후쿠시마 제 1원전 1호기에는 무슨 일이 일어났나?

1. 왜 바로 멈추지 않는가?

원자력 발전은 무거운 원자핵의 분열로 인해 소실된 질량이 에너지로 변환되는 현상을 이용하는 발전입니다. 우라늄 235는 중성자 하나가 핵에 들어가면 둘로 분열하는 성질이 있습니다. 분열 할 때 평균적으로 2.5개 정도의 중성자가 튀어나오고, 그 중성자들 중 일부가 다른 우라늄 235에 들어가 분열하게 됩니다. 이 성질을 이용하여 연쇄적인 분열을 일으켜 얻는 열 에너지로 전기를 얻는 발전을 원자력 발전이라고 합니다. 이 연쇄반응을 순식간에 일으켜 큰 폭발을 일으키는 것이 원자폭탄입니다. 그리고 원자력 발전은 이 반응이 조금 식 진행되도록 제어하고 있습니다.(이해를 돕기 위한 글이기에 많은 생략이 있습니다. 일반적으로 발전소 연료에 포함되는 우라늄 235는 2~4%정도입니다. 나머지는 동의원소인 우라늄 238이 들어가고, 플루토늄이 들어가기도 합니다. 앞으로의 글도 그런 부분을 감안하고 읽어주세요.)

문제는 이 핵분열 반응이 멈추어도 핵분열후 생겨난 방사성 동위원소들의 붕괴는 바로 멈추지 않는다는 것이지요. 그렇기에 원전은 일단 가동하면 중단하지 않는 것이 일반적입니다. 화력발전처럼 마음대로 시작했다가 중단하기 힘든 것이지요. 심야전기가 값이 싼 이유는 그런 이유입니다. 남아도는 전기를 쓰기 위해서이지요. 겨울철에 전기로 난방을 하는 가구가 급증하면서 오히려 화력발전소를 다시 가동하는 시대가 되어버렸습니다만, 이야기가 본문과 상관없는 관계로 생략합니다.

아무튼 발전을 중단해도 방사성붕괴는 바로 멈추지 않는다는 이야기였습니다.



2. 왜 냉각이 되지 않았나?

가동을 중지해도 방사성붕괴가 일어나기에 열은 계속 발생합니다. 그렇기에 가동중지와 동시에 냉각이 시작되어야 정상입니다. 이에 대해서는 다양한 원인추측이 있습니다만, 현재로써는 정확히 알기 힘듭니다. 중요한 것은 지진해일과 같은 일이 발생했을 때 앞으로도 일어날 수 있는 일이라는 것이고, 이런 비상시에도 냉각이 확실히 이루어 질 수 있는 방법을 만드는 것이 중요하다는 것입니다.



3. 어떻게 폭발했나?

앞으로 정확히 조사해 보지 않는 이상 알 수 없는 이야기이지만 지금까지 나온 시나리오대로라면 대략 다음과 같은 추정이 가능합니다.

냉각이 되지 않아 원자로 안의 물이 끓습니다. 그리고 끓은 물은 수증기가 되고 수심이 낮아 지기 시작합니다. 그러면서 연료봉의 윗부분이 수면위로 드러나기 시작합니다.(기자회견에서 노심이란 이 연료봉을 말하는 것 같습니다.) 그리고 원자로 안은 더욱 고열, 고압으로 끓어오르고, 연료봉을 감싸던 피복이 산화하기 시작합니다. 원자로가 폭발하는 것을 막기 위해 압력을 낮추려는 과정에 엄청난 고온덕분에 수증기에서 분리된 수소가 빠져나옵니다. 또, 피복이 벗겨지면서 연료봉에서 새어 나온 방사능물질도 같이 빠져나옵니다. 그리고 밖으로 새어 나온 수소는 산소와 반응하여 폭발합니다. 폭발로 인해 외벽은 날아 갔지만, 원자로와 원자로를 둘러싼 용기는 무사했습니다. 수소와 함께 유출된 방사능 물질이 확산되며 방사선 농도가 낮아집니다. 그리고 원자로를 냉각시키기 위해 해수를 사용합니다.



4. 결 론

과연 연료봉의 피복이 얼마나 벗겨졌을지, 아니면 무사한지 정확히는 알기 힘듭니다만, 원자로는 무사했고, 폭발은 핵분열이 아닌 화학반응에 의한 수소 폭발이었고, 냉각작업이 진행되고있다는 것입니다. 그리고, 지진해일로 인해 이 모든 일의 원인인 냉각이 이루어지지 않는 문제가 있었고, 앞으로 원자력 발전을 할 때 해결해야 할 과제를 남겼다고 하겠습니다.