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은정 단
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1 1 장 평화로운핵이용은가능한가 핵에너지이용의짧은역사 김명진

2 지금은한물간용어가됐지만, 원자력을 제3 의불 이라고부른때가있었다. 원시시대에인류가처음으로불의사용법을익힌것이제1 의불이고, 산업혁명기에석탄을사용한증기기관을동력으로이용하기시작한것이제2 의불이라면, 20세기들어인류가활용하기시작한원자력은그뒤를잇는제3 의불이라고부를수있다는것이었다. 이런단계구분에는원자핵이깨질때얻어지는에너지를동력으로이용하는것이문명의발달과기술의발전에따른자연스러운결과라는사고방식이암암리에숨어있다. 그러나원자력을처음이용하게된역사적맥락을돌이켜보면동력이용의발달단계에따른필연성은찾아볼수없다. 제1 의불이추위와허기를면하기위한원시인류의필요에서비롯됐고, 제2 의불이이전까지연료로쓰던목재의고갈과가격폭등에서불가피하게파생된결과인반면, 이른바제3 의불로불리는원자력은그런종류의사회적요구때문에등장한것이아니었다. 이전까지쓰던석탄과석유자원의고갈이새로운동력원의탐색으로이어져등장한산물이아니라는말이다. 원자력의등장은그근원부터철저하게군사적인요구가빚어낸결과물이었고, 그뒤시작된 평화적 이용역시그런태생적한계에서자유로울수없었다. 원자력이용의기원을이해하기위해우리는최초의원자폭탄을만들어낸 2차대전기의맨해튼프로젝트로되돌아가야한다. 핵분열현상과연쇄반응의발견원자핵내에숨은막대한에너지를끄집어낼수있다는생각은 2차대전이발발하기직전인 1938년말, 독일베를린에있던물리학자오토한과분석화학자프리츠슈트라스만의실험으로거슬러올라간다. 당시물리학자들은원자핵의구조를이해하기위해새롭게발견된아원자입자인중성자를원자핵에쏘아넣고그결과를관찰하는실험 ( 일명중성자포격실험 ) 을하고있었다. 한과슈트라스만이특히주목한것은원자번호 92로당시까지주기율표상에서가장무거운원소였던우라늄에대한중성자포격실험이었다. 두사람은여기서나온반응생성물에대한정밀한화학분석을통해우라늄의중성자포격에서원자번호 56인바륨이생성된다는믿을수없는결과를얻었다. 이것은이전까지물리학계의정설을벗어나는, 언뜻말도안되는결과로보였다. 200개가넘는양성자와중성자가모여만든우라늄의거대한원자핵이중성자한개에의해거의반으로쪼개진다는것은마치유리창을뚫고들어온야구공이집을반으로쩍갈라놓는것만큼이나일어날법하지않은일로생각됐기때문이다. 한은이사실을당시나치의유대인박해때문에스웨덴으로피신해있던동료물리학자리제마이트너에게알리고이론적인설명을요청했다. 마이트너는조카인오토프리쉬와함께이문제를곰곰히생각해본뒤, 우라늄원자핵이중성자포격을받고바륨과크립톤으로쪼개지며 이때생기는질량결손 ( 양자질량의 5 분의 1 정도 ) 은 200MeV(2 억전 38 39

3 자볼트 ) 에해당하는막대한에너지로방출된다는결론을얻어냈다 (U 92 +n Ba 56 +Kr 36 +E). 알기쉽게비유하자면우라늄원자핵하나가깨질때나오는에너지가눈에보이는모래알하나를폴짝뛰어오르게하는데충분할정도의크기였다 ( 참고로우라늄 1그램에는대략 개의원자핵이있다 ). 질라드가서로독립적으로 2차중성자의생성사실을밝혀냄으로써이제연쇄반응 chain reaction 의가능성여부는의심할수없는것이됐다. 물리학자들은대략 80차례의핵분열반응이연쇄적으로일어날경우우라늄덩어리 1킬로그램 ( 골프공보다크기가더작은 ) 은대략 TNT 2만톤에해당하는위력으로폭발할것으로내다보았다. 이발견은곧독일과영국의전문학술지에실렸고, 당시까지만 해도그리규모가크지않던물리학공동체안에서순식간에퍼져나 갔다. 소식을들은사람들은이내그것이지닌엄청난의미를알아차렸다. 1905년알베르트아인슈타인이특수상대성이론에서도출해낸역사상가장유명한공식 E=mc 2 에서예견한, 물질속에압축된엄청난에너지를방출시킬수있는물리반응이발견된것이었다. 물리학자들은우라늄의이런반응에핵분열 nuclear fission 이라는이름을붙였다. 하지만핵분열을통해큰에너지를얻으려면또하나의가정이필요했다. 만약중성자하나가우라늄원자핵하나만을분열시키고만다면, 많은수의원자핵을분열시키기위해서는아주많은수의중성자가필요하게될것이다. 그러나만약핵분열반응자체에서두개이상의여분의중성자 ( 2 차중성자 ) 가나온다면이것들이가까운우라늄원자핵두개를분열시키고거기서다시네개의여분의중성자가나오고하는과정을반복해중성자를추가로투입하지않고도반응은기하급수적으로커지며지속될것이다. 물리학자들의관심은 2차중성자의존재여부에쏠렸고, 1939년 3월에프랑스의프레드릭졸리오 ( 마리퀴리의사위 ) 와나치를피해미국으로망명해있던레오 원자탄개발계획이진행되다 1939년 9월, 독일이폴란드를침공하면서 2차대전이발발했다. 전쟁이터지자미국과영국의망명과학자들은핵분열현상이발견된곳이나치독일의심장부인베를린이었다는점에주목했고, 만약핵분열연쇄반응을이용한폭탄이히틀러의수중에들어간다면전세계에돌이킬수없는재앙이빚어질거라고걱정했다. 이중질라드와유진비그너같은일부과학자들은역시미국으로망명와있던아인슈타인을움직여루즈벨트대통령에게이런사실을경고하는편지를쓰게하기도했다. 그러나개전후 2년동안폭탄연구와지원은지지부진했다. 짧은시간안에폭탄을만들어낼가능성에대해상당수과학자들이여전히회의적인태도를보이고있었기때문이었다. 이런상황에결정적인변화를가져온것은 1941년가을에미국정부에전달된일명 < 모드보고서 > 였다. 영국과학자들이작성한보고서는우라늄의동위원소인우라늄 235를이용한핵분열폭탄을만드는것이실제로가능하다는내용을담고있었다. 아울러이해에는 40 41

4 또다른핵분열물질로쓸수있는원자번호 94인새로운원소플루토늄을글렌시보그가발견했다. 이런상황에자극받은미국정부는진주만습격이있기하루전인 1941년 12월 6일에원자탄개발계획을추진하기로결정했다. 1942년 6월부터미육군이원자탄개발계획을관장하게되면서 맨해튼공병지구 Manhattan Engineering District 라는암호명이붙었다. 프로젝트전체의책임은미육군공병대출신의레슬리그로브즈준장이맡게됐다. 그로브즈는천연우라늄광석을충분히확보하려노력하는한편으로, 핵분열물질인우라늄 235와플루토늄을임계질량 ( 핵분열연쇄반응이일어날수있는최소질량 ) 이상으로수집하기위한대규모설비마련에착수했다. 극비리에엄청난자금을들여테네시주오크리지에우라늄 235를천연우라늄에서분리농축하는거대한공장을여럿지었고, 워싱턴주핸퍼드에는우라늄핵반응을일으키는원자로와핵반응생성물에서플루토늄을분리하기위한대규모공장들이들어섰다. 아울러최종폭탄설계와조립을책임질인물로젊은이론물리학자로버트오펜하이머를선정했고, 1943년 3월부터는오펜하이머의조언에따라폭탄설계연구를수행할외딴연구소를뉴멕시코주의황량한고지대인로스앨러모스에건설했다. 로스앨러모스에는여러명의노벨상수상자들을포함한 3000여명의과학자들이모여폭탄의내부구조를설계하고핵분열물질의임계질량을계산하는연구에밤낮없이몰두했다. 모두 20억달러에이르는막대한예산을쏟아부은맨해튼프로 젝트의결과, 1945년 7월 16일에뉴멕시코주사막한가운데의트리니티실험장에서인류역사상최초의원자폭탄실험에성공했다. 그러나이때쯤에는미국과영국이필사적으로원자폭탄제조에나서게된동인이이미사라진뒤였다. 독일이전쟁기간내내폭탄연구에서별반진전을보지못한데다가실제폭탄제조에는전혀근접하지도못했다는사실이이미 1944년말부터알려져있었고, 게다가독일은 1945년 5월에이미항복한상황이었다. 폭탄의투하목표는태평양전선에서아직완강하게버티고있던일본으로돌려졌다. 일본에원자탄을투하하는계획은상당한반감을불러일으켰다. 독일과달리일본은원자탄을만들어낼능력이결여된것으로여겨졌고, 이미일본은해군과공군력을거의잃어저항할힘을사실상상실한시점이었기때문이다. 특히시카고에있던질라드와제임스프랑크같은과학자들은대통령에게올리는탄원서형식을빈일명 < 프랑크보고서 > 를작성해, 폭탄을일본에떨어트리는대신제3국의참관아래무인도에서실험해일본의항복을유도하고, 동시에전후핵무기의국제적통제방안마련에나서야한다고역설했다. 원자탄제조에관한사항이결코비밀이될수없다는점을잘알고있었기에머지않아미국의핵독점이깨지면위험천만한무한군비경쟁의시대가도래할것을염려한것이다. 그러나당시이런의견에동조한사람들은소수였다. 오펜하이머를비롯한로스앨러모스의과학자들대다수는자신들의연구성과를알리고싶은생각에서, 프로젝트를책임진그로브즈장군과육군 42 43

5 장관헨리스팀슨은 20억달러라는막대한돈을예산심의도받지않고써버린것을의회에변명하기위해서, 해리트루먼대통령과제임스번즈국무장관은일본에조속한승전을거두어극동에서소련의영향력이커지는것을막기위해서각각원자탄투하에찬성했다. 결국 1945년 8월 6일에는히로시마에 리틀보이 Little Boy 라는이름의우라늄폭탄이, 8월 9일에는나가사키에 팻맨 Fat Man 이라는이름의플루토늄폭탄이각각투하됐다. 두도시에서그해말까지 20만명이넘는사람들이목숨을잃었고, 이후에도수많은사람들이방사능의후유증으로고통받게됐다. 8월 15일일본이무조건항복함으로써 2 차대전은종말을고했다. 자세히전달해줬기때문이기도했다. 소련의원자탄개발소식은미국에심리적공황사태를불러왔고, 원자폭탄보다수천배더강력한수소폭탄을개발해야한다는주장에힘을실어주었다. 수소폭탄은핵분열이아니라수소와중수소의열핵융합반응 ( 태양의중심부에서일어나는것과동일한 ) 에서방출되는에너지를이용하는것으로, 이론적으로는거의무제한의위력을가진폭탄을만들수있었다. 오펜하이머를비롯한상당수과학자들은수소폭탄의개발가능성을회의적으로판단했고, 설사만들어낸다해도군사적유용성이거의없을것으로보아개발에반대했다. 그러나이듬해터진한국전쟁이일반대중과정치인들의불안 감을증폭시키면서수소폭탄개발이필요하다는주장에힘이실리게 됐다. 수소폭탄개발에서는맨해튼프로젝트에참여한헝가리출신 전후의군비경쟁과 과학자의사회적책임 2차대전이끝난직후미국의군부나정치인들은다른나라가독자적으로원자폭탄을개발하려면적어도 20년은걸릴것으로내다보았다. 이런판단에근거를두고우라늄농축이나원자로같은핵무기관련기술을다른나라에알려주지않았다. 미국은핵독점이당분간유지될수있을것으로판단했다. 그러나이런낙관적예측은소련이 1949년에핵실험에성공했다는첩보가입수되면서불과 4년만에무참히깨지고말았다. 소련이단기간에원자탄개발에성공을거둔데는독자적인연구개발노력도있었지만, 로스앨러모스에클라우스푹스같은소련스파이가있어맨해튼프로젝트의진행상황을 의물리학자에드워드텔러가주도적인구실을했다. 미국은 1952년에처음으로수소폭탄실험에성공했고, 뒤이어소련도 1953년에수소폭탄개발에성공해본격적인핵군비경쟁의막이올랐다. 미국과소련은핵무기의위협을통한전쟁억지 nuclear deterrence 라는명목아래 1980년대말까지인류문명을몇번이고종식시키고도남을수만발의핵무기를경쟁적으로만들어냈다. 이과정에서대부분의과학자들은핵무기개발에찬성하거나국가안보를위해서필요하다는식의소극적인태도를취했다. 그러나모든과학자들이그런것은아니었다. 2차대전이끝난직후부터과학자들은시카고를중심으로원자과학자연맹 ( 그뒤미국과학자연 44 45

6 맹 Federation of American Scientists 으로개칭 ) 을결성하고 원자과학자회보 Bulletin of Atomic Scientists 를발간해핵무기의국제적통제와핵확산방지를위해활동하기시작했다. 아인슈타인은세상을뜨기직전인 1955 년 7월에철학자버트런드러셀과함께인류절멸의위기를경고하고핵전쟁회피를호소한 러셀 -아인슈타인선언 을발표했고, 이선언의정신을이어받아 1957년에는영국의물리학자조셉롯블랫의주도아래 과학과세계문제에관한퍼그워시회의 가출범했다. 노벨화학상을수상한화학자라이너스폴링은 1950년대중반부터핵실험중지를국제사회에호소하는캠페인을정력적으로전개해, 결국 1963년대기중, 바다속, 우주공간에서핵실험을금지한제한핵실험금지조약 LTBT 이체결되게하는데중요한구실을했다 ( 이런공로를인정받아폴링은 1962년에, 롯블랫과퍼그워시회의는 1995년에각각노벨평화상을수상했다 ). 이런사례들은핵무기의개발이과학자공동체에과학자의사회적 도덕적책임이라는중대한의제를새롭게던져주었음을엿볼수있게해준다. 로젝트가종료되면서, 그로브즈휘하의육군이관리하던오크리지, 핸퍼드, 로스앨러모스등에있는엄청난설비와인력을통제하는일 이중요한과제로대두됐다. 상원의원브라이언맥마혼이발의한일 명 맥마혼법안 에따라 1947년에설립된원자력위원회 AEC, Atomic Energy Commission 가이일을담당하게됐고, 맨해튼프로젝트산하의생산설 비들과연구소들에대한관리책임도이곳으로이전됐다. 전쟁이끝난뒤원자과학자들은부분적으로자신들이원자폭탄 을만들어내엄청난인명을살상했다는사실에대한죄책감때문에, 핵에너지를파괴목적이아닌평화적용도로도사용할수도있다고 시사했다. 가령우라늄과플루토늄을열과증기를만드는값싼연료 로이용해발전소의터빈을돌리거나배와잠수함등운송수단의엔 진을가동하는데쓸수있다는것이었다. AEC 는군사적용도와 ( 앞 으로생겨날 ) 비군사적용도의핵에너지이용을모두관장하는이중 의임무를맡게됐다. 그러나핵에너지의평화적이용은금방실행에옮겨지지않았다. 냉전초기에미국과소련사이의긴장이커지면서 AEC 의사업우선 순위는군사적인방향, 즉원자폭탄의양산체제를마련하는데치우 핵에너지의 평화적 이용의역사그렇다면핵에너지의군사적이용 ( 폭탄 ) 하고는구분되는평화적이용 ( 전력생산 ) 은어떻게시작된것일까? 이것을이해하려면다시 2 차대전이끝난직후인 1940년대말로되돌아가야한다. 2차대전종식과함께전시에막대한예산을들여극비리에운영되던맨해튼프 쳤고, 전력생산용원자로개발은계속해서뒤로밀리고있었다. 이런상황에서 1950년대미국의상업용원자력발전소도입을부추긴것은역설적이게도미해군의핵잠수함개발노력과 1949년소련의원자탄개발성공에따른미소의역관계변화였다. 핵에너지의 평화적 이용은다름아닌군사적이고체제대결적인여러계기들에의해추 46 47

7 동되었던것이다. 그리고 1960 년대까지서구사회를풍미한핵에너 지의미래에대한무한한낙관은핵에너지의이용확대를지탱하는 동력이됐다. 신이그프로젝트의책임을맡았다. 리코버가가장먼저맞닥트린문제는잠수함에탑재할원자로의 종류였다. 당시는핵에너지를이용하는초창기였기때문에냉각재 로다양한물질들을이용하는원자로들을폭넓게실험하고있는단 계였고, 과학자들은이중어느것을선택할지를결정하려면더많은 하이먼리코버와미해군의핵잠수함개발 2차대전기의맨해튼프로젝트는공식적으로미육군소관이었다. 따라서전쟁기간동안해군은핵무기개발계획에서소외되어있었다. 전쟁이끝난뒤해군은핵에너지개발에서더는뒤처져서는안된다고판단하고핵에너지를이용해추진력을얻는잠수함의개발에착수했다. 그때까지모든잠수함은디젤엔진을이용했지만, 일단잠수하고나면연료의연소에필요한산소를얻을수없기때문에전지를써서추진력을얻어야했다. 따라서잠수함의작전수행시간이나잠수심도는상당히제한되어있었다. 원자로에서에너지를얻는핵잠수함은이문제를해결할수있는유력한방안으로생각됐다. 해군의핵잠수함개발프로젝트에서결정적인구실을한사람은해군공병장교였던하이먼리코버대령이었다. 리코버는해군안에서기술적능력을높이인정받고있었고, 어떤프로젝트를맡았을때전력을다해밀어붙이는저돌적태도로악명을떨치던인물이었다. 1946년에오크리지의클린턴연구소로파견나갔다가원자로건설과관련된과학기술을접하게된리코버는해군고위층을설득해 AEC와해군이공동으로핵추진잠수함개발계획에나서게했고, 자 실험과데이터가필요하다고생각하고있었다. 그러나가능한한빨리핵추진잠수함을만들기원한리코버는과학자들의유보적인태도를물리치고그중가장유망하다고판단한경수로를사용하기로결정을내렸고, 웨스팅하우스사를끌어들여잠수함에쓸가압경수로를만들것을주문했다. 이어잠수함승무원들을방사능에서보호할수있는차폐설비를갖추고원자로에쓸핵연료를확보하고열교환기와제어장치를설계하는등건조과정에서골치아픈문제들을차례로해결해나갔다. 이렇게해서 1955년 1월에쥘베른의소설에나오는가상의잠수함이름을따 노틸러스 라고이름붙인최초의핵잠수함이시험항해에나섰다. 노틸러스호는바다에서놀라운성능을선보였고, 1년도채안돼잠수시간, 잠수항행거리, 잠수심도, 항행속도등거의모든면에서이전의잠수함들이갖고있던기록을갈아치웠다. 이런대성공으로말미암아리코버는국가적명성과열광적지지를받으면서장성으로진급했다. 그다음해에는두번째핵잠수함인씨울프호가진수식을했고, 1960년에는핵잠수함의수가 10여척으로늘어났다. 리코버는여기서만족하지않고 1950년대초부터핵추진능력을 48 49

8 다른선박으로확대하려는계획을세웠다. 먼저초점을맞춘것은핵 항공모함의건조였다. 그러나이시기를앞뒤로핵문제를둘러싼미 소관계가급격히변화하면서이계획을잠시접어두게되었다. 번째우선순위로올려놓았다. 이어 1953 년 12 월의유엔총회연설에 서아이젠하워대통령은 원자력의평화적이용 Atoms for Peace 프로그램 을선언하고나섰다. 이것은미국이보유하고있는핵기술을인류의 번영을위해사용하겠다는약속으로, 특히개발도상국이전력생산 용원자로를건설하려할때미국이원조하겠다는내용을담고있었 원자력의평화적이용 선언과시핑포트원전냉전기의미소관계에긴장을증가시킨변수는앞서설명한 1949년소련의원자탄개발이었다. 이사실은즉각미국본토를향한소련의핵공격이가져올위험에대한경각심을불러일으켰다. 그러나이것못지않게중요한점은소련이핵무기와함께핵에너지를민간용도로이용할수있는능력을개발하고있다는사실이었다. 당시는핵에너지의미래에대한유토피아적낙관이지배적이었고, 핵에너지가 사막을옥토로바꾸고얼어붙은땅에봄을가져올것 이라는식의공상적인예측이풍미하던시기였다. 따라서만약소련이미국보다앞서서전력생산용원자로를개발해국제시장을선점한다면미국에엄청난타격으로작용할터였다. 소련의원조를받아원전을도입한국가들, 그중에서도특히아직미소어느진영에도가담하지않은제3 세계국가들중상당수가소련쪽으로넘어가이른바 자유진영 과 공산진영 사이의체제경쟁에서세력균형이무너질수있었기때문이다. 위협을느낀미국의국가안보회의는 AEC에전력생산용원자로를시급히개발하라고요청했고, 1952년에 AEC는원자로개발을첫 다. 그러나표면상으로드러난것과달리이선언의실제의도는소련에앞서원자로시장을선점하고개발도상국으로핵기술을이전하면서동시에사찰의명분을만들어핵무기가확산되는것을미연에방지하는쪽에초점이맞춰져있었다. 아이젠하워의선언에따라미국은서둘러전력생산용원자로를만들어내야만했다. 크게두가지방안이제시됐다. 그중하나는당시거의개발완료단계에있던항공모함용원자로를거의그대로전력생산용원자로로갖다쓰자는리코버의제안이었고, 다른하나는좀더시간을두고경수로와중수로의장단점을숙고한뒤에새로운상업용원자로를개발하자는의견이었다. AEC의원자로개발부서는전력생산의경제성측면에서유리한후자를지지했지만, 실제논의과정에서는전력생산용원자로를어서확보해야한다는국가안보차원의고려가경제성의논리를압도했고, 결국리코버의제안이받아들여졌다. 리코버는미국최초의상업용원전의건설책임까지맡게됐다. 최초의상업용원전은펜실베이니아주시핑포트에있는오하이오강인근을부지로정하고 1954년 9월에기공식을가졌다. 시핑포 50 51

원자로유형별비중 원자로의종류종류 핵분열에서나오는열과증기를이용해터빈을돌리는원자로는 냉각재와감속재로어떤물질을사용하느냐에따라여러갈래로 기체흑연료 나뉜다. 이때냉각재는핵분열물질로들어찬노심에서발생하는 열을식히는데쓰이는물질을말하며, 감속재는핵분열에서발생 하는중성자의속도를느리게해원자로내에서제어연쇄반응이 경수로 지속적으로일어날수있게해주는물질을말한다.

9 원자로유형별비중 원자로의종류종류 핵분열에서나오는열과증기를이용해터빈을돌리는원자로는 냉각재와감속재로어떤물질을사용하느냐에따라여러갈래로 기체흑연료 나뉜다. 이때냉각재는핵분열물질로들어찬노심에서발생하는 열을식히는데쓰이는물질을말하며, 감속재는핵분열에서발생 하는중성자의속도를느리게해원자로내에서제어연쇄반응이 경수로 지속적으로일어날수있게해주는물질을말한다. 오늘날전세계 적으로가장널리쓰이고있는경수로는냉각재와감속재로모두 경수輕水, 즉일반적인물을사용한다. 경수로는열전달방식에따 경수로 중수로 기체흑연료 기타 라다시가압경수로와비등수로로나뉜다. 오늘날에는가압경수로가전세계원자로의 70퍼센트이상을차지하고있으며, 한국도중수로방식의월성원전을빼면모두가압경수로방식이다. 이번에사고가난일본의후쿠시마원전은비등수로방식을채택하고있다. 반면 1960년대에캐나다에서개발해상업화한중수로는냉각재와감속재로중수重水, 즉 무거운물 을사용한다 ( 중수는중수소 [D] 와산소 [O] 가결합한것으로 [D2O], 자연계의물속에대략 5000분의 1 정도의비율로존재한다 ). 그리고 1950년대이후영국과프랑스에서개발한기체흑연로는냉각재로헬륨이나이산화탄소같은기체를, 감속재로흑연을각각사용하며, 구소련에서는냉각재로경수를쓰는 RBMK 흑연로를자체개발했다. 이밖에나트륨같은액체금속을냉각재로사용하는원자로가개발되기도했다. 출처 : Robin Cowan, Nuclear Power Reactors: A Study in Technological Lock-in, Journal of Economic History 50: 3, 트원전은 1957년 12월에 6만kW의출력으로가동을시작했다. 그러나전력을판매하는상업용원전인시핑포트원전의전력생산단가는당시화력발전소의 10배에이를정도로터무니없이비쌌다. 애초부터경제성을염두에두지않고설계된항공모함용가압경수로를도입할때부터예견된일이었다. AEC와아이젠하워행정부의정책에비판적인사람들은군사용원자로에기반해비군사용원자로를다급하게만들려고하다가열등한기술 ( 가압경수로 ) 로귀결되고말았다는주장을펴기도했다. 그뒤경수로는미국의대외지원프로그램에따라자체적인원자로개발계획이없는유럽의여러나라로수 52 53

10 출됐고, 오늘날전세계원자로의 70퍼센트이상을차지하는사실상의표준으로자리를잡았다. 경수로와중수로, 기체흑연로등서로경쟁하던기술중어느것이안전성이나경제성면에서가장우수한것이었는가에관한논쟁은지금도계속이어지고있다. 전력회사들의반응은냉담했고, 신규로주문된원전은 10여기에그쳤다. 그나마대다수는연방정부가적극개입해성사된것이었다. 이런결과가빚어진가장큰이유는전력생산비용이여전히아주비쌌다는데있었다. 이런상황에변화가생기기시작한계기는미국에 서원전건설을주로담당한두회사, 즉제너럴일렉트릭 GE 과웨스팅 하우스가 1963 년부터시작한이른바 완성품인도 turnkey 방식이다. 원 원전건설의확산과시류영합시장의도래미국의회와정부는원전산업의빠른발전을촉진하기위해 1950년대에다양한조치를취했다. 먼저 1954년에는원자력법 Atomic Energy Act 을통과시켜민간기업이원전을지어소유하고운영하는것을허용했다. 다만 ( 핵무기재료가될수도있는 ) 우라늄등핵연료는정부가소유하고있다가대여하는형식을취하게했다. 그리고 AEC는 1955 년에전력생산원자로시범프로그램 Power Reactor Demonstration Program 을발족시켜원자로건설에드는모든연구개발비용을보조금형태로기업에제공하고핵연료인우라늄도일정기간동안무상으로제공하겠다는계획을내놓았다. 심지어 1957년에는프라이스 -앤더슨법을통과시켜원전사고가혹시발생할때전력회사가물어야하는손해배상액을대부분연방정부가대신내주게하는조치를취하기까지했다. 아울러미국정부는 1958년서유럽 6개국이핵에너지개발을위해공동으로설립한유럽원자력공동체 Euratom 에기술적 재정적원조를제공하는협정을체결해원전을해외로수출하는길을열었다. 그러나이런노력에도불구하고 1960년대중반까지 10여년동안 전건설비를미리책정해계약한다음이것을초과하는비용은모두원전건설회사가부담하고, 전력회사는발전소가준공되어검사를거친뒤가동을위해 열쇠 만넘겨받으면되는방식이었다. GE와웨스팅하우스는시간이지나면서원전건설비와발전단가가크게떨어질것이라는아주낙관적인전망아래건설비를비정상적으로낮게책정했고, 이것을계기로비로소원전건설이활발하게진행되기시작했다. 완성품인도 방식으로건설된원전은모두 11기였는데, GE와웨스팅하우스는건설과정에서 10억달러에이르는엄청난손해를봤다. 그러나 1960년대중반이후부터두회사가핵에너지에대해보여온엄청난낙관은전력회사들한테 전염 됐고, 그뒤약 10년동안원전건설을하나의대세로여기고미래에는원전의발전단가가크게떨어질거라고믿는이른바 시류영합시장 bandwagon market 의시기가도래했다. 이기간동안원전의건설주문은 1960년대후반과 1970년대초반에한차례씩크게붐을탔고, 전력회사들은모두 200기가넘는신규원전을주문했다

11 1953 년이후미국에서주문된상업용원자로추이 AEC 에건설허가가신청된원전중반대운동이나타난경우는 12 신규주문주문취소 퍼센트에그쳤지만, 1967~1971 년에는그비율이 32 퍼센트로껑충뛰 었다. 하지만 1960 년대까지원전을둘러싼대중적논쟁은이른바님 비 NIMBY, Not in My Backyard 로불리는지역적차원의반대운동이많았고, 쟁점도원전그자체에대한근본적반대라기보다는원전의입지나주위생태계에미치는영향등으로한정돼있었다. 오늘날찾아볼수있는본격적인반핵운동이시작된것은 1970년대초의일이다. 이시기를전후해원전건설에반대하는이유들이핵 출처 : James M. Jasper, Nuclear Politics: Energy and the State in the United States, Sweden, and France 폐기물처분, 원자로안전메커니즘의신뢰성, 노심용해등대형사 고에대한염려, 인간의실수가능성등으로다양해지고원전그자체 를반대하는흐름이점차정치적영향력을얻기시작했다. 반핵운동 호황의종말 반핵운동, 오일쇼크, 원전사고그러나미국에서원전산업이누리던호황은단명했다. 1970년대를거치면서원전산업에는크게세가지 악재 가연이어나타났고, 이것들이서로상승작용을일으키면서원전건설붐은사실상종말을맞았다. 첫번째는 1970년대로접어들면서본격화된반핵운동의성장이다. 1960년대까지핵에너지의이용에대한대중의태도는압도적으로낙관적인쪽에치우쳐있었다. 그러나 1950년대중반부터대기중핵실험에서나온낙진방사능의위험을놓고과학자들이열띤논쟁을전개하면서일반대중사이에방사능에대한불안감이싹트기시작했다. 핵에대한불안감은 1960년대들어원전건설이붐을일으키기시작하면서원전으로옮겨붙었다. 1962년에서 1966년까지 은 1960년대후반부터자원보존운동에서분리돼급성장한환경운동의흐름과조우하면서더욱탄력을받았다. 또한원전의안전성과방사능이인체에미치는영향을염려하게된일군의과학자들도반핵운동에힘을보탰다. 베트남전반대와과학의군사화반대를표방한학생운동이대학을휩쓸던무렵생겨난과학자단체들역시중요한구실을했다. 1969년봄에 MIT에서결성된 우려하는과학자동맹 Union of Concerned Scientists 은 1970년대내내반핵운동에전문적인자문을제공했고, 원전의비상노심냉각시스템 ECCS 의신뢰성을둘러싼논쟁에서주요논객으로활동했다. 원전산업에타격을가한둘째요인은역설적이게도 1973~1974 년에밀어닥친오일쇼크의충격이었다. 중동의불안한정세와함께 56 57

12 자원민족주의를내세운 OPEC이석유자원을 무기화 하면서유가가불과몇달만에 4배이상올랐고, 이런사태는석유를중심으로하는화석연료에절대적으로의지하던서구산업사회에엄청난타격을줬다. 처음에많은서구국가들은오일쇼크를계기로기존에추구하던원전건설정책을대대적으로확대하는정책을천명했다. 그러나오일쇼크이후높아진가격탓에에너지소비증가율이크게둔화된것이원전건설에는오히려악재로작용했다. 미국의에너지소비는 1950년대이후매년 6~7 퍼센트대의증가율을유지했다. 1960년대말과 1970년대초의대대적원전건설붐은이런증가율이계속유지된다는전제아래성립할수있었지만, 이제그런전제자체가사라져버린것이다. 또한비용문제를도외시한채핵에너지의미래를장미빛으로보는기술중심주의적태도가수그러들고서로다른에너지원들간의엄격한비용편익분석을통해원전의경제성을가늠하려는회의적태도가부상하면서무분별한원전건설에제동이걸리기시작했다. 원전의경제성이악화된데는무분별한원전건설붐속에서미처검증되지않은기술을서둘러도입하면서공사기간연장과중도설계변경이수시로일어난것이크게작용했다. 여기에더해앞서지적한반핵운동의성장과뒤이은규제강화때문에원전의건설기간이늘어나게된것도중요했다. 미국에서는 1970년대중반부터원전의신규주문건수는크게줄고이미주문된원전을취소하는경우는크게늘어시류영합시장의거품이빠지는현상이나타나기시작했다. 이렇게악화되던상황에결정타를먹인셋째요인은 1970년대부터터지기시작한원전대형사고였다. 1975년미국의브라운즈페리원전사고는인간의작은실수가커다란대형사고로이어질수있다는것을보여준 니어미스 near miss 사고였다. 뒤이어 1979년 3월에터진스리마일섬사고는원전역사상최초로원자로노심의상당부분이용해된대형사고로, 미국사회전반에큰충격을안겨주었다. 스리마일섬사고는원전사고의수습과정에서사태의심각성을둘러싸고중대한불확실성이해소되지않은채남아인근지역주민들의삶을위협할수있다는사실을보여줌으로써가뜩이나높아진원전에대한불안감을크게끌어올렸다. 아울러이사고는원전운영사인메트로폴리탄에디슨 Metropolitan Edison, 규제기구인핵규제위원회 NRC, Nuclear Regulatory Commission, 펜실베이니아주정부등의불투명한대처과정에서기술적위험이정치적위기, 신뢰의위기로확장되는모습을극적으로드러냈다. 스리마일섬사고는미국에서대중의여론이결정적으로반핵쪽으로선회하는계기가됐다. 1979년이후미국에서는신규원전주문이단한건도없었고, 이미많은초기비용이투자된원전의건설이취소되는사태가잇따랐다. 1982년까지각각 5000만달러이상이투자된 40기가넘는원전이취소됐고, 1980년대를거치면서원전취소때문에손실된매몰비용은 300억달러를넘어섰다. 1986년 4월에그심각성에서스리마일섬사고를훨씬능가한구소련의체르노빌원전사고가터지면서대중의경각심과반핵정서는더욱높아졌고, 원 58 59

13 전의몰락에더욱가속도가붙었다 년대들어서는화석연료의연소에따른온실기체방출로지 구온난화문제가국제정치의중요한의제로부각되면서원자력을 주창하는목소리가다시금높아지는현상이나타났다. 일명 원자력 국가간차이, 원자력르네상스, 남은과제들미국의경우앞서설명한세가지요인들이원전건설붐을종식시켰지만, 이런요인들은국가별로다소다르게나타났다. 가령프랑스의경우에는오일쇼크가대대적인원전건설붐으로이어졌지만, 프랑스의독특한기술민족주의와핵기술에대한열광때문에반핵운동정서는이런흐름을막을수있을정도로성장하지못했다. 심지어스리마일섬과체르노빌사고도그런정서를꺾어놓을수없었다. 이런사정때문에 1980년대이후에는국가별로원자력발전이그리는궤적이크게차이를보이게되는데, 종주국 이라할수있는미국은원전건설이완연한쇠퇴기를맞았지만, 프랑스와일본은반대로대대적으로확장하는길을걸어갔고, 독일과스웨덴은 1980년대까지신규원전건설을부분적으로계속하면서도중장기적으로는기존원전을폐쇄하는중간적인태도를취했다. 1990년대이후에는중국, 인도, 한국처럼에너지소비가급증하는몇몇개발도상국들이역 르네상스 라불리는이런현상은미국처럼한동안원전을전혀건설하지않았거나독일처럼이미원전폐쇄를결정한국가, 심지어호주처럼현재단한기의원전도보유하지않은국가들에서원전건설을지지하는정치세력을등장하게했고, 전세계적으로우라늄광산에대한투기가극성을부리는등원전산업의부활에대한기대감이커지기도했다. 그러나 2011년에터진후쿠시마원전사고는이런흐름에물음표를던지고있다. 여전히해결되지않은원전의경제성문제, 고준위핵폐기물처분문제, 우리에게는북한핵문제로익숙한핵확산에따른국제정치불안의문제에더해, 한동안해결된것으로여겨지던원전의근본적안전성문제까지다시대두되면서원전의미래는그야말로혼란속으로빠져들고있다. 후쿠시마사태가원전의미래에어떤영향을미치게될지는아직분명하지않지만, 앞으로역사가말해줄것이다. 시원전확장정책을추구해왔다. 그러나 1980년대이후의전반적추세를보면, 1950년대나 1960년대를풍미하던기술적낙관과시류영합시장에견줘, 원전에대한환상은한풀꺾이고에너지에목마른일부국가들에서일종의 필요악 으로또는핵무기개발의중간과정으로받아들이는경향이강해졌다는것을알수있다

스리마일섬사고와체르노빌사고 스리마일섬핵발전소 1970년대에동력을잃어가던원전건설붐에결정적으로찬물을끼얹은것은스리마일섬 Three Mile Island 과체르노빌 Chernobyl 에서일어난대형원전사고였다. 스리마일섬사고는 1979년 3월 28일새벽에미국펜실베이니아주의주도해리스버그인근의서스쿼해너강에있는스리마일섬의원전 2호기에서일어났다.

14 스리마일섬사고와체르노빌사고 스리마일섬핵발전소 1970년대에동력을잃어가던원전건설붐에결정적으로찬물을끼얹은것은스리마일섬 Three Mile Island 과체르노빌 Chernobyl 에서일어난대형원전사고였다. 스리마일섬사고는 1979년 3월 28일새벽에미국펜실베이니아주의주도해리스버그인근의서스쿼해너강에있는스리마일섬의원전 2호기에서일어났다. 이사고는원자로압력용기의압력을조절하는밸브의고장, 원전운전원의판단착오, 제어계기반의설계상결함등이복합적으로작용해 일어났다. 그결과노심이과열돼핵연료봉이녹아내리는노심용 해가일어났고, 사고 2 년뒤로봇카메라를원자로안에넣어확인 출처 : power_plant.jpg 한결과노심의절반정도가녹아내린사실이밝혀졌다. 원전운영사인메트로폴리탄에디슨은사고가 3월 28일저녁에종결됐다고생각했지만, 이후며칠동안원자로는불안정한모습을보였고그내부상태에관련해서도불확실성이계속남아있었다. 특히노심의과열로생겨난수소의폭발가능성이심각한문제로지적됐다. 펜실베이니아주지사리처드손버그는만일의사태에대비해원전반경 5마일이내에거주하는임신한여성과취학전아동들에한해대피권고를내렸다. 이권고는사고이후점차커지고있던시민들의불안감에불을질러불과며칠만에 14 만명에이르는주민들이이지역에서탈출하는공황상태가빚어졌다. ( 스리마일섬주변은전형적인농촌과소도시지역으로당시반경 5마일안에거주하던주민수가 3만 8000명에불과했다 는점을감안하면주지사의권고와상관없이상당수의주민들이자발적으로집을버리고대피했다는사실을알수있다.) 스리마일섬사고에서는노심용해에도불구하고원자로내부의방사능물질이곧장대량유출되는최악의사태는피할수있었다. 원자로부속건물에서대기중으로소량의기체방사능물질이유출되는데그쳤고, 정부기관의합동조사결과인근지역주민의건강에끼친영향은무시할만한정도였다. 그러나환경단체와인근지역주민들은이런조사내용을불신했고, 스리마일섬사고에따른심리적외상은오랫동안주민들을괴롭혔다. 이사고로오염된발전소건물의해체와정화작업은 1993년까지 11년에걸쳐진행됐으며, 정화비용으로만대략 10억달러가소요됐다

1986 년 4 월 26 일구소련우크라이나지방의프리퍄티시인근에 있는체르노빌원전 4 호기에서일어난사고는그피해와파급력 체르노빌사고후세슘 -137 방사능낙진분포 에서스리마일섬사고를훌쩍뛰어넘었다. 체르노빌사고는원전이꺼졌을때비상발전기가가동하기전까지충분한동력이자체적으로공급될수있는가하는원전의안전시험을하는과정에서발생했다.

15 1986 년 4 월 26 일구소련우크라이나지방의프리퍄티시인근에 있는체르노빌원전 4 호기에서일어난사고는그피해와파급력 체르노빌사고후세슘 -137 방사능낙진분포 에서스리마일섬사고를훌쩍뛰어넘었다. 체르노빌사고는원전이꺼졌을때비상발전기가가동하기전까지충분한동력이자체적으로공급될수있는가하는원전의안전시험을하는과정에서발생했다. 운전원들은시험을위해원전의안전시스템들을모두꺼버렸고, 시험과정에서착오로발전소의출력이지나치게낮아졌는데도안전규정을무시하며시험을계속밀어붙였다. 그결과노심이빠른속도로과열됐고, 불과몇초만에정상출력의 100배이상에도달하면서두차례에걸친엄청난폭발이일어났다. 이사고로원자로지붕이날아가면서원자로내부에있던방사성 요오드와세슘등엄청난양의방사성물질들이 1200 미터상공까 지치솟았고, 바람을타고유럽전역으로확산되어낙진의형태로 출처 : J. Smith & N. A. Beresford, 2005, Chernobyl: Catastrophe and Consequences, Praxis, Chichester. 내려앉았다. 낙진의분포는바람의방향과해당지역의기상상태 에따라불규칙한양상을띠었다. 원전작업원들과소방수들의헌신적인노력으로열흘뒤불길은잡혔지만, 이사람들중상당수는치명적인방사능에노출돼몇달안에사망했다. 그뒤뒷수습을위해 60만명에이르는인력이 청소부 liquidator 로동원돼원자로의냉각시스템을설치하고흔히 석관 sarcophagus 으로불리는격납건물을건설하는작업을했다. 수습과정에서구소련의관료주의와비밀주의로적절한정보가제때공개되지못하면서소련당국의신뢰성은바닥까지추락했고, 오늘날체르노빌사고는구소련 사고직후인근지역에거주하는 11만 6000명의주민들이다른지역으로소개됐고, 1986년이후에도벨라루스, 러시아, 우크라이나에거주하는 22만명의주민들이추가로다른지역으로이주됐다. 높은방사능에노출된 청소부 들과인근지역주민, 그리고낮은수준의방사능에노출된유럽전체인구중에서암에걸려죽은사망자수가얼마나될지에대해서는수천에서수십만까지다양한추정치가존재하지만, 저준위방사능의위험을둘러싼불확실성때문에정확한수치는앞으로도알수없을전망이다. 붕괴로이어진여러원인중하나로흔히평가받고있다

16 참고문헌 데이비드보더니스 E=mc 2. 생각의나무. 리처드로즈 원자폭탄만들기. 민음사. 이필렬 에너지대안을찾아서. 창작과비평사. 임경순 세기과학의쟁점. 민음사. 톰졸너 우라늄 세상을바꾼돌멩이. 주영사. Cowan, Robin Nuclear Power Reactors: A Study in Technological Lockin. Journal of Economic History 50: 3. Fermi, Rachel, and Esther Samra Picturing the Bomb: Photographs from the Secret World of the Manhattan Project. New York: Harry N. Abrams, Inc. Hughes, Thomas P American Genesis: A Century of Invention and Technological Enthusiasm. New York: Viking Penguin. Jasper, James M Nuclear Politics: Energy and the State in the United States, Sweden, and France. Princeton, N.J.: Princeton University Press. Jolly, J. Christopher Linus Pauling and the Scientific Debate over Fallout Hazards, Endeavour 26: 4. Mitcham, Carl, ed Encyclopedia of Science, Technology, and Ethics, 4 vols. Farmington Hills, MI: Thomson Gale. PBS documentary Meltdown at Three Mile Island. Peplow, Mark Counting the Dead, Nature 440. Walker, J. Samuel Three Mile Island: A Nuclear Crisis in Historical Perspective Berkeley: University of California Press. 2장후쿠시마의교훈과한국의에너지정책 유정민 * 이글은필자의책 야누스의과학 ( 사계절, 2008) 에서핵에너지의역사를다룬 2 장과 3 장의내용을합쳐서부분적으로축약한뒤 1970 년대이후의상황을수정, 보완한것이다. 66

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chap32x.hwp 32. 핵무기개발과과학자 1938년말독일의한과슈트라스만이우라늄핵분열의산물인바륨을발견 네이처 지에핵분열과관련된글이게재됨 1939년 4월파리의졸리오-퀴리연구팀은우라늄 238에서의느린연쇄반응가능성확인, 특허출원 미국에있던망명과학자들은나치독일의원자무기제작가능성을언급하며핵분야과학자들에게무분별한논문발표자제호소 1939년 8월실라르드, 아인슈타인, 부시등은독일과학자들의원자탄제작가능성을루스벨트에게서한으로보냄