공부하고 정리하고

증기발생기는 후쿠시마의 원전에 사용되는 BWR발전 방식과 우리나라에서 사용하는 PWR 방식의 차이 중에 가장 큰 차이인 설비라고 할 수 있습니다. 

BWR에는 없고 PWR에 존재하는 설비이기 때문입니다.
이 증기발생기에 대해 알아보겠습니다.

증기발생기

증기발생기는 냉각재가 들어오고 나가는 원자로와 연결된 1차계통과 발전용수가 들어오고 나가는 2차계통의 압력경계를 형성하는 설비입니다.
1차계통의 물(냉각재)이 이동하는 방향은 원자로-가압기-증기발생기-펌프 순으로 순환이 되고 2차계통의 물은 증기발생기-터빈-복수기-펌프 순으로 순환이 됩니다.
즉, 용도는 1차계통의 열을 제거해주어 원자로의 과열상태로 인한 용융을 막기 위해 사용되고 2차계통은 발전용물을 데워 전기를 생산해주는 역할을 합니다.

잠시 BWR을 살펴보죠. BWR은 증기발생기가 없습니다.
단지 1차계통 2차계통의 구분없이 원자로-터빈-복수기-펌프순으로 순환이 됩니다.
이렇게 하면 사실 열전달 효율이 좋아지기 때문에 열손실이 적어 비교적 더 적은 돈으로 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다. 즉, 연료대비 손실이 적다는 이야기입니다. 
하지만, 저번에 후쿠시마 사고를 설명할 때도 말했었지만 PWR에 비해 방호시설이 부족한 단점이 있습니다.

그럼 PWR을 살펴보겠습니다.
PWR은 BWR에 비해 압력경계를 통한 간접적 열전달을 하기 때문에 안전에 대해 훨씬 뛰어나지만 열전달 효율이 떨어집니다.
하지만, 최대한 열전달 정도를 올리기 위해 노력하여 설계를 하였습니다. 지금부터 이 구조를 살펴보겠습니다.

증기발생기의 구조

1차계통의 물이 지나는 수직 U-튜브를 가졌으며 2차계통의 물에 열전달을 위해 예열기(Economizer)를 포함하여 예열영역과 증발영역으로 구분이 되는 설계를 가졌습니다.
U-튜브의 구조는 인코넬-690이라는 재질을 보통 사용하여 수천개의 튜브가 관판에 용접전에 관을 확대시켜 조립 용접을 실시하여 부착이 되어 있습니다.

기존에는 인코넬-600을 사용했지만 균열현상이 일어나는 단점이 발견되어 열과 부식에 강한 인코넬-690으로 대체되어 현재 사용되고 있습니다.

이 U-튜브는 수평 관지지대에 지지되며 튜브의 상부가 냉각수가 흐르면서 발생하는 진동으로 진동함을 억제하기 위해 진동방지대를 설치합니다. 그리고 수직분리판을 사용해 출입하는 냉각재를 각각 구분합니다.
그리고 2차계통의 물, 여기서는 급수라고 표현하겠습니다.

급수는 증기발생기 상부에서 들어와 아래방향으로 흐르는 급수와 아래서 예열되어 올라오는 급수로 두개의 출입구를 가집니다.
이렇게 하면 아래방향으로 흐르는 하향수와 예열급수가 만나 과냉비등, 즉 원래 끓어야 하는 온도보다 낮은 온도에서 끓는 장점이 있다고 합니다.
그리고 증기가 된 물은 포함되어 있는 습분을 상부의 습분분리기 및 증기건조기를 지나면서 99.75w%의 건도를 지는 증기로 터빈으로 보내게 됩니다.

터빈의 날개의 입장에서 습분이 많은 증기가 들어오면 수명이 빨리 단축이 됩니다. 왜냐하면 아주 높은 고에너지의 습분이 들어오기 때문에 터빈의 날개에 돌맹이를 던지는것과 같이 강력한 힘이 전달 되어 손상되기 쉽기 때문입니다. 그래서 습분을 최대한 많이 제거해야 합니다.

주요기기

각각의 주요기기에 대해서는 자세히 설명하지는 않고 간단한 용도만 설명하겠습니다.

1차측의 주요기기

관판은 관다발을 용접을 위해 용접이 잘되는 재질로 된 하판입니다.

관다발은 수직 U-튜브의 모양을 하며 균일하게 배열되어 있고 냉각재가 지나가는 통로를 제공합니다. 통으로 큰 관을 사용하지 않고 비교적 얇은 수천개의 관을 사용하여 열전달 표면적을 넓혀 열을 최대한 잘 빼앗기도록 설계되었습니다.

2차측의 주요기기

관지지대(Tube Support) 및 슈라우드(Shroud)는 진동을 억제하기 위해 관다발을 지지하고 급수의 유로의 방향을 만듭니다.
습분분리장치는 원통형 습분분리기(Moisture Separater)의 날개가 돌아가며 물방울을 분리해냅니다. 그리고 증기건조기(Steam Dryer)를 이용해 건도 99.75%를 달성합니다.

유량제한기는 벤투리모양(중간이 좁아지는 관)을 사용해 파열사고시에 급격한 증기손실을 막기 위해 유료면적을 70%정도 감소시켜주는 역할을 합니다.

지금까지의 내용의 핵심은 1차측과 2차측을 구분 짓기 위해 사용되는 설비라는 겁니다. 후쿠시마원전과의 큰 차이점이 되는 것이죠.
이 장치의 존재유무는 정말 큽니다. 만약 원자로에서 누출 사고가 발생했다고 했을 때 사고를 처리해야 하는 범위의 규모가 다르고 열을 식히기 위해 사용하는 해수 냉각계통으로의 유출 가능성이 커지기 때문에 매우 중요한 설비라고 할 수 있겠습니다.

“해당 포스팅에 사용한 이미지는 구글 이미지임을 알립니다.”

“해당 포스팅은 스팀잇에서 작성한 글을 옮긴 포스팅입니다.”

지금까지 원자로 내부에 들어가는 연료봉집합체와 제어봉집합체 그리고 중성자선원집합체를 통해 노심이 어떻게 구성되는지 알아보았습니다.
오늘은 이를 제외한 원자로용기 자체의 구조를 간단하게 알아보겠습니다. 

용기는 연료집합체, 제어봉집합체, 중성자선원집합체, 노내핵계측기집합체 등을 지지하는 내부구조물이 안에 위치하고 이를 감싸고 있는 상부헤드, 하부헤드 그리고 용기몸통으로 나누어집니다.

원자로 내부구조물

크게 노심지지통집합체와 상부안내구조물집합체로 구성이 됩니다.
노심지지통집합체는 노심지지통, 하부지지구조물, 노심보호벽, 노내핵계측기노즐뭉치 등으로 구성이 됩니다.
각각에 대해 상세하게 설명은 하지는 않고 각각의 기능 및 용도에 대해서만 간단하게 설명하겠습니다.
노심지지통(Core Support Barrel)은 핵연료집합체를 포함한 노심을 지지하는 역할을 하는 통입니다.
하부지지구조물(Lower Support Structure)은 연료다발과 그 외의 내부 구조물들의 위치를 지정해주는 역할을 합니다.
노심보호벽(Core Shroud)은 냉각재의 유로방향을 정해주는 역할을 수행합니다.
노내핵계측기노즐뭉치(In-core Instrumenation Nozzle)는 노내중성자속감시 및 여러 계측장비를 집어넣기 위한 장치입니다.

상부안내구조물집합체(Upper Guide Structure Assembly)는 연료집합체의 상단에서 이를 지지하며 제어봉의 유동 공간을 제공합니다.

이것은 또한 연로집합체인 핵연료가 튀어 오르는 사고를 예방합니다.

원자로용기(Reactor pressure Vessel)

상부헤드(Reactor Vessel Closure Head)

OPR-1000의 경우 총 84개의 관통구를 가진 원자로용기의 뚜겅입니다.
이 구멍들은 대부분이 제어봉구동장치(CEDM)의 관통구와 원자로 상부헤드 배기구 관통구 그리고 노심 열전대 관통구 마지막으로 사고를 대비한 예비용 관통구가 존재합니다.
즉, 제어봉을 구동하기위해 여러 구멍이 뚫려있고 계측 및 안전을 위한 구멍도 존재한다는 이야기입니다.

하부헤드(Bottom Head)

상부헤드는 볼트에 의해 조립되어 분리가 가능한 반면 하부헤드는 원자로용기 몸통에 용접되어 있습니다. 여기에도 마찬가지로 관통구가 존재하는데 노내핵계측기노즐들이 하부를 통해 관통되어 들어오기 때문입니다.
그리고 여러 개의 완충기들이 존재해 진동을 잡아주는 역할도 하며 유량분배환(Flow Skirt)이라는 장치가 같이 설치되어 냉각재의 유량이 균일하도록 만들어주는 장치가 존재합니다.

원자로 용기몸통

헤드들과 연결이 되며 노심지지통을 지지하는 장치입니다.
그리고 외부로 직경이 70cm정도의 4개의 입구와 약 1m의 직경을 가진 출구가 2개 존재합니다.
이는 냉각재가 들어오고 나가는 통로입니다.
출구와 입구의 개수와 직경이 다른 것은 냉각재가 효율적이고 안정적으로 유량이 조절하도록 설계된 것입니다.
그리고 안전에 있어 하부헤드는 용접으로 하나로 연결되어 있지만 상부헤드는 용접이 아닌 분리형이라는 점 때문에 안전에 조금 더 신경을 써야 합니다.

분리형으로 되어 있는 것은 사용후핵연료를 꺼내고 새로운 연료를 주입하기 위해서입니다.

안전을 신경 쓰기 위해 상부헤드와 몸통사이 접합부위에 두개의 O링을 설치하는데 하나의 O링 만으로도 100%의 누설을 방지할 수 있지만 만약에 상황을 대비해 2개의 O링을 설치합니다.
여기서 O링은 은도금으로 설치된 인코넬 재질의 속이 빈 금속인데 원자로 내부 압력이 증가되면 더더욱 밀착이 되는 현상이 있어 안전성을 높였습니다.
하지만 정상적으로 작동하지 않는 상황이 발생할 수 있기 때문에 이를 확인하기 위해 2개의 O링 장치 사이에 누설 탐지관을 설치해 지속적으로 누설을 감시합니다.
여기서의 누설은 냉각재누설 즉, LOCA와 같은 큰 사고를 야기할 수 있기 때문입니다.

오늘 한 이야기의 요점은 다음과 같습니다. 

원자로 용기라는 존재는 냉각재를 유동하기 위한 설비들이지만 가장 중요한 점은 안전을 보장하는 방향으로 설계가 되어 있어야 하며 그렇게 설계가 되었다는 점이 되겠습니다. 

“해당 포스팅에 사용한 이미지는 구글 이미지임을 알립니다.”

“해당 포스팅은 스팀잇에서 작성한 글을 옮긴 포스팅입니다.”

(출처 : CDC (Centers for Disease Control and Prevention) )

후쿠시마원전사고 이후 사람들은 방사능이다 그러면 곧바로 공포심에 몰리게 되었습니다. 방사능 피폭당한 임산부가 기형아를 낳았다고 하더라, 암에 걸렸다고 하더라, 바다로 유출돼서 물고기를 먹으면 안된다더라 등등 여러 이야기가 나왔었죠. 그래서 제가 이번에는 방사선을 맞으면 왜 위험한지, 인체에 어떤 영향이 나타나는지, 어느 정도 맞아야 위험한지 알려드리려고 포스팅을 준비하였습니다. 할 이야기가 길어서 포스팅을 나눠서 진행하고자 해요. 우선 오늘은 방사선에 대한 계산법을 소개해드리고 다음에 인체가 방사선을 받는 과정 및 받게 되면 위험한 정도에 대해서 소개하겠습니다. 최대한 간단하게 정리해볼게요. ㅎㅎ

(출처 : NaturalNews)

우선 설명에 앞서 용어 몇 개를 소개해 드릴게요. 방사능, 조사 선량, 흡수 선량, 등가 선량, 유효선량이라는 개념이 있는데요. 하나하나 설명할게요.
방사능은 전에 포스팅에서 설명한 적이 있는데요. 붕괴도입니다. Bq[베크렐]이라는 단위를 사용하고 초당 붕괴량을 말합니다. 이 방사능으로부터 방출되는 에너지량을 알 수 있습니다.
[조사 선량]
조사 선량은 감마선 또는 엑스선의 양을 나타내는 양입니다. 단위 질량 당 전리되는 공기의 전리량입니다. 이때 사용하는 단위는 R[뢴트겐]으로 이 양을 에너지양으로 환산할 수 있습니다.
입니다.
이 양의 단위를 조금만 만져주면 에너지 단위로 바꿔줄 수 있습니다.

전하량 1당 전자 6.25×〖10〗^18 개가 있고 전자 하나당 34eV를 내고 eV를 J로 환산하면 1R의 에너지량을 계산할 수 있습니다.

뭐 숫자가 나오지만 여기서 중요한 것은 에너지로 환산된다는 것입니다. 그래서 어떤 방사선을 받든 그 방사선이 내는 에너지양을 우리는 구할 수 있습니다!! !
()
(출처 : 식약일보)

[흡수 선량]
이때, 방사선이 주는 에너지를 우리 몸은 다 받을까요? 아닙니다. 그 중에 투과하여 지나가버리는 방사선도 있습니다. 또한 흡수했지만 제동복사라는 엑스선으로 빠져나가버리는 손실 에너지도 존재합니다. 그래서 이 흡수한 양을 흡수 선량이라 합니다. 흡수 선량을 구하는 것은 인체의 밀도와 감쇄 계수를 알고 있기 때문에 구할 수 있습니다.
[등가 선량]
이렇게 흡수된 양을 구하고 나면 방사선에 따라 받은 선량을 비교합니다. 왜냐하면 알파선은 짧은 거리에서 많은 에너지를 내고 감마선은 적게 내기 때문에 흡수했다고 해도 같은 에너지를 내지 않습니다. 그래서 방사선별로 가중치를 두어 흡수 선량에 곱하게 됩니다. 이값을 등가 선량이라 합니다.

(출처 : 동아일보)

[유효 선량]
자 인체가 흡수한 에너지도 계산했고 맞은 방사선을 고려해서 등가 선량도 구했다고 합시다. 그러면 끝일까요? 아닙니다. 신체 장기별로 방사선 감수성이 다릅니다. 방사선 감수성은 예민한 정도를 말합니다. 신체의 골수나 폐나 위 등은 감수성이 비교적 높은 편이고 그에 반해 뼈, 피부 등은 비교적 낮은 편이라고 합니다. 이를 고려하여 조직가중치라 하여 등가 선량에 곱하여 줍니다. 이 값이 유효 선량입니다. 유효 선량은 실제 인체가 받는 방사선 위해도를 고려할 때 사용하는 용어입니다. 유효 선량의 단위는 Sv[시버트]입니다.
제가 쭉 길게 무슨 무슨 선량 이런 것을 설명했습니다. 한 줄씩 정리해보겠습니다

방사선이 나오면 이 방사선의 에너지를 구할 수 있다.
→방사능의 에너지값 계산, 조사 선량으로부터
이 에너지 중 인체에 흡수된 선량을 흡수 선량이라 한다.
방사선의 위험도를 고려한 선량을 등가 선량이라 한다.
신체장기의 부위별 예민한 정도를 고려한 것을 유효 선량이라 한다.

(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)