동위원소가 머무르는 시간을 파악하는데 사용될 수 있습니다.

방법?

방법은 제가 전에 소개한 tracer dilution과 비슷합니다. RI의 이용 : Tracer
Sampling한 방사성동위원소가 첨가된 물을 계측하고자 하는 탱크 같은 곳에 넣어주고 탱크의 물이 나오는 출구에 검출기를 설치합니다. 그리고 처음 넣어주었을 때부터 검출기에서 검출될 때까지의 시간을 기록합니다. 이렇게 여러 번 검출하다 보면 평균적으로 머무는 시간을 예상하게 됩니다.

Why?

그럼 왜 이 거주시간이라는 것이 궁금할까요?
산업에서 화학공정과정이 있을 때 이 화학공정의 성공 여부가 탱크 내부의 유체가 얼마나 효과적으로 교반 및 혼합이 되는가에 크게 의존한다고 합니다. 그래서 이 내부 유체들의 흐름을 분석하기 위해서 RDT(Residence time distribution)와 CFD(Computational fluid dynamics)를 이용해 분석한다고 합니다. 그렇기에 RDT에 충분한 정보를 제공하기 위해서는 방사성 동위원소를 활용한 거주시간 분석이 필요한 것이지요.

다른 산업에서의 이용

그리고 이와 비슷한 방식인 tracer로써 사용은 정말 많은 분야에서 사용이 됩니다. 전에 소개했듯이 누수나 누유를 감시하거나 바다의 흐름을 분석하거나 하는데 사용이 가능합니다.

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이번에는 전 세계적으로 탈원전을 추진하는 나라가 생기게 만든 주원인인 후쿠시마 원자력 발전소의 사고에 대해서 다루어 보려고 합니다. 특히, 우리나라에 큰 영향을 주었죠.
다들 사고가 발생한 것은 알고 있겠지만 정확히 어떻게 사고가 발생했는지 알고 계시는가요?
저도 원자력을 배우기 전까지는 잘 몰랐는데요. 오늘 한번 다 같이 알아보죠.

2011년 일본에 동일본대지진이 강타합니다. 이 지진은 태평양 해역지대에 발생했고 대형 쓰나미를 발생시켰습니다. 이 지진 및 해일로 15,894명 사망, 2562명이 실종되었다고 합니다.
엄청난 대형 재난이죠.
이때 후쿠시마 원자력 발전소는 지진 발생과 동시에 원자력 발전 가동을 중지시킵니다.
그러나 원자력 발전소에서 생산되는 전기를 송전하기 위한 송전탑들은 무너져 내리며 외부전원이 차단되는 상황이 발생합니다. 그래서 이를 대비해서 존재하는 비상 발전기들이 가동을 시작했습니다.

하지만 지진이 만들어낸 거대한 해일이 후쿠시마 원자력 발전소에도 들이닥쳤습니다. 쓰나미를 위해 제방을 쌓아둔 이 발전소는 이 대형 쓰나미에는 속수무책이었습니다. 쓰나미는 제방을 넘어 발전소를 덮쳤습니다. 이에 비상용 발전기들이 작동 중이던 지하 공간에 물이 들이 닥쳤습니다. 발전기는 가동을 중단하였습니다.
이 결과로 후쿠시마 원자력 발전소 제1원전은 블랙아웃 현상이 나타나 결국 완전전원상실사고가 발생하게 됩니다. 전원이 공급이 안되면 그 수많은 공학적 안전설비들이 작동을 하지 않습니다. 이는 치명적인 결과를 불러옵니다. 냉각수 펌프가 정상작동을 하지 않으면서 원자로 내부의 온도가 상승하며 압력도 같이 증가합니다.

결국, 냉각수가 증발하며 내부온도는 1200도까지 상승하며 제 1방벽인 펠렛과 연료봉 그리고 제 2방벽인 원자로또한 녹아버립니다. 그리고 마지막 방벽인 제 3방벽또한 녹아버립니다. (여기서 이 방벽은 우리나라 원전인 PWR보다 훨씬 얇습니다.)

그리고 핵연료의 피복재는 지르코늄으로 이루어지는데 고온의 상태에서 물과 반응을 하여 수소를 발생시킵니다. 이 수소는 내부압력을 올리고 폭발을 유발하게 됩니다. 이를 통해 대기로 방사성 물질이 방출되게 됩니다.
사실 이 과정은 순식간에 일어난 과정들이 아닙니다. 사고 발생은 11일 14시 46분에 발생했고 15시 30분에 모든 전원을 상실하게 됩니다. 17시에 비상용 발전차를 보내지만 교통혼잡으로 늦게 도착합니다. 23시가 되어 현장에 도착하였지만 전력계통의 전반적인 문제로 전력공급이 12일 15시까지 연기가 됩니다. 하지만 12일 6시경 모든 원자로에서 용융이 발생한 상태였습니다. 그리고 14일까지 걸쳐1~4호기중 4호기를 제외한 원자로에서 수소폭발이 일어났고 방사능 누출이 되었습니다. 그리고 사고의 확산을 막기 위해 뒤늦게 바다의 해수를 끌어와 노심에 주입했습니다. 하지만 이미 늦은 상태였습니다.

이때 사고로 많은 방사성 물질이 누출되었고 한호기 이상의 다수 호기가 사고가 발생한 만큼 원자력 발전의 안전에 대한 우려가 많이 나왔습니다. 그래서 이 사건의 재구성 같은 느낌의 영화 ‘판도라’도 우리나라에서 개봉이 되어 많은 사람이 영화를 보고 우려를 표했습니다. 하지만 전문가들은 이러한 사고가 우리나라에서는 일어날 수 없다고 합니다. 왜 그럴까요?

우선 첫 번째로 사고가 발생한다고 하더라도 격리된 원자로 시스템에 의해 사고의 확대가 발생되기 어렵습니다. 스리마일에서처럼 말이죠. 그리고 마지막 방벽인 격납용기도 우리나라의 경우 1m가 넘는 두께를 가집니다. 반면에 이 당시 일본의 원자로는 20cm의 두께의 격납용기였습니다.
두 번째로 일본과 같은 정전사고가 발생하기 어렵습니다. 제가 이 부분에 대해서는 추후에 따로 포스팅할 계획에 있지만 간략히 말씀드리면 모든 비상 발전 시스템은 예상 범람 위치보다 높은 위치에 설치가 되어있고 이 발전기가 작동하지 않을 때 사용하기 위해 터빈 구동형 발전기라던가 비상용 발전기가 하나에서 두개정도 추가로 설치가 되어있습니다. 그래서 완전전력상실사고는 사실상 불가능합니다.

그리고 이 후쿠시마 발전은 문제점이 있었던 게 국제 원자력 기구인 IAEA에서도 감찰시 이 비상용 발전기가 지하에 있는 것은 사고 시 침수가 된다면 정전을 유발할 수 있으니 높은 위치로 옮기라는 권고가 있었다고 합니다. 하지만 후쿠시마 원자력 발전소는 그렇게 하기 전에 사고가 발생한 것인지는 모르지만 이를 시행하지 않았습니다. 그리고 제방의 높이 또한 마찬가집니다. 제방의 높이가 충분하지 않았기에 쓰나미를 막지 못했습니다.
반면에 진앙지와 더 가까웠던 발전소가 하나 더 있었습니다. 바로 오나가와 원자력 발전소인데 이 발전소는 지대가 높아 쓰나미가 들어오지 못했고 안전하게 정지한 상태로 대기하고 있었습니다. 이 발전소는 그래서 피해가 없었습니다. 오히려 주변 주민들은 높은 지대임을 인지하고 이 발전소 근처로 피했다고 합니다.
결론적으로 말씀드리면 원자력 발전소에서 사고가 난 가장 큰 이유는 발전소의 비상 발전기가 제대로 작동하지 못한점이었고 이는 사실 PWR, BWR을 떠나서 지하에 설치한 잘못이 컸습니다. 굳이 PWR이 아니라 BWR이었어도 전력상실만 안당했다면 큰 사고로 번지지는 않았을지도 모릅니다. 그리고 이 사고에서는 후처리에서도 많은 문제가 있었습니다. 정부의 많은 불신을 일으켰고 주민들은 제대로 된 상황 설명을 들을 수 없었습니다.
이는 원자력에 대한 불신과 공포를 키우는 원인이었습니다. 투명하게 방사능 누출양을 알려주고 오염된 정도를 실시간으로 모니터링을 해주고 자연방사능과 비교 및 한계 방사능을 알려주었다면 좋았을 거라고 생각합니다. 만약 우리나라도 비슷한 상황에 있다면 꼭 이런 정부의 대처가 필요하다고 생각합니다.

오늘까지 해서 큰 사고들을 다루었습니다. 어떠하신가요? 원자력 발전소는 위험하다는 생각이 드시나요. 저 또한 위험하다는 생각이 드는군요. 하지만 이러한 생각도 듭니다. 제가 이때까지 설명한 모든 사고들은 모두 인간에 의한 사고입니다. 사람의 실수 잘못 오판에 의한 결과들이었습니다. 그렇기에 더더욱 믿지 못합니다.

하지만 현재 사용하는 우리나라의 PWR은 사람과 별개로 수많은 기계들이 각자의 역할을 맡아 다양한 방향에서 원자로를 안정시키기 위해 여러 설비들을 사용됩니다. 

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이번에는 평상시에 원자력에 관심이 없다면 잘 모를 수도 있는 대형사고를 소개하려고 합니다. 이 사고는 어떻게 보면 최초의 대형사고이자 피해가 거의 없는 사고이기도 합니다. 또한 체르노빌보다 먼저 발생한 사고입니다. 그리고 왜 PWR이 안전한 설비라고 하는지 알 수 있는 사고이기도 합니다. 그럼 왜 어떻게 사고가 발생했고 어떠한 결과가 나왔는지 한번 알아보도록 하겠습니다.

사용 노형

현재 우리나라가 사용하고 있는 가압 경수로와 동일하게 PWR 타입의 노형을 사용하였고 이 스리마일 섬이라는 지역은 미국 펜실베이니아 주의 해리스버그시에서 떨어진 서스쿼해나 강 가운데 있는 섬입니다. 이 PWR이라는 노형은 미국이 개발한 노형이고 우리나라가 미국으로부터 배워온 모델입니다.
어쨌든, 저번 시간에 설명한 거처럼 PWR은 원자로와 원자로 냉각수 계통이 격리된 안전망이 하나 더 있다고 말씀드렸었습니다. 이 안전망의 존재로 PWR은 원자로 건물 밖으로 사고가 확대가 되지 않습니다. 그럼 어떻게 사고가 발생했고 막았는지 알아보겠습니다.

(가압기)

사건 경과

1979년도에 상업운전 중이던 TMI-2(스리마일 섬 원자력 발전소 2호기)에 문제가 발생합니다.
(우선 원자로와 냉각수계통은 1차 계통 그리고 이 계통으로부터 열을 빼앗아 터빈을 돌리는 주증기 계통을 2차계통이라 하겠습니다. )
2차 계통에서 복수의 탈염기장치에서 막힘 현상이 발생합니다. 여러 필터가 장착되어 있다 보니 이런 막힘 현상은 간혹가다 발생하기도 합니다. 이를 확인한 운전원은 압축공기를 주입해 물을 강제로 주입하였습니다.
이때 배관에는 역지밸브라는게 있는데 보통 비상시의 우회 배관에 설치되며 물이 거꾸로 흐르는것을 방지하는 밸브입니다. 그런데 이때 이 압축공기의 힘으로 개방이 되었고 계측공기배관으로 물이 밀려들어갔습니다. 이러한 원인으로 급수승압펌프와 주급수펌프 모두가 정지하게 됩니다.
주급수가 돌지않자 1차계통의 증기발생기에서 열을 원활하게 빼앗지 못합니다. 그래서 보조급수계통이 자동으로 작동이 되야합니다. 하지만 이 TMI-2호기는 보수점검을 위해 밸브를 잠가두어 이 보조급수계통이 작동을 하지 못하게 됩니다. 이는 정말 있을 수 없는 일이고 현대에 와서는 운전중에는 절대로 정지하지 못하도록 규정하고 있습니다. 하지만 이때는 어떻게 되었을까요? 다행스럽게도 이 보조급수계통이 작동하지 않을 경우를 대비해 1차계통의 압력을 조정하는 가압기에서는 상부에 가압기 방출밸브라는 것이 존재하여 압력이 컨트롤되지 않으면 자동으로 방출밸브가 열려서 원자로배수탱크(RDT)에 방출하는 장치입니다. 다행히도 이 장치는 작동을 하게 됩니다.
그런데 이 방출밸브는 압력이 어느정도 떨어지면 닫히게 됩니다. 하지만 실제로 닫히는데 이게 덜 닫히게 됩니다. 그래서 밸브를 통해 원자로의 냉각수가 지속적으로 빠지게 됩니다. 이러한 사고를 LOCA(냉각수 상실 사고)라고 하는데 정말 큰 사고입니다. 앞서 설명한 체르노빌사고와는 다른 유형의 사고지요.
이때의 사고에 가장 큰 문제는 운전원이 이 방출밸브가 열린 것을 수동으로 다시 닫았다면 사고는 커지지 않았을 겁니다. 하지만 닫지 않았습니다. 왜일까요?
몰랐습니다… 왜냐하면 밸브는 닫히기는 했지만 불완전하게 닫힌 거였고 운전원의 계기판에는 닫힘으로 표시가 되니 운전원은 알 길이 없었던 것이지요. 그래서 LOCA시 안전을 위해 작동하는 안전주입계통이 있습니다. 이것이 정상작동하면 밸브의 고장을 찾을때까지 시간을 벌어주었을지도 모릅니다. 하지만 운전원은 냉각수가 부족해서 압력이 떨어진다고는 생각을 못 해서 이 안전주입계통을 수동으로 정지시켜 버립니다.
핵연료봉의 온도는 점점 상승합니다. 냉각수가 부족했기 때문이죠. 그래서 녹아내리기 시작합니다. 운전원들은 당황합니다. 하지만 이 밸브에 대해서 꿈에도 몰랐죠. 사고 발생 16시간이나 지나서 원인을 찾고 냉각펌프로 온도를 낮추기 시작했지만 이미 핵연료봉은 손상되버렸습니다. 그리고 건물로 누출되었습니다.

사건 결과

이 사고는 여러 PWR의 공학적 안전설비들이 정상작동했다면 용융은 막았을지도 모를 사건이지만 운전원들은 사고 파악을 잘 못해 일을 키웠죠. 이때 원자로 건물 내부는 평상시의 1000배가량 방사능 수치가 올라갔습니다. 하지만 원자로 격납건물의 존재로 환경으로의 누출은 경미했습니다. 누출이 안 된 것은 아니지만 치명적인 양은 아니었습니다.

실제 주변 주민들이 받은 피폭선량은 X선 가슴 촬영 2~3번 정도 받은 정도의 양이었습니다. 실제 체르노빌과 다르게 죽거나 한 사람은 없었습니다. 사람이 실수했지만, PWR의 다중 방호 설비들에 의해 사고 확대를 막은 것입니다. 만약 동일한 사고가 BWR 에서 발생했다면 후쿠시마와 같은 일이 이 스리마일에서 먼저 일어났을지도 모릅니다.

사건 이후에는 우선 이 사고 난 호기 자체가 격납을 하고 있기 때문에 이 호기를 대상으로 10년정도 제염을 실시하였습니다. 그리고 주변에 있던 1호기는 가동을 중단했습니다. 하지만 외부로 누출이 거의 없었기에 사람들은 지나다닐 수 있었습니다. 사고 직후 당시 지미 카터 대통령도 방문을 했었습니다.

그리고 사건 재발 방지를 위해 취약점들을 분석해서 안전설비를 증가시켰고 특히 기계와 인간의 연계성에 초점을 둔 설계가 추가가 되었습니다. 이때 추가된 안전설비들은 현재 우리나라 PWR에도 그대로 적용이 되어있습니다.
여담으로 제가 들은 원자로 시스템을 수업해주신 교수님께서는 20년넘게 원자력발전소를 설계하셨는데 처음 배우고 설계할때는 간단하였는데 지금은 워낙 안전설비가 많이 추가되어 복잡하다고 합니다. 그러니 그만큼 안전설비가 많아졌다는 증거겠죠?

이 사고는 전세계에서 가장 먼저 발생한 원자력발전소 사고인 만큼 사람들에게 최악의 사고라는 소리를 들었던 사고입니다. 하지만 몇 년이 지나 정말 끔찍한 체르노빌 사고가 발생하는 바람에 묻혀 버렸지만요. 이 두 사건은 자연재해로 발생한 사고는 아닙니다. 단순 운전원의 실수와 기계 오작동 등이 원인입니다. 하지만 앞선 두 사건과 다르게 사고 발생의 트리거 역할을 자연재해가 했는 사고가 있습니다. 바로 후쿠시마 원자력 발전소 사고입니다. 특히, 우리나라에서는 더 크게 다가왔죠. 가까운 나라였으니 말이죠. 

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현재 우리나라는 점진적으로 탈원전을 향해 나아가고 있습니다. 그의 배경이 된 사건은 후쿠시마 원전 사고이구요. 그리고 그 전에는 큰 사고들이 있었습니다. 오늘부터 각각의 사고들에 대해 소개해볼까 합니다.
가장 유명하고 사람들에게 방사능의 무서움을 안겨준 사고는 뭔지 아시지요?

바로 체르노빌입니다. 체르노빌부터 알아보죠.

체르노빌 원자력 발전소 사고

1986년 당시 체르노빌에 4기의 원자로가 운영 중이었습니다.
이 원자로는 RBMK라는 원자로였습니다.
흑연감속 비등경수 압력관형 원자로라고 합니다. 여러분이 알만한 원자로와는 좀 많이 다릅니다. 저번시간에 설명한 PWR이나 BWR같은 경우는 감속재이자 냉각재이자 보일러를 가열하는 열원이 물이었습니다.

그런데 이 RBMK는 냉각재로는 물(경수)을 사용하지만 감속재로는 흑연을 사용하는 방식입니다. 제가 원자로의 기본 원리에 대해서는 아직 설명하지 않았기 때문에 감속재에 대해서 간단히만 말씀드리면 원자로의 출력을 제어하는 방법은 중성자를 제어하는 방법으로 정해집니다.
핵분열이라는 붕괴를 일으키려면 중성자가 필요한데요. 이 중성자가 빠르면 사용하기가 힘듭니다. 그래서 비교적 낮은 에너지 영역대의 중성자가 필요한데 이를 위해서 감속을 시켜주는 물질이 필요합니다. 이것이 감속재입니다.
어쨌든, 감속재와 냉각재를 따로 쓴 것에서도 볼 수 있듯이 원자로 자체가 비교적 복잡하다고 합니다. 그리고 다른 원자로에 비해서 안전성이 턱없이 부족합니다.
왜냐하면 사고 발생 시에 방사성 물질의 누출을 막아줄 격납시설이 BWR, PWR 원자로에 비해서는 없다고 봐도 무방할 정도의 격납 시설을 갖추었으며 중성자의 출력을 줄일 수 있는 제어봉을 삽입하는데 비교적 오랜 시간이 걸리게 됩니다.

이러한 원자로를 사용한 당시 소련은 체르노빌 원자력 발전소에서 한가지 실험을 진행중이었습니다. 이 실험은 원자로 운전의 효율을 증진시키기 위한 실험으로 생각이 되어지는데요.
원자로를 정지시키면 전기가 더 이상 발생되지않기 때문에 정지시키는데 필요한 설비들을 돌릴 전기를 비상 발전기를 사용해 가동을 하게 됩니다.
이때 당시 사용하던 비상용 디젤 발전기가 가동하는데 까지 1분 정도의 소요시간이 필요했고 체르노빌의 연구진들은 정지를 하게 된다면 즉시 냉각펌프가 정상적으로 작동하는지 확인을 하고자 했습니다. 그래서 주 전원을 끊게 되면 즉, 터빈이 받아오는 증기를 끊었을 때 원래돌던 관성 힘으로 얼마나 냉각펌프에 전기를 공급할 수 있는지 확인하고자 했습니다.
그러면 원자로를 정지시키고 하면 되지 않을까 하겠지만 정지할정도까지 기다렸다가 하면 정지하는데 까지 진행되면서 터빈 출력도 같이 줄어들어 주전원을 끊었을 때 데이터로 사용할만한 결과값을 얻지 못했다고 합니다. 그래서 출력을 기존의 20~30% 정도만 낮추고 이 실험을 진행했다고 합니다.
이때 원자로의 출력을 유지시키기 위해서 원자로 비상노심 냉각 장치를 정지시키는 짓을 하게 됩니다. 하지만 여기까지는 괜찮았습니다. 하지만 시작이었죠. 출력이 어느정도 낮아지면서 원자로에 제논이라는 것이 많이 싸이게 되는데 중성자를 정말 잘 잡아 먹습니다. 이 제논은 발전에 있어서는 독물질로 일정시간동안 원자로가 가동이 안 되게 만드는 원인입니다. 이 물질이 조금씩 싸이기 시작하였습니다. 그리고 운전원의 조작실수까지 더해져 출력이 급감하는 사고가 발생합니다.

만약 여기서 정지를 시켰다면? 사고는 발생하지 않았을 겁니다.

하지만 발전소 측은 정상출력을 다시 찾기 위해서 제어봉을 인출하기 시작합니다.
이 제어봉이 적절히 있어야 원자로의 폭발적인 출력을 막을 수 있습니다.
그런데 최소 허용량보다 더 많이 뽑아 버립니다.
그래서 실험할 정도의 정상출력을 되찾습니다.
그리고 비상용 냉각펌프까지 작동을 하고 터빈에 들어가는 증기를 차단하는 실험을 시작합니다.
터빈의 관성력으로 발생한 전기로 돌아가던 펌프는 터빈의 출력이 줄어들면서 펌프의 펌핑질이 약해집니다.
냉각계통에 공급되는 냉각수가 감소합니다.
냉각수 공급양이 줄어들자 원자로내부온도가 더 올라가게 됩니다.
원자로 내부의 냉각수는 증기가 되어 버렸습니다.

잠깐 여기서 지금 다른 원자로들과 다르게 RBMK는 안전성이 더 안 좋다는 말씀을 드렸다는 점을 상기하시기 바랍니다. 일반의 원자로들은 온도가 상승하거나 하는 외적 요인이 작용하면 안전한 방향으로 출력이 줄어들도록 설계가 됩니다.
하지만!!!!!! RBMK는 이러한 설계가 아니라 위험한 외적요인으로 더 큰 출력이 발생하는 설계적 결함이 존재했습니다.
이를 양의 보이드 계수를 가진다 합니다.

어쨌든 이러한 이유로 원자로의 출력은 급증합니다. 핵분열이 폭발적으로 증가했기 때문이죠.
기술자들은 급하게 제어봉을 삽입하기 시작합니다.
하지만 고체 감속재인 흑연을 사용해서 감속재가 주변 흑연들과의 마찰?에 의해 삽입속도가 순식간에 일어나지 못합니다.
또한 여러가지 복잡한 원인들이 더해져 정상 출력이 100배 이상 증가해버립니다.
원자로는 더 이상 이 핵연료 물질을 가둬두지 못합니다.
결국 폭발해 버립니다.
이 폭발 당시에 냉각수 펌프 기술자는 즉사를 했고 몇몇 운전원들과 물리학자도 과피폭을 당해 사망합니다. 그리고 화재를 진압하러온 소방관들도 많은 사람이 피폭을 당했고 그중 28명이 사망에 이릅니다. 이때 공기중으로 방사능물질 700톤이 누출이 됩니다.

그리고 원자로 주변 마을은 평상시 6배의 방사능이 검출이 되어 소개령이 떨어져서 피난을 가게 되고 유령도시가 되었죠.
여기서 하나 이야기할 부분이 평상시 6배라는 항목입니다. 제가 방사선에 관한 글을 포스팅하면서 항상 말해왔지만 평상시라는 양은 극히 낮은 선량을 말합니다. 그리고 그 6배또한 높은양은 아닙니다. 방사선 작업종사자와 일반인의 연간 선량한도는 년간 최대 50배 5년간 평균 20배의 값으로 제한합니다. 그럼 50배 맞는 것이 법적으로 허용된 종사자는 무조건 죽거나 아프겠죠. 하지만 그 정도의 고선량 피폭을 대규모로 많이 당한 사례는 현재 제가 알기로는 히로시마, 나가사키 원폭 피해자 분들뿐입니다. 그래서 드리고 싶은 말씀은 안전하다고는 할 수 없지만 생각이 생각보다 과장되었다는 점을 말씀드립니다.
중간에 사건 발생 경위는 원자력을 공부하지 않았으면 잘 이해가 되지 않으실수는 있습니다.
하지만 하나는 이해가 가시는지요? 이 사건은 정확히 인재입니다. 사람의 실수로 시작이 된 사고고 뼈저리게 느끼고 반성하고 각성해야 하는 계기를 준 사건입니다. 현재 해당 사고가 발생한 원자로는 전 세계 어디에서도 더 이상 설계되고 있지 않으며 러시아를 제외한 모든 국가에서는 가동을 중단, 폐로를 한 상태로 알고 있습니다. 그리고 러시아는 사고 발생 직후 추가 안전장비를 설치하여 가동 중이던 똑같던 원자로를 가동 중에 있습니다.

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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 "