후쿠시마 원자폭탄 - #후쿠시마원전사고와폐로과정 문제#박창호반핵 의사회운영위원

후쿠시마 원자폭탄

 

 

후쿠시마 원전 사고와 폐로 과정의 문제 기사승인 22:28:10 끝이 보이지 않는 사고 수습 朴賛浩 (반 핵 의사 회, 운영 위원회) 기사의 구성 내용 1. 끓는 물형 원자로(MarkI형)의 특징과 구조 2. 후쿠시마 원전의 설계 결함과 사고 3. 후쿠시마 원전 사고의 주요 내용 사고 원인과 각 호기별 현상 방사능 방출량 4. 후쿠시마 원전의 폐로 기간과 비용 폐로의 개념 ) 폐로 비용 ) 폐로 기간 5. 폐로 공정의 부문별 작업 내용 ) 핵수조의 핵연료 회수(반출) ) 핵연료괴의 반출문제 ) 오염수 대책 6. 마무리 1. 끓는 물형 원자로(MarkI형)의 특징과 구조 후쿠시마 원전의 폐로 과정을 본격적으로 논의하기 위해서는 원자로의 특징과 구조에 대한 지식은 필수이다. 후쿠시마 원전은 일반적으로 끓는 물형에 속하지만, 특히 초창기 원자로에 상당하며 미국의 제너럴 일렉트릭(GE)사에서 설계하여 제작했다. 처음으로 제작 당시 이것을 MarkI형이라고 불렀다.

 

위의 그림은 원자로 건물의 단면도입니다. 왼쪽은 그 안에서 원자로 압력용기(RPV; Reactor pressure vessel)를 확대한 것이다. 실제의 MarkI형의 제작 당시의 사진은 이하와 같다.

 

원자로의 형태는 중심으로부터 핵연료 집합체, 압력 용기, 격납 용기, 원자로 건물의 형태로 순차적으로 퍼진다. 모두 알고 있는 사실이지만, 원전은 핵연료(저농축우라늄)를 분열시켜 발생하는 열을 이용해 증기를 만들고, 증기의 힘으로 발전기를 돌려 전기를 생산한다. 한마디로 「물을 끓이는 장치」라고 할 수 있다. 끓는 물형은 가압수형과 달리 물을 직접 끓인다. 가압수형은 증기발생기라는 장치를 이용하기 때문에 증기가 발생하는 물과 원자로에 냉각재나 감속재로 사용하는 물의 순환이 다르다. 이러한 면에서 보면, 끓는 물형이 좀 더 핵발전소의 원리를 쉽게 이해할 수 있다. 원전에서 이용하는 핵연료는 천연우라늄을 그대로 이용하거나(중수로 캐나다의 candu형) 우라늄235를 45% 저농축시킨 것(통상 원전)을 사용한다. 핵연료는 약 1cm 크기의 "펠릿"(펠릿) 형태로 만들어지며, 지르코늄 합금으로 제작된 피복관의 얇은 막대 모양의 통속에 (핵연료봉) 넣어 둔다. 이를 다발로 제작한 것이 핵연료 집합체로 노심(노심; reactor core)이라 불린다. 핵분열에 필요한 열중성자를 흡수하는 재료(붕산)를 스테인리스강의 막대에 묻어 넣었다. 핵분열은 일단 시작되면 멈출 수 없지만 제어봉을 통해 속도를 느리게 한다. 제어봉을 통해 핵분열 연쇄반응의 속도를 현저하게 저하시키더라도 핵분열에서 발생한 방사성 물질은 원자로 내에서 발열을 지속한다. 이것을 「붕괴열」이라고 한다. 붕괴열은 핵분열 과정에서 발생하는 열의 5%에 불과함에도 불구하고 결과를 산출할 수 있다. 물이 순환하지 않으면 원자로 내부는 온도가 서서히 상승하여 2,800도에 도달하면 핵연료가 녹습니다. 한편, 핵연료 집합체를 둘러싸고 있는 형상의 원자로 압력 용기는 두께 약 16cm의 강을 소재로 했기 때문에 1,535도에 녹는다. 이 점에서 냉각 기능은 단 한 순간도 멈추어서는 안된다. 핵연료가 녹는 경우에는, 이것을 둘러싸고 있는 지르코늄 합금이나 구조체 등을 포함하여 모두가 녹아 버리기 때문에, 더 이상 매달려 있지 않고, 압력 용기의 바닥에 떨어진다. 이와 같이 핵연료와 다른 물질이 혼합된 상태에서 녹아내리는 상태를 멜트다운(meltdown)이라고 하며, 일본에서는 노심용융이라 부른다. 이 후에도 냉각할 수 없는 경우, 핵연료는 원자로압력용기의 바닥을 녹이면서 원자로격납용기에 떨어진다. 이것을 영어로는 「멜트스루」(meltthrough)라고 한다. 일본에서는 이 말을 ‘용융 관통’으로 번역하는데 한국에서는 그냥 영어를 소리 내어 낼 수 있도록 부르는 게 관행인 것 같다. 한마디로 핵연료가 원자로 격납용기에 녹은 상태다. 2011년 당시 도쿄전력은 노심용융이라는 말을 사용하지 않고 노심손상이라고 주장해 핵연료가 마치 원상태를 유지하는 것처럼 왜곡했다. 결국 사고 후 2개월이 지난 에만 멜트다운을 인정했다.

 

원자로 격납용기(PCV; Primary Containment Vessel)는 안쪽에 강판을 부착한 철근콘크리트로 만든 구조물이다. 주로 붕괴열을 냉각하는 곳이면서 원자로 내부의 일정한 온도와 압력을 유지하고 노심을 보호하는 마지막 시설이라고 할 수 있다. 후쿠시마의 경우에는 격납 용기와 원자로 건물 사이에 약간의 틈이 있어, 격납 용기의 신축 작용을 보장한다. 한국형 표준원전의 경우 격납용기의 높이, 직경, 벽체 두께가 각각 m, 46m, m이며, 내부 강판은 6mm 두께로 알려져 있다. 한편, 후쿠시마의 경우, 강판의 두께만 1534mm이고(평균 3cm), 콘크리트 벽체의 두께는 2m였다. 이렇게 차이가 있는 이유는 격납고의 세계적인 크기를 위해 이다.

 

압력억제실은 감압실(S/C; Suppression Chamber) 혹은 감압수조(S/P; Suppression Pool)라고도 불리며, GE의 설명에 따르면 격납용기가 작기 때문에 만들어진 시설이다. 즉, 후쿠시마 사고와 같이 원자로에 전원 손실이 발생했을 때 전원 없이 일정 시간 핵연료를 냉각시킬 수 있는 장치이다. 그러나 초기 제작 과정에서 실물 크기의 12분의 1에 해당하는 모형을 만들어 실험을 했더니 격납용기의 뜨거운 증기가 압력억제실에 도달했을 때 압력억제실의 냉각효과가 미세했고 결국 압력억제실 자체가 뜨거워져 냉각효과를 발휘할 수 없었다. 건더슨에 따르면 “미원자력위원회(AEC)는 초기 MarkI형 압력억제실이 너무 위험해서 사용을 금지하는 수준까지 검토했다. 이러한 문제는 후쿠시마 사고로 그대로 발생했다. 초기 단계에서 발견한 또 다른 문제가 원자로와 터빈 건물의 위치 관계였다. 건더슨은 “터빈의 회전축이 원자로와 평행하게 놓여 있었다”고 설명하면서 “강력하게 회전하는 터빈에서 사고가 발생했을 경우 터빈의 파편이 원자로의 제어실이나 격납용기를 파괴할 우려가 있었다”고 지적했다. 그러나 당시 미국의 핵산 업계는 이러한 결함을 무시했다. 건더슨에 따르면 미국 원자력규제위원회(NRC; Nuclear Regulatory Commission)는 backfit rule을 적용한다. 이는 허가 당시 기준을 충족한다면 그것으로 충분하다는 규칙이다. 왜냐하면 최신 안전기준을 반영한 설계변경을 시행할 경우 변경에 따른 편익이 비용을 상회해야 하기 때문이다. 어디까지나 손익계산의 원칙에 근거하여 판단하는데, 이것조차도 결정의 재량을 업계측에 부여한다. 리스크가 있어도 채산성이 맞지 않으면 개선하지 않아도 된다는 이러한 원칙이야말로 핵산 업계가 고수해 온 소위 생명보다 비용 우선의 철학인 셈이다. 3. 후쿠시마 원전 사고의 주요 내용

 

사고 원인과 각 호기별 현상 IAEA 보고서에 따르면 후쿠시마 원전 사고의 배경이 된 동일본 대지진과 쓰나미는 (2015년 기준) 1만 5천명 이상이 사망하고 6천명 이상이 부상을 입었으며 2,500명 이상이 실종됐다. 일본 정부는 행방불명자의 유해성을 찾는 노력을 빨리 포기했지만, 행방불명자의 가족은 여전히 ​​방사선 피폭의 위험을 감수하고 격렬하게 찾고 있는 가운데다. 후쿠시마 원전 사고는 아직 진행 중이다.

 

후쿠시마 사고 이전까지 핵발전소 사고로 유명한 슬리마일섬 사고나 체르노빌 사고와 비교하면 후쿠시마는 먼저 4개의 원자로에서 사고가 발생했다. 이는 사고로 명명할 수 있는 것보다 차원이 다른 참사다. 지진과 쓰나미에 맥 없이 망가지면서 지금 세계 누구도 핵발전소가 안전하다고 주장할 수 없게 됐다. 후쿠시마 원전은 총 6기가 있었지만, 이 중 1호기4호기에서 사고가 발생했다. 5호기와 6호기가 무사했던 것은 설계 변경이 하나의 원인이었다. 해면보다 높은 곳에 위치하고(표고 13미터), 6호기의 디젤 발전기 1기를 보다 높은 위치에 설치했다. 따라서 쓰나미로부터 침수를 피할 수 있었다. 이를 5,6호기가 돌아와 겸용으로 이용하여 원자로 냉각 기능을 유지했다. 한편, 14호기는 디젤 발전기가 지하에 있었고, 발전소의 고도가 10미터였다. 1, 3, 4호기에서는 수소 폭발이 발생했다. 2호기는 수소 폭발은 없었지만, 격납 용기의 파괴로 가장 많은 방사성 물질을 대기 중에 방출했다. 사고가 발생한 4기의 원자로는 현재도 여전히 방대한 방사성 물질을 대기 중에 방출하고 있지만, 일본 정부는 초기 방출량만을 체르노빌과 비교해 공표했다. 마치 방사능이 초기에만 발생하고 더 이상 발생하지 않는다는 느낌을 준다. 사람들도 보통 관심이 없는 것 같다. (나중에 다시 논의) 방사성 물질은 대기 중에만 방출된다. 사고 당시 운전 중이던 13호기에서는 핵연료가 녹아(멜트스루) 압력용기 바닥을 관통하는 중대사고가 발생했다. 이로 인해 격납 용기의 일부가 파손되었기 때문에 압력 용기 내부에 물을 주입하면 격납 용기에서 누출되어 원자로 건물에서 유출됩니다. 격납용기의 총 손상점은 300개 정도로 추정하는 실정이다. 이와 함께 건물 지하 구조물이 손상된 상태이므로 지하수가 끊임없이 유입되고 있어 오염수가 하루 150㎥ 정도 발생 중이다. 그럼, 후쿠시마 원전의 사고 원인에 대해서는 분명히 해명된 것인가? 아직 해명되지 않은 문제가 많다는 게 대체적인 평가다. 예를 들어 도쿄전력은 원자로의 냉각기능의 상실을 초래한 원인으로 ‘쓰나미에 의한 모든 교류전원의 상실’을 제시했다. 이는 일본 국회사고조사보고서도 마찬가지다. 그러나 전 후쿠시마 원전의 원자로 관리 책임자였던 기무라 토시오 기무라 슌오와 반핵 변호사 이토 요시노리 이토 요시히로는 ​​1호기의 경우 쓰나미가 도달하기 전에 이미 냉각 기능이 정지됐다고 주장한다. 2018년 일본 원자력학회 ‘폐로 검토위원회’에서는 이런 문제 제기에 답하면서 “(지진은) 안전기능에 지장을 초래할 만큼 심각한 영향은 없었다고 추정되었지만, 장비 결함이나 작은 누설이 있었는지는 현시점에서 확인할 수 없다”고는 매우 모호한 회답. 사고 원인의 다른 가능성을 제기한 문제였지만, 어디까지나 추정상 부정한다는 것이고, 그들이 제시한 구체적인 사실 근거에 대해서는 해명하지 않았다. 일본의 반핵시민단체인 원자력시민위원회는 이러한 문제를 인식하고 아직 도쿄전력이나 일본 정부가 사고에 대해 명확히 밝히지 못했다고 하며, 사고 원인을 규명할 수 없는 것은 앞으로의 원전 대책에도 문제가 반복될 수밖에 없다고 주장한다. 일본원자력시민위원회는 “사고에 대해 재발 방지나 재가동 여부, 고레벨 사고폐기물을 포함한 방사성물질의 격리와 보관방법, 혹은 후쿠시마 제일원전의 향후 처리 문제를 검토하기 위해서는 반드시 알아야 할 내용”에 대해 다음 4가지 문제를 제기하고 있다.

 

일본 정부 환경성 홈페이지에는 다음과 같은 비교표를 게재하고 있다.

 

한편 일본원자력학회 후쿠시마 제1원전 폐로 검토위원회는 폐로를 진행하는 후쿠시마 제1원전의 장래 최종 모습인 엔드스테이트(end state)에 도달하는 과정에 대해 보고서를 통해 4가지 시나리오를 발표했다. 국제표준에서 본 폐기물 관리라는 제목의 보고서에서 후쿠시마 원전의 폐로 과정을 해체(철거) 카테고리와 시간 카테고리라는 두 가지로 나누어 각 카테고리마다 다시 전부와 부분이라는 두 가지 방식을 적용해 총 4가지 시나리오에서 제안했다. 즉, 철거의 카테고리에 관해서는, 기재나 건물, 지하구조물, 오염토양, 오염수 등을 모두 제거하는 전부 철거와 일부를 감시하고 관리 가능한 상황에 둔 부분 철거, 또 시간의 개념으로 즉시해체하는 경우와 일정 기간 안전보존한 후 지연 실행하는 방식이다. 이것을 표로 나타내면 다음과 같다.

 

그런데 현재 상황을 보면 핵연료괴 제거작업이나 오염수 제거작업이 전혀 진척을 이룰 수 없기 때문에 위 표에서 모두와 즉시는 사실상 불가능한 상태다. 그렇다면 부분과 지연만이 가능하다는 것이므로 위의 표에서 방법⓸ 이외에는 적용할 수 없다. 아마 일본 원자력 학회는 일본의 집권당이나 후쿠시마현 당국에 방법을 직접 선택하게 하고 책임을 빼고자 하는 의도로 보인다. 만약 방법⓸를 채용하면 적어도 100년, 통상 300년 이상이 예상된다.

 

후쿠시마 이전에 사고로 정지한 전세계 폐에 사례를 들여다보면 비슷한 내용을 확인할 수 있다. 표와 그림에서 알 수 있듯이 지금까지 전 세계에서 발생한 레벨 4 이상의 사고 발생 후 폐에서 종결까지는 상당히 많은 어려움이 많아 대부분의 국가에서 폐로 공정은 아직 진행 중이다.

 

5. 폐로 공정의 부문별 작업 내용 원전사고는 거의 모든 종합적인 사회적 문제가 발생하기 때문에 매우 다양한 영역에서 많은 문제와 대처해야 한다. 피해자 지원이나 제염작업, 행방불명자 수색 등 다양하지만 뭐니뭐니해도 역시 가장 중요한 것은 핵연료 처리를 둘러싼 문제다. 도쿄전력에서 제시하는 폐로 작업은 총 7개의 영역이다. 1) 오염수 대책, 2) 핵수조로부터의 핵연료의 반출, 3) 핵연료의 덩어리의 반출, 4) 핵폐기물 대책, 5) 폐로 작업 • 노동환경, 6) 연구개발, 7) 안전성 향상 대책. 7가지 문제 중 하나가 전세계의 초미의 관심사이며 중요하다. 그러나 여기에서는 1), 2), 3)의 3가지 문제에 집중하기로 한다. 특히 지역주민의 방사선피폭, 노동자의 방사선피폭 문제는 필자 스스로 초미의 관심사이지만, 지면의 한계와 이러한 문제를 함께 다룰 수 있는 능력의 문제로 다음 기회로 논의를 연기한다. 또, 순수하게 필자의 실무적 편의에 의해, 우선 1)핵연료 회수 문제를 보고,2)핵연료괴의 반출,3)오염수 대책의 순서로 살펴본다. ) 핵수조의 핵연료 회수(반출) 사고 당시 후쿠시마 원전에 남아 있던 핵연료봉 집합체를 표에 나타내면 다음과 같다. 사고 당시 후쿠시마 원전 14호기의 핵수조에는 모두 3,106개의 핵연료(구체적으로는 핵연료봉 집합체로서 아래 표의 B)가 남아 있었다.

 

전술한 바와 같이, 이중 3호기와 4호기의 핵수조에 있던 핵연료는 모두 회수하여 원전 부지 내에 있는 공용 수조로 이송했다. 1호기와 2호기 핵수조에 있는 897개의 핵연료는 상부 공간의 고선량에 따라 언제 회수할 수 있을지 미정이다. 현재는 1호기의 착수 예정이 2027년 혹은 2028년이며, 2호기는 년으로 전망하고 있을 뿐이다. 이와 함께 후쿠시마 원전의 핵수조는 원자로 건물 상부에 있기 때문에 지진 등이 다시 발생하면 2011년 사고는 비교. 일본 원자력학회에서는 폐로 검토위원회에 ‘건물의 구조성능 검토분과팀’과 ‘강도 기준 검토 분과팀’에서 이 문제를 집중적으로 다루고 있다. 그린피스 일본 후쿠시마 폐로 보고서를 작성한 사토 아키라에 따르면 시점에서 후쿠시마 원전 부지 내에 보관 중 또는 존재하는 핵연료는 총 13,137개다. 이들 대부분은 각 호기별 핵 수조와 공용 수조 및 건식 캐스크에 보관 중이다. 일본 정부와 도쿄전력은 핵연료를 위한 일시보관시설을 위해 21,000㎡의 부지를 확보했다. 앞으로 이 정도 면적에 약 200개의 드라이캐스크가 들어가면 다양한 보안 문제나 피폭 문제가 발생할 것이다. 건식 캐스크 보관은 핵수조 보관과 많은 차이가 있다. 건식 캐스크의 경우, 사용 후 핵연료를 수납하는 「캐니스터」는, 작은 관통 구멍이 있는 상부 뚜껑을 용접한 후, 이 구멍을 통해 내부의 수분을 제거하고, 건조시킨 후, 헬륨을 가압 충전한다. 그 후, 관통 구멍을 막고 용접하여 밀봉 상태를 완성한다. 이 때, 연료 피복관에 결함이 있으면, 진공 중에 피복관 내부의 방사성 물질인 크립톤(Kr85)이 외부로 나온다. 따라서 핵연료 집합체에 대한 정밀확인과 검사작업이 필요하다. 이것만이 아니다. 사용 후 핵연료를 핵수조 보관에서 건식 캐스크 보관으로 이행하는 경우에는 캐스크 설계 수명을 100년 이상 연장하기 위해 붕괴열을 1kW/t 이하로 충분히 낮추어야 하며, 수조에서 50년 이상의 냉각이 필수적이다. 이처럼 50년 이상의 수조 냉각이 필요한 이유는 캐스크 수명을 연장할 뿐만 아니라 캐스크 외부로 방출되는 감마선이나 중성자선의 선량률을 낮추기 때문이다. 다만, 건식 캐스크 보관은 핵수조 보관보다 비용이 6분의 1에 불과한 것이 일반적인 평가이다.

 

사용 후 핵연료의 두 번째 문제는 일본도 한국과 마찬가지로 이들 핵연료를 장기간 보관하는 공간, 즉 최종처분장(혹은 영구보관시설)이 없다는 점이다. 일반적으로 원전에서 이용하는 핵연료는 사용을 마친 후 원전 부지 내의 일시 보관 시설 > 중간 저장 시설 > 영구 보관 시설의 과정을 거친다. 후쿠시마 원전 부지에서 보관하는 것은 일시 보관 시설의 의미에 불과하다. 과연 후쿠시마 원전이 일시 보관 시설의 기능으로밖에 끝나지 않을지는 아무도 모른다. 현재의 후쿠시마 원전은 사실상 핵연료와 핵폐기물 저장고처럼 보인다. 일본에서는 롯카쇼 핵재처리공장이 안전심사에 합격해 2022년 본격 가동할 예정이다. 일본 정부는 늘어나는 사용 후 핵연료 해결책으로 재처리 의무를 부과하고 있다. 그러나 재처리를 해도 최종처분장의 필요성은 사라지지 않는다. 이와 함께 일본 정부는 핵연료 재처리를 통해 얻은 플루토늄을 가공해 핵발전을 위한 신연료를 얻는다고 주장한다. 신연료는 원래 신형 원자로인 고속증식로 몬주에서 사용한다는 것이 명분이었다. 하지만 사고가 계속 발생했기 때문에 결국 2016년 폐지해 버렸다. 현재로서는 재처리를 통해 생산한 신연료를 사용하는 시설이 존재하지 않는다. 부득이하게 기존의 원전 4기로 사용했지만, 매우 소량에 지나지 않았다. 일본 정부가 주장하는 핵연료 재활용은 파탄한 셈이다. 그러나 일본 정부로서는 재처리 공장을 계속 가동할 수밖에 없다. 이것에는 두 가지 이유가 있습니다. 하나는 원전을 건설할 때 핵연료를 보관하지 않고 재처리하겠다고 약속했기 때문이며, 만약 재처리공장을 가동하지 않으면 사용후 핵연료를 해당 원전으로 되돌려 보내야 하기 때문이다. 이는 지역사회의 반발을 초래할 뿐이다. 둘째, 재처리에 의해 얻을 수 있는 것은 바로 플루토늄만 쌓을 뿐이다. 누가 봐도 일본의 핵연료 재처리는 플루토늄 확보를 위한 것이다. 이미 일본은 2019년 말 기준으로 톤의 플루토늄을 소유하고 있으며 이러한 양은 비핵무기 국가 중 가장 많다. 전 세계의 플루토늄 재고량은 500톤을 넘는 정도이지만 동북아의 안정을 위해서는 일본의 플루토늄 재고를 없애는 것이 바람직하다. 호시탄탐 전쟁 국가를 꿈꾸며 핵무기를 제조하려는 일본 정부, 특히 우익 시도를 마무리해야 한다.

 

) 핵연료괴의 반출문제 독자 여러분의 이해를 돕기 위해 핵연료봉의 형태에 대한 그림을 게재한다. 가압수형과 끓는수형의 핵연로봉은 약간의 차이가 있다. 차이에 대해서는, 인터넷을 검색하면 대체로 알 수 있는 내용이므로, 여기서는 생략한다. 핵연료 막대는 펠렛을 포장한 체중을 줄이는 둥근 막대의 모양이다.

 

펠릿 1개의 중량은 10g, 핵연료봉 1개에는 펠릿 320개가 들어간다. 즉 핵연료봉 하나에 320×10g(그램)=3,200g(kg)의 핵연료가 있는 셈이다. 그리고 이러한 핵연료봉 264개가 모여 핵연료 집합체 1개가 된다. 즉, 핵연료 집합체 1개에는 약 845kg의 핵연료가 들어간다.

 

핵연료 덩어리를 꺼내는 것이 얼마나 어려운 가는 스리마일 원전의 사례라도 알 수 있다. 스리마일 원전은 핵연료 덩어리가 그래도 압력 용기 바닥에 머물렀지만 후쿠시마는 압력 용기를 뚫고 격납 용기 바닥까지 떨어진 상태다. 불행히도 후쿠시마의 경우 핵연료괴의 중량을 총 톤으로 추정한다. 2호기만 237톤이다. 일본 정부와 도쿄전력은 핵연료 덩어리를 원자로에서 반출하기 위한 방법으로 다음 3가지를 제시했다. 1) 격납 용기의 내부를 물로 채우고 상부에서 핵연료 덩어리를 제거하는 방법. 이것을 "물 충전 위에서 꺼내는 방법"이라고합니다. 2) 격납 용기의 상부에 두꺼운 차폐판을 설치하고, 노출하고 있는 핵연료의 덩어리에 물을 뿌리면서 꺼내는 방법. 이를 노출위에서 꺼내는 방법이라고 한다. 3) 격납용기 옆에 구멍을 뚫어 노출된 핵연료의 덩어리를 꺼내는 방법. 이를 노출옆에서 꺼내는 방법이라고 한다. 위의 세 가지 방법 중 1)은 현실적으로 어렵습니다. 사실, 노동자의 피폭 저감의 관점에서는, 격납 용기와 압력 용기에 물을 채운 상태에서 작업하는 「물 충전 공법」이 가장 바람직하다. 그러나, 격납 용기의 손상 부분이 어디일지도 모르고, 막을 수도 없기 때문에, 물 충전 공법은 채택할 수 없다. 우선 노출한 상태로 반출에 중점을 둘 수밖에 없다. 따라서 도쿄전력은 1)은 일단 제외하고 2)와 3)을 추진했다. 이 중, 우선 격납 용기 내부로 통하는 기존의 개구부로부터 반출하는 장치를 투입하여 시험해 보는 시험 반출을 추진하기도 했다. 일반적으로 사람들은 핵연료의 덩어리를 덩어리 혹은 파편이라는 단어에서 조각된 상태이거나 돌과 같은 모양을 하고 있다고 상상할 수 있다. 그러나 핵연료의 덩어리는 격납용기의 바닥과 벽에 뭉툭 뭉텅 붙어 있다. 내시경 카메라를 장착하고 원격 조종할 수 있는 장비를 투입해 실제 조사를 실시한 결과, 압력 용기의 바닥에서 매우 시카만 퇴적물을 발견했지만, 이것이 핵연료에서 파생된 핵연료 덩어리인지는 확인할 수 없었다. 이 과정에서 중대한 사실을 발견했는데, 방사선량이 가장 높은 것은 압력 용기의 외측 부분 위에서 아래에 설치한 받침대(Pedestal)가 붙어 있는 벽과 격납 용기 벽의 중간점이었다. 즉, 핵연료의 덩어리가 이미 격납용기 전체에 흩어져 있는 것을 확인한 것이다. 격납 용기의 벽은 강철. 통상 1,400도1,500도에 녹는다. 핵연료는 2,800도. 격납 용기는 핵연료가 만지면 쉽게 녹습니다. 즉 핵연료가 강철과 섞여 덕덕덕지 격납용기 벽에 붙어 있는 상태임을 확인한 것이다.

 

압력 용기의 바닥에 핵연료의 파편이 없으면 위에서 꺼내는 방법은 사실상 불가능합니다. 따라서, 도쿄 전력은 상기 방법 중에서 3)이 가장 유력한 것으로 본다. 그러나, 이 경우에는 방사선을 차단하는 차폐판의 설치가 어렵기 때문에 사람이 직접 작업할 수는 없다.

 

에는 2호기의 격납용기 내부에서 압력용기에서 떨어진 핵연료 집합체의 일부를 발견했다. 또한, 핵연료 집합체 부근에 있던 작은 석상의 퇴적물을 핵연료 파편으로서 단정하였다. 원격조작로봇을 이용해 핵연료 파편을 일단 잡는데 성공했다. 이후 진행을 위해 2020년 영국에서 로봇암을 이용한 연습을 해볼 예정이었지만 코로나의 영향으로 아직 착수할 수 없었다. 그러나, 이러한 작업을 시작해도, 콘크리트와 혼합된 핵연료의 덩어리의 특성은 깨지기 쉽고, 따라서 분진분이 공기 중에 날아가거나 뿌리기 쉽다. 무한한 방사선이 외부로 방출되는 것은 분명합니다. 앞서 언급했지만 핵연료의 덩어리를 꺼내는 작업은 어렵고 어렵고, 로봇암을 원자로 안에 넣은다고 해도 딱딱하게 벽이나 바닥에 붙어 있는 상태에서 조금씩 조금씩 긁어내야 하는 상황임을 유의해야 한다. 핵연료의 덩어리가 약 900톤 정도라고 추정하는 상태에서 이를 긁어내는 작업, 이것이 현재 폐로 전 단계의 핵연료 덩어리의 회수 작업이다. 핵연료의 덩어리를 회수하지 않는 한 폐로라는 명칭을 부여할 수 없다.

 

이 점 이외에도 로봇 작업이 가지는 필연적인 한계도 있다. 로봇은 반도체 장비가 많다. 즉, 내부를 확인하는 카메라는 통상 다반도체를 이용하고, 반도체는 방사선에 민감한 물질이다. 따라서 위성에서 사용되는 카메라는 일반적으로 반도체를 사용하지 않습니다. 지금까지 40여 대의 로봇을 원자로 안에 넣었지만 원자로 안에서 고장이 나 구조물에 걸려도 갈 수 없는 상태가 되어 부득이 그대로 둔 상태다. 그러면 체르노빌 사고 때 핵연료 덩어리는 없었을까요? 체르노빌 사고에서는 장착한 핵연료가 용융되어 원자로실 상부에서 큰 증기폭발이 발생하여 이로 인해 1,600톤이나 되는 상부 실드 뚜껑이 날아 반회전하면서 멀리 비스듬어졌다. 사고 후 건물의 형상을 그림으로 나타낸 것이다.

 

석관이나, 아니면 공냉식의 장기 보관이라고 하면, 중요한 것은 핵연료괴의 안정화이다. 현재, 붕괴열의 양은 원자로 1기당 100kW 정도이다. 일본 원자력 시민위원회에 따르면 이는 공기 순환으로 충분히 냉각할 수 있는 칼로리다. 현재, 수냉화 방식을 진행중이지만, 공냉화 방식으로 변경할 수 있는 상태이다. 구체적으로는, 격납 용기 내부에 냉각 공기를 순환하는 구조를 만들어 핵연료괴의 발열량을 외부 열교환기로 제거하는 방식이다. 지하수가 원자로건물 내의 지하공간으로 유입되지 않도록 지하까지 외곽실드시설(철근콘크리트제)을 만들어 건물 내부를 건조시키는 것이 가능하며, 이를 수행하면 더 이상 오염수의 발생은 없다. 또 현재의 원자로선량을 (시간당 80Sv) 고려하면 100년 후에는 약 6 감소하고 200년 후에는 5가 된다. 핵연료 덩어리의 반출 작업을 행하기 위해서는, 이와 같이 장기간의 격리 보관을 경과한 후에 행하는 것이 리스크를 저감할 수 있다. 그림. 일본 원자력 시민위원회 제안 외곽 차폐 개념도

 

) 오염수 대책 후쿠시마 원전의 오염수 문제는 비교적 많이 알려져 있다. 특히 국내 반핵단체나 인물을 통해 삼중수소가 포함된 오염수의 인체 영향 등에 대한 문제는 여러 문장과 자료를 발간한 바 있다. 따라서, 본 논문에서는 오염수 문제가 가지고 있는 물리적 내용을 집중적으로 설명하려고 한다. 사고로 후쿠시마 원전건물 지하구조물이 손상된 상태이며 지하수가 끊임없이 유입되고 있으며 오염수가 하루 150㎡ 정도 발생 중이다. 현재 일본 정부가 삼중수소 이외의 방사성물질을 제거해 처리수라고 부르는 오염수는 탱크에 보관 중이다. 일본 정부는 이를 해양으로 방류할 예정이다. 도쿄전력의 중장기 로드맵에서는 2020년 하루 150㎥ 정도, 2025년 1일당 100㎥ 이하로 억제한다는 것을 목표로 했다. 이를 위해 부지포장을 보다 많이 추진하는 것과 사고호기건물 건물 기초를 2023년도까지 보수완료하도록 목표를 세웠다. 어쨌든 지하수의 유입을 0으로 하는 것은 불가능하기 때문에 오염수가 계속 증가할 예정이다. 일반적으로 오염수가 증가하는 이유를 다시 생각해 보면 두 가지를 알 수 있습니다. 1) 가장 큰 원인은 상기 핵연료 덩어리에 있다. 연속적인 붕괴열에 의해 물을 계속 주입하고, 방사성 물질과 접촉한 물은 방사능으로 오염된 물로 변한다. 한편, 압력 용기의 바닥은 사고로 녹아 버려, 격납 용기는 손상 개소만 300 개소로 추정하는 상태에서, 이러한 손상된 점을 통해 원자로 건물, 터빈 건물 지하로 흘러 들어간다. 2) 두 번째는 후쿠시마 핵발전소의 위치에 따른 것이다. 핵발전소는 원래 해발 3040m 지점에서 바다와 접하도록 건설한다. 이것은 원자로 안에 만들어진 남은 열을 바다로 방출하기 쉽게 하기 위해서이다. 그러므로 원자로건물과 터빈건물은 방사선관리구역이 될 수밖에 없고, 주변에서 완전히 떠나야 한다. 그러나 지진에 의해 원자로 건물, 터빈 건물의 지하 토양층이 파괴되어 지하수가 건물 내부로 유입되어 버렸다. 이것이 위 1)의 주입된 물과 섞이면서 건물의 지하 등에 굳어져 있는 것이다. 단지 방치하면 무방비 오염수가 바다로 흘러 버린다.

 

즉, 오염수는 끊임없이 붕괴열을 식히기 위해 붓는 물과 지하로 유입되는 물이 사실상 격납용기의 바닥이나 벽 전체에 흩어져 모든 물질과 섞인 핵연료의 덩어리와 끊임없이 섞이면서 발생한다. 당연한 이야기지만 오염수를 줄이기 위해서는 우선 지하수의 유입을 막고 냉각방식의 변화가 있어야 한다. 일본 시민단체, 특히 앞서 말한 코이데 히로아키는 사고가 발생한 직후 이른바 ‘차수벽’을 일본 정부와 도쿄전력에 제안했다. 차수벽이란 물을 차단하는 벽이라는 의미로 원자로 건물의 지하에 차수벽을 둘러싸고 녹은 핵연료와 지하수를 접촉시키지 않도록 해야 하는 목적으로 설치하는 것이다. 방수벽은 콘크리트와 강철로 만들어진 일종의 지하댐이다. 지하댐에서 원자로 건물 주변을 둘러싸면 지하수 유입을 막을 수 있다고 생각했다. 그러나 일본 정부는 이런 제안을 거부했다. 이유는 비용을 위해 이었다. 코이데 히로아키가 제안한 지하댐은 1,000억엔(약 1조원)을 넘는다는 것이다. 이런 방수벽을 포기하고 일본 정부는 이른바 동토벽을 건설했다. 동토벽은 말 그대로 흙을 얼린 벽이다. 터널 굴착 등에서 이용하는 기술로 지반에서 침투하는 지하수를 일시적으로 얼려 굴착공사를 추진하는 것이다. 그러나 터널에서는 일시적으로 얼어도 괜찮겠지만, 원전으로 만드는 동토벽은 길이 약 km의 거대한 것이다. 지하에 30m 길이의 파이프를 1m 간격으로 넣고 파이프에 마이너스 30도 액체 냉각재를 보내 주변 토양을 지하수와 함께 얼어버릴 계획이다. 마치 저자가 좋아하고 먹는 하드 비비빅님의 거대한 파이프가 옆으로 이어져 벽처럼 만드는 이미지인 것이다. 그러나 문제는 이렇게 큰 벽은 전혀 경험이 없다 이다. 무엇보다 지하수의 흐름은 복잡하고 유속이 빠른 곳도 있고, 느린 곳도 있다. 한 장소를 얼리면 여기를 흐르는 물은 다른 장소를 향해 흐를 것이다. 지하수의 흐름을 모두 중단시키는 것은 매우 불가능한 것이다. 또한, 냉동 상태를 유지하기 위해서는, 냉각재를 계속해서 유입해야 하지만, 전기가 끊어져 있으면 기능하지 않는다. 파이프가 깨지거나 깨질 수 있습니다. 이러한 위험을 장기간 극복할 수 있다는 것은 사실상 어렵다. 실제로 에 시험운전을 시행했을 때는 1개월 반이 지나도 충분히 동결할 수 없었다. 이듬해 2015년 다시 시험운전을 한 달 했을 때에도 토양이 얼었는지 확인할 수 없는 상태였다. 이런 시행착오를 거듭해 대강 완성이라고 하면서 동토벽이 없는 경우에 비해 오염수량은 하루 95톤 감소했다는 추정치를 발표하고 그에 따라 일정한 효과가 있었다고 주장했다. 그러나 현재도 하루 ​​약 170톤의 지하수가 얼지 않는 부분을 통해 원자로 건물로 유입되고 있다.

 

그림. 동토벽 설치