후쿠시마 원전은 이미 오래 전에 가동을 멈추었지만, 지금도 원전은 계속 뜨거운 상태를 유지하며 위기를 지속하고 있습니다. 이제는 별도의 수조에 보관된 폐연료봉에서 핵분열 반응이 일어날 가능성까지 제시되고 있습니다.

흔 히 원자로를 핵병기와 비교하는 사례가 있습니다만, 원자로는 핵병기와 완전히 다릅니다. 핵병기는 임계 질량의 핵물질을 갖고 있어서 급격한 핵분열 반응으로 한 순간에 폭발합니다. 임계 질량이 넘는 만큼의 핵물질은 한번 핵분열이 시작되면 핵분열이 중단되지 않습니다. 그래서 순식간에 핵분열이 일어나서 대 참사를 낳는 것입니다.

하지만, 원자로는 다릅니다. 원자로의 핵물질은 임계 질량에 미치지 못합니다. 가만히 놔두어도 결국에는 멈추고 맙니다. 핵폭탄처럼 엄청난 폭풍을 만들어내거나 강력한 방사선을 쏟아내어 주변을 파괴하지 않습니다.

  그렇다고 원자로가 위험이 없는 것은 아닙니다.

원 자력 발전소 사고에서 가장 위험한 것은 “멜트 다운(Melt Down, 노심 용융)”이라는 현상입니다. 이는 원자로 내부의 열이 지나치게 많이 올라가서 원자로 격납 용기가 녹아 내리는 현상으로 격납 용기가 녹아 내리면 원자로 내부의 방사성 물질(원소)가 밖으로 쏟아져 나오면서 주변 지역을 방사성 물질로 오염시키는 결과를 가져옵니다. 독이 가득 들어 있는 주머니가 파열되면서 안에서 독이 쏟아져 나오는 현상과 비슷하다고 볼 수 있습니다.

멜트 다운 현상을 일으키면 원자로 내부의 핵 연료봉이 밖으로 나오게 됩니다. 우라늄으로 된 핵 연료봉은 강력한 방사성 물질로 이것이 녹아서 증기 등과 함께 밖으로 나오면 엄청난 방사선 피해가 예상됩니다.

다행히도 후쿠시마 원전에서는 멜트 다운 현상은 일어나지 않았습니다. 이미 멜트 다운이 발생했다고 착각하는 일도 있지만, 원자로 용기가 파손되어 방사성 물질이 밖으로 흘러나오는 것은 멜트 다운과는 다릅니다.

  ‘후쿠시마 원전 폭발’이라는 머리말을 보고 핵폭탄 같은 상황을 생각하는 이들도 있지만, 원자로에서 폭발이 일어났다는 말은 핵폭탄의 폭발과는 근본적으로 다릅니다. 후쿠시마 원전에서 일어난 폭발은 수증기가 급격하게 생겨나면서 일어난 수증기 폭발입니다. 물론 수증기 폭발로 인해 방사성 물질이 주변에 퍼져나가긴 하겠지만, 핵폭탄 폭발처럼 강력한 열과 방사선을 뿜어내는 일은 없습니다.



한 편, 원자로에서 멜트 다운 현상이 일어나는 원인은 우라늄을 사용하는 원자로라는 것이 핵분열에 의해 작동하며, 한번 핵 분열이 일어나면 꽤 오랜 시간에 걸쳐서 핵분열 현상이 계속되기 때문입니다. 핵분열은 중성자에 의해 일어나는데, 핵분열 시에 중성자가 쏟아져 나오면서 다시 핵분열을 일으키고, 여기서 다시 중성자가 쏟아져 나와 핵분열을 일으키는 과정이 반복되어 길게는 몇 달 동안 핵분열이 계속될 수 있습니다.

핵분열을 줄이려면 중성자가 줄어들어야 합니다. 이를 위해 제어봉이라는 것이 있습니다. 제어봉은 붕소, 카드뮴, 하프늄 등의 물질로 이루어져 있는데, 이 물질은 중성자를 흡수하는 효과가 크기 때문에 이 제어봉을 연료봉 사이에 넣으면 연료봉에서 튀어나오는 중성자를 잡아내서 핵분열 반응을 줄이는 역할을 합니다.

하지만, 제어봉을 넣는다고 해서 원자로가 바로 정지하는 것은 아닙니다. 원자로의 연료는 연료봉이라는 형태로 되어 나누어져 있는데, 그 연료봉 내부에서도 중성자가 오가고 있기 때문입니다. 제어봉은 연료봉 밖으로 나오는 중성자를 잡을 수 있지만, 연료봉 내부에서 오가는 중성자는 잡지 못합니다. 그 때문에 제어봉은 핵분열이 중단되는 속도를 높여줄 수는 있어도 핵분열을 바로 중지시키지는 못합니다.

  게다가 제어봉이 있다고 해서 밖으로 나오는 중성자를 모두 잡을 수 없다는 것도 문제입니다. 때문에 일본 정부에서는 바닷물에 중성자 흡수제 역할을 하는 붕산을 섞어서 뿌리고 있습니다. 원자로의 열을 식히고 조금이라도 핵분열이 빨리 줄어들기를 바라면서.


문 제는 이처럼 바닷물을 뿌리는 조치가 많이 늦어졌다는 점입니다. 원래 원자로 사고를 막는 것은 초기 대응이 중요합니다. 체르노빌 사고 역시 초기 대응이 늦어져서 결국 노심 용융을 가져왔고, 대량의 방사성 물질을 쏟아낸 끝에 콘크리트를 부어 폐쇄할 수 밖에 없었습니다.

일반적으로 원자로 사고에서 바닷물을 뿌리는 등의 조치가 늦어지는 것은 바닷물을 뿌리고 나중에는 아예 콘크리트를 부어 폐쇄하는 조치가 극단적인 방법이기 때문입니다. 원자로를 냉각하고자 바닷물을 넣으면 원자로 자체가 못 쓰게 됩니다. 원자로를 만드는데 막대한 비용이 들어가기 때문에, 원자로를 못 쓰게 만드는 비상 조치를 꺼리게 됩니다.

이번 후쿠시마 원전 사고에서도 원전 측에서 바닷물을 넣는 작업을 너무 늦게 결정하는 바람에 현재와 같은 결과를 낳았다는 말이 많습니다. 뒤늦게 바닷물을 뿌려서 넣으려 하지만, 원자로 내부에는 엄청난 양의 수증기가 발생해서 높은 기압을 유지하기에 바닷물이 잘 들어가지 않으며 더군다나 원자로에서 쏟아져 나오는 방사선의 양이 많아서 작업 자체가 위험합니다.

게다가, 원자로 내부에는 많은 양의 방사성 물질이 생겼는데, 여기에 바닷물을 뿌리면 수증기가 발생하면서 이들 방사성 물질이 밖으로 쏟아져 나옵니다. 그만큼 방사선의 양도 늘어나고 작업은 더 힘들어지고… 그래서 “죽음과 싸우는 사무라이”라는 말이 나오게 되었습니다. 처음부터 멜트 다운 가능성을 염두에 두고 바닷물을 뿌렸다면 이런 위험은 줄었을지도 모릅니다.


후쿠시마 원전에서 한가지 다행한 점은 이 원전이 체르노빌과 달리 감속제로 물을 쓰고 있다는 것입니다. 감속제란 중성자의 속도를 낮추어주는 물질을 뜻합니다. 핵분열 당시에 튀어나오는 중성자는 속도가 빠릅니다. 빠른 속도의 중성자는 핵분열의 연료인 우라늄 235와 부딪쳐서 핵분열을 일으킬 가능성이 낮습니다. 대개 우라늄 238에 부딪쳐 흡수되어 버리고 맙니다. 중성자의 속도를 늦추어주면 우라늄 235에 부딪쳐 핵 분열을 일으킵니다.

이 감속제로는 흑연이나 물을 사용합니다. 물 중에서도 경수를 사용한 것을 ‘경수로’라고 부르는 것입니다.
체 르노빌에서는 감속제로 흑연을 사용했습니다. 흑연 감속제는 몇 가지 문제가 있습니다. 하나는 감속제를 줄이기 어렵다는 것이고, 또 하나는 흑연 자체가 방사성 물질로 바뀌어 방사능 오염을 일으키며, 흑연은 냉각제로 쓸모가 없다는 겁니다.

체르노빌에서 수천 km 떨어진 지점까지 방사성 물질이 퍼져나갔다고 하는데, 여기에서 퍼져나간 방사성 물질이 바로 흑연이었습니다. (물론, 다른 물질도 있었습니다만.)

반 면 경수로에서는 물 자체가 원자로의 열을 줄여줄 뿐만 아니라 제거하기도 쉽고, 끓어오르면 증기가 되는데 이 증기는 방사능이 비교적 낮고 멀리까지 퍼져나가기 어렵습니다. 게다가 무엇보다도 중요한 것은 물이 증기로 바뀌면 감속제로서의 역할을 잃어버린다는 것입니다. 그만큼 핵분열 속도를 늦추는데 도움이 됩니다.

후쿠시마 원전에서 ‘최악의 사태’를 이야기하면서도 체르노빌과 같은 상황이 재현될 가능성이 낮다는 이유 중의 하나는 후쿠시마 원전이 경수로이기 때문입니다. 게다가 체르노빌과 달리 격납 용기 등으로 이중 구조를 갖추어 좀 더 안전합니다.

하지만, 열을 식히지 못하면 연료봉과 함께 격납 용기가 녹아 내리고 방사성 물질이 쏟아져 나오는 사태(멜트 다운)가 일어나지 말라는 법은 없습니다.

흑 연을 사용하지 않는 후쿠시마 원전은 멜트 다운이 일어나도 체르노빌에 비하면 피해가 적을 것으로 예상됩니다. 피해 지역도 비교적 가까운 지역에 국한될 것으로 보입니다. 하지만, 가까운 지역에 국한되고 피해가 적을 거라고 해도 일본의 인구 밀도를 생각할 때 그 피해자는 적지 않을 것입니다. 최종적으로는 체르노빌에 비해 많은 희생자가 생길지도 모릅니다.

그렇다면 우리나라에 영향은 어떨까요? 앞서 말했듯, 현 시점에서는 후쿠시마 원전에서 나온 방사성 물질이 우리나라까지 올 가능성이 낮습니다. 게다가 그 양도 적고 방사능도 낮기 때문에 위험한 정도는 아닙니다.

최악의 상황에서 멜트 다운이 일어나도 체르노빌만큼의 위험은 없기 때문에 지나치게 걱정할 필요는 없습니다. “절대로 걱정할 필요 없다.”라는 말은 쓰면 안 되겠지만, 비교적 안전하다는 정도로 이야기해 두겠습니다.

멜 트 다운을 막는 방법은 단 하나입니다. 원자로를 식히는 것이지요. 본래 냉각수가 그 역할을 맡는데, 이번에는 정전으로 냉각수 공급 장치가 고장 나서 이런 문제가 생긴 것입니다. 때문에 강제로 바닷물을 쏟아 부어야 하는데 방사선양이 높아서 작업이 위험하고 수증기 압력 때문에 바닷물을 넣기 힘들어 잘 진행되지 않습니다.

일단 열만 내릴 수 있다면, 후쿠시마 원전으로 인한 피해는 금방 사라질 것입니다. 밖으로 나온 방사성 물질은 공기로 희석되고 비와 함께 씻겨져 내려갈 것입니다. 핵분열은 점차 약해질 것이고 밖으로 나오는 방사성 물질은 계속 줄어듭니다. 어느 시점이 되어 핵분열이 정지하면 후쿠시마 사태는 끝납니다.

지금으로서는 부디 일본 정부가 잘 대처해서 문제를 극복해내길 바랄 뿐입니다.


한편, 일본의 사고를 통해서 살펴본 우리나라 원전의 사례는 어떨까요? 우리나라의 원전은 이러한 사고가 일어나지 않을까요?

우 리나라가 지진이나 해일 등의 피해가 많지 않다는 것을 제외하고도, 우리나라의 원자력 발전소는 전반적으로 일본보다 안전하게 되어 있습니다. 자가 발전 시스템 등 안전 조치가 더 충실하기도 하지만, 무엇보다도 원자로의 방식 자체가 조금 다릅니다.

후 쿠시마를 비롯한 일본의 원자로는 비등경수로 방식입니다. 비등경수로 방식은 원자로 내부의 물이 직접 수증기로 바뀌고 이 수증기로 바로 터빈을 돌리는 방식입니다. 전원 공급이 중단되면 원자로 내부의 물이 순환되지 못하며 냉각이 불가능합니다. 게다가, 원자로 내부의 물로 직접 발전하는 만큼 방사성 물질을 함유한 수증기 등이 외부에 노출될 가능성도 높습니다.

우리나라는 가압 경수로 방식을 사용합니다. 가압 경수로는 원자로에서 데워진 물로 다시 한번 물을 끓여서 이 수증기로 터빈을 돌리는 방식입니다. 굳이 비교하면 중탕을 하는 셈이라고 볼까요? 이 방식은 원자로 내부의 냉각 펌프가 고장 나도 어느 정도 냉각수가 공급된다는 이점이 있습니다. 그만큼 온도 상승을 줄일 수 있고 시간을 더 벌 수 있습니다.

게다가 원자로 내부의 증기가 직접 터빈에 연결되지 않는 만큼 방사성 물질을 함유한 수증기가 밖으로 누출될 가능성도 낮습니다.

일본에서 비등경수로 방식을 채택한 것은 비등경수로 방식이 가압경수로 방식에 비해서 효율이 높기 때문입니다. 중탕 방식이 아닌 만큼 발전 효율이 높고 전기 생산 비용이 줄어듭니다. 하지만, 그만큼 안전은 떨어질 수 밖에 없습니다.

하지만, 우리나라의 완전히 안전하다고는 볼 수 없습니다. 가압 경수로 방식도 시간을 더 벌기 쉽지만, 냉각 펌프가 고장 나면 그만큼 위험해질 수 있습니다. 완전히 안심해서는 안 되는 것입니다.


그 렇다면 원전 사고를 막는 가장 좋은 방법은 무엇일까요? 역시 ‘안전에 대한 인식’이라고 하겠습니다. 앞서 말했듯 이번 후쿠시마 사고가 위험한 상황에 처한 것은 조기 대처를 제대로 하지 않았기 때문이라 볼 수 있습니다. 사태가 이 지경에 이른 것은 원자로를 포기하지 못한 원전 측의 뒤늦은 대처 때문인 것이지요.

  결국, 원자로 사고가 발생하지 않기 위해서는 무엇보다도 안전을 우선하는 자세가 필요하다고 하겠습니다. “우리나라의 원전은 절대로 안전하다.”라는 장담으로 사람을 안심시키는 것도 좋지만, 한편으로 그러한 사고가 발생할 경우에 어떻게 할지 확실하게 준비하여 혹시 사고가 발생할 때 ‘인재’라는 말을 듣지 않게 하는 것입니다.

  한편, 이번 사고를 계기로 기존의 원자력을 대체할 수 있는 가능성에 대한 연구를 서두를 필요도 있다고 생각합니다.

사 실 원자력, 특히 현재의 우라늄 방식 원자력 발전은 결코 안전하지도 저렴하지도 않은 발전 방식입니다. 원자력 발전은 막대한 방사성 폐기물을 낳습니다. 이 폐기물은 오랜 기간 보관되어야 하는 문제가 있습니다. 혹시라도 폐기물이 누출되었을 때의 피해는 상상을 초월합니다. 게다가 수명이 다 된 원자로 자체가 엄청나게 거대한 폐기물이기도 합니다.

원자력 발전을 사용하는 이유는 원자력 발전 말고 우리가 사용하는 막대한 전기를 공급할 길이 없기 때문입니다. 강을 망치는 수력 발전, 화학 연료를 낭비하며 대량의 이산화탄소를 쏟아내는 화력 발전, 생태계에 결코 좋은 영향을 주지 않으면서 전력 생산량이 매우 낮은 조력 발전, 공간 낭비를 조장하는 태양광 발전 등. 현재 우리가 생각하는 모든 종류의 발전 방식으로는 원자력을 대체할 수 없습니다.

방법은 하나. 원자력을 대체할 수 있는 기술을 개발하는 것입니다. 미래의 대안으로서 핵융합로와 우주 공간에서의 태양광 발전 기술(일명 마이크로웨이브 발전소라고도 합니다. 우주공간에서 생산한 전력을 전자파로 바꾸어 지상에 보내기 때문입니다.)이 이야기되고 있습니다.
양쪽 다 SF 세계에서는 매우 친숙한 개념으로 발전 용량이나 안전도가 발군이지만, 문제는 개발에 시간이 걸린다는 것입니다. 현재 예상으로는 대략 40~50년 정도 뒤에야 실용화될 것이라고 여겨지고 있으니까요. 투자가 늘어나면 실용화가 좀 더 빨라질지 모르지만, 반으로 줄어든다고 해도 20~30년 뒤…

현대 문명을 유지할 때 원자력 이외의 대체 발전 기술이 존재하지 않는 현실 속에서 지금 당장 채택할 수 있는 것은 조금이라도 안전한 원자력 발전 방식을 개발하는 것일지도 모릅니다.
일 본의 비등수형보다 우리나라의 가압형이 더 안전하지만, 그보다도 훨씬 안전한 기술이 많습니다. 대표적으로 인도 등지에서 연구되는 토륨을 이용한 방식의 용융염 원자로 같은 것이 있습니다. 방사성 폐기물도 적게 발생하고(특히 반감기가 무지막지하게 긴 플루토늄이 나오지 않고) 사고가 일어나면 즉각 멈출 수 있다는 이점이 있습니다. 단점이 몇 가지 있지만, 기술적으로는 완성되었음에도 상용화까지 많은 비용과 시간이 필요할 것 같다는 것이 문제… 그래서 사실상 연구가 중단된 상황이었지만, 이번 후쿠시마 사고로 인해서 좀 더 관심을 얻을 수 있지 않을까 생각합니다.

  어찌되었든, 현대 문명 사회를 유지하려면 전기가 필요하고 전기를 얻으려면 발전소가 필요합니다. 그 발전소에서 원자력 이외의 대안이 없었다는 것이 이번 사고의 근본적인 원인인 만큼 앞으로는 이를 극복할 수 있는 방안을 생각해야 할 것입니다. 그것이 바로 –아직 현재 진행형인- 후쿠시마 원전 사고의 진정한 교훈이 아닐까 합니다.


여담) 이 글을 쓰는 지금, 후쿠시마 원전에 부분적으로 전력을 공급하기 시작했다는 반가운 소식이 들어왔습니다. 일단 냉각수를 공급할 수만 있다면 멜트 다운의 위험은 대폭적으로 감소하는 만큼 이번 사건이 잘 해결될 수 있기를 기대합니다.