스리마일아일랜드 원전사고

▼ 주요사고사례

  스리마일아일랜드 원전사고

  체르노빌 원전사고

  후쿠시마 원자력발전소 사고

개요

지금까지 전 세계적으로 발생한 중대사고로는 우리에게 잘 알려진 미국의 스리마일아일랜드 원자력발전소 사고, 구 소련의 체르노빌 원전사고, 그리고 최근에 발생한 일본의 후쿠시마 원전사고가 대표적인 사례가 될 수 있다. 여기에서는 미국의 스리마일아일랜드(Three Mile Island; TMI) 원자력발전소에서 발생한 중대사고를 중심으로 사고의 원인과 전개과정, 그리고 이에 따른 사고의 영향과 교훈을 살펴본다.

원자력발전소 개요와 사고 전 운전조건

미국의 TMI 원자력발전소는 펜실베니아주의 주도인 해리스버그로부터 남동쪽으로 약 16km 떨어진 곳에 위치하고 있다. TMI 원전에는 전기출력 880MWe(열출력 2,772 MWth)의 가압경수로형 원전 2기가 운전중이었으며, 1978년 12월부터 상업운전을 시작한 2호기(TMI-2)에서 1979년 3월 28일 4시경에 사고가 발생하였다. TMI-2 원전은 원자로용기와 2개의 관류형(Once-Through) 증기발생기, 4개의 원자로냉각재펌프, 2개의 고온관, 4개의 저온관 등으로 구성되어 있다. 최종 열제거원으로 해수 대신에 대용량의 냉각탑(Cooling Tower)이 설치되어 있다. 그림 1은 TMI-2 원전을 개략적으로 나타내고 있다.

TMI-2 원전의 개략도

사고 전 발전소는 원자로출력 98%, 계통압력 147, 붕산농도 1,030ppm 상태에서 운전중이었고, 가압기의 살수 및 전열기는 붕산농도 평형목적으로 수동 운전되고 있었으며 급수계통도 수동운전 중이었다. 또한 가압기 압력방출밸브 1개에 소량의 내부 누설이 있었고, 보조급수계통의 밸브 2개가 닫힘 상태였으며(정상 시 개방상태), 복수탈염기(Demineralizer) 1대는 작업 중이었다.

사고의 발생과 진행

터빈빌딩에 있는 복수탈염기는 2차 계통의 응축수를 높은 순도로 유지하기 위한 것으로, 각 탈염기는 몇 개의 응축수 세척기와 불순물제거용 이온교환수지로 구성되어 있었다. 운전원이 사용된 수지를 재생계통으로 보내기 위해 압축공기와 물로 부풀리는 작업을 하는 과정에서 응축수펌프의 정지로 응축수 유량상실이 발생하고, 곧 이어 주급수펌프와 터빈이 정지되면서 사고가 시작되었다(4시 0분 36초).

아래 표는 사고개시 이후 가압기 압력방출밸브의 고장(개방고착)으로 인한 원자로냉각재의 유출, 핵연료의 용융, 노심 상부의 광범위한 붕괴, 노심 중앙부 용융물 풀(Molten Corium Pool)의 형성, 고압 안전주입계통에 의한 지속적인 냉각수 공급으로 노심냉각 기능의 회복에 이르는 사고의 진행과정과 비상사태의 발동에 대한 경과를 개략적으로 보이고 있다.

TMI-2 원전 사고경위[

사고의 주요 원인

TMI사고의 주요 원인은 설비 고장, 설계 미흡, 절차서 미비, 운전원 오작동 등이 복합된 것으로 평가되고 있으며, 주요 원인을 정리하면 다음과 같다.

• 보조급수펌프가 기동되었으나 보조급수밸브가 닫혀 있어 증기발생기로의 급수가 이루어지지 않아 노심에서 발생한 열을 제거하지 못하였다.
• 사고 전 가압기 압력방출밸브에 소량의 누설이 있었으나 운전원은 제한조건 이내로 착각하고 방치하였다.
• 운전원은 가압기를 ‘물로 가득 찬(Solid)’ 상태로 운전하지 않도록 교육받았기 때문에 가압기 수위가 상승할 때 고압안전주입펌프를 정지하였으며, 원자로냉각재계통이 포화상태에 도달한 것을 인지하지 못하였다.
• 안전주입신호에 의한 격납건물 격리신호가 없었기 때문에 격납건물은 사고 후반에 격리되었고, 이 동안에 격납건물 배수조의 일부 냉각재가 보조건물로 방출되었다.

사고의 교훈

미국 원자력규제위원회(Nuclear Regulatory Commission)는 이 사고의 경험을 토대로 TMI 후속조치사항(Action Item)을 도출하여 가동원전(52개 항목)과 신규원전(56개 항목)에 반영하였다. TMI 원전사고는 인간이나 환경에 직접적인 피해를 주지는 않았으나, 그 동안 막연하게만 생각해오던 중대사고가 실제로 일어날 수 있다는 것을 확인시켰으며, 사고의 예방과 완화를 위하여 운전원의 역할이 매우 중대하다는 것을 인지하게 하였다.

TMI 원전사고의 교훈은 세계적으로 중대사고에 대한 연구의 활성화와 다양한 중대사고 시나리오에 대한 확률론적 안전성평가 기법의 사용을 확산시키는 계기가 되었으며, 원자력발전소의 설계와 운영에도 이의 반영을 위한 많은 조치가 이행되었다. 또한 인간-기계 연계(Man-Machine Interface)에서 인간공학적 원리를 도입하여 주제어실을 포함한 계통의 설계와 운영에 반영함으로써 운전원의 실수를 최소화하기 위한 노력이 한층 강화되었다. 우리나라도 TMI 후속조치사항에 대하여 가동원전을 포함하여 당시 건설중인 고리2호기, 월성1호기, 고리3/4호기, 영광1/2호기에 반영하였다.

참고문헌

이 자료의 최초 작성 : 김 효정(GINIS) kimhhoj@gmail.com, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr