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자본주의 원전 안전 신화 무너뜨린 일본

제2장 연이은 수소폭발 세계를 긴장시키다

  • 이정훈 전문기자 hoon@donga.com

자본주의 원전 안전 신화 무너뜨린 일본

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자본주의 원전 안전 신화 무너뜨린 일본
원전은 물을 끓여서 만든 증기로 발전하기에 도처에서 수증기가 발생한다. 이 수증기를 포집해 식히면 물이 되는데 수증기를 식혀서 만든 물을 응축수(凝縮水)라고 한다. 응축수는 뜨거워진 설비나 기관을 냉각하는 데 사용할 수 있으므로 버리지 않고 보관해둔다.

원전에는 터빈을 비롯해 돌아가는 것이 많다. 돌아가는 것이 많으면 열이 발생하니 열을 식혀주는 기기냉각수를 탱크에 보관해둔다. SBO 상황을 맞으면 응축수 탱크와 기기냉각수 탱크에 보관해놓은 물을 꺼내 비상 복수용 냉각수로 사용한다. 이러한 물을 복수기 쪽으로 보내려면 펌프가 있어야 한다. 이 펌프를 ‘보조 급수펌프’라고 한다. 그런데 현실은 SBO 상황으로 이 펌프를 돌릴 수 없다.

따라서 다른 힘으로 보조 급수펌프를 가동한다. 다른 힘이란 터빈의 관성이다. 앞에서 설명했듯 터빈은 원전에서 발생한 강한 압력의 증기를 맞아 돌아간다. 후쿠시마 제1발전소 원전의 터빈들은 정상 가동할 경우 분당 약 1500회를 돌았다(1500rpm).

터빈은 육중한 쇳덩어리 회전체다. 크고 무거운 회전체는 지진으로 충격을 받을 수 있으므로, 큰 지진이 발생하면 멈춰 세워야 한다. 터빈을 따라 돌아가던 육중한 회전체인 발전기도 세워야 한다. 하지만 터빈은 워낙 빨리 돌고 있던 육중한 회전체이므로 관성력을 잃어 스스로 멈춰 설 때까지 기다려야 한다.

지진이 일어나 원자로가 자동정지하면, 터빈을 돌려주던 증기는 터빈을 향하는 관이 아닌 다른 관으로 흘러 더 이상 터빈을 돌려주지 않는다. 하지만 증기를 맞지 않아도 터빈은 그때까지 돌아가던 관성력이 있기에 여전히 빠르게 돌아간다. 이 관성력을 이용해 보조 급수펌프를 돌리는 것이다.



배터리를 이용한 보조 급수펌프 가동마저…

터빈의 관성력으로 보조 급수펌프를 돌려 응축수 탱크와 기기냉각수 탱크 등에 있는 물을 복수기로 보내 증기를 식혀주는 것이다. 그러나 이 탱크에 있는 물의 양에는 한계가 있다. 본래 복수기는 초당 270t의 바닷물을 퍼 올려 증기를 식혀 물로 바꿔주는데, 응축수 탱크 등에 있는 물이 아무리 많아도 해수펌프가 퍼 올려주는 바닷물의 양을 따라갈 수가 없다.

증기를 식히는 데 쓰인 바닷물은 3~5℃ 정도 온도가 올라간 상태로 바다로 방출된다. 그러나 SBO 상황에서는 물 양에 한계가 있으니 보조 급수펌프로 보내준 물이 펄펄 끓어 증발할 때까지 증기가 흐르는 관을 식혀주게 한다. 전기가 회복될 때까지 최대한 버텨보는 것이다.

관성으로 돌아가는 터빈의 힘에도 한계가 있다. 터빈이 관성력을 잃으면 마지막 방법으로 배터리를 사용해 보조 급수펌프 등을 돌려본다. 배터리에도 한계가 있다. 원전의 배터리로 보조 급수펌프를 돌릴수 있는 시간은 최대 8시간 정도라고 한다.

그러나 이 시간은 배터리가 충분히 충전돼 있을 때를 기준으로 한 것이다. 사용 연한이 오래된 배터리는 충전 양이 적어, 처음 사용하는 배터리처럼 오래가지 못한다. 배터리가 완전 방전되기 전에 도쿄전력은 후쿠시마 제1발전소의 전원을 회복해야 하는데 그 기회는 오지 않았다. 최후의 순간이 다가온 것이다.

최후의 순간이란 앞에서 누차 이야기한 노심 용융이다. 노심 용융 사고가 일어나면 믿을 것은 원자로를 둘러싸고 있는 격납용기뿐이다. 원자력발전소에 가보면 돔형 지붕을 이고 있는 원통형의 거대한 철근콘크리트 건물을 볼 수 있는데 이것이 바로 격납용기다. 격납용기는 본래 외부의 공격으로부터 원자로를 보호하기 위해 만들었다.

외부의 공격이란 유사시 적군이 쏜 포탄이나 미사일이 떨어지는 것 등을 말한다. 아직 상업용 원전이 다른 나라 군대의 공격을 받은 적은 한 번도 없다. 1981년 이스라엘 공군이 오페라 작전(Operation Opera)을 펼쳐 이라크가 짓고 있던 오시라크 원전을 폭격해 파괴했다. 그러나 오시라크 원전은 상업용 원전이 아니라 규모가 작은 연구용 원자로였다.

상업용 원전은 대용량이기에 연구용 원자로에 비해 월등히 강한 방호시설을 한다. 상업용 원자로를 보호하는 격납용기는, 어떤 재료를 써서 얼마만한 두께로 만들었느냐에 따라 강도가 달라진다. 과거 미국은 날아가던 F-4 팬텀 전투기가 추락해 격납용기에 떨어지는 상황을 상정해 시뮬레이션을 해봤는데, 격납용기는 흠집만 나고 F-4 전투기를 튕겨내는 것으로 결과가 나왔다.

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이정훈 전문기자 hoon@donga.com

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