다수호기 원전안전성

본 자료는 한국전력국제원자력대학원 양재영 교수의 기고문을 발췌 편집한 것입니다.

경수로 격납용기의 구조적 안전성과 격납성능

미국 샌디아국립연구소는 30년 가까이 원자로건물 안전성을 연구하면서 원자로건물이 압력이 높아져 폭발할 수 있는지 실험했다. 결과는 공기로는 폭발이 불가능하다는 것이 밝혀졌다.

그림 1. 미국 샌디아국립연구소의 격납용기 시험설비 건설(좌) 및 팬텀기 충돌실험 (우) 전경

격납용기내 압력이 높아지면 관통부 밀폐체가 찢기면서 공기 누설이 증가하기 때문이다. 칙칙 증기를 뿜는 압력솥이 폭발하지 않는 것과 같다. 이 실험 후 연구소는 시험설비를 완전히 밀폐시키고 모형의 97%를 물로 채워 파괴될 때까지 압력을 높였다. 약 15기압에서 파괴는 되었지만 이 실험 조건이 실제 원자로건물에서는 만들어질 수 없으니 ‘폭발 불가능’은 바뀔 수 없다. 팬텀 전투기 충돌에도 끄떡없는 것으로 나타났다.

격납건물 구조에 위협을 줄수 있는 사건은 수소가 모여 농축되고 그것이 폭발하는 경우이다.

그러나 이것 또한 수소가 모여 위험수준의 농도에 이르기전에 격납건물내 설치된 수소제거기가 이를 제거하기 때문에 문제가 되지 않는다. 수소제거기는 수소가 폭발 가능한 농도에 이르면 전기로 점화시켜 국부적으로 수소를 태워 없애는 수소발화기와 촉매를 사용한 피동형수소제거기가 있다. 발화기는 우리나라 원전 건설 초기부터 사용해왔고 피동형수소제거기는 정전이 되어도 수소 제거가 가능하며 신고리1,2호기부터 신규원전에 설치되기 시작했다. 가동원전의 경우 2010년 고리1호기로 부터 2014년까지 추가 완료되었다. 신고리5,6호기에는 30대의 피동형 수소제거기와 10대의 발화기가 설치되어 있어 수소가 폭발할 가능성은 없다.

그림 2. 미국 쓰리마일 원전: 왼쪽 2호기는 사고로 폐쇄되었지만 오른쪽 1호기는 오늘도 안전하게 운전 중

상업용 원전에서 최초로 원자로가 녹는 중대사고는 1979년 미국 쓰리마일 2호기에서 발생했다. 원자로의 절반 이상이 녹고 원자로건물 내 방사능준위는 평소의 1,000배 이상으로 치솟았지만 인근 주민의 방사선 영향은 거의 없었다. 우리 원전과 같은 가압경수형 원전으로 후쿠시마 격납용기보다 5배 이상 부피를 가지며 고장력 철근콘크리트로 견고하게 만들어져 방사능물질이 격납용기 외부로의 누출을 완벽하게 막아냈기 때문이다. 그림 2에서 보듯이 바로 옆의 1호기는 오늘도 안전하게 운전되고 있다.

APR1400 안전성 목표

다수기 안전성은 UAE에 수출된 APR1400 원자로를 개발하던 1990년도 초에도 중요한 고려사항이었다. APR1400은 미국의 신형경수로 요건을 만족하는 제3세대 원전으로 안전성 목표는 그 이전 2세대 원전보다 사고확률을 10분의 1 이하로 줄이는 것으로 10기가 한 부지에 지어지더라도 2세대 원전 하나보다 더 안전하다는 것을 의미한다. 다수호기 안전성이 APR1400 개발 목표에 녹아있는 셈이다. 더욱이 신고리5,6호기는 후쿠시마 사고 이후 강화된 안전성 개선 사항들을 반영하여 초기 APR1400 원자로 보다 더욱 안전한 원전이 되었다. 확률론적안전성평가(PSA) 결과, 신고리5,6호기가 고리1호기에 비하여 70배 이상 상대적으로 더 안전한 것으로 나타났다.

다수호기 안전성

우리나라 총발전량의 8.5%를 생산하는 고리원전 부지의 위성사진이다. 오른쪽, 부지를 확대한 사진의 파란 원은 왼쪽부터 가동 중인 고리1,2,3,4, 신고리1,2,3,4호기이고, 빨간 원은 건설 중인 신고리5,6호기다. 이렇게 여러 호기가 모여 있다면 한 원전에서 사고가 나면 연쇄사고를 일으키지는 않을지 또 여러 호기가 동시에 사고 나면 큰 재앙이 되지 않을지 하는 걱정은 일견 타당한 것으로 보인다. 원전부지내 원전이 독립적으로 동시에 발생하는 경우와 자연재해와 같은 공통원인으로 다수호기가 동시에 사고가 발생하는 경우를 고려해 본다.

먼저, 고리부지에서 사고 확률이 가장 높은 고리1,2호기의 원전이 독립적으로 동시에 원자로가 녹는 중대 사고가 일어날 확률을 구하면, 고리1호기와 2호기의 사고 확률이 각각 10,000년당 1.77회와 1.7회이므로 동시사고 확률은 이 둘을 곱한 3/100,000,000이 된다. 즉 1억년에 3회이며 이를 고리 1~4호기에 적용하면 1경년에 1.3회가 되기 때문에 개별적독립사고의 동시발생은 문제가되지 않는다.

다수기 안전성의 핵심은 한 호기의 사고가 이웃 호기로 옮겨갈 수 있느냐와 후쿠시마 사고와 같이 쓰나미나 지진 같은 공통원인으로 다수기가 사고 나는 경우다. 위성사진에서 보듯이 고리부지는 3개의 작은 원전 부지들이 모인 형태다. 고리4호기와 신고리1호기 간 거리는 약 800m, 그 사이에 125m 높이의 봉대산이 있다. 신고리2호기와 3호기 간 거리는 약 1.4 km 떨어져 있어 한 부지의 사고가 이웃 부지에 영향을 줄 수 없다. 원전밀집과 사고 전파 걱정은 캐나다의 피커링과 브루스 원전처럼 조밀하게 배치되고 또 원전들이 같이 사용하는 공유설비를 가진 원전과 같은 경우에 해당된다.

후쿠시마 사고의 진행과정에서 후쿠시마 4호기는 3호기와 공유하고 있는 격납용기배기관 때문에 3호기에서 발생된 수소가 4호기로 흘러들어 폭발을 일으켰다는 사실이 확인되면서 공유설비 문제가 재조명되었다. 하지만 다수기 관련 우려는 새로운 사실은 전혀 아니다. 이미 이와 관련된 논의는 1980년대 초 미국 원자력안전위원회(US NRC)에 의해 매듭지어져 원전의 일반설계기준에는 ‘안전에 중요한 구조물, 계통과 기기는 (공유하는 경우) 한 원전의 사고가 이웃 원전의 안전기능에 심각한 영향을 주지 않음을 보이지 못하면 인접 호기 간 공유하지 않아야한다.’라고 되어있다. 우리 원전들은 건설 초기부터 안전관련 설비를 호기 간 공유하지 않도록 하여 논란의 소지를 없앴으니 한 호기의 사고가 인접 호기로 파급되면 어쩌나하는 걱정은 접어두자.