전 세계 및 한국의 원자력발전소에서 일어난 대형사고 3～4가지를 조사하고,

 사고가 일어난 원인, 사고의 경과 및 결과에 대해서 기술하라.

방송대 경역학과1학년 원점자

목     차

                       1. TMI-2호의 사고 개념
                          1. 1. 사고경위

                          1. 2. 핵심적 사고원인

                          1. 3. 사고의 분석과 대처

                      2. 체르노빌 원자로 사고

                          2. 1. 사고경위

                          2. 2. 사고원인요약

                          2. 3. 사고결과와 각 국의 반응

                      3. 일본 핵연료가공회사의 사고

                      4. 한국의 원전사고

                      5. 한국 원전운전자들에게 바라는 것

                      참고문헌

1. TMI-2호(Three mile Is-land)의 사고 개념

    미국 펜실베니아의 주정부는 Harrisburg에 위치해 있고, 여기서 약 10마일 떨어진 사스케와나강 한 가운데 길이가 3마일에 이르는 섬이 있어 Three mile Is-land라고 부르게 되었다. 이 섬에 Bobcock & Wilcox(B&W)사에서 설계 공급한 2기의 PWR형 원자로가 설치 되어있고 사고가 난 것은 제2호였다. 이 회사제품의 원자로는 우리나라의 제품과는 다른 데가 많다. 기동성이 좋아 부하추동운전(load-following operation)에는 접합하지만 외부변화를 빠른시간안에 흡후해야 하는 제한조건 때문에 숙련된 운전이 필요하다. 특히 증기발생기의 2차 보유수량이 많지않아 공급수 유입이 막히면 단시간내에 dry out된다는 단점이 있다.

  TMI-2호기는 전기출력 95.9만Kw로서 사고발생 바로1년 전인 78년 3월 28일에 임계에 도달해 동년 12월 30일에 상업운전을 시작했지만 상업운전에 들어가기까지 많은 문제점이 발생하여 시운전 기간중의 약 절반은 원자로 가동을 중지한 채 보수하는 것으로 세월을 보냈다. 짐작컨대 이 회사는 상업운전에 들어가기 위하여 그간 일어났던 문제들을 완전히 해결하지 않은 채 운전을 강행했을 것으로 보고 있다.

   1. 1. 사고경위

        1979년 3월 28일 0400시 정격출력의 97%로 운전 중이던 TMI-2호는 2차 계통(증기발생기와 터빈)의 냉각급수 펌프가 정지되고 터빈의 작동이 중지되자 원자로의 압력이 상승하여 3초 후에 안전 밸브가 열리고 8초 후에 원자로가 정지했다. 그때 3대의 보조급수펌프가 자동적으로 작동하여 13초 후에는 안전밸브가 자동적으로 닫혀지는 압력에 이르렀다. 이때까지는 모든 것이 설계대로 움직여 준 것이다.

  그러나 안전밸브가 고장을 일으켜 자동으로 닫히지 않고 열린 채로 있었기 때문에 압력은 계속 떨어지고 1차 냉각재는 압력기를 통해 드레인 탱크로 계속하여 흘러 나갔다.

온도조절을 위하여 냉각펌프의 출구를 잠그는 잘못을 저질렀고 이로 인하여 증기발생기의 2차 측에 dry-out 현상이 발생하였고 8분 후에야 보조급수 기능을 회복하였으나 그때까지 드라이 아웃상태는 계속되었던 것이다.

  운전원은 2시간이 지난 후에야 안전밸브가 열려있음을 확인하고 그 밸브를 잠가 1차 냉각수의 유출은 멎었으나  그때까지 많은 냉각재가 흘러나가 노심 상단 부의 2/3정도가 수증기에 노출되어 상당량의 수소가 들어차게 되었다. 이수소로 인하여 1차 계통내의  열을 제거하지 못해 9시간 50분 후에는 격납 용기에 나온 수소가 타기 시작하여 용기압력이 급상승하였다. 6시간 후 냉각재 펌프1대가 가동하여 사고는 일단 수습되었지만 상황판단이 불확실하여 3월 30일에는 주변 5마일 이내에 사는 어린이와 임신부에게 철거하라는 권고령을 내리는 사태로 발전하였다.

   1. 2. 핵심적 사고원인

        핵심적 사고원인은 1차적으로 증기발생장치의 안전밸브(pressure relief valve)자체가 제조불량품의 사용이고, 2차적으로 운전자의 안전밸브 작동에 관한 기초상식을 습득하지 못한 결과이다. 사고경향을 보면 설계상의 안전장치(safety device)는 제대로 작동하였으나 기기나 부품의 기능이 제 구실을 하지 못한 것과 그 구실을 확인하지 못하는 기본적인 상식이 없이 피동적으로 계기에 만 의존하여 적극적 사고에 의한 확인책임의무를 이행하지 않았다는 것이다.

  대용량 고압장치의 안전밸브(pressure relief valve)는 소형 안전밸브와는 달리 스프링 tension에 의한 retaining으로 닫히지 않고 작동된 상황의 정밀한 원인의 복원이 이루어지고 원인분석이 이루어진 이후에 수동으로 복원하여 밸브를 닫도록 되어있는 것이 많다. 원자력 증기발생기는 대용량인데 압력이 낮아지면 저절로 닫힐 것으로 생각하고 밸브의 확인shutdown을 하지 않는 잘못이 제일 큰 원인이다. 이것이 원인으로 수반된 모든 것은 기본적 원리를 파악하지 못하는 단편적 형식근무에 따른 잘못으로 생각한다. 

   1. 3. 사고의 분석과 대처

        이사고가 발생한 이후 어느 발전소를 막론하고 다시는 이러한 사고가 일어나지 않도록 원인을 조사분석하고 공통의 관심사로 경험을 상호교류하자는 국제적 운동이 자생하게 된 것이 첫째 번의 교훈이었다.

  두 번째는 TMI사고의 영향은 크지 않았으나 노심 손상은 설계한계를 초과하여 안전상의 기능 도를  더욱 높여야 한다는 점도 지적되었다.

  마지막으로 원자로의 안전은 분야별 부품별 안전사항을 묶어서 집대성한 것이어서는 안되고 부지선정에서부터 운전에 이르기까지 전 수명기간을 통하여 인간의 행동과 연계하여 종합적 상호존속관계를 확립하여야 한다는 사실이다.

2. 체르노빌 원자로 사고

     소련은 우크라이나 체르노빌근처에 1978년부터 84년까지 100만 Kw급 원자로 4기를 건설하였고 현재 이 자리에 똑같은 형의 원자로 2기를 더 짓고 있다.  그중 84년도에 준공된 제4호기가 86. 4. 26. (토) 새벽1시23분에 사고를 일으켰는데 여기서 서북방1200km에 위치한 스웨덴 원자력 발전소에서 이틀후인 4월 2일 아침 분명히 원자로 사고 시에 누출한 것으로 추측되는 핵종의 방사선을 검출하였다.

  당시 이사고로 31명이 사망했으며, 4백40명이 중경상을 입었다. 지금까지 체르노빌 지역은 방사성물질로 오염돼 사람의 출입이 통제되고 있다.

   2. 1. 사고경위

         체르노빌 제4호 원자로는 열출력320만Kw, 전기출력 100만Kw이다. 예정된 정기실험과 보수작업을 하기 위해서 운전원들은 예정된 원자로 실험과 터빈의 rundown실험을 위해 출력을 20만Kw로 낮추려다 운전 잘못으로 7만Kw로 내려가고 말았다. 다시 20만Kw로 빨리 올리려고 수동으로 중성자를 증가시키려고 감속제어봉을 7～8개만 남기고 모두 뽑아 내고 비상자동제어장치 꺼버렸다. 실험도중 출력이 급격하게 증가하여 원자로의 폭주(run away)가 일어나도 제어장치의 불 작동은 화학적인 연소폭발에 이르게  하였다.

   2. 2. 사고원인의 요약

        소련측의 발표내용을 토대로 하여 원자로 운전원들의 잘못을 지적하면 다음과 같은 점을 지적할 수가 있다. 이러한 점들은 대개의 근로자들의 나태와 상관되나 우리나라의 행정부와 국영기업체에서 특별히 반성하고 자각해야 할 사항들임이 분명하다.

        ① 실험하기 위해 원자로의 열출력을 20만kw에 맞추려다가 7만 kw로 떨어트린 것 자체가 사고유발인데, 다시 하는 마음으로 천천히 20만Kw로 올리는 원칙을 지키지 않고 수동조작으로 급속하게 출력을 올렸다는 것은 제2차 사고의 유발이다.  

        ② 운전절차를 무시한 운전 강행(20만Kw～70만Kw 범위)

        ③ 비상수단이 아닌 이상 자동제어장치의 해제는 사고를 조장한 것과 같다.

        ④ 안전규정을 위반하면서 제어 봉을 뽑아 반응도 여유를 없앤 점

        ⑤ 공학적 안전설비인 노심 냉각계통을 단절한 점

        ⑥ 터빈으로부터 shutdown신호를 멋대로 끊은 것

        ⑦ 실험요원과 운전요원간의 이해상반의 협조부족(중요한 사안; 한국적 병폐)

        ⑧ 보수 팀은 운전 팀에게 실험을 독촉하고 운전 팀은 이에 동조하여 실험을 무리하게 강행했다는 점

        ⑨ 발전소의 특성과 운전조건을 고려치 않고 작성한 설계자의 운전절차와 실험절차서 그리고 내용의 미비. 등

   2. 3. 사고의 결과와 각 국의 반응

         직접적인 경제손실액은 280억불로 보고되었고 방사능오염 면적은 서울의 2배 면적인 1,000Km²정도이며 사망자 수는 31명, 피폭자는 1,000rem, 방사선 피폭으로 암에 걸려 오랜 시일 후 사망할 것으로 생각되는 사람은 약 5,000명으로 추정된다.

  소련은 원자력의 평화적 이용을 위하여 이 사고를 계기로 과학적 기술적 혁신을 기하고 국제협력을 증진하여 핵무기와 관련 인류의 장래문제를 다루기 위해 미국과의 정보교환을 제안키로 했다.   

  미국은 격납 용기가 없는 원자로는 새로운 안전해석을 할 때까지 운전을 중지해야 한다. 미국과 소련의 원자력산업을 비교하는 것은 사과와 오렌지를 비교하는 것이다.

  프랑스, 벨기에, 이탈리아, 일본, 영국, 폴란드, 스위스 등의 국가는 원자력 발전정책을 진행할 것이라고 선언하였다.

3. 일본의 핵연료가공회사 사고

    1999년 9월 30일 일본 이바라키현 도카이무라(東海村아)의 핵연료 가공회사인 제. 시. 오 社 사업소에서 아시아의 원자력 역사상 최악의 방사능 누출사고가 발생하여 중도(重度)피폭을 당한 작업원 3명을 포함하여 1일 오후현재 49ad이 피폭되는 사고가 발생했다.

   사고현장 주변 방사능 측정치는 그 날밤 10시 현재 시간당 3.5～4밀리시베르트(Sv)로 통상측정치의 1만6천여 배에 이르렀다. 이바라키현 당국은 반경 500m내에 거주하는 주민 수백 명을 긴급대피 시키는 한편 반경 10Km이내의 주민 31만여 명에게 외부출입을 삼가도록 당부했다.

   작업자 세 사람에게서 검출된 방사능 피폭치는 정상인의 200여 배에 달했고 얼굴 등 노출된 부위는 화상을 입은 듯 피부가 벗겨졌다. 사고지역 이외의 지역에서도 일하던 이 회사 직원 11명과 인근의 골프장 건설현장에서 작업 중이던 인부 7명도 피폭된 것으로 조사됐다.

   이바라키현에 따르면 사고당시 우라늄을 질산으로 녹이는 작업을 하던 중 직원 1명이 “푸른빛을 봤다”고 말했다. 이날 사고는 원자력발전소용 핵연료 제조기술개발연구화사인 제이. 시. 오. 도카이 사업소 전환 시험동에서 재처리된 산화우라늄 기체를 초산으로 용해해 액체연료로 하고 있으나 조사결과 이날 사고 전 1회 용해 시 우라늄 투입량을 2m4Kg으로 제한하고 있으나 서고 전 1회 16kg이 투입됐음이 밝혀졌다고 발표했다. 이날 취급된 우라늄은 고속증식로“조요(常陽)”의 연료로 통상 원자력 발전소가 농축도 4% 이하를 사용하고 있는데 비해 약 19%의 고농축 연료를 취급한 것으로 확인됐다.

   사고의 경위는 우라늄을 질산으로 녹인 뒤 침전, 열처리 과정을 거쳐 정제하고 이를 다시 초산에 녹여 초산우라늄용액으로 만들어 공급해 왔다. 용해조와 침전조 사이의 소형 저장조로 들어가는 우라늄용액을 우라늄 양으로 환산하여 2.4kg이상이 되지 않도록 조절하는데 피폭 작업원 들은 스테인레스 용기에 초산우라늄 용액을 담아 용해조의 저장조를 거치지 않고 바로 침전조에 들어부었다. 이에 따른 우라늄의 지나친 밀집이 임계 점을 넘어 폭발을 일으킨 것으로 추정된다. 원자력기구는 원자력 사고의 국제평가 척도인 레벨4에 해당하는 것이라고 공식 발표하였다.  

4. 한국의 원전사고

    1084년 11월 25일 경북 월성군에 있는 원자력발전소에서 압력보호밸브( pressure relief valve)를 정기 점검하던 검사원이 기기를 잘못 다루는 바람에 냉각재로 사용하던 중수가 누출되는 사고가 발생했었다. 그러나 곧바로 터빈이 중지되고 제어 봉이 핵연료 다발 속으로 꽂히면서 핵분열도 정지되었다. 걱정했던 중수의 온도도 3백10도에서 50도로 다시 낮추어졌으며, 누출된 중수는 격납용기에 모였기 때문에 외부에 전혀 피해를 주지 않았다. 우리나라에서 발생한 최초의 원전 사고였다.

   과학기술부고시제96-25호에 따라 1999년도 국내가동 중 원전에서 발생한 총17의 원자로 정지사건, 원자로 정지 중 원자로 보호계통작동사건, 월성3호기의 중수 누설 사건 등 총10건이 사업자로부터 보고되었다. 1999년도에 보고된 17건의 원자로 정지 중 영광2호기에서 1999년 3월 26일 발생한 원자로정지는 대안에 대한 평가 없이 운전제한 조건의 조치사항이나 정차의 위반으로 안전문화의 결여를 적용하여 등급을 상향조정하여 1등급으로 평가되었으며 나머지 16건, 원자로 정지 중 원자로 보호계통작동사건, 1999년 10월 월성3호기에서 발생한 중수누설 사건은 0등급으로 최종 판정되었다.

 그러나 우리나라의 원전사고의 요인은 실제로는 중요한 사고를 일으킬 수 있는 원인들이다.

 ① 울진3호기의 제어봉 제어카드 고장에 의한 정지,

 ② 영광2호기의 주발전기 보호 계전기 동작에 의한 원자로정지, 또 복수기 덤프밸브 고장에 의한 정지, 주 급수펌프정지에 의한 정지, 금속충격감시계통 경보에 의한 정지, 주 증기관 계전기접점불량으로 안전주입 및 원자로정지,

 ③ 고리3호기 주발전기 냉각용 수소기체가 고정자 냉각수 계통으로 유입되어 원자로 수동정지, 제어봉카드 고장에 의한 정지,

 ④ 월성1호기 원자로 냉각재 회수계통 내부누설로 인한 원자로 수동정지,

 ⑤ 영광3호기 주 급수승압펌프 보호계전기 오작동으로 인한 원자로 정지,

 ⑥ 고리2호기 원자로 냉각재 펌프 밀봉 누설수 유량감소에 의한 수동정지, 보조금수펌프 불능에 따른 원자로 정지,

 ⑦ 울진1호기 주급수펌프 정지에 의한 정지,

 ⑧ 월성2호 증기발생기저수위 시험계통밸브누설에 의한 정지,

 ⑨ 영광4호 제어봉 전원상실로 인한 원자로 정지,

 ⑩ 영광1호 전자회로기판의 오작동으로 인한 원자로 정지,  

 ⑪ 월성3호 정기시험 중 원자로 제1정지 계통작동

 ⑫ 고리1호 발전기 비율차등계전기 작동에 의한 자동정지

 ⑬ 월성3호 중수누설사건으로 정지

5. 한국의 원전운전자들에게 바라는 것

   한국의 원전사고는 표면상으로는 대수롭지 않은 것으로 생각하는 안전불감증의 천국과 같은 원자로의 운전중단 사태를 일으키고 있음이 분명하다. 그것도 예사롭지 않게 수동으로 말이다. 작은 부품의 정기적 교환과 정비, 정기검사의 중요한 의무를 전혀 알지 못하는 상습적 나태와 공동의무의 결여 속에서 기득권 적 우월감의 환경에서 적당하게 지나가는 듯한 근무태세가 연속적으로 지구적으로 사고를 일으키고 있는 원인이 되고 있다는 사실을 모르는 한국의 현실이다. 전문성은 모든 인류의 행불행에 귀속한다는 봉사의 정신이 있어야 한다.

參考文獻

이필렬· 이중원  공저  인간과 과학  한국방송대학교출판부 2002.

이필렬  저  자연과학개론 한국방송대학교출판부 1994.

이필렬  역  원자력 제국  따님  1994.

인터넷 참조