원자력발전소의 사고(3) : 후쿠시마

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체르노빌 원전 폭발 사고는 당시까지 일어난 원자력의 사고로서는 가장 대규모이므로 철저한 검증이 이루어졌다. 가장 중요한 것은 얼마의 방사능이 방출되었느냐이다. 우선 가장 많은 방사선을 받은 사람은 화재 진압 및 사고 복구에 참여했던 수백 명의 사람들로 이들이 받은 방사선량은 10만〜100만 밀리렘으로 추정되었다. 발전소로부터 반경 15킬로미터 이내에 거주하고 있다가 대피한 주민 24,000여명은 평균 45,000밀리렘의 방사선을 받았다. 이들처럼 직접적인 피해는 아니지만 지역 주빈 25만 명이 사고 후 4년간 모두 3,500밀리렘의 방사능을 받았다고 분석되었다.

 

사고당시 발전소에서 근무하던 직원은 444명이고 1989년 말까지 화재진압 및 사고 복구작업에 동원된 인원은 약 60만 명이다. 이들 중 원자로 주변에서 실험을 진행시키고 있던 운전원들이 가장 많은 방사선을 받아 곧바로 병원으로 후송되었다. 불행한 것은 화재진압에 동원된 소방대원으로 이들은 화재진압이라는 사명감에 불 타 수많은 방사선을 받고 있다는 사실도 모른 채 소방작업에 몰두했는데 이들은 무려 60만 밀리렘 이상의 방사선을 받았다고 추정한다.

소방대원들이 투입된지 한 시간쯤 지나자 대원들 중에서 피부에 방사선 화상을 받아 구토, 설사 등 방사선의 급성장애증세를 보이는 환자들이 줄이어 생겼다. 의료진들이 도착하자 즉시 방사선 피해 검진을 실시했고 방사능 피해 증세를 보이는 사람들은 모두 병원으로 후송되었다. 사고 발생 3일 후 모두 299명이 방사선 급성장해 징후를 보였는데 이들 중 사고 발생일로부터 약 3개월 이내에 29명이 사망했다. 반면에 이때 사망하지 않은 사람들은 점차 회복기에 들어갔다. 이것은 그동안 이론적으로 적립되었던 방사선의 생물학적 영향이 그대로 증명되었다는 것을 보여준다. 이 부분은 뒤에서 다시 설명한다.

뒤에서 방사선의 피해와 인체의 자정 능력에 대해 설명하지만 체르노빌 원전으로 인한 방사선 피해자가 50여 명에 지나지 않은 이유는 인체의 생체복원 능력뿐만 아니라 체르노빌 원전 사고에 의해 누출된 방사선이 큰 틀에서 원자폭탄과 같은 핵폭발에 의한 사고가 아니기 때문이다. 체르노빌 원전의 사고는 원자로 내부에서 뜨꺼운 열에 의해 수증기가 갑자기 많이 생겨 일어난 수증기 압력에 의한 폭발이기 때문이다. 사고 당시 두 번의 폭발이 있었는데 처음 것은 수증기 압력이 높아져 생긴 폭발이고 두 번째 것은 화학반응에 의한 것이지 결코 핵분열에 의한 핵폭발이 아니다.

따라서 체르노빌원전 사고에서는 원자폭탄 폭발시에 생기는 화염 또는 열폭풍이 있을 수 없고 수 많은 사망자를 발생시킬 수도 없었다. 단지 체르노빌 사고시의 수증기 폭발 또는 화학반응 폭발 등으로 인해 이미 원자로 안에 전부터 생성되어 있던 방사성 물질 중의 일부가 환경으로 유출되어 방사선 피해를 초래했을 뿐이다. 일본 히로시마, 나카사키에 떨어진 단 두 개의 원자폭탄에 의한 사망자가 30여 만 명을 상회함에도 체르노빌 원전 사고의 인명피해가 50여명도 되지 않는다는 것을 이해할 것이다.

한마디로 현재까지 일어난 원전 사고 중 최악이라는 체르노빌 사고도 생각만큼 그렇게 위험하지 않았다는 결론이다. 물론 일부 학자들은 이에 동의하지 않는다. 원전 반대 측의 주장은 크게 다음과 같다.

 

① 체르노빌과 같은 사고가 발생할 수 있는 가능성은 항상 존재한다.

 

② 필연적으로 발생하는 방사성페기물을 안전하게 처리할 수 있는 확실한 방법은 없다.

 

③ 방사선 피폭의 피해가 공식 발표된 내용과 다를 수 있다.

 

④ 거대자본으로 추진되는 원자력사업은 지속 가능한 사회가 나아가야 할 바와 합치하지 않는다.

 

⑤ 생태학적으로 바람직한 재생에너지 개발을 저해한다.

 

⑥ 무엇보다 핵무기로 인한 파멸을 초래할 수 있다.

 

특히 방사선 노출에 의한 종양이나 다른 질병들이 20년 정도 지나야 나타날 수 있다는 것을 볼 때 이제부터 질병이 나타날 수 있다는 주장도 제기되었다. 실제로 2006년 사고가 일어난 지 20년 전인 1986년에 사고 현장에서 작업했던 남녀 24만 명을 정밀하게 분석한 결과 백내장이 증가하고 있다는 설명도 있다. 또한 1990년대 사망자 수가 230명 이상이라고도 발표되었다. 스웨덴에서 체르노빌의 결과로 1996년까지 849건의 암이 증가했다는 연구 보고도 있었다.

2001년 유엔개발계획(UND)과 유엔아동기금(UNICEF) 특별사찰단은 다음과 같이 체르노빌 사건에 대한 보고서를 제출했다.

 

‘벨로루시와 러시아, 우크라이나 주민들의 평균 예상수명은 세계에서 20번째로 가난하고 긴 전쟁 중에 있는 스리랑카보다 10년 정도 짧다. (중략) 심장혈관계 질환과 외상(사고들과 중독들)이 가장 흔한 사망 원인이며 암이 그 뒤를 잇는다(이 상황은 체르노빌의 영향을 받은 지역들에 한정되지 않는다). (중략) 이 지역 주민들의 건강에 관한 상황은 방사선이 유발하는 질환으로부터 풍토병과 빈곤, 빈약한 생활 조건들, 낙후된 의료 서비스, 부족한 식품과 두렵지만 무력하게 수용해야 하는 상황에서 발생하는 심리적 혼란의 복잡한 산물이다.’

 

위 내용을 엄밀하게 분석하면 적어도 체르노빌 사건을 암 발생의 직접적인 요인이라고 볼 수 없다는 점을 명확히 했다. 이들 비교적 신뢰성을 보이는 자료를 종합해보면 당초 예상되던 것보다 체르노빌 사건으로 인한 사람들에 대한 직접적인 피해는 크지 않다는 것을 알 수 있다. 체르노빌 사건이 심각하지 않다는 것으로 제시되는 것 중 하나는 체르노빌 사건의 영향을 가장 크게 받은 생태계가 큰 타격을 받지 않았다는 것이다. 방사능에 노출된 지역에서 놀라우리만큼 숲이 무성하며 멧돼지, 사슴, 말, 두루미, 수달, 늑대들로 가득한 것을 볼 때 방사능의 영향이 크지 않다는 것이다. 물론 일부 동물의 경우 유전자 손상도 발견된다. 인간에게도 이런 결과가 나타날 가능성도 있다는 지적이지만 체르노빌 사건이 준 교훈은 방사능에 대한 공포감을 마냥 부추길 필요는 없다는 설명이다.

 

<후쿠시마 원전 사고>

2011.03.11일 오후 일본 동북부 지방 부근의 해저, 도쿄에서 북동쪽으로 243마일 떨어진 곳에서 리히터 규모 9.0의 강진이 발생했다. 일반적으로 리히터 규모 5의 지진은 대략 제2차 세계대전 당시 히로시마에 투하되었던 원폭의 에너지와 같다. 규모가 1만큼 증가할 때 에너지는 약 30배 증가하므로 이번 지진의 에너지는 규모 5의 지진에 비해 대략 81만 배에 상당한다. 히로시마에 투하된 원자폭탄의 81만 배에 해당하는 에너지가 일본 열도를 강타한 것이다. 이 지진은 6,434명이 사망한 1995년 일본 한신 고베 대지진(규모 7.3)의 약 630배나 되는 강력한 위력이다.

사상자·실종자가 최소한 3만 명에 달하는 것은 물론 피해 규모 또한 상상을 초래한다. 지진 이후 태평양 연안을 대형 쓰나미가 강타하면서 선박과 차량, 건물이 역류하는 바닷물에 휩쓸리는 등 큰 피해를 보였기 때문이다. 대형 정유공장에 큰 화재가 발생한 것은 물론 후쿠시마(福島)원자력 발전소에서 줄줄이 화재와 함께 방사능이 누출됐다.

바닷속 지진이나 화산 폭발 등으로 바닷물의 높이가 갑자기 높아져 산더미 같은 파도가 해안을 덮치는 지진해일을 '쓰나미(津波.Tsunami)'라고 부른다. 지진해일을 전문용어로 쓰나미로 부르는 것은 일본의 어촌 쓰나미가 해일로 인해 갑자기 사라졌기 때문이다.

진원이 해저면에서 가까웠다는 점도 지진의 위력을 키운 요인이었다. 보통 진원이 해저면에서 60㎞ 이내에 있으면 쓰나미 위력이 강한데 이번에는 이보다 훨씬 가까운 해저면 아래 24.4㎞에서 지각이 종잇장처럼 찢겨졌다. 단층도 위아래로 많이 엇갈려 바닷물을 크게 흔들었다. 쓰나미는 엄청난 물의 양 때문에 가공할 파괴력을 지닌다. 진앙지 주변 바다가 거대한 양동이에 든 물처럼 한꺼번에 출렁대면서 그 파괴력은 상상을 초월할 정도로 커진다.

2011년 3월에 발생한 쓰나미도 심해에서는 제트기 속도와 맞먹는 시속 500〜700㎞로 퍼져나갔다. 해안으로 다가가면서 수심이 얕아지자 속도가 시속 30㎞ 정도로 줄어들었지만 쓰나미의 파고는 진원지 위 해수면에서는 몇m에 불과하던 것이 해안에서는 최고 10m까지 높아졌다. 쓰나미는 해안에 근접할수록 수심이 얕아짐에 따라 파장과 속도가 감소한다. 그러나 에너지 보존법칙에 따라 그 위력과 파고는 더욱 커져 상당한 파괴력을 갖는다. 쓰나미의 또 다른 특성은 해일이 한차례에 그치지 않고 수십 분 간격으로 여러 차례 도달한다는 점이다. 이는 잔잔한 호수에 물결을 일으켰을 때 물결이 금방 가라앉지 않는 것과 같은 원리이다.

특히 일반 해일은 파도의 가운데 부분이 텅 빈 채 해안에 밀려들지만, 쓰나미는 가운데가 불룩하게 물로 채워진 채 밀려오기 때문에 파괴력이 더 크다. 사람 머리 위에서 물벼락이 쏟아지는 것이 아니라, 엄청난 크기의 강한 주먹이 사람의 몸통을 때리는 셈이다. 이로 인해 쓰나미는 높이가 성인의 무릎 높이인 30센티미터에 불과하더라도, 해안가의 사람을 쓰러뜨려 바다로 끌고 갈 수 있어 피해가 늘어난다.

그러나 일본의 지진이 세계를 경악시킨 것은 일본처럼 철저하게 지진에 대한 대비했음에도 수많은 사상자가 생긴 것은 물론 그 어떤 강진에도 안전하다고 주장하던 후쿠시마 원전에서 예상치 못한 방사능이 누출되었기 때문이다.

후쿠시마 원전의 재앙은 지진이 일어나자마자 제1원전의 원자로 1〜3호기의 전원이 작동하지 않으면서 촉발됐다. 설상가상으로 원자로를 식혀주는 긴급 노심냉각장치마저 작동을 멈췄고, 이어서 1호기에서 수소폭발이 일어났다. 이틀 뒤에는 3호기도 폭발했다. 잇단 폭발로 방사성물질을 포함한 기체가 누출됐다. 고장 난 냉각장치를 대신해 뿌려대던 바닷물이 방사성물질을 머금은 오염수로 누출되면서 방사선 오염의 공포가 일본 열도를 뒤덮기 시작했다.

 

원전 사고가 발생한지 거의 2주일이 지난 3월 24일 3호기 터빈실 주변에서는 정상가동 때 원자로 노심보다 농도가 1만 배나 높은 방사성물질이 검출됐고 1, 2호기 터빈실에서도 오염수 웅덩이가 발견됐다. 4월 2일에는 제1원전 2호기 취수구 부근 바다에서 법정 기준치의 750만 배나 되는 방사성 요오드131이 1㎤당 30만㏃(베크렐) 검출되는 등 고농도 오염수의 유출도 확인됐고 세슘도 유출되었다고 발표했다. 급기야 일본정부는 4월 4일 저농도 오염수를 바다로 방출토록 허가했다. 이후 전기가 가동되어 임시적인 사고조치가 진행되었다.

일본 원전에서 누출된 세슘137이 체내에 유입되면 근육에 60%가량 침착되고 나머지는 전신에 분포된다. 소화기관에도 영향을 줘 암을 유발하는 것으로 알려졌다. 다행하게도 인체에 들어온 세슘의 제독은 어느 정도 가능하다. 프러시안블루를 복용하면 이 약이 세슘을 흡착해 대변으로 빠져나가게 한다. 세슘의 생물학적 반감기는 100일 정도이지만 방사능의 세기에 따라 인체기능이 정상에 가깝게 회복되는 시기와 정도가 달라진다.

방사성 요오드의 경우 기체 형태로 갑상선에 축적되면 갑상선암을 일으킨다고 알려진다. 이때 안정화 요오드화칼륨(KI)을 방사선 흡입 24시간 내에 투여하면 갑상선 조직을 선점해 방사성 요오드가 흡수되는 것을 최소화할 수 있다고 알려진다.

정밀조사에 의해 제1호기는 대지진 16시간 만에 핵연료가 녹는 노심용해(멜트다운) 상태가 되었다는 것이 밝혀졌다. 연료봉은 주로 산화우라늄으로 되어 있는데 이것의 녹는점은 2,800도이다. 멜트다운이 일어나려면 노심에 열이 축적되어 온도가 2,800도 이상 올라가야 한다는 뜻이다. 그런데 후쿠시마 원전의 경우 대지진이 발생한 직후인 3월 11일 오후 6시쯤 원자로의 수위가 핵연료 상단부까지 내려갔고, 오후 7시30분께는 핵연료가 노출되면서 손상되기 시작해 온도가 핵연료의 용해점인 섭씨 2천800도까지 올라갔고 이어서 멜트다운이 진행돼 지진발생 16시간 후에는 핵연료가 대부분 녹았다. 다행하게도 1호기에 대한 냉각수 투입이 3월12일 오전 5시50분부터 시작하여 원자로의 온도가 100도 이하로 안정되어 더 이상 사건이 확대되지는 않았다. 반면에 노심의 용융으로 격납용기에서 압력억제실로 연결되는 배관의 접속부에 균열이 생기면서 3,000톤에 달하는 고농도 오염수가 원자로 건물 지하 등으로 유출되었다는 발표다.

참고적으로 멜트다운은 2,800도가 아니더라도 일어날 수 있다. 핵연료를 싸고 있는 지르코늄은 약 1,850도에서 녹는데 이렇게 낮은 온도에서 금속이 먼저 녹으면 그 속으로 산화우라늄이 들어 갈 수 있기 때문이다. 멜트다운이 발생하면 뜨겁고 무거운 액체 덩어리가 한 곳으로 몰리게 되는데 이것의 온도는 노심을 둘러싸고 있는 강철 용기와 콘크리트의 용융점보다 높고 무겁기 때문에 강철과 콘크리트를 녹이고 점점 밑으로 내려간다.

한편 1호기에 이어 2, 3호기에서도 멜트다운이 진행됐을 가능성도 제기되었다. 원자로 온도가 약 100도가량을 유지하고 있는 1호기와는 달리 3호기의 온도는 200도를 웃돌고 있기 때문인데 이 온도 자체는 크게 우려할 바는 아니지만 냉각수 공급에 차질이 있었다는 것을 의미한다.

물론 체르노빌과 후쿠시마가 7등급으로 설정되었지만 후쿠시마 제1원전에서 방출된 방사능의 총량은 체르노빌 사고 때의 520만 테라(테라=1조)베크렐에 견주면 10분의 1가량으로 적은 양이다. 특히 경제산업성 산하 원자력안전보안원은 유출된 방사성 물질의 총량을 37만 테라베크렐, 내각부 원자력안전위원회는 63만 테라베크렐로 훨씬 하향된 숫자로 발표했다. 그럼에도 불구하고 일본이 사고 등급을 높인 것은 체르노빌 규모의 방사능이 유출된 것은 아니지만 사고 수습 방안을 강화하겠다는 의지를 보이기 위해서라는 것이다.

앞에서 설명했지만 원자력발전소의 원자로는 원자폭탄처럼 폭발하지 않는다. 원자로에서 감속재인 액체가 사라지면 연쇄반응이 멈추기 때문이다. 그런데 노심은 아직도 뜨겁고 중성자는 계속 방출된다. 이 고온 때문에 노심의 금속이 녹기 시작하는데 이것이 노심용해이다. 이 현상을 「차이나 신드럼」이라고 하는데 이것은 미국에 있는 원자력발전소에서 녹은 핵연료가 너무 뜨겁기 때문에 땅속을 뚫고 지구 반대편으로 가서 중국까지 도달한다는 과장된 생각에서 붙여진 이름이다. 물론 현실적으로 이런 상황이 올 수는 없지만 이런 말 자체가 원자력발전소의 위험성을 알려주는 잣대로 사용되는 것은 틀림없다.

가장 놀라운 것은 일본의 후쿠시마 원전 사고는 1989년 일본의 반핵운동가 히로세 다카시에 의해 정확하게 예견되었다는 점이다. 그는 우선 일본의 모든 원전이 활단층(活斷層) 즉 살아있는 단층 위에 세워졌다는 것을 지적했다. 그는 후쿠시마에 원전들이 집중되어 있는데 만약 큰 지진이 나면 정전이 되고 예비 전원도 망가지고 그 순간 긴급 장치가 작동하지 않으면 또는 대형 해일이 일어나 해수가 빠져나가면 원전이 멜트다운 될지도 모른다고 예견했는데 바로 그런 상황이 일어난 것이다. 즉 전세계에서 가장 위험한 곳이 일본인데도 계속 원전을 건설했으므로 반드시 대형사고가 일어날 것임을 예견한 선견지명이 놀랍다. 그러나 한국인에게 다행한 것은 다카시가 이런 대형 사고가 일어날 수 있는 경우는 일본만이 갖는 특징이라고 말했다는 점이다.

참고적으로 2011년 9월 12일 일어난 프랑스 님시 근처 마르쿨 핵 시설에서 폭발이 발생하여 1명이 숨지고 4명이 부상했으나 이 폭발은 방사능 유출과는 거리가 멀다. 사고 자체가 저준위 방사성 폐기물을 용해시키는 소각로가 폭발한 것이기 때문이다 그러므로 주민대피 조치가 취해지지 않았으며 사상자도 방사능 오염이 아닌 폭발 때문에 발생한 것이다.

일본 정부는 제1원전의 원자로 6기를 모두 폐쇄키로 결정했다. 학자들은 폐쇄가 결정된 원자로를 식히는 데만 최소 수년이 걸리고, 본격 해체작업을 위해서는 원전 주변 방사성물질 오염을 낮추는 작업을 거쳐야 하므로 사고 처리에 수십 년이 걸릴 것이란 전망도 나왔다.

 

참고문헌 :

「원자력 환경 안정성에 관한 갈등과 대책의 재조명」, 이재기, 과학사상, 2003년 여름(제45호)

「체르노빌 원전사고 10년의 회고」, 이재기, 가우리블러그정보센터(박선호), 2005.1.25.

「지진해일 22만명 목숨 앗아가」, 김성균, 과학동아, 2005년 2월

「체르노빌에 드리운 어두운 그림자」, 리처드 스톤, 내셔널지오그래픽, 2006년 4월

「인간 역사상 최대의 핵 재난」, 김성호, 과학과 기술, 2006년 4월

「체르노빌의 유산」, 존 다이슨, 리더스다이제스트, 2006년 4월

「6400명 사망 고베 대지진의 170배 충격」, 박방주, 중앙일보, 2011.03.12.

「후쿠시마 원전에 무슨 일이」, 한국경제, 이해성, 2011.03.14.

「`방사능 피폭` 인체 영향은…DNA 변이·파괴로 암·유전질환 유발」, 한국경제, 정종호, 2011.03.14

「후쿠시마에 기대하는 호르메시스 효과」, 이성규, 사이언스타임스, 2011.03.25.

「[동일본 대지진 한달]원자로 폐쇄 결정했지만…바다·대기 오염 불안 계속」, 조형민, 경향신문, 2011.04.11

「日원전 1호기 대지진 16시간만에 멜트다운」, 김종현, 연합뉴스, 2011.05.15.

「촛불로는 원전 문제 못 푼다」, 김종수, 중앙일보, 2011.03.30

『위험한 이야기』, 히로세 다카시, 푸른산, 1990

『방사능을 생각한다』, 모리나가 하루히코, 전파과학사, 1993

『아인슈타인의 실수』, 송명재, 한국원자력문화재단, 1993

『원자력과 핵은 다른 건가요?』, 이순영, 한세, 1995

『현대문명의 빛과 그늘 원자력』, 이용수, 한국원자력문화재단, 1996

『교과서에서 배우지 못한 과학 이야기』, 로버트 M. 헤이즌, 고려원미디어, 1996

『수퍼 영웅의 과학』, 로이스 그레시, 한승, 2004

『영화로 과학읽기』, 이필렬 외, 지식의 날개, 2006

『원자력은 아니다』, 헬렌 갈디코트, 양문, 2007

『원자력여행』, 한국수력원자력(주), 2009