목 차 q 원자력발전과안전성 q 후쿠시마원전사고 q 국내원전의안전성 q 후쿠시마사고와안전성향상 q 맺는말 2

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1 군산대학교기계공학세미나 (1) 국내원자력발전현황및기술적안전성 김형태 한국원자력연구원책임연구원 (kht@kaeri.re.kr)

2 목 차 q 원자력발전과안전성 q 후쿠시마원전사고 q 국내원전의안전성 q 후쿠시마사고와안전성향상 q 맺는말 2

3 q 원자력 원자력발전과안전성 (1) 물질의질량이줄어들면서에너지생성 핵분열현상 새로운중성자 중수소 핵융합현상 헬륨 중성자 우라늄원자핵 불안정한원자핵 핵분열조각 ( 방사성 ) Energy (200 에너지 MeV) 삼중수소중성자 에너지 (17.6MeV) 3

4 q 원자력발전소 ( 원전 ) 원자력발전과안전성 (2) 가압경수로 (PWR) 격납용기 Pressurized Water Reactor 가압기 증기발생기 발전기 제어봉 터빈 원자로 복수기 비등경수로 (BWR) 격납용기 Boiling Water Reactor 원자로 발전기 제어봉 터빈 화력발전소의보일러역할 복수기 4

5 q 운영중국내원전 원자력발전과안전성 (3) 자료 : 한국수력원자력 5

6 q 건설중국내원전 원자력발전과안전성 (4) 자료 : 한국수력원자력 6

7 q 가압경수로 (PWR) 원자력발전과안전성 (5) *PWR: Pressurized Water Reactor 핵연료펠렛 원자력발전소 원전안전의핵심은핵연료건전성의유지 원자로 핵연료집합체 핵연료봉 7

8 원자력발전과안전성 (6) q 원전안전을위한필수요건 l 방사성물질을방벽안에억류 방사성물질과인간 / 환경사이에여러겹의방벽을둠 ( 예 ) 핵연료피복관, 원자로용기, 격납용기등 l 원자로출력 ( 핵분열에너지 ) 의확실한제어 정상운전시 : 원하는수준으로원자로출력을조정 비상시 : 원자로를신속하고안전하게정지 l 원자로 / 핵연료의지속적냉각 정상운전시 : 핵연료봉으로부터핵분열에너지를안전하게제거 원자로정지후 : 핵연료봉으로부터방사능붕괴열을안전하게제거 è 원전안전설비는위의필수요건중에서하나이상의기능을담당 8

9 q 붕괴열 (Decay Heat) 원자력발전과안전성 (7) l 원자로운전중에핵연료봉내에축적되는방사성물질들이방사성붕괴할때방사선이갖고나오는열 % 정상출력에대한붕괴열의비율 % % % 만 100만 1000만 10억 100억 원자로정지후시간 ( 초 ) 1개월 1년 1시간 3시간 1일 10일 6개월 9

원자력발전과안전성 (8) q 심층방어 (Defense in Depth) 개념 l

l 기본개념 ( 물리적다중방벽 + 다단계방호 ) è ( 사고예방 + 사고완화 )

목표 핵심수단 Level 1 이상상태및고장의예방 보수적설계 ; 고품질건설 / 운영

3 사고를설계기준범위내에서제어 공학적안전설비 ; 사고관리절차 Level 4

10 원자력발전과안전성 (8) q 심층방어 (Defense in Depth) 개념 l 가정 설계에는오류가있을수있다. 기기들은때로고장을일으킨다. 사람은실수하기마련이다. l 기본개념 ( 물리적다중방벽 + 다단계방호 ) è ( 사고예방 + 사고완화 ) l 다단계방호 First line Second line Third line 단계 목표 핵심수단 Level 1 이상상태및고장의예방 보수적설계 ; 고품질건설 / 운영 Level 2 이상상태의제어및고장의탐지 제어, 제한, 보호계통및감시계통 Level 3 사고를설계기준범위내에서제어 공학적안전설비 ; 사고관리절차 Level 4 중대사고제어 보조적추가수단및중대사고관리 Level 5 방사성물질누출로인한피해완화 소외비상대책 10

11 q 안전설계개념예시 원자력발전과안전성 (9) 11

12 원자력발전과안전성 (10) q 원자력안전문화 [INSAG-4, 1991] 안전책임부여 안전관행정착 교육훈련및자격관리 포상및처벌 감사, 검토및비교 정책차원임무 관리자임무 종사자임무 최상의안전문화 안전정책수립 안전정책관리조직 인력및예산확보 자체규제활동 항상문제의식을갖는직무자세 철저하고신중한직무접근방법 활발한안전관련정보교류 12

13 q 방사선과방사능 원자력발전과안전성 (11) l 방사선 : 불안정한원자핵 ( 또는전자 ) 이안정한상태로변환하면서방출하는전자기파또는입자형태의에너지흐름 l 방사능 : 방사선을방출하는성질또는세기 l 방사성물질 : 방사능을띠고있는물질 l 방사능및방사선량의단위 구분단위종래단위환산 방사능베크렐 (Bq) 큐리 (Ci) 1 Bq = 1 초당 1 회붕괴 1 Ci = 3.7x10 10 Bq 방사선량 조사선량 C/kg 렌트겐 (R) 1 R = 2.58x10 4 C/kg 흡수선량그레이 1 rad = 0.01 Gy = 10 mgy 라드 (rad) (Gy = J/kg) 1 Gy = 100 rad 등가선량시버트 1 rem = 0.01 Sv = 10 msv 렘 (rem) 유효선량 (Sv = J/kg) 1 Sv = 100 rem * 등가선량은특정위치의조직에, 유효선량은全身에대해정의됨 13

14 q 방사선과방사능 원자력발전과안전성 (12) 자료 : 이승숙 (2011) 방사능 (Bq) 방사선 방사선량률 (Sv/h) 방사능 (A) 방사선을내는능력 ( 세기 ) ( 단위 ) 베크렐 (Bq) 방사성물질 ( 빛을내는전구에비교하였을때 ) 흡수선량 (D) 단위질량당흡수된에너지 그레이 (Gy) 출력 (W) 전구 빛 조명도 (lux) 유효선량 (E) 인체에미치는위험도를평가하기위하여흡수선량에방사선가중치와조직가중치를곱한값 시버트 (Sv) 14

15 q 일반대중의방사선피폭 원자력발전과안전성 (13) 라돈가스 건물과대지 인공적요인 원전및핵실험 기타 의료방사선 음식물 우주선 자료 : World Nuclear Association ( 15

16 원자력발전과안전성 (14) q 국가별연간평균자연방사선량 자료 : World Nuclear Association ( 국가간자연방사선량차이에따른암발생률차이가나타나지않음 한국 16

17 원자력발전과안전성 (15) q 우리생활에서만나는방사선량비교 단위 : msv ( 밀리시버트 ) 10 브라질과라파리비치의연평균자연방사능 3.1 연간자연방사능피폭 ( 한국평균 ) 2.4 연간자연방사능피폭 ( 세계평균 ) 자연방사능 0.2 서울 - 뉴욕왕복항공 일반인인공방사능피폭한도 ( 의료용제외 ) 0.6 건강검진을위한복부엑스레이 1회 0.01~0.1 건강검진을위한흉부엑스레이 1회 20.0 방사선작업자연평균선량한도 ~7 흉부 CT 촬영 1회 5~7 PET 촬영 1 회 인공방사능 17

18 원자력발전과안전성 (16) q 방사선의인체에대한작용 자료 : 이승숙 (2011) 방사선 변이복구 정상세포 세포사멸 DNA 변이 변이세포생존 - 증식 암유발 18

19 원자력발전과안전성 (17) q 방사선피폭과인체영향급성효과 다량의방사선 - 짧은시간에피폭고선량, 고선량률방사선영향이수주일이내관찰 만성효과 저선량방사선 -오랜시간꾸준히저선량, 저선량률수년 ~ 수십년후관찰 전신피폭선량 임상증상 암, 심혈관질환, 백내장등 250 msv 임상증상거의없음 500 msv 림프구의일시적감소 1 Sv 오심, 구토, 전신권태감림프구의현저한감소 4 Sv 30 일이내 50% 사망 7 Sv 100% 사망 ( 참고 : 일반인연간허용한도 1 msv) 암등은방사선이외의다른원인으로더많이발생하므로방사선과암의인과관계를명확히하기어려움. 자료 : 이승숙 (2011) 19

20 q 외부피폭줄이기 원자력발전과안전성 (18) 단순한외부피폭 ( 예 : X 선촬영 ) 은타인에게영향을주지않음. 노출시간을줄인다 거리가멀수록안전 차폐잘될수록 시간 거리 I µ 1 d 2 차폐 자료 : 이승숙 (2011) 20

21 q 평균기대수명손실 원자력발전과안전성 (19) 건강위해요인 담배하루한갑과체중 (15%) 술 ( 미국평균 ) 모든사고모든자연위험직업에의한선량 (3mSv/yr) 직업에의한선량 (10mSv/yr) 생명단축예상치 6년 2년 1년 207일 7일 15일 51일 자료 : 이승숙 (2011) 21

22 원자력발전과안전성 (20) q 원자력사건 / 사고등급 ( 국제원자력기구 ) 22

23 q 일본도호쿠지진 : M9.0 후쿠시마원전사고 (1) 23

24 q 쓰나미발달과접근 후쿠시마원전사고 (2) 24

25 후쿠시마원전사고 (3) q 후쿠시마제 1 원전에서의쓰나미 25

26 후쿠시마원전사고 (4) q 일본도호쿠지진 / 쓰나미와원전 l 3.11( 금 ) 14:46, 지진규모 9.0, 쓰나미 14m 이상 26

27 q 후쿠시마사고의발단 후쿠시마원전사고 (5) [ 참고 ] - 지진발생시운전중이던원자로들은모두자동으로정지 - 비상용디젤발전기 (EDG) 가자동작동하여원자로냉각등필수적인안전기능수행 초대형지진으로인해모든외부전력차단 전력망 쓰나미 : 14~15m 높이 터빈건물 원자로건물 비상용디젤발전기 평균해수위 약 10m 쓰나미로인해비상발전기고장 SBO ( 교류전원완전상실 ) 해수펌프 모든모터구동펌프작동불능 27

28 후쿠시마원전사고 (6) q 후쿠시마제 1,2 원전의쓰나미 28

29 q 후쿠시마원전구조 후쿠시마원전사고 (7) l 1호기 : BWR-3(460 MW, Mark-I 격납용기 ) l 2,3,4호기 : BWR-4(784 MW, Mark-I 격납용기 ) 29

30 q 후쿠시마사고의흐름 후쿠시마원전사고 (8) 불완전한설계 - 중대사고취약설계 - 부지특성고려미흡 - 절차서및교육미흡 지진 + 쓰나미 - 교류전원상실 - 핵심기기고장 - 계측및제어기능상실 - 외부대책추진어려움 원자로냉각기능상실 Þ 노심용융및수소발생 수소폭발 및 원자로건물파손 방사성물질대량방출 ( 대기, 토양, 해양오염 ) 원자로냉각기능을안정적으로확보하고더이상의방사성물질외부방출방지 향후원전시설및주변지역의오염제거작업과원전시설해체 / 처분등장기적과제 30

31 q 수소폭발후 1~4 호기 후쿠시마원전사고 (9) 31

32 q 1 년간예상피폭선량 후쿠시마원전사고 (10) 사고후대피하지않고 1 년간머무르는것을가정한피폭선량 32

33 후쿠시마원전사고 (11) q 원자력연구원의 LADAS 분석결과예시 지상 100m 위치에서의방사능농도 33

34 후쿠시마원전사고 (12) q 후쿠시마사고의핵심특징 l 외부사건 ( 극한자연재해 ) 으로인한최초의원전중대사고 TMI 및체르노빌사고 : 설비내부요인 + 인적인자 후쿠시마사고 : 극한자연재해 + 설비내부요인 + 인적인자 초대형자연재해로인해다수의안전설비및사고관리대책무력화 l 다수호기에서동시중대사고발생및장기간지속 1,2,3,4 호기에서한번씩의수소폭발 원자로노심의대량용융과원자로용기및격납용기손상 사용후핵연료저장수조안전문제의가시화 모든원전을안전한상태로회복하는데 6~12 개월소요예상 l 대량의방사성물질외부방출 : 대기, 토양, 해양오염 방출총량은체르노빌사고의 10~20% 수준으로잠정평가 비상대피등으로방사선피폭사망자는발생하지않았으나, 원전주변의토양및해양오염은매우심각 피폭방호는성공적 ; 대규모환경오염및국가 / 사회적위기유발 34

35 후쿠시마원전사고 (13) q 사고후각국의원전정책동향 l 원전르네상스이전부터원전의유지또는확대정책을펴온국가들은대체로정책기조유지 : 한국, 미국, 프랑스, 핀란드, 러시아, 영국, 중국, 인도, 남아공등 l 원전르네상스이전에탈원전을추구하던일부국가는탈원전정책으로회귀 : 독일, 스위스, 이탈리아 ( 이탈리아는가동원전없음 ) l 원전신규도입추진국가들은당초계획유지 : UAE, 베트남, 터키, 폴란드, 사우디등 l 원전건설계획이후쿠시마사고이전의예측보다는축소될것이나, 원자력확대의큰흐름은유지될것으로예상 l 준비되지않은국가까지원자력에뛰어드는것을진정시킨것은긍정적영향 전체적으로안전을강화하면서원전을유지또는확대하는방향 35

36 q 원전안전성관련동향 후쿠시마원전사고 (14) l 각국은후쿠시마사고의교훈을반영하여가동원전안전성평가를포함한원전안전과관련한기술적 / 정책적현안을종합재검토 l 한국 : 가동원전안전점검후개선대책수립이행, 독립행정기구인원자력안전위원회설치등 l EU: 각국이연계한안전평가 (Stress Test) l 미국 : Task Force 의권고사항발표 l IAEA: 조사단파견, 장관급회의, 원전안전에대한개입강화등 12 개항의안전조치계획이사회승인 è 원자력안전조치팀신설 l 주로초대형자연재해에대한대비, 장기간의전력상실시대책등에중점 36

37 국내원전의안전성 (1) q 후쿠시마사태가우리원전에서발생했다면? l 중대사고대응능력과대응시간관점에서유리 [2 차측이용냉각 ] 편리한냉각수주입 [ 대용량격납건물 ] 격납용기체적이커서여유있는대응시간확보 [ 수소제어설비 ] [ 중대사고관리절차서 ] [ 사용후핵연료저장수조 ] 1 층에위치하여냉각에유리 37

38 국내원전의안전성 (2) q 지진안전성 : 한국, 일본, 세계의지진발생빈도 북미판 3.0 이상 10 회 / 년 1,200 회 / 년 100,000 회 / 년 4.0 이상 0.7 회 / 년 400 회 / 년 15,000 회 / 년 유라시아판 태평양판 5.0 이상 필리핀판 6.0 이상 10 회 / 년 100 회 / 년 38

39 q 지진안전성 : 역사지진 l 국내원전의안전성 (3) 삼국시대부터역사문헌에 2000 여건이상의지진기록 l 삼국사기 : 땅이흔들리고민가가무너져 100 여명사망 (779 년 ) l 석가탑중수기 : 1024 년地動에의해석가탑과담장일부붕괴, 1038 년석가탑보수중地動에의해붕괴되고불국사경내다리 ( 청운교, 백운교중하나로추정 ) 도붕괴 석가탑과중수기 39

40 q 지진안전성 : 계기지진 국내원전의안전성 (4) l 관측되는지진발생빈도증가추세 ; 규모 3 이상은변화없음 l 최대계기지진기록 : 규모 5.2 국내지진발생추이 ( 자료 : 기상청 ) 40

41 q 지진안전성 : 내진설계 국내원전의안전성 (5) l 설계지진 OPR1000 이전 : 0.2g APR1400 이후 : 0.3g (SMART 포함 ) 0.2g, 0.3g 는각각원전부지에서규모 6.5, 6.9 수준의지진이발생하는경우에해당 l 주요설비에대한내진검증시험을통해안전성확보 l 확률론적지진리스크평가수행 설계지진을초과하는지진에의한리스크평가수행 안전관련주요구조물및원자로냉각재계통은 0.4g 지진에도안전성을확보하는것으로확인 지진리스크를증가시키는핵심취약설비들은개선및보강수행 주기적평가를통해전운영기간에걸쳐내진안전성확보 41

42 국내원전의안전성 (6) ( 참고 ) 지진규모와지반가속도의관계 지반가속도와리히터규모간의관계는해당규모의지진이부지바로아래에서발생하는경우를가정한것임 42

43 q 국내쓰나미기록 l l l 국내원전의안전성 (7) 대부분동해의일본해역에서발생한지진에의해유발 강원도지역쓰나미에대한역사적문헌기록다수 최근쓰나미발생기록 : 1940 년이후동해안에서 4 건 일시지진규모피해최대파고 Kamuimisaki 지진 7.0 국내피해기록없음 Niigata 지진 7.5 국내피해기록없음 동해중부지진 북해도남서외해지진 7.8 사망 1, 실종 2, 선박 81 척건물 / 시설 100 여건 선박 35 척어망, 어구 2000 여통 묵호 : 1.2m 나진 : 0.5m 부산 : 0.32m 울산 : 0.39m 속초 : 1.56m 묵호 : 3.9m 임원 : 4.2m 속초 : 2.76m 묵호 : 2.03m 포항 : 0.93m 43

44 q 쓰나미대비설계 국내원전의안전성 (8) l 역사지진과지진해일기록을평가하여최대쓰나미결정 l 쓰나미와폭풍해일을함께고려하여설계기준홍수위결정 최고해수위 = 만조시해수위 + 지진해일과폭풍해일중큰값 + 처오름 울진을제외한대부분의부지에서는태풍해일에의한최고수위가지배적인설계인자 국내원전들은최고홍수위에대해설계여유확보 44

45 국내원전의안전성 (9) q 후쿠시마사고후종합안전점검결과 45

46 국내원전의안전성 (10) q 후쿠시마사고후속조치 : 자연재해대비강화 46

국내원전의안전성 (11) q 국내원자력시설안전정보 : www.kins.re.kr ( 한국원자력안전기술원 ) l 원자력안전정보공개센터 (nsic.kins.re.kr) l 국가환경방사선자동감시망 (iernet.

47 국내원전의안전성 (11) q 국내원자력시설안전정보 : ( 한국원자력안전기술원 ) l 원자력안전정보공개센터 (nsic.kins.re.kr) l 국가환경방사선자동감시망 (iernet.kins.re.kr) l 원전안전운영정보시스템 (opis.kins.re.kr) l AtomCARE (care.kins.re.kr) l 방사성폐기물안전관리통합정보시스템 (wacid.kins.re.kr) 47

48 q 종합판단 국내원전의안전성 (12) l 초대형자연재해로부터상대적으로안전한입지 l 국내원전 ( 가압경수로, 가압중수로 ) 설계의상대적안전성 l 우수한운전실적 매우낮은고장정지횟수 : 2010 년평균 0.1 회 과거사건 / 사고기록 : 최대 2 등급사건 2 회 l 높은기술력을확보하고체계화된원자력사업체계 설계, 건설, 운전, 정비, 기기공급 l 풍부한신규원전건설 규제경험및연구인프라 l 후쿠시마사고경험의적극적반영을통한사고발생및피해요인극소화 : 제도 + 시설 + 운영 + 기술 안전에대한과신과자만은사고로가는지름길 ; 지속적인안전성향상노력과확고한안전문화필요 48

49 후쿠시마사고와안전성향상 (1) q 대형원전사고는안전성향상의계기 l 1950 년대실험용원자로사고 원자로정지계통신뢰도 설계기준사고및심층방어 ; 격납용기요건도입 l 드리마일아일랜드 (TMI) 사고 (1979) 중대사고발생가능성확인 è 관련연구및대처설비개발 확률론적안전성평가, 인적실수, 격납용기,... TMI 후속조치를통해전세계원전의중대사고확률을 1/10 이하로줄인것으로평가 l 체르노빌사고 (1986) 원자로정지능력의중요성, 격납용기 안전문화 (Safety Culture) 의중요성대두 폐쇄된국가의특정원자로에서발생한사건으로인식 TMI 사고후 30 년, 체르노빌사고후 25 년동안안전한원전운전으로일부에서원전안전에대한과신하는분위기가있었음 49

50 후쿠시마사고와안전성향상 (2) q 후쿠시마사고교훈의반영 l 원전안전에대한자만심에서벗어나는계기 l 원전설비자체의신뢰성뿐만아니라극한외부사건 ( 자연재해, 인공재해 ) 에대한대응능력의획기적강화 설계에서발생확률이매우낮은자연재해조건까지고려 장기간의교류전원상실에대한대비강화 l 중대사고대응능력의획기적강화 중대사고시의발전소상태계측기능강화 수소폭발방지등중대사고에대한대처설비보완 절차서, 운전원교육등에서중대사고를적극적으로반영 최악의원전사고에대비한비상대응능력강화 l 원자력안전정보의공개및소통체계강화 후쿠시마사고를중대한원전사고없는 100 년의밑거름으로삼고, 그사이에사고우려없는원자력시스템을개발해야함 50

51 q 심층방어전략의지속발전 l 중대사고발생가능성극소화 l 가능성이희박한중대사고시에도방사성물질의대량누출을방지하여국가 / 사회의위기상황예방 원전안전은하드웨어측면뿐만아니라, 절차서, 운전원대응능력등소프트웨어측면이결합되어확보가능 q 기술적측면 후쿠시마사고와안전성향상 (3) l 가동원전 기수립된안전성개선대책의충실한이행 운전경험, 사고교훈, 연구결과를반영하여지속적인안전성향상 l 신규원전 피동안전계통, 면진설비등의도입을통해중대사고완화 중대사고대응능력의획기적강화 51

52 후쿠시마사고와안전성향상 (4) q 국내원전의안전성향상을위한핵심과제 l 가동원전안전성개선대책의충실한이행 각개선대책의효과에대한상세한분석병행 진행상황에대한주기적인공개 l 안전성이더욱향상된신형원전개발 후쿠시마사고의교훈과최근의연구성과반영 l 원자력안전위원회기능의조기정착 사무국및전문위원회의전문성 ; 산하기관과의명확한역할분담 l 원전안전성향상을위한한수원의역할강화 최상의운전조직 ; 세계최고수준의안전전문가 l 지식기반의사결정을위한안전연구강화 최상의안전지식확보 ; 관련기관 / 전문가간의소통강화 l 안전문화의확고한정착 l 원자력 / 방사선안전에대한국민과의소통 l 효과적인국제협력 52

53 q 원자력안전연구 후쿠시마사고와안전성향상 (5) 안전현안해결 원자력안전연구 안전관련원천지식 평가 / 검증인프라 전문인력 지식기반의사결정 가동중원전안전성확인및향상 개량 / 혁신설계개념개발및검증 효과적이고신뢰성있는규제 안전하고 경제적이고 국민이신뢰하는 원자력 운전및유지보수능력향상 53

54 맺는말 q 국내원전은매우우수한안전기록보유 : UAE 원전수출경쟁력 q 역사문헌과관측기록에근거한설계기준지진 / 쓰나미에대해여유도가있으나, 자연재해대응설비의지속적보강바람직 l 단기 : 종합안전점검에따른개선대책의확실한이행 l 중기 : 지진, 쓰나미, 슈퍼태풍, 산불등자연재해대비설계요건재평가 è 필수안전설비를중심으로자연재해대응능력을평가 è 필요시설계보강 q 원전안전성은내부설비의보강뿐만아니라, 중대사고관리등소프트웨어와외부설비이용을종합적으로연계하여확보 l 후쿠시마사고는안전성을더욱확실히할수있는계기 q 자만은금물 è 후쿠시마교훈반영한획기적안전성제고필요 l 원자력안전위원회독립설치 l 더욱엄격한안전요건을적용한시설개선및운영체계강화 l 안전성향상을위한기술개발및적용 54

소아일반영상의학검사에서의 환자선량권고량가이드라인 - 두부, 복부, 골반 -

소아일반영상의학검사에서의환자선량권고량가이드라인 - 두부, 복부, 골반 - 소아일반영상의학검사에서의 환자선량권고량가이드라인 - 두부, 복부, 골반 - Ⅰ. 서언 1 2 Ⅱ. 의료피폭에서의방사선방어 1 1990 ICRP 권고에따른방사선방어의원리 3 2 2007 ICRP 신권고에따른방사선방어의원리 4 3 환자선량권고량 (Diagnostic Reference Level)