중대사고 개요

▼ 중대사고

  격납건물 파손현상

  노심용용 현상

  중대사고 개요

개요

중대사고는 설계기준사고를 초과하는 사고로서, 심각한 노심손상(용융)을 초래하고 방사성물질의 외부 유출을 억제하는 물리적 방벽들의 건전성을 손상시킬 수 있는 사고로 정의한다. 1979년 미국 스리마일아일랜드 원전사고와 1986년 구 소련의 체르노빌 원전사고는 종래의 설계기준사고와 더불어 노심용융에 이르는 중대사고에 대해서도 다각적인 고려가 필요하다는 인식을 제공하였다. 특히 2011년에 발생한 일본의 후쿠시마 원전사고는 노심냉각과 방사성물질의 격납기능 상실로 인한 중대사고의 발생가능성을 재확인하였으며, 중대사고의 설계에의 고려를 재조명하게 하는 계기가 되었다.

중대사고는 핵연료의 심각한 파손과 용융 그리고 붕괴로 전개되는 사고로써, 노심과 격납건물 외부로 핵분열생성물의 상당한 유출을 야기한다. 중대사고가 발생할 경우 그 사회적･경제적 영향이 상당히 큰 것으로 나타나고 있으나, 중대사고는 발생확률이 매우 낮을 뿐만 아니라 사고의 시나리오가 너무나 다양하기 때문에 원자력발전소의 설계기준사고로 고려하기에는 많은 기술적 문제가 존재하게 된다.

발생요인과 사고경위

중대사고는 냉각재상실사고 및 과도상태 등 초기사건의 발생에 따른 사고의 진전을 억제하기 위하여 설치된 공학적안전설비의 기능상실과 운전원의 오작동 등의 요인에 의하여 발생할 수 있으며, 비록 그 발생확률은 낮으나 다양한 사고시나리오로 전개되어 진다. 중대사고에서는 핵연료의 용융뿐만 아니라 설계기준사고 영역에서는 발생하지 않는 수소폭발, 냉각수-핵연료 상호반응, 노심용융물-콘크리트 상호반응 등과 같은 여러 가지 복잡한 현상이 일어날 수 있다.

중대사고로 진전하는 많은 사고경위가 있으나 몇가지 예를 살펴보기로 한다. 원자로냉각재계통의 배관파단으로 인하여 냉각재상실사고 발생 시 비상노심냉각계통 등의 공학적안전설비가 설계대로 작동하지 않으면 노심의 냉각능력 상실로 노심은 용융되고 노심용융물은 원자로 압력용기를 관통하여 압력용기를 둘러싸고 있는 원자로공동으로 재배치되며, 원자로공동 바닥의 콘크리트와 상호 반응할 수 있다. 이 상황에서 격납건물 살수계통 등의 공학적안전설비에 의하여 원자로공동의 노심용융물을 냉각시키지 못하면 격납건물의 손상을 초래하고 방사성물질의 외부로의 방출이 발생할 수 있다. 공학적안전설비의 기능상실을 초래하는 다양한 경우가 있으며, 예로서 발전소의 모든 교류전원이 상실되는 경우이다.

중대사고 경위의 다른 예로서 원자로정지를 야기하는 과도상태의 발생 시 주급수계통과 보조급수계통의 기능상실이 발생하고 모든 교류전원이 상실할 경우 증기발생기 2차 측의 냉각수가 증발하여 고갈됨으로써 1차 측의 원자로냉각재는 비등하고 압력은 상승하게 된다. 원자로냉각재계통의 압력상승으로 가압기 압력방출밸브의 개방과 이를 통한 원자로냉각재의 방출이 이루어진다. 압력방출밸브의 개방-닫힘 설정치에 의하여 원자로냉각재계통의 압력은 일정범위 내에서 상승과 하강을 반복하지만, 이 동안에 원자로냉각재의 방출은 계속되며 비상노심냉각수의 공급이 충분하지 않을 경우 노심은 냉각능력을 상실하면서 중대사고의 상황으로 진전하게 된다.

진행과정과 주요 현상

중대사고의 일반적인 진행과정과 주요 현상을 도식화하면 그림 1에서 보는 바와 같으며, 노심냉각 기능상실, 노심노출과 가열, 노심손상과 용융, 원자로용기 파손, 격납건물 기능상실(파손 포함)과 핵분열생성물 방출로 사고가 진전되어 간다.

중대사고 진행과정과 주요 현상

참고문헌

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