최근 인터넷 보니까 후쿠시마보다 더한, 어마어마한 파급력의 대 사건이 일어났다고 수군거리더군요.
물론 언론화는 거의 안된 일이지만, 좀 더 알아보니 아주 짜증이 나는 심각한 사건이 물밑에서 진행중이라는걸 알 수 있었습니다. 후쿠시마는 그냥 일본일이라 쳐도 몬쥬 고속증식로 고장은 우리나라까지 직접적으로 영향을 줄 수 있는 엄청난 사고로 커질 수 있는 문제입니다. 이 글에서는 일단 몬쥬 고속증식로가 뭔지, 무슨 사고가 일어났고 뭐가 어찌 되어가는지 적어보겠습니다.
일단, 고속증식로란?
먼저, 사고가 난 몬쥬 고속증식로에 대해 알아보겠습니다.
'고속증식로'는 후쿠시마라던가, 우리나라 울진/고리/영광/월성 원자력 발전소 등 핵물질을 이용해서 열을 내는 원자로의 일종입니다. 세계 여러 나라에서 발전용으로 사용중인 원자로는 대부분 가압경수로(PWR, Pressurized Water Reactor)이죠. 이번의 고속증식로(FBR, Fast Breeder Reactor)는 핵융합 원자로, 초고온 가스로와 함께 차세대 원자력 발전소의 한 형태로 연구 개발이 진행중인 실험로입니다. 미래에는 이게 대세! 하고 연구중인거죠.
고속증식로는 뭐가 좋은가?
광산에서 캐낸 우라늄은 원료의 0.7%가 우라늄 235, 나머지 99.3%가 우라늄 238입니다. 여기서 연료로 사용할 수 있는건 0.7%의 우라늄 235 정도고, 나머지 절대 다수의 우라늄 238은 핵폐기물로 버려야만 했지요. 그래서 원자로를 돌리기 위해서는 우라늄 235를 임의로 3%까지 농축한 연료를 외국에서 사와야 합니다. 이거 농축 시설 만드는건 핵무기 만든다고 까이기 때문에 우리나라에선 농축 못합니다. 하지만 고속증식로의 경우, 쓸모없는 우라늄 238중 일부가 플루토늄 239로 바뀌는 놀라운 특성이 있어서 이걸 연료로 활용할 수 있습니다. 이 비율은 우라늄 235를 100 넣었다 치면 플루토늄 239가 130이 나오는 정도의 수준이기 때문에, 고속증식로는 넣은 연료보다 나오는 연료가 더 많은 꿈의 원자로라는 말이 나오는겁니다. 거기다가 덤으로 처리가 곤란한 사용후 핵폐기물의 양도 줄일 수 있어서 정말 매력적인 방식입니다. 뭐 그러면 온갖 나라들이 다 달라붙어서 이거 개발해야지 왜 경수로 사용하나요? 고속증식로의 장점을 초월할 정도로 단점이 어마어마하거든요.
고속증식로의 단점
보통 요즘 사용되는 가압 경수로는 원자로 안에서 핵반응을 일으켜 열이 나면 그걸 '물'로 식히는 방식입니다. 반면 이번 사고가 난 고속증식로는 물 대신 소듐(Na, 나트륨)을 사용해서 원자로를 식힙니다. 대부분 중학생 고등학생때 나트륨이 어떤 성질을 갖고 있는지 슬쩍 배우고 넘어갔을텐데요, 나트륨은 물과 닿으면 폭발하는 성질이 있습니다. 아래 동영상 한번 참조하시길.
이런식으로 물에 닿으면 폭발적으로 반응하는게 나트륨입니다. 어떤 사이코가, 다니던 대학교의 호수공원에 주먹만한 나트륨을 집어던져서 호수에 살던 물고기들이 몽땅 전멸했다는 말도 들은 적이 있습니다. 흠좀무.. 뭐.. 요즘에는 Na를 소듐이라 안부르고 나트륨이라 부르면 무식한놈 취급받는다지만, 일단 이 글에서는 나트륨으로 사용하겠습니다.
문제의 고속증식로는 이런 나트륨을 액화시켜서 냉각재로 사용합니다. 나트륨의 녹는점이 섭씨 98도인지라 파이프에 니크롬선(드라이기 같은데 사용하는 열선)을 휘감아서 난방을 해줘야 원자로를 정지해두어도 액체 상태가 유지됩니다. 여기서 문제가 생기는것이.. 만약 지진이라도 나서 원자로가 멈추고 난방장치도 멈출 경우 엄청난 일이 생기게 됩니다.
나트륨의 녹는점이 98도라는 말은, 달리 말해서 냉각용 나트륨이 파이프 안에서 식어버릴 경우 열팽창해서 파이프가 터질 수 있다는 말이죠. 파이프가 터져서 나트륨이 공기중에 노출되면? 공기중에 포함된 수분과 반응하여 폭발하게 됩니다. 폭발하면? 원자로 안에 가득 들어있는 어마어마한 양의 플루토늄이 온 천지에 퍼지게 되겠지요. 반감기가 2만 4000년이니 그 주위는 그야말로 죽음의 땅이 될게 뻔한 이야기입니다. 몬쥬 고속증식로에선 이런 나트륨을 1500톤이나 녹여서 돌리고 있습니다.
예전에 구소련에서도 비슷한 일이 있었는데, 소련제 알파급 핵추진 잠수함에서 비슷한 방식(나트륨 대신 납-비스무트 화합물 사용)의 고속증식로를 사용했습니다. 엄청난 파워를 바탕으로 1200m 까지 잠수하고, 물속에서 시속 45노트로 움직일 수 있었습니다. 시속 41노트라면 물 속에서 시속 76km 입니다. 이쯤 가면 어뢰도 따돌릴 정도의 속도죠. 현재도 이 속도 내는 잠수함이 없습니다. 근데 7척 만들었더니 6척이 몽땅 원자로 관련 사고로 시달리다가 못쓸 지경이 되어 그냥 다 해체해버리기로 했지요. 그래서 북한 바로 위의 블라디보스토크 항구에서 분해 작업을 하게 되었습니다. 이때 군이 전기세를 연체했다고 전기회사가 임의로 공급을 끊어버리는 바람에 냉각재가 동파할 위기에 처했지요. 식겁한 소련군이 전기회사에 병력 끌고 쳐들어가서 강제로 전원을 공급해서 대재앙은 막을 수 있었습니다. [관련글]
뭐 여튼, 고속증식로는 넣은 연료보다 많은 연료가 나온다는 대단한 장점도 있고, 핵폐기물의 양이 줄어든다는 좋은 점도 있지만.. 냉각재로 사용하는 나트륨이 무척 불안정하고 위험한 물질이라는 점이 큰 문제입니다. 보통 사용할때는 몰라도, 지진이라도 난다던가, 사고가 난다거나 하면 경수로랑은 비교도 안되는 엄청난 대재앙으로 커질 수 있거든요.
이것만 단점인것도 아닙니다. 고속반응로 자체가 우라늄 238을 플루토늄 239로 만들어주는데, 이 플루토늄이 또 문제입니다. 일본의 몬쥬 고속증식로의 경우, 사용후 핵연료 5톤중 플루토늄이 92kg 정도 만들어지게 됩니다. 그리고 이 플루토늄이 3kg만 있어도 핵폭탄을 만들 수 있습니다. 뉴스에 가끔 북한이 플루토늄을 8kg을 농축했네 뭐네 나오는게 이 플루토늄입니다. 북한은 저렇게 쌩 쑈를 해가면서 겨우겨우 농축하는 플루토늄인데, 고속증식로를 돌리면 마구 쏟아져나오거든요. 이러나 저러나 핵확산에 기여한다는거죠. 그걸로만 끝나는게 아니라.. 플루토늄 자체도 무척 위험합니다. 플루토늄이 11kg만 뭉쳐도 임계질량이 초과되어 핵반응이 일어나고 방사선을 뿜어댑니다. 이런 임계사고로 죽은 사람들은 예전에 썼던 무시무시한 전세계 원자력 사고들이란 글에서 적은 바가 있지요.
그리고 위에 적은것처럼 반감기가 2만 4000년이나 되는 플루토늄이기에, 사고가 나서 터져버릴 경우 핵폭탄 맞았던 히로시마나 나가사키와 달리 사람 살 수 있는 동네가 되긴 힘들겁니다. 참고로 플루토늄을 흡입할 경우 치사량은 0.26mg입니다.(근거자료) 단순 계산할 경우 60억만 곱해도 1.56kg, 이정도면 60억 인류를 모두 고자로 만들어버릴 수 있겠네요. 그리고 몬쥬에는 이 플루토늄이 어마어마하게 많이 있습니다. 참고로 일본은 플루토늄을 40톤 이상 가지고 있습니다.
여기까지 대충 고속증식로와 나트륨, 플루토늄이 얼마나 위험한지에 대해 알아봤는데요, 이번에는 일본에서 실험용으로 만들어 사용중이던 몬쥬 고속증식로에서 어떤 일이 일어났는지 쭈욱 적어보죠.
몬쥬 고속증식로 냉각재 유출 사건
몬쥬는 1985년부터 건설을 시작해서, 1994년에 핵반응을 시작했습니다. 근데 이듬해인 1995년 12월에 냉각재 유출 사고가 일어나고 말았습니다. 원자로 내부를 순환하며 열기를 빼내는 역할을 하는 나트륨 냉각재가, 파이프의 온도계 구멍으로 새어나와 나트륨 화재가 일어난거죠. 당시 강철제 바닥이 부식될 정도로 손상이 되었고, 온 천지가 하얀 나트륨 가루로 뒤덮여서 비주얼이 이만 저만이 아니었습니다.
실제 사고 당시 촬영된 동영상. 거대한 배관이 내장처럼 얽혀있고, 웅웅거리는 기계음 속에 쉭쉭거리는 산소호흡기 소리까지 아주 괴기스럽네요. 일본 정부는 처음에 이 사건을 적당히 덮어 넘기기 위해 15분간의 영상을 잘라서 1분만 공개했다가 나중에 들통나 호되게 곤욕을 치렀다고 합니다. 그리고 조작을 지시한 총무부 부장은 다음날 자살했습니다.
이 사고로 인해 몬쥬 고속증식로는 가동을 무기한 중단하게 되었습니다. 이는 일본 뿐만 아니라 다른나라도 마찬가지라서.. 러시아의 BR-5/BN-350/BN-600, 영국의 DFR, 미국의 EBR-2, 프랑스의 슈퍼 피닉스 등 다른 고속증식로 역시 잦은 유출 사고를 겪고는 가동을 무기한 중단하거나 해체에 들어가게 되었습니다.
다른 나라들도 고속증식로의 위험함에 학을 떼고 손을 터는 와중에 일본은 끈질기게 이걸 잡고 가게 되는데요, 이 사고 후 14년 5개월만인 작년 5월에 결국 재가동을 시작합니다. 근데 재가동 준비하기 시작한 3개월만에, 그러니까 2010년 8월에 최악의 사건이 벌어지고 맙니다.
몬쥬 고속증식로내 중계장치 낙하 사건
몬쥬 고속증식로의 원자로 내부에서 핵연료를 교환하는데 사용하는 중계장치가 원자로 안에 떨어져버린 사건이 작년 8월 26일에 발생하였습니다. 이게 언론에는 거의 기사화가 안되었는데, 하나하나 따지고 보면 얼마나 심각한 사건인지 알 수 있을겁니다.
몬쥬는 원자로 안의 연료봉을 교환하기 위해 특이하게 설계된 중계장치를 사용하는데요, 위 사진에 보이는 분홍색 작대기가 이번에 떨어진 중계장치입니다. 직경이 46cm, 길이가 12m에 무게가 3.3톤이나 되는 금속 구조물이죠. 주황색 작은건 크레인입니다.
좀 더 자세히 보죠.. 왼쪽과 오른쪽에 기둥이 하나씩 있는데, 오른쪽 기둥 밑에 보면 뭐가 왼쪽으로 이상하게 튀어나와있습니다. 이게 연료봉을 뽑는 기계입니다. 그리고 그 아래에 사각형 그려둔 부분은 노심이죠. 여기 연료봉이 빽빽하게 박혀있습니다. 오른쪽 기둥의 기계로 연료봉을 뽑아서 왼쪽의 중계장치로 옮기면, 왼쪽 기둥에 달린 크레인이 중계장치를 딱 찝어다 끌어올려 원자로 밖으로 빼내는거죠. 화살표 그려져있는거 보면 대충 이해가 가실겁니다. 핵연료 장전도 순서만 바꾸면 동일합니다. 문제가 된 부분은 왼쪽 기둥의 중계장치. 기둥 안에서 오르락 내리락하며 핵연료를 옮기는 중계장치가 삐끗나서 크레인에서 떨어진 다음, 입구에 걸려서 안빠지는 상태입니다.
사고 상황. 원래는 왼쪽 아래 그림처럼 노란색 크레인이 파란색 중계장치와 잘 맞물려서 끌어올리도록 되어있습니다. 근데 이게 설계 문제로 나사가 헐거워져 삑싸리가 나서 그만 원자로 안에 떨궈버린거지요. 떨구면 그냥 다시 끌어올리면 그만이지만.. 문제는 이게 그렇게 쉽지 않다는겁니다.
떨구면서 중계장치의 허리가 밖으로 휘어져버렸습니다. 길이 15m의 중계장치는 파이프 두개를 연결한 형태인데, 중간 부분이 떨어질때의 충격으로 삐끗난거죠. 그래서 다시 꺼낼려고 해도 입구에 걸려서 안빠지게 된거지요. 이제 완전 트러블, 트러블, 트러블이 시작됩니다.
1. 중계장치의 튀어나온 부분을 깎아버리고 끌어올리면 되지 않을까?
- 깎는 과정에서 금속 가루가 튀어 아래에 왕창 고여있는 나트륨과 반응할 수 있다. → 대폭발
나트륨 폭발로 인해 반경 300km 이내가 플루토늄으로 오염될거라 합니다.
2. 나트륨 냉각재를 다 빼버리고 시도하면 되지 않을까?
- 나트륨 냉각재를 빼면 원자로 온도가 올라가 멜트다운 되어버린다. → 재앙
멜트다운시 3000도 전후로 과열된 우라늄이 녹아내려 최악의 경우엔 압력용기까지 녹이고 나올 수 있습니다. 방사능 유출은 물론이거니와, 원자로 지하로 파고들어 지하수를 건드릴 경우, 지하수가 기화되어 순간적으로 폭발할 수도 있으니 그야말로 최악의 상황이 벌어질 수 있지요. 이 문제때문에 체르노빌 사고때 꽤 애를 먹었다고 합니다.
3. 냉각제를 나트륨 대신 물로 교환하자.
- 나트륨이랑 물이랑 닿으면 터진다니까..
4. 그럼 원자로 연료봉을 다 빼버리고 냉각재를 빼면 되지 않나?
- 그 연료봉을 빼낼 기계가 떨어져 빼도 박도 못하는 중.
무한 반복. 마치 통조림 뚜껑이 통조림 안에 있는거랑 마찬가지입니다.
5. 그럼 걍 포기하고 냅두자.
- 내장된 플루토늄을 다 쓸때까지 여러해를 기다려야 하는데,
나트륨 냉각재를 계속 데워줘야하니 하루 유지비가 5500만엔(하루에 7억원)
6. 건설 당시에는 몰랐지만 몬쥬의 지하에 활성 단층 지진대가 두개나 있었음.
- 요새 지진 많은데, 지진으로 인해 원자로 안에 중계장치 부속이 굴러다니기라도 하면.. → 대폭발
이건 뭐 사람이 들어가서 작업할수도 없지, 안에 가득차있는 나트륨은 온도가 300도에, 불투명해서 뭐 보이지도 않지.. 원자로 안이 손상되었을지도 모르는데, 내부 카메라는 고장나버려서 뭐 하나 어찌 되었는지 보이지도 않지, 원자로 뚜껑 따고 작업하면 공기가 들어가서 나트륨 대폭발 일어나겠다.. 허허.. 그럼 어째야 합니까. 가만 놔두면 연간 200억엔(2500억원)이 들고, 플루토늄이 다 소진될때까지 몇십년을 기다려야하는데요. 중간에 지진이라도 일어나면?? 그래서 일단 꺼내긴 꺼내야합니다. 이 문제로 현재까지 24번의 회수 시도를 했지만, 모두 실패해버렸습니다. 거기 더해 복구 작업을 담당하던 연료 환경과 과장(58세)이 뒷산에서 자살해버립니다.[관련 기사] 이미 뭐 인간의 기술로는 빼낼 수 없다는거죠.
그럼 이게 정말 최악의 사고로 발전하여 나트륨 대폭발이 일어날 경우 어떻게 될까요?
몬쥬 고속증식로 폭발후 반경 300km가 플루토늄으로 뒤덮이게 됩니다. 이쯤 가면 일본 혼슈 지방은 생지옥이 된다고 보면 되겠지요. 아까 앞에서 말했던 치사량 기억나나요? 0.26mg만 흡입해도 죽는겁니다. 게다가 반감기가 2만년이 넘어가니 이거 어쩌겠습니까.. 후쿠시마처럼 얌전하게 끝나지는 않을겁니다. 최악의 경우 동일본 대지진/쓰나미로 수만명 죽은건 우스울 정도의 재앙이 일어날겁니다.
이건 사고시 방사능 물질이 퍼지게 될 경로의 예상도입니다. 플루토늄이 무거운 입자라서 한국까지 닿지는 않겠지만, 핵물질이 바다를 통해 전세계를 돌걸 생각하니 끔찍하군요. 이번 후쿠시마 원전 사고나, 예전 몬쥬 냉각재 유출 사고 등에서 봤듯이, 일본의 정보 은폐는 전적이 화려합니다. 기사화가 워낙 안되고 있지만 분명 몬쥬에서 중계장치 회수를 위해 노력하고 있는 사람들은 정말 사투를 벌이고 있을겁니다. 그게 잘 끝나면 조용히 묻히고, 사고가 난다면 크게 터지겠지요.
그럼 지금 일본은 어떻게 하고있나? 관련 기사들을 보면 입을 맞춘것처럼 "대책을 강구하고 있다" 이런식입니다. 여태 24번이나 회수 시도를 했지요. 다행히도 요새 나온 자료를 보니 이런 방안을 연구중이더군요.
이거 정말 SF 같은 대작업인데요, 원자로 압력용기 위쪽 연료 교환 구멍에 밀봉된 마개를 설치하고, 그 안에 아르곤 가스를 채웁니다. 아르곤은 공기와 달리 나트륨과 반응하지 않기 때문에 폭발하지 않겠지요.. 그 마개 위에 주름벽을 설치한 다음, 밀봉된 상태로 원자로 입구를 개방한 다음, 주름벽을 주르륵 폄과 동시에 중계장치와 중계장치가 걸려버린 튜브까지 함께 뽑아내는거죠. 그리고 마개를 도로 막는다는 구상으로 작업을 진행중입니다.
여기까지 문제 없이 성공해야 이후 다른 방법을 취할 수 있습니다. 다시 새로운 중계장치를 설치하고 연료봉을 다 꺼내버린 후, 나트륨 냉각재를 배출하여 못쓰게 폐로해버리던가, 아니면 다시 새 핵연료를 장전하여 계속 사용하던가.. 정말 엄청난 작업입니다만, 아무튼 이런 작업을 올해 6월, 그러니까 두달 후에 진행한다네요. 4월 현재는 모형으로 만든 현장에서 예행 연습을 하고 있다고 합니다. 참고로 이 작업은 저 크레인 설계했던 도시바가 담당해서 진행한다는군요. 지가 삽질하고 지가 수습하고.. 웃기는건 복구 비용 10억 엔은 일본 정부가 부담한다는겁니다. 하여튼 대단하신 일본..
만약 이 작업 도중에 지진이 일어나 공기가 원자로 안으로 들어간다거나, 회수장치의 플루토늄이 누출되어 방사능으로 오염된다거나 하면 정말 답 안나오게 됩니다. 이렇게 글을 쓰고 있는 와중에도 몬쥬의 금속 배관은 계속 삭아가고 있지요. 중간중간 멈춰서 배관을 교환해줘야하는데 참 곤란한 상황입니다. 예전에 95년 냉각재 유출 사고때도 배관의 온도계 뚜껑이 피로 파괴되어서 일어난 일이었지요.
몬쥬에 대해 일본 애들이 떠드는 글은 이 글 참조.
추가로, 이 사고 전에는 이 미친놈들이 크레인으로 냉각재 파이프를 들어올리다가, 연결된 파이프를 제거하지 않아서 파이프가 뜯긴 적도 있었습니다. 당시에 나트륨이 흐르고 있지 않아서 망정이지, 만약 파이프가 뜯어지며 나트륨이 터져나왔다면 생각만 해도 끔찍하군요. [일본의 관련 기사] 대체 원자력을 다루는데 있어서 이정도로 허접하게 행동하면 어쩌자는건지.. 호머심슨은 정말 실존하는것 같습니다. 언제 터져버려도 이상하지 않을 그런 상황이네요.
올해 6월의 25번째 회수 시도가 성공하길 빌고, 사건 수습후에는 제발 얌전히 폐로하길 빕니다. 하지만 이 기사에 따르면 담당자는 사건 수습 후 연내 40% 출력 실험 재개만 신경쓰고 있는것 같네요. 정말 옆나라에서 폐 끼치는게 이만저만이 아닙니다. 후쿠시마만 갖고도 그지경이 되었는데, 애초부터 위험한 고속증식로를 이렇게 고집하다니요. 정말 일 한번 크게 터트려야 후회할건지 원..
여튼 글은 여기까지 마치겠습니다.
제 글에 미진한 부분이 많을겁니다. 보충할 점 있으면 보충해주시고, 지적할 점 있으면 지적해주시면 감사하겠습니다. 몬쥬 사고 상황과 복구 과정에 대해서는 고속증식로 몬주의 현 상황 이 글이 아주 잘 되어있구요, 고속증식로에 대한 부분은 고속증식로 개발의명암 이 글이 잘 되어있습니다.
참고자료
[기사] もんじゅは今、どうなっているか (몬쥬는 지금 어떻게 되고 있을까?)
[블로그] 福島原発以上に危険性のある高速増殖炉もんじゅで今起きていること(후쿠시마 원자력 발전 이상으로 위험성이 있는 고속 증식로 몬주에서 지금 일어나고 있는 것)
[2ch] もんじゅのやばさを誰かがわかりやすく解説するスレ(몬주의 위험함을 알기 쉽게 해설하는 스레)
[블로그] 고속증식로 몬주의 현 상황
[블로그] 고속증식로 개발의 명암
[엔하위키] 몬쥬
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