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심층방어개념
개요
심층방어(Defence in Depth)는 원자력발전소의 안전성 확보에 가장 중요하고 특징적인 개념이다. 심층방어는 원래 군사용어로 최전선에서 후방에 이르기까지 다단계의 방비 대책을 마련한다는 의미이며, 다중방어 또는 다층방어라고도 한다. 심층방어는 원자력발전소에서 방사성물질의 주 생성원인 핵연료 펠렛 또는 소결체로부터 발전소 외부환경에 이르기까지 방사성물질의 유출을 억제하기 위하여 연속적으로 다양한 전략과 수단을 제공하여 궁극적 안전목표인 방사선 위해로부터 인간과 환경의 보호를 달성하자는 개념이다.
심층방어 개념은 운전원의 실수 또는 기계적 고장에 대비하여 방사성물질의 환경으로 유출을 방지하기 위한 물리적 다중방벽(Multiple Barriers)을 포함하는 다단계 방호(Multiple Levels of Protection)를 통하여 이행된다. 궁극적으로 심층방어 개념은 사고의 예방과 완화를 위한 전략이며, 원자로 반응도 제어, 핵연료 냉각, 방사성물질의 격납과 외부 유출차단 등 3가지 발전소 기본안전기능이 효과적으로 수행될 수 있도록 지원하는 개념이다.
여기에서는 심층방어 개념을 구성하는 물리적 다중방벽과 다단계 방호체계의 의미와 상호 연계성, 그리고 이들이 원자력발전소의 안전성 확보에 어떻게 작용하는 지에 대하여 살펴보기로 한다.
물리적 다중방벽
물리적 다중방벽은 원자력발전소에서 방사성물질이 생성되는 위치로부터 발전소 외부환경 사이에서 방사성물질의 외부 유출을 차단하기 위하여 연속적으로 설치된 방벽으로써, 그림 1에서 보는 바와 같이 핵연료소결체(제1방벽), 핵연료피복재(제2방벽), 원자로냉각재 압력경계(제3방벽), 그리고 격납건물(제4방벽)로 구성된다. 제한구역으로 설정된 지역은 물리적인 방벽은 아니나 일반인의 거주가 허용되지 않기 때문에 가상의 방벽 역할을 할 수 있다. 4개의 물리적 방벽들 중에서 어느 하나라도 건전성을 유지하면 방사성물질의 대량 외부유출은 발생하지 않는다. 따라서 물리적 방벽의 각각은 충분한 여유도를 가지고 보수적으로 설계하고, 방벽에 영향을 미칠 수 있는 발전소의 운전변수들을 제어 및 감시함으로써 그 건전성을 지속적으로 유지하도록 해야 한다.
다단계 방호체계
물리적 방벽이 건전성을 유지할 수 있도록 지원하기 위하여 다단계 방호체계가 구성되어 있으며, 이는 정상상태의 유지, 비정상상태의 제어, 사고예방, 사고완화, 소외 비상대응의 5단계로 구성되어 있다. 각 단계별 목표와 이를 달성하기 위한 수단은 아래 표에서 보는 바와 같다[2]
다단계 방호의 제1단계부터 제3단계까지는 설계기준 범주 이내에서 안전설비의 구조적 건전성을 유지하고 대중에 대한 방사선 위해를 제한하는 기능을 수행한다. 제4단계와 제5단계는 설계기준의 범주를 초과한 상태에서 심각한 발전소상태를 제어하고 방사성 물질의 외부 유출을 최소화하면서 외부의 대중을 보호하기 위한 역할을 수행한다. 다단계 방호는 앞 단계가 그 기능의 수행에 실패한다면 다음 단계가 연속하여 방호기능을 수행한다는 개념이다. 즉 제1단계가 정상상태의 유지에 실패한다면, 즉각 제2단계에서 제어 및 보호계통을 통하여 비정상 운전상태를 제어하고 사고조건으로의 진전을 방지해야 한다. 따라서 제1단계의 기능이 아무리 충분하게 효과적으로 갖추어져 있다 하더라도 제2단계도 마찬가지로 그 기능을 충분히 효과적으로 수행할 수 있도록 갖추어져 있어야 한다.
심층방어의 다단계 방호에서 사용하는 용어로서 예방(Prevention)과 완화(Mitigation)는 원자력안전에서 통상적으로 정의하는 사고의 예방과 그 사고결말의 완화와 동일한 의미를 갖는다. 다단계 방호에서 예방은 아직 발생하지 않은 상황을 다루는 것으로써, 임의 단계 이후의 핵심수단의 작동 필요성을 예방하는 것이다. 그리고 완화는 이미 발생한 상황을 다루는 것으로써, 이전 단계의 기능상실로 초래하는 결말을 완화하는 것이다. 즉 사고의 진전을 제어 또는 중단시키고 사고의 결말을 해당하는 허용 기준치 내로 유지함으로써 구체화된다. 예로서 심층방어의 2단계 방호에서는 예상운전과도에 의하여 초래하는 결말을 제어 또는 완화하고, 동시에 사고조건으로의 진전을 예방하기 위하여 핵심수단을 적용하게 된다.
물리적 방벽과 다단계 방호의 상호 연계성
정상상태에서의 방사성물질이 사고로 인한 유출로 대중과 환경에 위해를 가할 수 있는 상태로 진전하는 과정에서, 이러한 상태의 진전을 억제하기 위하여 심층방어를 구성하는 물리적 다중방벽과 다단계방호는 상호 연계하게 된다. 방호의 제1단계는 보수적 설계, 품질보증, 안전문화 등의 수단에 의하여 상태의 진전을 억제하는 전 과정에 공히 적용된다. 방호의 제2단계는 정상운전계통을 이용하여 비정상상태의 제어를 통하여 제1방벽부터 제3방벽까지의 건전성을 유지하는 역할을 수행한다. 방호의 제3단계는 공학적안전설비와 보호계통 등을 통하여 사고를 설계기준 범주로 제어하며, 제4단계는 다양한 안전계통과 사고관리의 수단에 의하여 제4방벽인 격납건물의 건전성을 유지하는 역할을 수행한다.
참고문헌
이 자료의 최초 작성 : 김 효정(GINIS) kimhhoj@gmail.com, 등록 : 박 찬오(SNEPC) copark5379@snu.ac.kr
