원자력의 안전성-원자로 설계 안전성

원자력, 묻고 답하기 중 원자력의 안전성-원자로 설계 안전성

작성자: 한국원자력학회 소통위원회

원자로 설계의 안전성

원자로 계통이란 무엇인가요?

'계통’은 영어의 ‘시스템’을 표현한 말이에요. ‘시스템’은 어떤 것에 관련된 여러 가지 것들이 각각 하는 일과 특성에 맞게 배열된 것입니다.

예를 들면 ‘컴퓨터 시스템’은 모니터, 키보드, 마우스, 프린터 등을 합친 것들이지요.

1차 계통은 무엇이고 2차 계통은 어떤 것들이 있나요?

'1차 계통’은 영어로 ‘프라이머리(primary) 시스템’입니다. ‘primary’는 ‘주된, 주요한, 기본적인’이라는 뜻이에요.

원자력 발전소의 1차 계통은 가장 ‘중요하고 기본적인’ 것들로 구성되어 있어요. 원자력 발전소에서 가장 중요한 기기는 원자로이며, 여기에서 원자력 에너지를 생산하고 원자로 냉각재펌프는 이를 증기발생기로전달하는 임무를 수행합니다.

2차 계통은 터빈 발전기에 관련된 기기와 설비입니다. 2차 계통의 중요임무는 발전기를 통해 전기를 생산하는 일, 그리고 증기를 물로 되돌리는 일입니다. 2차 계통은 전기 생산에 필요한 터빈과 발전기, 그리고증기를 물로 되돌리는 복수기가 중심이 되고, 여기에 물을 증기발생기로 공급하는 각종 설비들이 더해집니다. 증기는 터빈을 돌린 뒤 복수기에서 물로 바뀌어 2차 계통 내부를 순환합니다.

격납건물은 어떻게 만들어져 있고 어떤 기능을 하나요?

‘원자력 발전소’하면 떠오르는 둥근 돔 형태의 외벽이 바로 원자로 건물이지요. 원자로건물은 다른 말로 ‘격납건물’이라고도 합니다. ‘격납’이란 ‘막다, 가두다[格]’, ‘넣어 둠[納]’이란 뜻이에요. 즉 ‘충격으로부터 보호해 주고, 외부로의 누출은 막아 준다’는 뜻이지요. 원자로건물 내벽에는 강철판으로 된 격납용기가 들어 있습니다.

우리나라 원자력 발전소의 경우, 중대사고를 대비하여 다중의 방호체계를 갖추고 있어요. 이 중에서 격납건물은 최종 방호벽에 해당합니다. 격납건물은 안전에 매우 중요한 시설로, 내부의 압력이나 온도가 급격히 올라갈 때, 외부에서 심한 충격을 받았을 때에도 쉽게 파손되지 않아야 합니다. 따라서 건설허가 심사 때 두께와 강도, 재료 등을 정밀히 검토하게 됩니다.

원전 앞에 방파제가 있는 까닭은?

원자력발전소에 존재하는 복수기는 터빈을 돌리고 남은 증기를 다시 물로 바꾸어 증기발생기로 공급하는 역할을 수행하는데, 이때 복수기에서 증기를 냉각하여 물로 바꾸기 위해 필요한 차가운 냉각수로 바닷물을 사용합니다.

이 바닷물은 발전소 외부에 연결된 해수 펌프를 통해 복수기를 통과한 후 다시 바다로 방출되는데, 이 해수펌프가 제대로 작동하려면 수위 변동이 적어야 합니다. 따라서 펌프가 설치된 바다에 큰 방파제를 설치하여 해수면을 잔잔하게 유지시켜주는 역할을 합니다.

또한 방파제는 해안 방벽과 함께 해일로부터 원자력발전소를 보호하는 구조물의 역할도 하는데, 후쿠시마 원전 사고 이후 초대형 지진해일 발생 시 원전의 안전을 지키기 위해 이러한 방파제를 한층 높이도록 지시한 바도 있습니다.

원전 내진설계가 무엇이고 어떤 기능을 하나요?

‘내진설계’는 원자력 발전소뿐만 아니라 건물을 설계할 때 흔히 쓰이는 말입니다. ‘내(耐, 견딜 내)’, ‘진(震, 지진 진)’, 즉 지진에도 건물이나 기계가 무너지거나 피해를 입지 않고 견딜 수 있도록 설계하는 것을 말해요.

지구 표면은 여러 개의 판으로 나뉘어 있는데, 이 판들이 움직이면서 발생하는 에너지가 지구 표면에 영향을 주는 것이 지진이에요.

원전 운전의 안전여유도는 무엇이고 어떻게 그것을 설정하나요?

자동차를 운전할 때에는 앞 차량과 일정한 안전거리를 유지해야 합니다. 원자력 발전소를 운전할 때에도 마찬가지로 일정한 여유가 필요하지요. 이를 ‘운전여유도’라고 합니다. 운전여유도 이내에서 발전소가 운전된다면, 사고가 발생하더라도 발전소는 정지되고 안전하게 유지될 것입니다. 원자력 발전소의 건설, 설계, 운전 등 모든 분야에 운전여유도가 적용되고 있어요.

운전여유도는 원자력 발전소를 설계할 때에 설정하는 것으로, 사고나 안전뿐만 아니라 기술적 여유도까지 충분히 반영하여 설계해야합니다.

운전여유도를 설정하더라도 만약의 경우, 안전성에 위험을 줄 가능성이 있으므로 이를 사전에 막기 위하여 ‘운전제한조건’을 설정합니다. 만약 원자력 발전소의 상태가 운전제한조건에 해당될 경우, 운영자는 원자로를 정지시키거나 또는 더욱 안전한 상태를 만들기 위한 조치를 실시해야 합니다.

심층방어란 무엇이고 어떻게 이루어지나요?

원자력 발전소의 안전조치를 한 마디로 정리하라면 ‘심층방어’라고 정리할 수 있습니다. ‘심층(深깊을 심, 層여러 층)’, 즉 여러 겹의 깊이 있는 안전장치를 말하지요. 심층방어는 발전소 내부의 고장이나 사고, 그리고 외부의 충격이나 테러 같은 고의적 파괴 행위가 벌어질 경우에도 발전소가 안전하게 지켜질 수 있도록 구성됩니다.

심층방어는 크게 5단계 원칙과 목표로 이루어집니다. 원자력안전위원회에서는 원자력시설의 심층방어를 위해 다음과 같은 목표를 설정하고, 사업자가 다양한 안전장치를 마련하도록 하고 있습니다.

• 1단계: 심각한 사고가 일어날 가능성을 최소화할 것
• 2단계: 문제 발생시 조기에 탐지하고 최대한 신속하게 대응할 것
• 3단계: 사고 발생시 그 범위가 설계기준 이내로 국한되게 할 것
• 4단계: 심각한 사고가 발생할 경우 그 피해가 원자력시설을 넘어서지 않도록 할 것
• 5단계: 중대사고 발생시 피해를 최소화하기 위해 외부에서 비상조치를 시행할 것

원전 설계의 원칙에 있는 다중성, 독립성, 다양성이란 무엇인가요?

원자력시설의 안전을 확보하기 위한 설비나 기기, 계통에는 다중성, 독립성, 다양성의 원칙이 적용되고 있습니다. 이들 원칙은 원자력시설에서 만약의 사고가 발생할 경우라도 그 영향과 피해를 최소화하기위한 것입니다.

• 다중성: 중요한 안전 기능을 가진 모든 설비는 2개 이상 중복해서 설치하게 되어 있어요. 이것을 ‘다중성’의 원칙이라 합니다. 안전설비를 중복해서 설치하는 까닭은, 만약 한 설비가 제대로 작동하지 못하더라도 다른 설비에 의해 피해를 최소화하고 안전성을 유지하기 위해서 이지요. 예를 들어, 원자력 발전소의 경우 안전에 중요한 펌프, 밸브, 전원 등은 하나만 두지 않고 반드시 복수로 설치하여야 합니다.

• 독립성: 중요한 설비가 한곳에 몰려 있지 않도록 분산 설치하며, 각각이 독립적으로 작동할 수 있도록 하는 원칙입니다. 원자력 발전소의 경우, 각 호기별로 중요한 안전설비가 독립적으로 설치되도록 하고 있어요. 예를 들면 비상디젤발전기나 수소 제거 설비 등은 한 곳이 아니라 매 호기마다 설치되어야 하는 것이 원칙입니다.

• 다양성: 설계의 다양성이란 중요한 설비들의 작동 원리를 다양하게 구성하는 것입니다. 그래야 한 가지 원인에 의해 모든 설비가 중단되지 않도록 막을 수 있습니다. 예를 들면, 원자력 발전소에 전력공급이 중단되는 사고가 발생할 경우를 대비하여 모터 구동 펌프 대신 터빈의 힘으로 돌아가는 터빈 구동 펌프 등도 함께 마련되는 것이 다양성의 원칙이에요.

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파일:원자력 묻고답하기 2016-소통위원회 v1.1 201610.pdf