원자력묻고답하기 한국원자력학회소통위원회김진원, 윤병조, 이나영이승숙, 이재영임채영, 전은주제무성, 조건우 주한규 ( 가나다순 )

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1 원자력묻고답하기 소통위원회

2 원자력묻고답하기 한국원자력학회소통위원회김진원, 윤병조, 이나영이승숙, 이재영임채영, 전은주제무성, 조건우 주한규 ( 가나다순 )

3 목차 인사말 1. 원자력은안전한가요? 2. 원자력발전이필요한가요? 3. 신재생에너지로충분하지않나요? 4. 사용후핵연료가궁금해요 5. 우리는핵무기는를왜만들지않나요?

4 인사말 사진 4

5 chapter. 1 원자력, 묻고답하기 2016 원자력은 안전한가요? 원자력묻고답하기

6 Q. 기본개념 -1 원자력사고란무엇인가요? A. 원자력사고란원자력시설이나원자력을이용하는과정에서발생하는 사고로서, 시설내부로국한되는사고에서부터외부로방사능이누출되 어수많은사람들이방사선방사능에피폭되는사고까지다양합니다. 6

7 Q. 기본개념 -2 얼마나안전해야충분히안전한가요? A. 모든물건은에너지로만들고그에너지를생산하기위해탄광에서만매년약 4000명이사망합니다. 풍력과태양광의경우도예외일수없습니다. 결국에너지의혜택을누리기위해서는위험을감수해야한다는의미입니다. WHO 보고에의하면자동차, 기차등의교통사고로도매년 100만명이상이사망합니다. 그래서, 미국과영국등에서는원자력발전소주변 16km 반경이내에서원전사고의위험성이자동차사고, 화재사고등각종사고로발생하는사망위험의천분의일 (0.1 %) 에해당하는값, 즉연간 명보다적어야한다는안전목표치를설정하고원전의건설, 운영허가를위한의사결정에중요기준으로사용하고있습니다. 자세히알아봅시다. 지난 2월고리 1호기는정기점검과정에서외부전력공급시바로작동해야할비상디젤발전기가고장이나서 12분동안정전돼냉각수의온도가 22도상승했습니다. 다행히두개외부선로중한선로가곧복구되어사고로진행되기전에상황이종료된사고였지만이사고에서예비전력인비상발전기가고장난것 7

8 을알지못하고여분의장치없이외부에서공급되는전기공급만으로핵연료이송작업을계속수행한것입니다. 이사건으로이미큰쇄신이있었고동시에비상발전기계통의기계적안전성이크게보강되었습니다. 이사고가충분히안전하게통제가능했을까요? 우리나라에서운전중인 23기의원전은유사시충분히제어가가능하다고생각합니다. 원전의사고예방은 100 % 예방할수는없지만, 인적실수나기계적고장, 전기적고장등으로인해사고가발생한다고하더라도국내원전의경우기술적으로충분히통제될수있다고평가합니다. 고리1호기에서보면 12분만에그외부선로가복구되지않았더라도다른하나의외부선로가준비될수있었고, 또하나의추가안전장치인대체교류발전기가인접호기에예비되어있었습니다. 8

9 Q. 기본개념 -3 원전안전이왜중요한가요? A. 1986년 4월에구소련의체르노빌원자력발전소에서발생한화재에의한방사능누출사고는현재까지사상최악의원자로사고로화재진화에동원된소방수 31명이사망했고, 203명이급성방사선장해로입원하였으며, 발전소로부터반경 30km 이내의주민 13만 5천명이피난했습니다. 또한방출된방사성물질은국경을넘어인접한유럽국가들까지날아가넓은범위에방사능오염을일으켰습니다. 또한 2011년 3월일본후쿠시마원자력발전소에서는강도 9.0 지진에이어발생한높이 15 m 수준에이르는초대형쓰나미로인해후쿠시마제1원전 1, 2, 3, 4호기가바닷물에의해침수되어모든교류전원이단절되었고, 열제거기능과관련된거의모든설비들도심하게훼손되어제기능을수행할수없었습니다. 결국, 핵연료가녹아내리고원자로건물에서수소폭발이발생하였으며원자로건물의손상으로많은양의방사성물질이외부환경으로누출되어주변지역의토양과바다가방사능에오염되었고많은주민들이대피하는사회적위기를초래하였습니다. 이처럼체르노빌과후쿠시마사고에서보듯이원자력발전소에서의중대사고로인한경제적, 사회적, 심리적피해및주위환경에대한영향은상당합니다. 따라서이러한피해를예방하기위해서는체계적인관리및규제를통해원전안전성을가능한수준까지높이는게중요합니다. 9

10 Q. 원전안전관리 -1 우리나라원전은안전한가요? A. 국내원자력발전소는심층방어의개념으로설계되어있습니다. 비정상적인이상상태발생방지를위해여유있는안전설계를하고있으며, 고장에대비해다중설비를갖추고있습니다. 또한원자력발전소에서비정상적인이상상태가발생하게되면원자로보호설비가자동으로감지하고정지하게되며, 중대사고가발생하기되면안전계통설비가사고의진행을완화시키고방사성물질이외부로누출되는것을방지할수있도록다양한설비들이갖추어져있습니다. 이러한심층방어의핵심은다중방호로서, 다중방호란여러겹의방호벽을설치하여방사성물질이외부로누출되는것을막고자하는것입니다. 국내원전은연료펠릿, 피복관, 원자로용기, 원자로건물내부철판, 원자로건물외벽등총 5중방호벽을갖추고있습니다. 또한국내원전은다중성, 다양성, 독립성의기본적인설계특성을가지고사고예방을위한각종안전설비를갖추고있습니다. 이외에도고장시안전작동개념, 연동장치, 피동개념등을설계단계에서부터고려하여안전성을확보하고있습니다. 10

11 Q. 원자로설계의안전성 -7 심층방어란무엇이고어떻게이루어지나요? A. 원자력발전소의안전조치를한마디로정리하라면 심층방어 라고정리할수있습니다. 심층 ( 深깊을심, 層여러층 ), 즉여러겹의깊이있는안전장치를말하지요. 심층방어는발전소내부의고장이나사고, 그리고외부의충격이나테러같은고의적파괴행위가벌어질경우에도발전소가안전하게지켜질수있도록구성됩니다. 심층방어는크게 5 단계원칙과목표로이루어집니다. 원자력안전위 원회에서는원자력시설의심층방어를위해다음과같은목표를설 정하고, 사업자가다양한안전장치를마련하도록하고있습니다. - 1단계 : 심각한사고가일어날가능성을최소화할것 - 2단계 : 문제발생시조기에탐지하고최대한신속하게대응할것 - 3단계 : 사고발생시그범위가설계기준이내로국한되게할것 - 4단계 : 심각한사고가발생할경우그피해가원자력시설을넘어서지않도록할것 - 5단계 : 중대사고발생시피해를최소화하기위해외부에서비상조치를시행할것 *11 쪽의내용과일부중복, 조정필요 11

12 Q. 원자로설계의안전성 -8 원전설계의원칙에있는다중성, 독립성, 다양성이란무엇인가요? 12

13 A. 원자력시설의안전을확보하기위한설비나기기, 계통에는다중성, 독립성, 다양성의원칙이적용되고있습니다. 이들원칙은원자력시설에서만약의사고가발생할경우라도그영향과피해를최소화하기위한것입니다. - 다중성 : 중요한안전기능을가진모든설비는 2개이상중복해서설치하게되어있어요. 이것을 다중성 의원칙이라합니다. 안전설비를중복해서설치하는까닭은, 만약한설비가제대로작동하지못하더라도다른설비에의해피해를최소화하고안전성을유지하기위해서이지요. 예를들어, 원자력발전소의경우안전에중요한펌프, 밸브, 전원등은하나만두지않고반드시복수로설치하여야합니다. - 독립성 : 중요한설비가한곳에몰려있지않도록분산설치하며, 각각이독립적으로작동할수있도록하는원칙입니다. 원자력발전소의경우, 각호기별로중요한안전설비가독립적으로설치되도록하고있어요. 예를들면비상디젤발전기나수소제거설비등은한곳이아니라매호기마다설치되어야하는것이원칙입니다. - 다양성 : 설계의다양성이란중요한설비들의작동원리를다양하게구성하는것입니다. 그래야한가지원인에의해모든설비가중단되지않도록막을수있습니다. 예를들면, 원자력발전소에전력공급이중단되는사고가발생할경우를대비하여모터구동펌프대신터빈의힘으로돌아가는터빈구동펌프등도함께마련되는것이다양성의원칙이에요. 13

14 Q. 원전안전관리 -2 우리나라원전의안전규제는누가관리하나요? A. 우리나라에서원자력안전규제를담당하는기관은원자력안전위원회 ( 입니다. 원자력안전위원회는 2011년제정된 원자력안전위원회의설치및운영에관한법률 에따라세워진독립적행정기구입니다. 원자력과방사선안전관리및핵안보에관한중요한결정은원자력안전위원회에서맡고있지요. 그리고산하전문기관으로원자력안전기술원 (KINS)( 과원자력통제기술원 (KINAC)( 을두고있습니다. 원자력안전위원회는원자력과방사선의위험으로부터국민과환경을보호하려는목적으로설립되었습니다. 원자력발전소를비롯한원자력시설의안전관리, 그리고 7,300 여개에이르는방사성동위원소이용업체와생활주변방사선의안전관리를맡고있어요. 또방사선비상이발생할경우를대비하여방재대책을마련하고, 원자력관련시설을테러등의외부위협으로부터보호하며, 핵안보에관련된여러가지일들을하고있지요. 14

15 Q. 원전안전관리 -3 원자력안전관련법령에는무엇이있고어디에서볼수있나요? A. 우리나라의원자력안전관련법령에는원자력안전법, 원자력시설등의방호및방사능방재대책법, 생활주변방사선안전관리법등여러가지가있어요. 이중원자력의안전한이용과안전규제에관한대표적인법이원자력안전법입니다. 또한원자력안전위원회에서는산하기관인한국원자력안전기술원을통하여원자력안전에관한법령을통합하여쉽고편리하게찾아볼수있는 원자력안전법령정보시스템 (SCALE)( 을운영하고있습니다. 원자력안전법, 생활주변방사선안전관리법을비롯한각법령의전문을볼수있으며, 각각의법령을체계에따라법-시행령 -시행규칙- 고시로분류하여이해하기쉽게제공합니다. 또법령의제 개정정보및별표, 서식등도통합적으로제공하고있지요. 만약 정기검사 에관하여어떤법령이있는지, 또각법령이어떤내용 을규정하고있는지궁금하다면, 검색어를통해여러법령의내용을한 꺼번에비교하여볼수도있습니다. 15

16 Q. 원전안전관리 -4 원자력건설, 운전에관한공개정보는어디에서볼수있나요? A. 원자력발전소의건설및운전현황은우리나라의유일한원전사업자인 한국수력원자력 ( 에서찾아볼수있습니다. 또한원전의안전에관한정보는규제기관인원자력안전위원회홈페이 지 ( 와 산하기관인 한국원자력안전기술원 ( 및 한국원자력통제기술원 ( 홈페이지를이용하면편리합니다. 이외에도원자력안전위원회에서운영중인원자력안전정보공개센터홈페이지 ( 등을이용하면, 일반국민이쉽게이해할수있도록제공되는안전정보와각종원자력및방사선심 검사자료를확인할수있습니다. 16

17 Q. 원전안전관리 -5 외국의원자력규제기관은무엇이고어떤일을하고있나요? A. 미국원자력규제위원회 (USNRC) 미국은 2016년현재 100기의가동원전을운영중인세계최대의원전운영국입니다. 미국의원자력안전규제를담당하는 원자력규제위원회 는대통령직속기관으로 1975년부터활동을시작했지요. 원전이용의역사가길고경험이풍부하여, 세계각국의원자력안전규제정책과방법에도주요한영향을미치고있어요. 우리나라는미국원자력규제위원회와직원교환프로그램등다양한방식으로협력하고있습니다. 프랑스원자력안전규제기관 (ASN) 프랑스는미국에이어가장많은 58개가동원전을보유하고, 전력의 80% 정도를원자력발전으로생산하는나라입니다. 프랑스의원자력안전규제를맡고있는원자력안전규제청 (ASN) 은 2006년부터독립행정기관으로활동을시작했어요. 주요업무는크게규제, 인허가, 감독, 정보공개, 비상대응으로나눌수있지요. 캐나다원자력안전위원회 (CNSC) 19개가동원전을운영중인캐나다는총리실직속으로원자력안전규제를전담하는원자력안전위원회를두고있어요. 원자력발전소의운영허가를 5년마다재심사하여갱신하고, 모든의사결정에서주민공청회의의견을중요하게반영하는캐나다의안전규제정책은우리나라안전규제에도여러가지시사점을줍니다. 17

18 Q. 원자력시설사고 -5 원전의안전성에대한종합적인평가방법은어떤것들이있나요? A. 원자력안전위원회는정기적인심 검사외에도원자력발전소의안전성 을종합적으로평가하고있어요. 이중우리나라에서는주기적안전성 평가 (PSR) 를실시하고있습니다. 주기적안전성평가제도는국제원자력기구 (IAEA) 의권장으로우리나라에서 2000년부터실시되었습니다. 말그대로 주기적 으로안전성을평가하는일이지요. 원자력안전법제23조및시행령 36조에의하면, 주기적안전성평가는운영허가를받은날부터 10년마다가동중인원전시설전체를대상으로실시하여야합니다. 사업자는 1 년 ~1 년 6 개월정도에걸쳐전반적인안전성을점검한뒤, 평가보고서를작성해원자력안전위원회로부터심사를받게되지요. 주기적안전성평가는원자로시설의물리적상태, 안전성분석, 기기검증, 안전성능, 경년열화 ( 원자력발전소의장기간운전에따른기기와구조물등의손상 ), 방사선환경영향, 인적요소, 조직및행정등 11개분야에서종합적으로이루어집니다. 원자력안전위원회는 2012 년부터주기적안전성평가항목을 14 개분야 로확대 ( 재분류?) 하고, 20 년이상가동되는원전에대해서는주요기기 의성능감시기준을한층강화하고있습니다. 18

19 Q. 원전안전관리 -7 원전이안전하다는데왜독일을비롯한다른나라들은원전을폐쇄하나요? A. 후쿠시마사고발생초기, 원자력발전소를운영하는여러나라에서는 원전가동의점진적중단이나신규원전건설취소를결정하였습니다. 일례로독일의경우 2022 년까지가동중인모든원자력발전소의가동 을중단하고신재생에너지를중심으로에너지구조를개편한다고발표 한바있습니다. 하지만후쿠시마사고에대한평가가진행되고, 원자력발전소의근본적인결함이아니라쓰나미에대한대비부족이사고의주된원인으로판명되면서대부분의국가에서는사고직후와는달리원전축소정책을재고하고있고, 아직도원전의안전성에대한우려때문에사고이전보다는줄어들기는하였지만영국, 핀란드, 중국등많은나라에서신규원전건설을추진하고있습니다. 19

20 Q. 원전안전관리 -8 아무리낮은확률이라고해도큰사고가한번나면우리나라처럼면적이작은나 라는전국토가오염되어사람이살지못하게되는것아닌가요? A. 큰사고가발생하게되면많은피해가발생하는것은사실입니다. 하지만, 이를미연에방지하기위해설계단계에서부터심층방어, 다중성, 독립성등많은안전개념을도입하여사고방지및완화에많은노력을기울이고있는상황입니다. * 실제후쿠시마와쓰리마일원전사고로인해주민들이살지못하는면적이얼마인가를표시하는것은어떨까요? ( 우리나라는국토가좁아서원전사고시전국이오염되어사람이살수없다고주장하는인사들이있으므로 ) 20

21 Q. 원자로설계의안전성 -1 원자로계통이란무엇인가요? A. 계통 은영어의 시스템 을표현한말이에요. 시스템 은어떤것에관련된여러가지것들이각각하는일과특성에맞게배열된것입니다. 예를들면 컴퓨터시스템 은모니터, 키보드, 마우스, 프린터등을합친것들이지요. * 원자로계통그림추가하면어떨까요? 21

22 Q. 원자로설계의안전성 -2 1 차계통은무엇이고 2 차계통은어떤것들이있나요? A. 1 차계통 은영어로 프라이머리 (primary) 시스템 입니다. primary 는 주된, 주요한, 기본적인 이라는뜻이에요. 원자력발전소의 1차계통은가장 중요하고기본적인 것들로구성되어있어요. 원자력발전소에서가장중요한기기는원자로이며, 여기에서원자력에너지를생산하고원자로냉각재펌프는이를증기발생기로전달하는임무를수행합니다. 2차계통은터빈발전기에관련된기기와설비입니다. 2차계통의중요임무는발전기를통해전기를생산하는일, 그리고증기를물로되돌리는일입니다. 2차계통은전기생산에필요한터빈과발전기, 그리고증기를물로되돌리는복수기가중심이되고, 여기에물을증기발생기로공급하는각종설비들이더해집니다. 증기는터빈을돌린뒤복수기에서물로바뀌어 2차계통내부를순환합니다. 22

23 Q. 원자로설계의안전성 -3 격납건물은어떻게만들어져있고어떤기능을하나요? A. 원자력발전소 하면떠오르는둥근돔형태의외벽이바로원자로건물이지요. 원자로건물은다른말로 격납건물 이라고도합니다. 격납 이란 막다, 가두다 [ 格 ], 넣어둠 [ 納 ] 이란뜻이에요. 즉 충격으로부터보호해주고, 외부로의누출은막아준다 는뜻이지요. 원자로건물내벽에는강철판으로된격납용기가들어있습니다.( 관련그림추가하면어떨까요?) 우리나라원자력발전소의경우, 중대사고를대비하여다중의방호체계를갖추고있어요. 이중에서격납건물은최종방호벽에해당합니다. 격납건물은안전에매우중요한시설로, 내부의압력이나온도가급격히올라갈때, 외부에서심한충격을받았을때에도쉽게파손되지않아야합니다. 따라서건설허가심사때두께와강도, 재료등을정밀히검토하게됩니다. * 설명에체르노빌원전과후쿠시마원전의격남건물과차이를추가하면어떨까요? 23

24 Q. 원자로설계의안전성 -4 원전앞에방파제가있는까닭은? A. 원자력발전소에존재하는복수기는터빈을돌리고남은증기를다시물로바꾸어증기발생기로공급하는역할을수행하는데, 이때복수기에서증기를냉각하여물로바꾸기위해필요한차가운냉각수로바닷물을사용합니다. 이바닷물은발전소외부에연결된해수펌프를통해복수기를통과한후다시바다로방출되는데, 이해수펌프가제대로작동하려면수위변동이적어야합니다. 따라서펌프가설치된바다에큰방파제를설치하여해수면을잔잔하게유지시켜주는역할을합니다. 또한방파제는해안방벽과함께해일로부터원자력발전소를보호하는구조물의역할도하는데, 후쿠시마원전사고이후초대형지진해일발생시원전의안전을지키기위해이러한방파제를한층높이도록지시한바도있습니다. * 방파제보강그림 ( 사진 ) 을추가하면어떨까요? 24

25 Q. 원자로설계의안전성 -5 원전내진설계가무엇이고어떤기능을하나요? A. 내진설계 는원자력발전소뿐만아니라건물을설계할때흔히쓰이는말 입니다. 내 ( 耐, 견딜내 ), 진 ( 震, 지진진 ), 즉지진에도건물이나기계가 무너지거나피해를입지않고견딜수있도록설계하는것을말해요. 지구표면은여러개의판으로나뉘어있는데, 이판들이움직이면서발생 하는에너지가지구표면에영향을주는것이지진이에요. * 최근에는원전설계시면진설계를하고있다는사항을추가하면좋겠습니다. 25

26 Q. 원자로설계의안전성 -6 원전운전의안전여유도는무엇이고어떻게그것을설정하나요? A. 자동차를운전할때에는앞차량과일정한안전거리를유지해야합니다. 원자력발전소를운전할때에도마찬가지로일정한여유가필요하지요. 이를 운전여유도 라고합니다. 운전여유도이내에서발전소가운전된다면, 사고가발생하더라도발전소는정지되고안전하게유지될것입니다. 원자력발전소의건설, 설계, 운전등모든분야에운전여유도가적용되고있어요. 운전여유도는원자력발전소를설계할때에설정하는것으로, 사고 나안전뿐만아니라기술적여유도까지충분히반영하여설계해야 합니다. 운전여유도를설정하더라도만약의경우, 안전성에위험을줄가능성이있으므로이를사전에막기위하여 운전제한조건 을설정합니다. 만약원자력발전소의상태가운전제한조건에해당될경우, 운영자는원자로를정지시키거나또는더욱안전한상태를만들기위한조치를실시해야합니다. * 운전여유도? 안전여유도? 26

27 Q. 원자력시설사고 -1 체르노빌 vs 후쿠시마, TMI 사고는어떻게다른가요? A. 체르노빌사고는격납건물이없는상태에서원자로에화재가발생하여방사성물질이대량누출되었습니다. 사고발생후시멘트와콘크리트를쏟아부어수습을시도했으나결국심각한방사능피해를발생시켰습니다. 후쿠시마원전사고는격납건물이지나치게작고두께도얇아내부에서 발생한수소폭발을감당하지못하고훼손되었습니다. 방사성물질이 대기와바다로대량유출되어큰피해를일으켰습니다. 반면 TMI 원전사고는 1979년 3월 28일, 냉각수공급이중단되면서내부에서원자로노심이녹아내려원자로가훼손되어발생했습니다. 그러나두께 1미터에달하는격납건물이훼손되지않아방사성물질은외부환경으로누출되지않았습니다. 27

28 Q. 원자력시설사고 -2 원자력발전소의사고와고장은어떻게다른가요? A. 원자력시설의정상적인가동에문제가될만한사건이발생할경우, 이 러한문제상황을 사건 이라고합니다. 국제원자력기구 (IAEA) 에서수립, 운영중인 국제원자력사고 고장등 급 (INES) 에의하면, 시설에손상을끼쳤거나, 환경에방사선피해를미 칠수있는사건은 사고, 그렇지않은사건은 고장 으로구분합니다. 자세히알아봅시다. 원자력시설에서발생한사고나고장의심각성이나위험성을나타내는지 표로, INES(International Nuclear Event Scale) 라고합니다. 우리나라는 1993 년부터국내원자력발전소에서발생하는사고 고장에 대해 INES 를적용하여등급을평가하고, 그결과를공개하고있습니다. 원자력사고 고장등급은총 7등급으로구분됩니다. 사고와고장은주변지역에미치는방사선영향및노심의손상여부로구분되며, 그영향과손상정도에따라등급이나뉘게됩니다. 안전에중요하지않은사건은등급이하 (0등급) 의경미한고장이며, 1등급에서 3등급까지는 고장, 4등급부터 7등급까지는 사고 에해당합니다. 28

29 Q. 원자력시설사고 -3 원자로는어떤경우에정지되고어떤조치가취해지나요? A. 핵연료를교체하거나정비가필요한경우원자력발전소의운전원이원자로를정지시킵니다. 만약사고나고장이발생했을경우, 원자로가수동또는자동으로정지되지요. 원자력발전소는사고나고장시원자로의핵분열을반드시정지시킬수있도록하는안전장치를설치해놓고있습니다. 이러한안전장치의작동, 즉원자로노심에제어봉을삽입하여핵분열연쇄반응을안전하게중지시키는것을 원자로안전정지 라고합니다. 또한원자로가계획된상태가아닌조건에서정지되면원자력안전위원회에서는보고를받는즉시전문가를파견하여현장조사를실시합니다. 문제의원인분석및문제발생시발전소측의조치와대응, 그리고재발방지대책등이주요조사대상이지요. 만약이과정에서원자력사업자의법령위반, 규정위반사항이발생하 거나, 운영기술지침서위반사항등이발견될경우원자력안전위원회는 강력한법적제재조치를취할수있습니다. 29

30 Q. 원자력시설사고 -6 원전의절대안전은없다는데설계기준사고와중대사고의차이는무엇인가요? A. 원자력발전소등의시설은사고와고장이발생하더라도안전을유지할수있도록, 설계단계에서부터안전장치를마련하여야합니다. 또발생가능성이매우낮은사고에대해서도안전을관리하고사고를신속히수습할수있도록구조물, 계통및기기를설계하지요. 이와같은설계를위하여상정된일련의가상사고를 설계기준사고 라고합니다. 원자력시설의운전과정에서발생할수있는최악의상황을설계기준사고로가정, 각종안전장치를마련하는것이지요. 한편중대사고는원자력발전소의설계기준사고를초과하여, 원자로노심의손상을일으키는사고를말합니다. 안전설계에서고려하고있는수단으로는적절한제어가불가능하여노심에중대한손상을끼치는사건이지요. 미국의스리마일아일랜드 (TMI) 사고와구소련 ( 현재의우크라이나 ) 의체르노빌사고, 그리고일본후쿠시마사고가중대사고에해당합니다. 중대사고는 노심용융사고 와동의어로사용되기도합니다. 용융 ( 溶融 ) 이란 녹아내린다 는뜻이에요. 원자로노심에발생한열을식히지못하 면핵연료가녹아내리기때문에 용융사고 라는것이지요. 30

31 Q. 종합 -1 원전의스트레스테스트는무엇인가요? A. 스트레스테스트 는원자력발전소가극한상황에서도안전할수있는지확인하기위한테스트입니다. 여기서말하는 극한상황 이란, 원자력발전소를설계할때가정하는문제상황보다훨씬심각한상황입니다. 원전스트레스테스트에서가정하는 극한상황이란 다음과같습니다. 첫째는원전의설계기준을초과하는지진이나해일이발생할경우입니 다. 둘째는이의영향으로전원이상실되거나, 안전계통고장등으로발전 소가최악의상황에처했을경우이지요. 즉노심및핵연료저장조냉 각기능이상실되거나, 격납건물이파손될가능성이발생할경우입니다. 스트레스테스트는이처럼극단적인상황이발생할경우원자력발전소 의대응능력과안전성유지방법을테스트합니다. 31

32 chapter. 2 원자력, 묻고답하기 2016 원자력발전이 필요한가요? 전체적인질문과답의양식을 Chapter 1 또는 Chapter 3 과유사하 게하는것이좋을것같습니다. 원자력묻고답하기

33 Q. 부지소요 우리나라는국토가협소합니다. 협소한국토에서식량생산과, 산업시설, 주거시설을모두만족시켜야하므로전력시설의국토소요가최소화되어야할필요가있습니다. 이런관점에서원자력발전소와화석연료발전소, 수력발전소, 태양광발전소, 풍력발전소를비교할때부지측면에서어떤발전소가유리합니까? ( 단위발전량당부지면적 ) 33

34 A. 원자력발전소를방문하면아파트단지보다적은부지에서엄청난전기를생산하는것에놀라게됩니다. 가장적은면적을사용하면서가장많은에너지를낸다는점에서원자력에너지는부지사용효율이높습니다. 다음표는토지단위면적당 [m 2 ] 발전량을비교한것입니다. 발전량 : kwh/m 2 종류내용원자력석탄화력태양광풍력목재발전량 12,500 9, 원자력과석탄화력의단위면적발전량은만단위인데비해태양광이나풍력과같은대체에너지가 10단위인것을보면 6000배이상의고집적도를갖습니다. 이것을좀더현실감있게다시계산해보면, 월성의신월성 1호기의경우약 3000MWt 급인데 10만평정도의부지를사용합니다. 그러나이것을태양광으로대체하고자하면 1억6천평을필요로합니다. 풍력의경우는이것보다더면적을요구해서약 3억평이필요합니다. 대전광역시가 km2 즉 1억6천3 백평정도이므로원자로 1기를태양광으로대체하려면대전시전체를태양전지판으로덮어야합니다. 문제는땅이굴곡이있어하루 2시간이상의일조량을주려면모두남향이어야하나산의경우남쪽이있으면북향의경사면은사용할수없어실제는대전시보다훨씬넓은면적을덮어그늘을만들어야가능합니다. 세계 10위의수출에근거한경제력을유지하기위해우리는세계 10위에해당하는에너지를소비하고있습니다. 좁은국토에서이를감당하기위해서는원자력에너지가가장집적도가높아장점을갖는다는것을알수있습니다. 34

35 Q. 발전단가 우리나라는다른나라에비해저렴한전기요금으로인한생산경쟁우위를갖고있 으며, 이것이국가경제발전에매우중요한요소입니다. 이런관점에서원자력발 전은화력발전, 신재생에너지와전기요금인하능력을갖고있습니까? 35

36 A. 다양한에너지원의발전단가는각기다릅니다. 당연히값싼에너지를선호하게되어있습니다만, 환경안전등다른요구도고려해야할것입니다. 우리나라의에너지원별발전단가는조금씩달라져왔습니다. 다음표에는 2008년에서최근 2015년의에너지원별발전단가의변화를나타냈습니다. 단위 : 원 /kwh 년도 원자력 석탄 풍력 LNG 유류 태양광 수력 이표에서두드러진특징은원자력 / 석탄 / 태양광입니다. 원자력은 2012 년까지 39.02원 /kwh로안정적이며최저가격이었으나 2015년에 원 /kwh로거의두배나상승했습니다. 이것은원자로의해체비용, 사용후핵연료처분비용, 중 저준위폐기물관리비용까지가모두포함되는과정에서발생했습니다. 석탄의경우도 60원대의유지되던것이 원으로상승한것은온실가스저감, 미세먼지저감등을위한비용과탄소세등이반영되는과정에생긴상승입니다. 반면태양광은 700원 /kwh 대에서 200원 /kwh 로급격히낮아졌는데, 이것은태양광에부여한일종의인센티브를제거하여태양광에너지산업이보조나후원없이든든한기간에너지로성장하도록시장에서경쟁가능한가격을부여한까닭입니다. 유류나 LNG는그사이에매우큰폭의가격변동을보이고있어발전단가면에서는불안요인이매우큽니다. 이점을보면발전과처리에관한부분을고려해도여전히원자력은가장가격경쟁력을갖고있습니다. 가격면에서는풍력은이미석탄화력에근접하고있으므로부지선정과주민수용성의문제를해결하면됩니다. 36

37 Q. 전력안정성 우리나라의전자, 자동차를비롯한핵심산업생산품은안정적인전력공급을요구 합니다. 환경의변화에크게좌우되지않는안정적인전기공급의측면에서원자력 은신재생에너지와비교하여얼마나안정성을갖고있을까요? 37

38 A. 화력발전소나원자력발전소는에너지원이다를뿐이고전기를생산하는에너지시스템은물과증기를이용할경우 Rankine cycle을대표적으로사용하여유사하며, 이전기발생시스템은연료가공급되는한설계된대로에너지를생산해주는기계입니다. 이기계에서생산되는전력은매우안정적으로, 그전류와전압그리고교류의변화빈도등에있어매우안정적입니다. 이러한전류의안정성은이를이용해제품을생산하는기계들의작동을안정화시켜정밀생산을가능하게합니다. 반면태양광, 풍력등대체에너지의경우, 에너지생산량이시시각각으로달라집니다. 태양광의경우아침부터저녁까지하루에도햇빛의각도가다르며사계절에따라다릅니다. 구름이끼면에너지를생산할수없으며우리나라의경우장마철에는매우긴기간에너지를생산할수없습니다. 풍력의경우는일부지역을제외하면풍향의변화가심하고돌풍성바람으로전기생산이고르지않습니다. 이러한불안정한전기에너지를안정화하기위해, 생산된불안정한전기를에너지저장시스템 (ESS) 에저장한다음이를사회와산업이요구하는정도의전류와전압, 교류의변화빈도를만드는기구를통과시켜전력망에연결해야합니다. 그러나만일이것이충분치않거나여러개의대체에너지원에서잠시잠시공급을하는과정에공급과휴지의흔들림이발생하게되는데, 이것은고스란히전력망의안정화를해치는결과를줍니다. 따라서안정적인전력망을구축하기위해서는기존의대용량발전소에서보여주는규모의전력을안정적으로계절이나, 날씨에상관없이공급하는것이중요합니다. 물속에장전된핵연료의핵분열은날씨나바람에영향을받지않고일어나는물리적현상이므로, 가장안정적인전력의구성요소가될것입니다. 원자력발전소도핵연료교체와정비등을위해 1년에 1회씩멈추는기간이있습니다만이것은계획에의해이루어지므로전력망입장에서는충분히대비가가능합니다. 38

39 Q. 에너지자원안정성 우리나라는기간에너지측면에서에너지자원이전무합니다. 수입에너지원의관점 에서가격변동의안정성을확보하는것은매우중요합니다. 이러한관점에서핵연 료와석탄, 석유, 셰일가스를비교할때어떤자원이안정성을갖고있을까요? 39

40 A. 에너지원은심지어태양광이나바람까지도지리적차이가있습니다. 사막지역의태양광과우리나라의태양광은큰차이가있습니다. 북해지역의바람과우리나라의바람은역시큰차이를줍니다. 석유나천연가스도그렇습니다. 석유는우리나라에는한방울도나지않지만중동이나미국등에는풍부합니다. 그러나이것도조만간고갈될것으로예측하고있습니다. 석탄의경우강원도에광맥이있었지만, 이제탄광은폐쇄되고수입을합니다. 하지만오스트레일리아같은나라에는노지에석탄이있어그저퍼서담으면됩니다. 요즈음각광을받는배터리주원료인리튬도우리나라에는적으나볼리비아와같은나라엔풍부합니다. 석유파동이후다시떠오른셰일가스의경우, 석유자원이거의없는중국도매장량이풍부하고, 미국캐나다등도풍부합니다. 그러나우리나라에는매장량이없습니다. 원자력에너지연료인우라늄은러시아나오스트리아에풍부합니다. 그러나이것도무한정있는것이아닙니다. 현재의방식으로소모하면 60년이지나면없어집니다. 에너지자원은지역적으로편중되어있고, 동시에매장량이한정되어있어언젠가고갈되고마는것입니다. 단위 : 년 에너지원석탄석유 LNG 셰일가스 우라늄태양바람 고갈시점 * * 고속증식기술 3600 년 이중원자력에너지는고속증식기술을사용하면금세기안에고갈될것이향후 3600년까지지탱해줄가능성을갖고있습니다. 화석연료가모두소모된이후인류는우주공간의천연원자로인태양으로부터얻는태양과풍력그리고인공적인태양인원자력발전소이외에에너지원이없습니다. 따라서에너지자원의안정성을위해 원자력은꼭필요한에너지원입니다. 40

41 Q. 폐기물의양과상태 발전소에서는연료의연소과정에서폐기물이나옵니다. 이러한폐기물의부피는처 리에필요한제반시설과관련됩니다. 폐기물의부피적인측면에서원자력발전소 와화력발전소는폐기물총부피의측면에서어느발전소가유리합니까? A. 기본적으로대체에너지인태양광, 풍력은에너지발생과정에폐기물이없습니다. 원자력은사용을끝낸사용후핵연료가 1년에한번씩나옵니다. 이것은피복관에안전하게밀봉된고체상태의폐기물로철저히관리를하므로이폐기물은환경으로유출되지않습니다. 에너지의많은부분을차지하는화력발전의경우는석탄, 석유, LNG 등을연소하여그반응물이기체상태로대기중으로나옵니다. 최근온실가스의주요소인이산화탄소를포집, 저장하는기술이활발히연구되는등많은노력을하고있지만, 화력발전소에서나오는기체폐기물양이많습니다. 뿐만아니라고체폐기물로석탄재가나옵니다. 1000MWe 의발전소를고려하면원자력발전소는연간 27톤의사용후핵연료를만들어내지만, 석탄화력의석탄재만 40만톤이나와고체폐기물양만비교해도대략 배가됩니다. 기체폐기물은그부피가매우커서처리후대기에그대로방출됩니다. 원자력발전소의폐기물은시간이지날수록방사능원소가붕괴하여열과방사능이줄어듭니다. 반면화력발전소의폐기물은화학물로다른물질과반응하여안정화되기전에는계속시간이지나도독성이변치않습니다. 폐기물을살펴보는데있어고려할사항중에하나는연료를만들어내는것이나시스템을만드는과정에발생하는것도있습니다. 태양광패널을만들기위해실리콘웨이퍼처리공정에사용되는독극물이유출되 41

42 어공장이폐쇄되고, 환경유출의우려를하는경우도많기때문에에너지생산의전영역에서폐기물을고려하고, 이에대한처리를고려해야합니다. 이부분은모두안전하게처리된다는가정하에이루어지나, 어려운공정이들어갈수록, 독극물이사용될수록위해한폐기물이생성되는것은주지의사실입니다. 양 1년방출폐기물량기준상태 화력발전 (550MW 석탄화력발전소 ) 9.5 톤고체폐기물 ( 중금속 ) 1,500,000 톤기체폐기물 ( 이산화탄소 ) 원자력발전 (1000MW 급 ) 1,810 드럼 (1 드럼당 200 리터 ) 중, 저준위고체폐기물 42

43 Q. 온실가스배출정도 발전소에서발생하는온실가스량으로원자력과다른에너지원을비교하면어떻습 니까? 43

44 A. 산업혁명이후인류는석탄, 석유, 천연가스등화석연료를대량사용하면서이산화탄소 (CO2) 를비롯한온실가스를대량배출하게되었습니다. 그러나이산화탄소는신재생에너지나원자력발전소에서도발생합니다. 화력발전소의경우는석탄, 석유등을연소시키는과정에서생겨나지만, 원자력발전소의경우는우라늄을광산에서채취하고이것을핵연료로만들거나원자력발전소를짓는데사용되는에너지나공정에서발생합니다. 이것을국제원자력기구 (IAEA) 에서추정한값은다음과같습니다. 발전원 CO 2 배출량 (g/kwh) 석탄 991 석유 782 천연가스 549 바이오매스 70 태양광 57 풍력 14 원자력 10 수력 8 온실가스배출부분에서가장낮은것은수력입니다. 특이한것은원자력이태양광이나풍력보다작은것이고, 이에비해석탄에너지는 100배정도로매우큽니다. 그린피스에서원자력에너지를 Green Energy 로분류했던것에는이러한데이터가작용했던것입니다. 44

45 Q. 미세먼지배출정도 발전소가유발하는미세먼지의정도를비교할때원자력발전소와화석연료발전소 를비교할경우어느발전소가유리합니까? 45

46 A. 원자력발전소를비롯한태양광, 수력, 풍력은기본적으로배기가스가적거나없으므로미세먼지배출의원인요소가거의없습니다. 반면에석탄화력발전소의경우배출가스에서그배출량을산출할수있는먼지를 '1차초미세먼지 ' 라고부르며 2011년기준으로보면 PM2.5 (2.5 μm) 의매우적은미세먼지는유연탄 (2.8 톤 ), 무연탄 (0.03 톤 ) 이며이보다미립자크기가큰 PM10 (10 μm) 의경우는유연탄 (3.6 톤 ), 무연탄 (0.03 톤 ) 이됩니다. 최근중국에서날아오는미세먼지에대한위험을많이접하고있으나국내에서화력발전소나자동차배기가스에서나오는미세먼지가무시할수없음을지적하는보도가많습니다. 미세먼지는앞서지적한 '1차초미세먼지 ' 뿐만아니라, 공기중에배출한질소산화물 (NOx) 과황산화물 (SOx) 등이화학반응을일으켜 '2차초미세먼지 ' 를생성한다는것은중요한사항입니다. 화력발전소의배기가스에서는그대로대기에방출할경우 1차초미세먼지뿐만아니라, 질소산화물, 이산화황, 매연, 먼지, 수은, 비소등의유해성분이있습니다. 따라서최근의화력발전소들은이를제거또는저감하기위한장치들을설치하고있습니다. 다음은국내석탄화력오염물질배출현황입니다. 단위 : 톤 / 년 구분 SO x NO x TSP* PM10 PM2.5 국내전체 417,645 1,075, , ,980 76,287 석탄화력 배출량 64,645 95,272 3,284 3,218 2,590 기여율 (%) 미세먼지와스모그는호흡기질환으로인체유해성이매우높습니다. 따라서화력에너지에서원자력을포함한청정에너지로의전환은대기 의청정성을유지하기위해매우필요합니다. 46

47 Q. 삼중수소포함한인공및자연 방사선문제 원자력발전소주변지역의삼중수소문제가많이지적됩니다. 원자력발전소와화력 발전소를비교할때어느발전소가더많은삼중수소를방출합니까? 47

48 A. 원자로에서는핵반응의결과로인공방사성물질이생성됩니다. 그러나화력발전소에서방사성물질이나온다는것은잘알려져있지않습니다. 화력발전소는원자핵반응이없으나화력발전소의연료로사용되는석탄, 석유, LNG 등을구성하는탄소, 수소등에포함된방사성동위원소가대기중으로나오기때문에화력발전소에서는자연방사성물질이방출됩니다. NCRP의보고서에의하면, 미국의경우 154개의화력발전소에서 400만톤의석탄을연소시킬경우 TBq의방사능이나와서단일화력발전소당 TBq의방사능이나옵니다. NCRP가 1000MWe 급의발전소에대해비교한자료는다음과같습니다. 구분 석탄화력 1000MWe 방사능방출 (man Sv/yr)* 비율 4.9 man Sv/yr 100 원자력 1000MWe 1.1man Sv/yr 1 *1 man Sv/yr 은 1000 명이연간 1 msv 의방사선량을받는것을의미함 흉부 X 선측정은평균적으로 0.01 msv/ 회 삼중수소 (H-3) 와탄소방사성동위원소 (C-14) 는자연에도존재하고, 원자력발전에서핵반응의결과인공적으로도만들어집니다. 미국의환경부는발전소에서 50마일 (80km) 안에사는사람들의피폭방사선량을석탄화력의경우는 0.3 μsv로원자력발전의경우 0.09 μsv에비해매우관대하게설정하고있습니다. 이는석탄발전소의규제치를원자력발전소수준으로낮출경우발전소를가동할수없으므로, 현실을반영한경우입니다. 결론적으로정상운전시원자력발전소는화력발전소에비해주변환경으로방사능물질을훨씬적게배출합니다. 48

49 UNSCEAR 에서올해또는내년에최신종합보고서를출간하기위해준비중이므로이정보를활용해서동건은 재검토하는것이좋겠습니다. 49

50 Q. 에너지안보 석유파동과금융위기의경험을통해에너지는국가안보와직결됨을경험하였습니 다. 극단적으로에너지자원공급이원활하지않은상황에서대량발전의유지기간을 장기간보장하여충격을완화할수있는에너지원은무엇입니까? 50

51 A. 식량과에너지는자급되지않을경우나수입이불가할때, 국가나개인의생존자체가위협되므로안보의입장에서매우중요한항목입니다 전쟁이나기직전북한에서남한으로전력공급을끊은것은대표적인에너지안보위협의사례입니다. 1970년대석유파동때에도국가적으로 2개월을버틸석유만을비축하고있었기에, 국가적위기는심각했습니다. 남북이대치하고있는상황에서우리나라는에너지관련하여자체생산자원이거의없는에너지의섬입니다. 결국자연의자원은수력과대체에너지로, 현재 (2015년한국전력전력통계속보 ) 수력 6471MW (6.6%) 와대체에너지 5,649 MW (5.9%) 로설비로는대략 12.5% 에해당합니다. 문제는수력의경우저수율이가뭄등으로변하고, 대체에너지는풍량, 일조량에변화로실제는수력 (1.1%) 대체에너지 (3.2%) 로총발전량의 4.4% 만감당하고있습니다. 설비율대비발전량의점유율로는 4.4/12.5 로효율은 30% 정도의가동을보여줍니다. 즉, 12% 의발전량을하려면설비는이것의 3배만큼을해야합니다. 반면원자력에너지는 1년에 1번핵연료를장전하면 1년을가동하므로, 에너지수입이금지되어도 1년간전기를안정적으로생산해줍니다. 더욱이고체연료가효율이매우좋으므로, 이것을비축하면적은공간에많은햇수를가동할수있는연료를확보할수있습니다. 더욱이우리나라는핵연료를국산화하였으므로, 장기간에너지원공급이막혀도에너지를생산하여국가를보호할수있습니다. 우리는석탄, 유류 LNG 등이정치적이유로가격이폭등하는것을경험하였습니다. 이런상황에서안정적으로전기를공급하는것은원자력임을알수있어, 원자력은에너지안보의지킴이입니다. 51

52 Q. 전력수요 전력수요가정체되어도원전을지속해야하는이유는무엇인가? 52

53 A. 이상의질문을통해우리는원자력에너지는대체에너지에비해발전단가면에서유리할뿐아니라좁은국토를고려할때작은면적에서에너지를생산하여면적대비높은효율을갖고있습니다. 더욱이연료의양이적어비축과가공이용이합니다. 따라서안정적으로장기간에너지수입에위험이생겨도에너지를생산할수있습니다. 대지효율면에서는다소떨어지지만화력에너지의경우도국가의에너지소비의중요한축으로자리하고있습니다. 그러나화력에너지는지구온난화의원인이되는온실가스와미세먼지등인체유해요소가있으므로파리기후협약이행을위해서는점차줄이거나청정화력으로개선해야합니다. 더욱이정상상태에서는방사능의방출에서도화력발전소는원자력발전소의 100배정도가된다는점에서화력발전소의축소나기술적개선은필수적입니다. 반면좁은국토의특성상수력은한계에도달해있고, 태양광은많은부지소요와평시사용을위한대용량전력저장시스템 (ESS) 의개발및설치가필요합니다. 아직배터리기술이태양광으로산업용전기를감당할안정적인 ESS를지원하지못하므로태양광과풍력의확대는기술적, 경제적, 주민수용성모두에서어려움이있습니다. 대체에너지이외에는모두수입에의존하는에너지원을생각해보면, 대체에너지기술이기간산업을지원할안정화되며초고효율화되기이전에는우리가취할수있는선택권은지극히적습니다. 즉화력에너지를줄여, 이부분의원가불확실로인한경제위험요소를줄이고, 이것에서방출되는온실가스와미세먼지를줄여개인의건강과인류의지속가능성을확보하는것입니다. 이줄어든자리를메우는것은원자력과대체에너지뿐입니다. 대체에너지기술이성숙하기까지현재로서는원자력기술을이용해야합니다. 이에덧붙여전기에너지소비를줄이고, 효율을높이는것도병행하여적은에너지사용으로큰성과를내는고효율에너지사회로나아가야겠습니다. 53

54 chapter. 3 원자력, 묻고답하기 2016 신재생에너지로 충분하지않나요? 원자력묻고답하기

55 Q. 공급잠재량 우리나라는일조량이풍부하고삼면이바다로둘러싸여있어바람도풍부하기 때문에신재생에너지로전력공급이충분히가능하지않나요? A. 이론적으로개발가능한잠재량은충분하지만경제적타당성을확보할수있는잠재량은제한적일수밖에없습니다. 자연에너지를이용하는풍력과태양광발전은에너지밀도가낮고전력을생산할수있는시간도짧아우리가필요로하는전력을생산하기위해서는매우넓은면적이필요합니다. 태양광으로전기를생산하는경우원자력과비교하여최소 100 배이상의면적이필요합니다. 자세히알아봅시다. 현재의기술력으로동일한전기를생산하려면신재생에너지는기존의에너지자원에비해대규모의부지가필요함 1,000 MWe 기준으로원전부지는 30만m 2 이필요한반면태양광발전은 3300만m 2 ( 원전의 100배 ) 풍력은 1억6500 만m 2 ( 원전의 500배 ) 의부지가필요한것으로알려져있음 55

56 Q. 신재생에너지환경영향 사고위험이있고방사성폐기물이발생하는원전에비해신재생에너지는자연에 너지를사용하기때문에부작용이없지않나요? A. 흔히들신재생에너지를자연에존재하는에너지인바람이나햇빛등을이용하기때문에깨끗하고부작용이없을것이라고생각합니다. 하지만우리나라에도풍력과태양광과같은신재생에너지시설이늘어남에따라이와관련된갈등도점점늘어나고있습니다. 풍력발전의경우날개가회전하는과정에서발생하는소음이주변주민의건강과생활에악영향을미치고회전하는날개에부딪혀철새나박쥐가죽기도합니다. 또한발전단지조성과정에서산림훼손이발생하기도하여많은민원이발생합니다. 대규모풍력단지의경우조성면적이매우넓기때문에이경우부작용이더욱커지고있습니다. 실제로 2016년도에는국내언론에전남풍력발전의부작용을호소하는지역주민에관한기사가실리기도했습니다. 태양광발전의경우에도발전단지조성과정에서의산림및농지훼손, 반사와빛가림으로인한피해등으로지역의반대가점차증가하고있는실정입니다. 물론사업계획단계부터환경및지역사회에미치는영향을충분히고려하여발전단지를조성한다면이러한부작용을줄일수는있겠지만좁은국토에서에너지밀도가낮은신재생에너지를대규모로조성하는경우이러한부작용을없애기는어려운일이라하겠습니다. 56

57 Q. 신재생에너지경제성 -1 신재생에너지기술개발이빠르게이루어지고있어경제성이가까운시일내에원 전과같은수준에도달할것이므로한번지으면수십년간폐기가어려운원전건 설은자제해야하는것아닌가요? 57

58 A. 풍력발전, 태양광발전과같은신재생에너지발전기술이빠르게발전하고있는것은사실입니다. 그러나전력을생산하는비용은원전과비교하여여전히높은수준이고앞으로도상당기간보조금과같은외부의지원이없는상황에서는경제성이비슷한수준에도달하는것이한계가있을것입니다. 우리나라는발전소에서만든전기를전력거래소라는도매시장에서생산에들어간비용을고려하여다른가격으로전기를구매합니다. 2015년도의도매시장에서의전력구매가격을살펴보면풍력과태양광이원자력과비교하여여전히비싼것을알수있습니다. 단위 : 원 /kwh 년도원자력석탄풍력 LNG 유류태양광수력 이는풍력과태양광이아직도비싸다는것을의미합니다. 이비용이얼마나더내려갈수있는지는알수없지만단기간에원전과비교할만큼내려가지는않을것이라는게일반적인예상입니다. 또한햇빛과바람의유무에따라발전량이급변하는신재생에너지로인해생기는전력공급의불안정성등의숨겨진비용을고려하면원전없이신재생에너지만으로전력을공급하는것은전기요금상승으로이어져산업과가계에부정적인영향을미칠수있습니다. 58

59 Q. 신재생에너지경제성 -2 원전사고비용, 사용후핵연료등방사성폐기물관리비용등을모두고려하면원전 의비용이신재생에너지보다오히려비싸다는데요? A. 가장최근에수립된제7찬전력수급기본계획에서는원전뿐아니라석탄, LNG복합화력등주요발전원에대해사고위험비용, 폐기물관리비용, 환경오염비용등의외부비용을모두포함하여비용을산정하였습니다. 산정결과, 원자력의외부비용은 원 /kwh으로발전비용과외부비용을모두포함해도이용률에따라 52,05원 ~56.51원 /kwh로나타났습니다. 이러한결과는이러한모든비용을포함해도원전이다른발전에비해경제적이며특히 kwh당외부비용을제외한직접비용이 100원을상회하는신재생발전에비해서는크게차이가나는것입니다. 또한이러한차이는신재생에너지의외부비용 ( 부지조성및운영에따른환경파괴, 전력송전망공급의불안정성증가로인한정전위험증가등 ) 을추가하다면더욱커질것입니다. 자세히알아봅시다. 제 7 차전력수급계획에따르면사회적비용을포함하는경우에도원자력발전과 석탄발전그리고 LNG 복합발전의발전비용순위는바뀌지않음을알수있습 니다. 원자력발전의경우사고위험대응비용, 정책비용, 송전비용등의외부비 59

60 용을포함하여도석탄발전보다이용률에따라 33원 /kwh~35 원 /kwh 더낮습니다. 외부비용을포함한 LNG복합발전의발전비용은원자력발전보다 93원 /kwh~95 원 /kwh 더높은것으로나타나원자력발전이가장경제적인것으로확인되었습니다. ( 단위 : 원 /kwh) 비용구분이용률 (%) 원자력발전유연탄발전 LNG 복합발전 직접비용 대기오염비용 송전비용 외부 비용 정책비용 사고위험대응비용 이산화탄소비용 (25,000 원 /t-co2) 총비용 ( 사회적비용 ) 원자력발전과의비용차이 자료원 : 원자력발전의경제적사회적비용을고려한적정전원믹스연구, 에너지경제연구원, 2015 ( 자 료재편집 ) 60

61 Q. 독일과일본사례 주요국은신재생에너지를확대하고있는데우리나라는소극적이라는데요. 독일은 원전을포기하고신재생에너지만으로도잘살고있지않는가? 또일본도원전이 가동중단되었지만정전문제가없었다는데요. 61

62 유럽의일부국가를제외한주요국들은신재생에너지를확대하는동시에원전을유지혹은확대하는정책을추진하고있습니다. 이는신재생에너지만으로는에너지안보, 경제성, 온실가스감축등을달성할수없기때문입니다. 독일도원전정지후신재생에너지를지원하기위해 kwh당 6.24 유로센트의추가비용을소비자에게부담시키고있습니다. 이결과독일의소비자들은유럽연합국가가운데덴마크다음으로비싼전기요금을지불하고있습니다. 또한독일의경우는전력망이다른나라와연결되어있어전기를사오는것이가능하기때문에신재생에너지의변동성을완화할수있어서우리나라와는상대적으로대규모의신재생에너지도입이용이한상황입니다. 일본은후쿠시마원전사고이후특단의조치로원전의가동을중단하였는데이는기존의유휴화력발전이존재했기때문에단기적으로대응이가능했던특수한상황입니다. 하지만일본도원전가동중단에따라화석연료수입이증가하여무역수지가적자로전환되는등어려움을겪고있습니다. 이에일본정부는원전포기정책을수정하고원전재가동을추진하고있습니다. 62

63 Q. 적정비중 원자력과신재생의적정비중은? A. 한나라의적절한공급조합은기후변화대응, 에너지안정공급과같은국가의정책목표를달성하기에가장효율적이고바람직한수준으로결정하여야합니다. 따라서에너지와전력공급원의적정비중은다양한조건에따라달라질수있지만원자력이나신재생하나만으로는에너지안보, 경제적, 안정적공급, 기후변화대응등의정책목표달성이불가능하다는것이일반적인견해입니다. 63

64 Q. 전기요금왜곡 우리나라는경제활동에사용하는에너지가너무많아에너지가격변동에취약하고에너지가격의상승이수출경쟁력에영향을크게미칠수있다. 원자력으로인한값싼전기의공급이에너지소비구조를왜곡시키고경제의취약성을높이는게아닌가? 64

65 A. 국가간의전력사용형태를비교할때, 흔히사용하는지표가전력원단위입니다. 에너지원단위는전체전력사용량을인구로나눈일인당전력원단위와 GDP를전체전력사용량으로나눈 GDP원단위가있습니다. 이러한수치가다른나라와비교하여크면, 국민들이나산업체가전기를낭비하고있다고해석하곤합니다. 그러나이러한해석은자칫우리의문제를잘못이해하게만들수있기때문에신중해야합니다. 일반국민들이전기를낭비하고있다는주장이사실이되려면전체전력사용량이아닌가정용전력사용량을인구로나누어서비교해야합니다. 우리나라의일인당가정용전력소비는주요선진국에비해절반수준입니다. 따라서가정용전기소비는줄어들기보다는취사, 난방등에전기사용이늘어나면서증가할가능성이더욱큽니다. GDP원단위의경우도공장에서의전력효율이낮은것만으로는설명할수없습니다. 왜나하면부가가치당에너지사용량이큰것은에너지를과소비해서라기보다는기술격차에따른낮은부가가치가더큰원인이되기때문입니다. 예를들어국내제철소의에너지효율은일본의신일본제철에비해같거나더욱높은수준인데, 에너지원단위가더높습니다. 이는동일한에너지를투입하여생산된철강재의가치가다르기때문입니다. 즉, 기술부족등여러가지원인으로고급제품을만들지못하는것이문제이지에너지과소비가문제는아닌것입니다. 따라서낮은전기요금이경제구조를왜곡한다는것은문제의한측면만을바라본것으로올바른주장이아닙니다. 65

66 Q. 전력소비정체 최근의전력소비가정체되고있는데도정부는원전을추가로건설하기위해미래 의전력소비증가를너무크게전망하고있음. 전력소비가늘지않으면원전건설 도필요없는것아닌지? A. 최근몇년간전력소비가정체되고있으나추세가변한것인지는아직확실히알수없습니다. 오히려중장기적인추세를예상해보면사용의편의성, 전기자동차등전기사회로의전환등으로전기이용확대가예상됩니다. 또한전기소비가정체된다하더라도미세먼지문제완화, 온실가스감축을위해서는원자력과신재생에너지비중을높여나가야합니다. 66

67 chapter. 4 원자력, 묻고답하기 2016 사용후핵연료가 궁금해요 원자력묻고답하기

68 Q. 사용후핵연료 -1 사용후핵연료란무엇인가요? 그리고왜이문제가중요한가요? A. 사용후핵연료란원자력발전소에장전되어일정기간에너지를발생시킨후원자로외부로방출된연료를말합니다. 사용후핵연료에서는여전히많은양의잔열과물질손상을유발할수있는강한방사선이나오므로적절히냉각과차폐를해주어야하고, 방사능물질이환경에위해를주지않도록오랜기간동안철저히격리시켜야하므로사용후핵연료의적절한관리와처분은아주중요한문제입니다. 자세히알아봅시다. 사용후핵연료가강한방사능을내는이유와냉각필요성 불안정한핵분열생성물함유 : 원자로에장전된핵연료에서우라늄이핵분열을일으키면질량결손에따른에너지의발생과함께핵분열생성물 (Fission Products, FP) 이생깁니다. 세슘 137이대표적인물질입니다. 이런핵분열생성물들은안정한핵이되기위해서방사성붕괴를통해에너지를외부로방출하고자신은안정된핵으로변환되어갑니다. 방사성붕괴과정의발열 : 방사성붕괴란감마선이나베타선같은고에너지방사선이외부로방출되는것을말합니다. 이들방사선은주위물질에그에너지를전달해서주위물질에서의발열을유발하고물질또는생체조직의손상을초래할수있게됩니다. 수조내저장을통한냉각과격리 : 그런데이러한핵분열생성물에는수개월이내의짧은반감기를가지고방사성붕괴를하는것들도있 68

69 으므로사용후핵연료방출초기에는아주강한방사능이발생하게 되어수년간은수조에넣어냉각과차폐를해주어야합니다. 사용후핵연료의장기특별관리필요성 초우라늄원소의생성 : 우라늄에중성자가입사되면항상핵분열이일어나는것이아니고중성자가우라늄에흡수되어우라늄보다무거운초우라늄원소 (TransUranic Elements, TRU) 가만들어집니다. 플루토늄이대표적인초우라늄원소입니다. 플루토늄은일부핵분열을하기도하지만중성자를추가로흡수하여아메리슘과같은더무거운초우라늄원소로전환되기도합니다. 이러한초우라늄원소들은불안정하여대개알파선을내며방사성붕괴를하는데반감기가수천년이상으로매우깁니다. 지층처분시지하수로유출가능성 : 현재가장유력한사용후핵연료처분방식은깊은지층에묻는방식인데오랜시간경과후지하수가사용후핵연료에침투하여그때까지사라지지않은초우라늄원소와같은방사성물질들이지하수를오염시키고오염된물을사람이음용할경우인체건강에위해를줄수있습니다. 우리의후손에게큰지장을줄수있는이러한문제때문에사용후핵연료는수백년이상의장기간동안특별히잘관리되어야합니다. 69

70 Q. 사용후핵연료 -2 사용후핵연료와방사성폐기물은어떻게다른가요? A. 방사성폐기물은방사선을방출하는모든폐기물을말합니다. 사용후핵연료도방사선을방출하므로방사성폐기물에속합니다. 그런데방사성폐기물은방사능강도에따라고준위, 중준위, 저준위, 극저준위폐기물로구분합니다. 극저준위방사성폐기물은일반매립이가능하지만중저준위폐기물은경주방사성폐기물처분장과같은특별시설에처분해야하고사용후핵연료같은고준위폐기물은지하 500 m 이상의안정된지반에처분해야합니다. 자세히알아봅시다. 방사성폐기물의유형 원자로시설폐기물 : 원전시설, 연구용원자로등에서사용된것으로서방사성물질에오염되어있는작업복, 장갑, 신발, 보호복, 도구, 교체부품, 폐필터등 방사선치료폐기물 : 방사선진단과치료를하는병원등시설에서사용된것으로서방사성물질에오염되어있는시약, 주사기, 용기등 사용후핵연료 : 가동중인원자로에서주기적으로배출되는이미사용한핵연료로서열과방사능을장기간방출하는물질 70

71 방사성폐기물의분류기준 규제해제폐기물 : 피폭시연간 10 μsv 미만의매우낮은방사선량을전달하므로특별한관리가필요없는폐기물로각핵종별농도가법 ( 방사성폐기물관리및규제해제기준에관한규정 ( 명칭확인요 )) 에명시되어있음 ( 예 : I-129는 0.01 Bq/g 이하, H-3는 100 Bq/g 이하 ) 극저준위폐기물 : 피폭시연간 10 μsv 이상 1 msv 미만의방사선량을전달하는폐기물로규제해제폐기물기준의 100배미만의피폭을초래하는폐기물 저준위폐기물 : 방사능농도가극저준위폐기물기준이상이고중준위폐기물기준미만인폐기물로각핵종별허용농도가법에명시되어있음 ( 예 : I-129는 37 Bq/g 이하, H-3는 1,110,000 Bq/g 이하 ) 중준위폐기물 : 방사능농도가중준위폐기물기준이상이지만고준위폐기물이아닌폐기물 (??) ( 의견 ) 이게정의맞나요? 저준위폐기물정의를보았을때, 이게아니지싶습니다.?? 고준위폐기물 : 반감기가 20년이상의알파선을배출하는핵종을포함하는물질로방사능농도가 400 Bq/g 이상이고열발생율은 2 kw/m 3 이상인폐기물 71

72 Q. 사용후핵연료 -3 사용후핵연료를일단발전소에저장한다고하는데어떻게저장하나요? A. 사용후핵연료는일단발전소에서설치된특별공간에저장합니다. 저장방식은크게두가지가있는데건물내에설치된큰수조에저장하는습식방식과건물외부소내부지에설치한특수저장용기들을사용하는건식방식이있습니다. 습식방식에서는펌프로물을순환시켜냉각시키고건식방식에서는공기로냉각시킵니다. 현재건식방식은월성발전소에서만쓰이고나머지발전소에는다습식방식이사용됩니다. * 습식및건식저장시설그림을추가하면어떨까요? 자세히알아봅시다. 사용후핵연료저장방식 습식방식 : 원자력발전소에는큰수조가설치되어있는핵연료건물이원자로건물에붙어있고수조안에는신연료뿐만아니라사용후핵연료가저장되어있습니다. 이수조에는중성자를잘흡수하는붕소를함유한물이약 10 m 정도차있고그물은펌프를통해순환냉각이되어수조온도가 30~40 도로유지됩니다. 사용후핵연료다발은수조안에격자형태의틀안에저장되게되는데수조의용량이건설당시의용량으로정해져있기때문에수조내사용후핵연료의최대저장량은한정되어있습니다. 그러나격자구조체의구성물질에붕소를넣어서격자간격을줄인조밀랙을설치하면사용후핵연료저장량을 50% 정도더늘릴수있습니다. 건식방식 : 사용후핵연료의발열량은지수함수적으로줄어들어 5 년 72

73 이지나면공기로냉각해도충분하게됩니다. 이러한저발열사용후핵연료를금속통에담아발전소건물외곽부지에설치된별도의다수의소규모저장용기에채워저장하거나모듈형으로된소형저장건물내부에쌓아저장하는방식이건식저장방식입니다. 건식저장방식은자연순환공랭식으로냉각하므로단순하고쉽게저장소를확장할수있는장점이있습니다. 사용후핵연료저장소의안전성 사용후핵연료저장조비상냉각기능보강 : 사용후핵연료저장조에는펌프를사용한강제순환방식이사용되기때문에원전의전원상실시냉각기능이상실되어사용후핵연료의과열이초래될수있습니다. 후쿠시마원전사고에서도사용후핵연료저장조비상냉각대책이다각도로시도되었습니다. 최악의경우사용후핵연료저장조냉각은소방차등으로외부에서공급되는냉각수로그기능을유지할수록있도록하는비상냉각기능이보강되어있습니다. 건식저장시설파손가능성대비 : 건물외부에설치되어있는다수의건식사용후핵연료저장용기는만의하나폭격의주대상이될수있습니다. 만일사용후핵연료저장용기가파손되면방사성물질이비산되는피해를막기는쉽지않습니다. 물론폭격을상정하면원자력발전소의다른건물과설비파손으로방사성물질누출이더큰문제가될수있어사용후핵연료저장조파손만이특별한문제는아니겠지만그럼에도불구하고남북대치상황에있는우리나라에서는개별용기식건식저장방식을보다는건물식모듈형저장방식을택하는것이파손가능성을줄이는데유리할것이라판단됩니다. ( 의견 ) 건식에폭격을가정해서기술해나가는것이맞는지모르겠습니다. 사실습식도폭격맞으면파손될수있는것도마찬가지인데요. 흠?? 73

74 Q. 사용후핵연료 -4 발전소저장소가다차면어떻게해야되나요? A. 발전소에내부에있는사용후핵연료저장조는조밀랙등을설치하여용량 을다소확장할수있다손치더라도머지않아포화가될수밖에없기때문 에최종영구처분되기전까지는중간저장시설로옮겨보관해야합니다. 자세히알아봅시다. 중간저장의정의와방식 중간저장 : 사용후핵연료를영구처분혹은재처리할때까지약 50년간한시적으로저장하는것 소내독립시설저장 : 각원자력발전소부지내에독립된건식사용후핵연료저장시설을설치하여저장하는방식 별도부지저장소운영 : 지반등입지조건을고려해별도의부지를정하고충분한용량의건식저장시설을건설하여사전에정해진기한까지만운영하는것 중간저장시설운용추진의난제 소내저장시설건설추진시지역주민의반발 : 원자력안전법상원자로관계시설로분류되는 핵연료물질의취급시설및저장시설 의범주에들어가는건식저장시설을원자력발전소부지내에건설하여운영하는것은법률적으로나기술적으로큰장애가없으나사용후핵연료장기보관의위험성인식에따라예상되는지역주민의강력한반발이소내저장시설건설의가장추진의가장큰난제입니다. 74

75 별도중간저장소부지확보및운영난항예상 : 중앙집중형혹은지역별중간저장소를건설할부지를확보하는것은비롯약 50년간이라는한시적기간동안의저장이라는단서가있지만혐오물로인식된사용후핵연료에대한국민정서상그부지를확보하는데는큰난항이예상됩니다. 만약천층동굴내한시적건식저장이라는방식으로부지가확보되고건설이추진되더라도사용후핵연료의운반경로주변주민들의반발이예상됩니다. 사용후핵연료공론화위원회의중간저장권고안 영구처분부지확보및건설 : 사용후핵연료공론화위원회는 2051년운영개시를목표로영구처분시설건설을완료하고그이전에적절한시점까지부지확보를위한지하처분연구시설을건설하고운용하도록권고했습니다. 소내단기저장시설운용 : 이와더불어사용후핵연료저장조조기포화를대비하여 2051년이되기전 20~30년동안만저장하는단기소내저장시설을건식방식으로건설하여운용하며, 다만그기간동안사용후핵연료보관비용을지역자치단체에지불하도록권고했습니다. 75

76 Q. 사용후핵연료 -5 영구처분은어떻게하나요? A. 사용후핵연료영구처분은지하처분, 해양처분, 우주처분등을생각할수있으나현실적으로가장유력한방식은지하처분입니다. 지하처분에는약 500~1000 m 깊이의심층부안정된지층까지갱도를굴착하고그지층위에처분공을만들어묻는심층처분방법과지표에서 3~5 km 의시추공을뚫어여러개의사용후핵연료를수직으로묻는심부시추공방식이있습니다. 심층처분방법은이미기술이검증되어핀란드에서적용하고있고심부시추공방식은현재기술개발이진행중입니다. * 그림을추가하면어떨까요? 자세히알아봅시다. 심층처분방식 처분터널건설 : 지하 500~1000 m 에지하수생성가능성이적고안정된지반을찾아수평으로터널을건설하고지표에서터널까지는완만한경사의터널을뚫어연결 사용후핵연료처분용기내밀봉 : 부식과압력에견딜수있도록제작된견고한처분용기내에사용후핵연료를장입하여밀봉 처분공굴착및처분용기매립 : 처분용기를매립할처분공을적절한간격으로굴착하고처분용기를삽입한후충전재를주위에채우고매립 ; 이렇게동굴내에매립된사용후핵연료는재활용기술이발전할경우회수가가능 76

77 심부시추공방식 심부시추공굴착 : 직경이 50 cm 정도되는시추공을지하 3~5 km 까지굴착 ; 현재까지개발된석유시추기술을바탕으로직경을충분히넓게확보하여시추공을굴착하는기술이미국 Sandia National Lab을중심으로개발중 사용후핵연료집합체장입 : 하단 1 km 정도에까지사용후핵연료집합체를삽입을용기를장입하여적체 ; 용기의높이를 5 m 로하면약 200개의 1개시추공당사용후핵연료 200 개장입가능 ; 시추공상층부는매립 ; 매립된사용후핵연료는재활용측면에서회수가능성을포기 지하처분장설계특이점 저장용기건전성보장 : 사용후핵연료에서는발열이지속되므로처분공주위로열확산과이로인한처분장터널내온도상승에대한평가를정확하게하여수증기가발생하지않도록온도가 100 도이하가되게설계하고, 용기의건전성이장기간유지될수있는지평가하여하여야하는점이애로사항입니다. 지하연구시설운영필요 : 이러한설계와평가자료를확보하기위해영구처분장설계전지하연구시설을건설하고실측자료를입수하여분석하는것이필수적입니다. 77

78 Q. 사용후핵연료 -6 사용후핵연료를재활용할수있다는데어떻게하는건가요? A. 사용후핵연료의약 93% 는우라늄이고 1.4% 정도는우라늄보다무거운초우라늄원소입니다. 보통의우라늄은현재가동중인원자로에서는핵분열을잘일으키지않지만개발중인고속중성자원자로 ( 고속로 ) 에서는핵분열을비교적잘일으켜연료로사용될수있습니다. 또고속로에있는중성자는장수명초우라늄원소까지핵분열을시켜단수명핵종으로변환시킬수있습니다. 이렇게되면심층처분방식으로사용후핵연료를관리해야할시간과처분대상양을대폭줄여처분장건설부담을획기적으로줄일수있습니다. 자세히알아봅시다. 고속로를통한우라늄이용 고속중성자원자로 : 고속중성자원자로를고속로라고줄여서부릅니다. 고속로내부의중성자는속도가높게유지되는관계로에너지가높아낮은에너지중성자로는핵분열이용이하지않은보통의우라늄 (U-238) 이나초우라늄원소조차핵분열시켜에너지를발생시키는원자로입니다. 핵분열후에는대개평균 2.4 개씩의중성자가방출되는데고에너지중성자로핵분열을시키면 3개이상의중성자가생성되어잉여중성자를 U-238 과반응시켜핵분열이좀더용이한 Pu-239 로변환시키는데사용할수도있습니다. 그래서고속로는 U-238 을효과적으로연료로사용하는수단이됩니다. 78

79 고속로의실용화의어려움 : 핵분열직후에방출되는중성자의속도는충분히높지만원자로를이루는여러물질속의원자와충돌을겪으면서속도가낮아지게됩니다. 그래서고속로에는핵연료물질을제외한구조재물질이나냉각재물질의양을가급적최소로유지시켜주어야합니다. 특별히냉각재는수소를포함한물과같이가벼운핵이들어가있어중성자와의충돌후중성자를쉽게감속시키는물질을사용하면안되므로소듐 ( 나트륨 ) 같은액체금속이사용되어고속로는액체금속냉각원자로 ( 액금로 ) 라고도불립니다. 그런데소듐은열전달특성이나금속구조재와의화학적비활성특성은굉장히우수하지만터빈을구동하는증기를만들기위해사용하는물과는아주활성적인반응을하여발화하게됩니다. 따라서소듐은물과의직접적인접촉, 심지어공기중의습기와도접촉이되지않게격리시켜야합니다. 이러한요건때문에소듐냉각고속로는수냉각원자로보다냉각시스템구조가복잡하여실용화하기가더어렵습니다. ( 의견 ) 고속로실용화의어려움을언급해야하는지의문입니다. 만약언급한다면소듐문제만은아닐것같은데요. 고속로를이용한사용후핵연료재활용 사용후핵연료재처리를통한고속로연료물질분리 : 사용후핵연료의 92% 를차지하는우라늄과 1.3% 를차지하는초우라늄원소를고속로의연료로사용하려면이들물질을사용후핵연료에서별도로분리하는과정을거쳐야합니다. 이런분리과정을재처리라고합니다. 재처리과정에서는 5% 정도를차지하는비교적반감기가짧은핵분열생성물들도따로분리해낼수있으므로이들만따로처분하고우라늄과초우라늄원소들은재활용을하게될경우영구처분대상물질의양을 1/20 이하로줄일수가있습니다. 초우라늄원소의반복사용을통한독성감소 : 초우라늄원소중플루토늄을제외한원소들은고속로에서파쇄되기는하지만그파쇄확률이아주작기때문에매번장전시마다그일부만파쇄됩니다. 따라서초우라늄원소들은여러번고속로에장전함으로써그양을줄일 79

80 수있습니다. 80

81 Q. 사용후핵연료 -7 사용후핵연료문제를해결하기위해우리나라에서는파이로프로세싱이라는것을해야한다는데왜그렇지요? A. 사용후핵연료를재처리하는방식중하나가사용후핵연료를고온으로녹여용융염형태로만든후전기분해방식으로물질을추출해내는파이로프로세싱이라는것입니다. 파이로프로세싱은질산같이물이포함된용매를쓰지않고열과전기만이용한다는점에서건식재처리방식이라고합니다. 이파이로프로세싱방식은기존의습식방식과는다르게핵무기의원료가되는플루토늄원소만을정밀하게추출해내기가어려워핵비확산성이높은재처리과정으로인정되기때문에비핵화를선언한우리나라에서사용후핵연료재처리를위해도입할수있는적절한방식입니다. * 그림을추가하면어떨까요? 자세히알아봅시다. 파이로프로세싱의주요소와핵확산저항성 전해 3단계 : 전해환원, 전해정련, 전해제련으로구성된전해처리의 3단계는모두사용후핵연료를포함한용윰염을전해질로하여전기분해하는과정입니다. 첫번째전해환원과정에서는고온공기산화과정을거쳐 U 3 O 8 과기타사용후핵연료잔존물질로구성된분말형사용후핵연료를 650 도의고온으로가열된 LiCl-Li 2 O 용융염에넣어녹인후전기분해를통한환원과정을거쳐우라늄, 초우라늄, 핵분열생성물금속으로구성된금속전환체를만듭니다. 두번째의전해정련과정에서는여러물질로구성된금속전환체에전해환원과는다른방식의전기분해과정을거쳐우라늄만포함된금속만을추출 81

82 해냅니다. 마지막전해제련과정에서는용융염에녹아있는초우라늄원소를석출시켜초우라늄금속체를얻어냅니다. 전해정련시초우라늄원소동시석출 : 전해제련과정에서는전기분해시초우라늄원소별로아주미세한차이를두어인가되는전압을조절하지못하는한각원소별석출이곤란하고이에따라생성된금속에는플루토늄의동위원소뿐만아니라아메리슘, 넵트늄, 큐륨등모든초우라늄원소가동시에석출되기때문에순도높은플루토늄만의석출이불가능하여파이로프로세싱은핵확산저항성이높은기술로인정되어있습니다. 파이로프로세싱과고속로기반핵변환처리의도전과제 초우라늄원소다주기반복연소의효율성증대 : 파이로프로세싱과고속로를결합한사용후핵연료핵변환처리기술은처분대상사용후핵연료의양과반감기를대폭줄임으로써사용후핵연료처리에아주효과적인기술로발전시킬수있습니다. 그러나초우라늄원소의중성자반응확률이작은관계로여러주기에걸친고속로내연소과정을거치거나다수의고속로가필요하게됩니다. 따라서안전성을해치지않으면서초우라늄원소소멸처리효율을높여야하는과제가있습니다. 핵변환소멸처리의경제성확보 : 파이로프로세싱과소듐냉각고속로기술은아직상용화에이르지못한개발단계의기술이기때문에직접처분방식과비교하여경제성을판단하기에는이릅니다. 하지만그동안의여러연구결과를살펴보면기존의직접처분방식과비슷하거나비싼것으로분석되고있습니다. 따라서개발과정에서최적화를통해경제성을향상시켜야하는과제를안고있습니다. 만약우리사회가사용후핵연료에대한우리의책임을후손에게부당하게전가하지않기위해서우리세대에서반드시그해결기술을확보해야하기로결정한다면어느정도의경제성을수용할것인지를결정해야합니다. 82

83 Q. 사용후핵연료 -8 우리나라에서는사용후핵연료영구처분장부지를구하기가정말어려울것같은데영구처분에다른대안은있나요? A. 우리나라는국토가협소하여사람의생활권과수십 km 이상격리된원격지를찾을수가없어남한에서사용후핵연료영구처분장부지를확보하여 2051년까지운영될수있도록하는것이사실상굉장히어려울수있습니다. 그대안으로해외위탁처분이나통일후북한지역에부지를확보하는것을생각할수있습니다. 자세히알아봅시다. 사용후핵연료국제공동처분추진현황 오스트레일리아남부지역사용후핵연료처분시설제안 : 2016년 2월남부오스트랄리아의주정부기관인왕립핵주기위원회에서는외국에서발생한사용후핵연료를저장, 처분하는시설을설치하는안에대한제안에대한검토보고서초안을발표하였습니다. 이제안은사용후핵연료를처분하기에최적인지질여건즉강력한암반구조와안정된정치상황, 사용후핵연료수용으로인한경제적이득에기반을두고있습니다. 그렇지만이제안이오스트레일리아국민의동의를구할수있을지, 또동의가구해지더라도얼마나많은비용이들지는아직미지수입니다. 국제원자력협력체제핵연료서비스워킹그룹의활동 : IFNEC (International Framework for Nuclear Energy Cooperation) 의핵연 83

84 료서비스워킹그룹에서는핵비확산측면에서민감한사안이핵연료의공급및처분을국제공동으로실시하기위한각국의필요성및여건을분석하고특별히사용후핵연료국제공동저장혹은처분시설의확보를목표로논의를진행하고있습니다. 한반도통일가능성을염두에둔영구처분정책 북한지역의지질적, 사회적우수성 : 북한지역은남한보다안정된지반이넓게분포하고인간생활권으로부터충분히격리된지역이많기때문에사용후핵연료영구처분장확보가비교적용이할것입니다. 한시적중간저장시설운용필요성 : 한반도통일가능성과해외위탁처분의현실화를염두에둘경우시한을명시한중간저장시설을천층동굴방식등으로환경에위해를주지않도록건설하여운용하는방안이가장현실적인사용후핵연료관리대책이될수도있을것입니다. 84

85 chapter. 5 원자력, 묻고답하기 2016 우리는핵무기를 왜만들지 않나요? 원자력묻고답하기

86 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -1 핵무기를만들기위해서필요한것은무엇인가요? A. 일반적으로핵무기를만들기위해서는 핵분열성물질 ( 우라늄, 플루토 늄등 ) 기폭장치 운반체제 ( 전폭기, 잠수함, 미사일등 ) 가필요합니 다. 핵분열성물질과기폭장치가있으나운반체제에탑재하지않은경우는 핵무기 (Nuclear Weapon) 보다는핵장치 (Nuclear Device) 라는표현으 로사용되기도합니다. 자세히알아봅시다. 핵분열성물질 : 핵분열을통해에너지를방출하는원천으로서일반적 으로고농축우라늄과플루토늄이사용됨 기폭장치 : 핵분열을매우짧은시간내에대량으로일으킬수있도록 하는장치로써, 기폭장치의성능을확인하기위하여고폭실험을수행 하기도함. 운반체제 : 핵무기를폭발시키고자하는장소까지운반하는수단으로 써전략핵폭격기, 대륙간탄도미사일, 잠수함발사탄도미사일등이 있음. 86

87 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -2 핵무기에필요한물질은어떻게생산할수있나요? A. 일반적으로핵무기에사용되는핵분열성물질은고농축우라늄과플루토늄입니다. 천연우라늄의경우핵분열이잘일어나는우라늄-235 동위원소조성이 0.7% 에불과하기때문에우라늄-235 동위원소의조성을 90% 이상까지높이기위한농축작업이수행되어야합니다. 농축작업은다양한기법을활용할수있는데, 원심분리법이나기체확산법이많이사용됩니다. 플루토늄의경우자연상태에존재하지않는원소이지만, 사용후핵연료에는약 1% 의플루토늄이존재하게됩니다. 사용후핵연료에있는플루토늄은다양한조성의동위원소로구성되어있지만, 플루토늄 -238이나플루토늄 -240이많이포함될경우핵무기사용에적합하지않기때문에사용후핵연료에포함되어있는플루토늄중에서도특히플루토늄 -239를화학적으로재처리하여이를분리합니다. 87

88 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -3 핵무기를만드는것과원자력발전소를운영하는데필요한기술은많이다른가요? A. 두기술은완전히다른기술이라고보시면됩니다. 핵무기에는고농축우라늄이사용되고원자력발전소의연료로는저농축우라늄이사용되며농축우라늄생산기술은비슷하지만핵물질생산이외에필요한기술은완전히다릅니다. 핵무기제조를위해서는고폭기술, 운반체기술등이필수적으로요구되지만원자력발전소의경우안전성을최우선으로고온 / 고압의환경에서핵분열을통해생성된에너지를전기로변환하기위한다양한설비와장치들을구현해내야하기때문에훨씬복잡하고고난이도의기술이필요합니다. 88

89 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -4 플루토늄탄과우라늄탄은무엇이다른가요? A. 핵무기에사용되는핵분열성물질의차이입니다. 또한고농축우라늄과 플루토늄자체의물질특성에따라서무기의형태와모양이서로달라 질수있습니다. 고농축우라늄생산을위해서는고도의농축기술이필요하기때문에핵물질확보가어려우나합체형으로무기제작이가능하고, 플루토늄은합체형으로무기를만들경우부분폭발 (fizzle) 현상이심하여원하는폭발력을내기가어렵기때문에내폭형으로제작해야한다는특징이있습니다. 즉, 플루토늄탄의경우재처리를통한플루토늄확보는우라늄농축에비해상대적으로수월한편이지만플루토늄의불안정한동위원소특성상정교한기폭기술등이필요하여제작이상대적으로어렵고핵실험이필수적으로요구된다는차이점이있습니다. 자세히알아봅시다. 핵물질을순간적으로합쳐져서핵분열에이르게하는방법은합체와압 축 ( 내폭 ) 이있음. - 합체 : 핵분열성물질을 2 개또는 3 개로나누어두었다가폭발을일 89

90 으킬때급속히한개의덩어리로합쳐서핵분열이가능한상태로만드는방법으로이방식을사용한폭발장치는합체형 (Gun Type) 이라불리우며고농축우라늄을사용하는우라늄탄은합체형으로많이제작함. ( 그림 1) - 압축 ( 내폭 ) : 핵물질의밀도가증가하면핵분열에이르는핵물질의양이줄어든다는원리를이용하는것임. 핵물질주위에고성능폭약을설치하고, 이를폭발시켜그압력으로핵물질을압축하여핵분열이가능한상태로만드는방법으로이방식을사용한폭발장치는내폭형 (Implosion Type) 이라불리우며플루토늄탄은내폭형으로많이제작함. ( 그림 2) 그림 1. 합체형 (Gun Type) 원자탄의개념도 ( 그림출처 : wikipedia) 90

91 그림 2. 내폭형원자탄의구조 ( 그림출처 : wikipedia) 91

92 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -5 핵융합탄은일반적인핵무기와무엇이다른가요? 다른종류의핵무기도있나요? A. 흔히핵무기라고불리우는원자폭탄은핵분열성물질 ( 우라늄또는플루토늄 ) 의원자핵이분열하면서발생하는에너지를이용한폭탄이고, 핵융합탄은수소폭탄으로도불리는데이는중수소와삼중수소가핵융합을일으키면서발생하는에너지를이용한폭탄입니다. 그러나핵융합반응을일으키기위해서는매우높은온도가필요하기때문에그에필요한에너지원으로원자폭탄을이용하게됩니다. 이밖에도전술핵무기로개발된중성자탄은원자폭탄이나수소폭탄에비해폭발력은작으나무기내에서발생되는중성자를무기외부로방출하도록설계하여대량의중성자와감마선을통해미사일의전자장치등을무력화시키기도하며, 원자폭탄이나수소폭탄처럼폭풍이나열복사선을이용하는것이아니기에건물등은파괴하지않지만대량의중성자로인해치명적인살상효과가나타나게됩니다. 자세히알아봅시다. 실제핵무기중에서는원자폭탄과수소폭탄의중간정도라여겨지는증폭핵분열탄도찾아볼수있음. 증폭핵분열탄은원자폭탄에중수소- 삼중수소혼합물을첨가하여폭발력을증강시킨것으로핵분열반응으로만들어진고온 / 고압환경이중수소- 삼중수소간핵융합반응을일 92

93 으키게되어동일한핵분열성물질을사용한원자폭탄의 2~5 배의폭 발력을갖게됨. 93

94 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -6 핵실험을했다는것은어떻게확인할수있나요? 94

95 A. 핵실험의관측방법은핵실험의종류에따라주관측방법이달라집니 다. 우선핵실험은공중, 대기권외, 지하, 수중등에서시행할수있습 니다. 수십 Km의공중에서실시되는공중실험은방사능의대부분이성층권으로날아간후지구의대기상층을돌면서서서히지표로내려오기때문에공중포집장치를활용한방사성물질분석을통해확인할수있습니다. 대기권외실험은방사성물질강하 ( 降下 ) 나대기오염은거의일어나지 않지만, 폭발시에방출되는미립자와방사선때문에이온층에이변이 일어나통신에장해가발생하기때문에이의확인이가능합니다. 수중핵실험의경우수중충격파가원거리까지전파되며국지적인해일 이발생되기도하며, 인근해역이방사성물질로심하게오염됩니다. 그리고가장많은유형인지하핵실험의경우인공지진파를통해확인이가능합니다. 진파에는지진파가전파되는방향과같은방향으로진동하는종파 (P파) 와다른방향으로진동하는횡파 (S파) 가있는데, 지하핵실험의경우강한 P파및약한 S파가나타나며, 일반지진은약한 P 파및강한 S파의특성이나타납니다. 지하핵실험의경우방사성물질이다량으로새어나오는경우가많지않기때문에핵실험에사용된물질등을정확히파악하기가어렵습니다. 95

96 자세히알아봅시다. 핵실험에사용된핵분열성물질 ( 우라늄또는플루토늄 ) 을확인하기위해서는핵폭발후대기로방출된비활성가스들 ( 135 Xe/ 85 Kr) 을분석하여확인할수있음. 특히 85 Kr는사용된핵분열성물질에따라발생되는양이크게차이가남에따라핵실험에사용된폭탄구분에활용하기적절한핵종임. 단, 핵실험후 2-3일이내에는 85 Kr보다양이많은 ( 포집과측정이용이한 ) 85m Kr을사용하는것이적절함. Xe의측정가능한핵종들간반감기의차이에따른생성량과감소율등을고려하여단기 (2-3일이내 ), 중기 (3-6일), 장기 (1주일정도 ) 로구분하여활용가능 단기 ( 135m Xe) : 반감기 15.29분, 초기생성량이많아검출이용이하나 2-3일후에는그량이급격히줄어들며, Kr-85m 과유사한감소현상을보임 중기 ( 135 Xe) : 반감기 9.14 시간, 핵폭발후 3-4일정도에생성량이많은반면그이후량이급격히줄어듬 장기 ( 133 Xe) : 반감기 5.243일, 가장장기간동안생성됨 지하핵실험의경우폭발에의한충격이구대칭으로퍼져나가기때문 에 P 파가효율적으로전달되는반면, 지하단층면을따라미끄러지거 나붕괴되는지진의경우는 S 파의횡적운동을가속화함. 96

97 그림 125. 인도핵실험과일반지진시지진파비교 ( 출처 : U.S National Data Center) 97

98 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -7 전세계에서핵실험은몇차례나수행되었나요? A. 전세계에서핵실험이얼마나수행되었는지정확히확인하기는어렵습니다. 과거에는매우경쟁적으로핵실험을해왔으며, 핵실험탐지기술이현재처럼개발되기전에는다른나라의핵실험을정확히파악하기어려웠기때문입니다. 하지만현재까지알려진바로는총 2055회정도핵실험이이루어진것으로추정 1) 되며, 미국이 1032회, 러시아가 715회정도핵실험을수행하여인류역사상이러진핵실험의 90% 이상을차지하고있다고알려지고있습니다. 이밖에도프랑스가 198회, 영국이 45회, 중국 45회, 북한 5회, 인도 3 회및파키스탄 2회등으로알려져있으며, 이스라엘도몇차례핵실험을수행했을것으로추정하고있지만정확한횟수는확인하지못하고있는상황입니다. 21세기들어서는북한이유일하게핵실험을수행한국가입니다. 자세히알아봅시다. 핵실험중에서역사상가장강력한위력을지닌핵실험은러시아가 1961 년북극해노바야제믈랴제도에서실시한 Tsar Bomba 수소폭탄 1) Johnston s Archive, State Department, Bulletin of the Atomic Scientists. Published Nov. 27,

99 실험으로러시아는이수소폭탄의위력이히로시마에떨어진원자폭탄의 3,800배이상에이르는 50MT의위력이었다고밝힘 2). 폭발당시발생한버섯구름이 60km 높이에이르렀으며, 100km 밖에있는사람에게도 3도화상을입힐정도였고, 1000km 떨어진핀란드에서도유리창이깨질정도의위력이었다고알려짐. 2) Wikipedia 참조 99

100 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -8 북한은핵무기를보유했으니우리나라보다기술이앞선것인가요? A. 핵무기는핵분열성물질과중성자간의반응을극대화시켜핵분열반응으로한번에많은에너지가나오도록만든것이고, 원자력발전소는이러한핵분열반응을제어하여필요한만큼의에너지를이용하는것입니다. 즉, 핵분열로발생하는에너지를사용한다는원리는같지만그에너지 를활용하는방식과제어하는방식이다르기때문에어느기술이앞선 다고평가하기는어렵습니다. 다만북한은이러한기술을군사용으로활용하는길을택한것이고우 리는평화적인목적에한정하여활용하는길을택한것입니다. 자세히알아봅시다. 북한의경우 2006년부터 2016년까지 5차례핵실험을수행한바있으며, 핵무기에필요한핵물질인고농축우라늄및플루토늄확보를위한농축시설과재처리시설을보유하고있지만, 2010년착공하여 2012 년완공하겠다는계획의 100MWth 실험용경수로를 2016년 7월현재까지도완공하지못하고있는상황임. 100

101 Q. 핵무기개발을하지않는이유 -9 우리나라가핵무기를개발하지않는이유가무엇인가요? A. 한국은핵비확산조약 (NPT, Treaty on the Non-proliferation of Nuclear Weapons) 을비롯하여다양한국제핵비확산체제, 양자간협정및자발적선언 3) 등을통해원자력에너지를평화적목적으로만활용할것임을천명하였고, 이를굳건한국가정책으로추진하고있습니다. 만약한국이이러한국제체제를위반하고핵무기개발의지를표명하 게된다면국제사회의제재를받게될것임을물론국제사회에서고립 이될것입니다. 또한우리나라의핵개발은일본, 대만등주변국들의핵무장을부추기 는도미노현상을일으킬수있으며, 결국에는동북아지역의긴장이 더욱고조되는부작용도우려됩니다. 자세히알아봅시다. 한국은폐쇄경제체제인북한에비해국제사회와의경제교류를통해 국가경제가유지 4) 되는만큼핵무기개발을추진할경우제재로인해 3) 1992 년남북간 한반도비핵화선언 및 2004 년 평화적핵이용에관한 4 대원칙 4) 한국의대외무역의존도는 99.5% 임 (2015 년한국은행 ) 101

102 국민이매우심각한경제난을겪게될것임. 국가안보를위해핵보유가필요하다고주장해온국가들역시국제사회의제재에굴복하여핵보유를포기함. 특히, 이란은 2015년 13년간추진해온핵개발을포기했으며, 리비아, 우크라이나등역시같은이유로핵보유를포기함. 또한국제사회의제재에도불구하고핵폭발장치를개발한다할지라도, 이에걸맞는군사력이뒷받침되어야함. 특히, 핵무기를전략적으로사용하기위해서는 Nuclear triad( 핵전략폭격기, ICBM, SLBM) 가필수이지만한국은이들에관한자체개발능력이없으며, 한국이국제핵비확산체제위반으로미국을비롯한국가들의제재를받을경우이에접근하기는더욱어려워질것임. 102