꿈을 키우는 희망 에너지 원자력
Nuclear Energy 과학기술이발달한 21세기를살고있는우리는에너지덕분으로편리한생활을영위하고있습니다. 에너지가없다면문명사회의여유로운생활은상상조차할수없는일입니다. 그런데현대에너지원의대부분을차지하는석탄, 석유등의화석연료는기후변화의원인일뿐만아니라, 날로고갈돼가고있습니다. 또한현재까지개발된태양열, 풍력등의에너지원으로는충분한에너지를얻을수없습니다. 이에반해원자력은우리가필요한풍부한양의에너지를만들수있는청정에너지원입니다. 1970 년대에 2차례의석유파동을겪으면서원자력발전을시작한우리나라는현재전력의 36% 를원자력발전으로생산하고있습니다. 원자력발전이없다면우리의일상생활은어떻게될까요? 세계는지금에너지전쟁중이라할만큼곳곳에서치열한경쟁이벌어지고있습니다. 이를슬기롭게극복하고미래를준비하기위해서는원자력발전의적정비중을확보해나가는선택이필요합니다. 우리에게꼭필요한에너지, 원자력! 이제부터희망에너지원자력을만나보세요.
contents 01. 문명의원동력, 에너지 4 02. 원자력발전, 왜필요한가 8 03. 원자력발전, 원리는무엇인가 13 04. 원자력발전연료, 어떻게만들까 16 05. 원자력발전소, 얼마나안전한가 19 06. 일상생활에꼭필요한존재, 방사선 22 07. 한국은세계 6위의원전선진국 26 08. 방사성폐기물이란무엇인가 32
01. 문명의원동력, 에너지 현대의고도산업사회를이룩할수있었던것은과거부터지금까지다양한에너지를개발해생산에이용했기때문입니다. 특히근래에는화석연료를이용한에너지가주로사용돼왔습니다. 그러나화석연료는유한하며유용한에너지형태로변화시킬때환경오염이발생합니다. 우리나라의경우화석연료가거의부존되어있지않을뿐만아니라일반가정의에너지소비가점차증가하고중화학공업위주의산업구조를갖고있기때문에국가경쟁력강화를위해서는에너지문제해결이중요한과제입니다.
1. 생활의원동력에너지 에너지는일을할수있는능력, 다시말해활동하는데필요한힘을말합니다. 인간의활동에에너지 는필수적인요소입니다. 인간은먼옛날불을이용하는방법을알아나무를태워불을피우고, 이로부터얻는열에너지로방을따뜻하게하거나음식을장만하거나생활에필요한도자기등을만들었습니다. 산업혁명기에는석탄을태워증기기관을돌리고, 이로부터얻은엄청난힘을이용해사람이나가축의힘으로는도저히할수없었던일을했습니다. 오늘날에는유전을개발해석유로부터열을얻고전기를일으켜공장의기계를돌리는동력원으로이용할뿐만아니라많은제품의원료를얻고있습니다. 따라서에너지는인류의문명을움직이는원동력이라고할수있습니다. 이처럼인류가이룩한고도산업사회는많은양의질좋은에너지를필요로합니다. 이에너지를생산하는에너지원은주로무공해에너지원인재생에너지원과, 일시에다량의에너지를집중적으로얻을수있는화석에너지원으로구분합니다. 01 02 에너지는인간활동의필수적인요소다. 01 재생에너지원인태양을이용한태양광발전 02 화석에너지원인석유를이용하는화력발전소 재생에너지원재생에너지원이란한번쓰고나면없어지는것이아니라되풀이해쓸수있는에너지원을말합니다. 재생에너지원으로는수력, 태양열, 풍력, 생물, 해양및지열등이포함됩니다. 그러나대부분의재생에너지원은기상조건이나지역적으로편차가심해, 대용량에너지원으로는부적합합니다. 또수력과일부지열을제외하고는에너지생산비용이다른에너지원보다비싸기때문에보조에너지원으로서의역할만하고있을뿐실용화는늦어지고있습니다. 화석에너지원화석에너지원으로는석유, 석탄, 천연가스 (LNG) 등이있습니다. 오늘날우리가이용하고있는에너지원의대부분을차지하는것이바로화석에너지원입니다. 화석연료는지구가생성된후약 46억년에 5
걸쳐만들어진것입니다. 하지만전세계적으로 2007년말현재남아있는매장량은석유 41년분, 천연가스 60년분, 석탄 133년분으로추정되고언젠가는바닥을드러낼것입니다. 원자력발전의연료가되는우라늄의확인매장량은 70년정도지만추정매장량과지각속과바닷물속에존재하는우라늄을고려하면 21세기인류의에너지문제를해결하는데기여할수있을것입니다. 세계에너지자원매장량 2. 화석연료와지구온난화 에너지의주류를이루고있는화석연료는유한합니다. 그럼에도화석연료소비는계속해서증가하 고있습니다. 2007년전세계주요에너지소비증가율은 2.4% 로 5년연속과거 10년평균을웃도는수치를기록하였습니다. 우리나라는 1990년부터 2007년까지 17년동안 2.4배증가하여연평균증가율이 5.4% 를기록했습니다. 경제성장둔화로그증가세가다소완화될것으로는예상되나앞으로도연간 3~4% 의증가세를보일것으로전망되고있습니다. 석유는전세계에너지의약 35% 를공급하는가장중요한에너지원입니다. 석유생산이줄어들고석유가부족해지면이귀중한자원을차지하기위해국가간분쟁이발생할가능성이높습니다. 우리나라는약 55% 의에너지를석유에서얻습니다. 따라서석유부족사태를맞이하면큰타격을입을것입니다. 최근인류의생존을위협하는대표적인환경문제로지적되고있는지구온난화도화석연료의사용이크게늘어나서발생한것입니다. 에너지를화석연료에서만구한다면인류는결국에너지부족뿐만아니라, 기상이변으로인해엄청난피해와혼란을겪을것입니다. 이러한혼란을막기위해서는화석연료의사용을줄이고원자력을비롯하여태양열, 풍력, 지열, 바이오매스등재생가능한에너지의사용을늘려야합니다. 6
3. 부존자원이빈약한우리나라 우리나라는에너지소비율이높습니다. 실제로외환위기기간을제외하고는 1990년대내내전력소비 는지속적으로두자릿수의증가율을기록하였고 2000년대들어서다소완만해지긴했지만사용의편리성과소비생활의고급화로향후에도그증가세는지속될것으로전망되고있습니다. 따라서현재의에너지소비성향은경제적으로지탱하기힘들뿐아니라환경적으로도많은부담을안겨주고있습니다. 우리나라는석유수입이세계 4위, 석탄수입이세계 2위, 천연가스수입이세계 8위이고, 전력소비규모는세계 10위에해당하는에너지다소비국가입니다. 그러나우리나라의자원은석탄 7억톤정도가전부입니다. 이처럼부존자원이매우빈약한우리나라는에너지의대부분을수입에의존하고있습니다. 2007년의경우에너지수입에만약 950억달러를썼습니다. 매일 2억 6천만달러정도를에너지수입에사용한셈입니다. 이는전체수입액의 26.6% 에달하는금액입니다. 우리나라에너지부존량 구분단위매장량경제적가치량 생산가능기간 석탄억톤 15 7 약 30 년 비고 연간약 2 천 4 백만톤채탄, 채탄여건의지속적악화 수력만 kw 300 200-311 만 kw 이미개발 우라늄억톤 0.0001 - - 경제성없음 조력만 kw 170 - - 경제성없음 에너지수입현황 에너지수입률 (2007 년 ) 단위 : 달러 7
02. 원자력발전, 왜필요한가 1970년대초세계경제를강타한오일쇼크후안정적인전력공급을위해도입된원자력발전은현재국내전력생산의 36% 를담당하고있습니다. 원자력발전은가동중에이산화탄소를전혀배출하지않는청정에너지입니다. 원자력발전의연료인우라늄은적은양으로막대한에너지를생산할수있고수송과저장도쉽습니다. 또한다른발전설비보다건설비는비싸지만연료비가월등히싸기때문에경제적입니다.
발전연료소요량비교 1 백만 kw 급발전소를 1 년간운전할때필요한연료 1. 에너지안보 에너지자립의초석우리나라는앞으로도경제성장에따라에너지소 비가계속해서증가할것으로전망되고있는가운데에너지의해외의존도는매우높은수준입니다. 전력소비도매년 2.5% 씩증가해 2020년에는 35% 나늘어날것으로예측됩니다. 따라서언제올지모르는에너지위기에대비하고에너지자립체제를구축하기위해노력해야합니다. 만약원자력발전이없다면우리나라는에너지수입을위해해마다 1백억달러정도를추가로지출해야합니다. 석유값이배럴당 1달러만올라도 10억달러정도의발전비가추가로듭니다. 이같이취약한에너지수급구조에서외부의충격을줄이고각종생산경쟁력을유지해온것은원자력발전이있었기때문입니다. 더구나중동지방의불안한정세로인해고유가가지속되고있는현실에서원자력발전은안정적인준국산에너지원으로우리경제의효자노릇을하고있습니다. 우리와에너지사정이비슷한프랑스와일본은원자력개발정책을강력하게추진해에너지자립을구축했습니다. 프랑스는원자력발전을통해생산한전력을인근국가에수출까지하고있습니다. 대체에너지는현재선진국위주로기술개발이활발하지만대용량에너지원으로서의실용화는아직어려운실정입니다. 또수입에너지인화석연료의사용도환경측면에서무한정늘일수는없습니다. 이런현실을종합해볼때원자력발전만이우리나라실정에서에너지자립을이루는데제역할을할수있습니다. 실제로원자력발전은국내총발전량의 36% 정도를공급하고있는주력발전원으로서국가경제발전의버팀목역할을해내고있습니다. 안정적연료공급에너지원자력발전의연료인우라늄은세계전역에고르게매장돼있고, 수입원도정치적 경제적으로안정된국가여서세계에너지정세에크게영향을받지않습니다. 반면석유는정치적위기가상존하는중동지역에편중돼있어서유사시공급이중단되거나가격이폭등해제3, 제4의오일쇼크가올수도있고부피도커서운반과비축이어렵습니다. 우라늄은소량의연료로막대한에너지를낼수있으며, 수송과저장도쉽습니다. 예를들어 100kW급발전소를 1년간운전하려면석유로는 150만톤이필요하지만, 우라늄의경우 20톤이면가능합니다. 9
발전원가에서연료비가차지하는비율 그리고원자력발전은우라늄을원자로에한번장전하면 12~18 개월 가량은연료를교체하지않아도되기때문에그만큼연료를비축할 수있다는장점이있습니다. 전원별판매단가 (2007 년말기준 ) 경제적인에너지원자력발전은화력발전등다른종류의발전방식보다건설비가다소비싼단점이있습니다. 하지만우라늄은석유나천연가스에비해월등히싸기때문에매우경제적입니다. 또한석유나석탄, 천연가스등은발전원가중연료비가차지하는비율이보통 60% 이상으로연료가격이오르면그만큼발전원가에영향을많이미칩니다. 그러나우라늄은가격이쌀뿐만아니라, 연료비가차지하는비율이 12% 정도로낮아서우라늄가격이오르더라도발전원가에는크게영향을주지못합니다. 특히앞으로우리나라가개발한한국형표준원전을건설함으로써공사기간이단축돼건설비가줄어들것입니다. 또한발전원가산정시중요요소인 발전소이용률 도점점높아지고있어서경제성도더욱높아질것입니다. 에너지경쟁력비교 1 그램의우라늄 235 가완전핵분열했을때나오는에너지는석유 9 드럼또는석탄 3 톤이탈때나오는에너지와맞먹습니다. 10
2. 환경친화적에너지 지구의환경문제가세계적이슈가된지오래입니다. 지구온난화문제는특히인류의생존을위협하 는발등의불로인식되고있습니다. 이런환경문제는이산화탄소를다량으로배출하는화석연료의과다사용이주원인입니다. 이에따라국제적으로기후변화협약을제정해이산화탄소등온실가스감축에대한의무화를서두르고있습니다. 우리나라의경우소비에너지가운데화석연료의비중이 80% 이상을차지하고있고, 2005년이산화탄소배출량은세계 10위, 온실가스배출증가율 (1990~2004) 은 OECD 국가중 1위를기록하는등온실가스문제가세계어느나라보다도심각합니다. 특히온실가스배출증가분의약 70% 를전기 가스 수도부문이주도하고있는것으로나타나온실가스저배출에너지원으로의전환이매우시급합니다. 이와같이오늘날에너지문제는환경문제와직결돼청정에너지개발이절실히요구됩니다. 환경오염의주범인화석연료의사용을억제해야합니다. 최근국제원자력기구 (IAEA) 에서수행한프로젝트결과에따르면해당에너지원의채광부터발전소건설, 운전까지전기간중에서온실가스배출총량을비교해본결과원자력발전이대체에너지보다온실가스를적게배출하는것으로나타났습니다. 화력발전은원자력발전보다 55~100배정도더많은이산화탄소를배출합니다. 반면원자력발전은가동중에는전혀이산화탄소를배출하지않습니다. 발전원별이산화탄소배출량 11
온실효과와지구온난화 CO2 등의온실가스는태양으로부터오는직사에너지는통과시키지만, 지표로부터반사되는복사열은흡수해우주로열이발산되는것을방해한다. 온실가스가증가하면지표로부터열에너지를더욱잘흡수해가열되기때문에지구온도가상승하게되는데, 이것이바로온실효과에의한지구온난화현상이다. 국제적으로지구온난화현상을막기위해 1992년 6월리우환경회의에서기후변화협약이체결됐다. 1997 년에는미국, 일본, 캐나다등 38 개선진국들의온실가스배출량을 2008년부터 2012년까지 1990년대비평균 5.2% 감축한다는내용을골자로한 교토의정서 를채택했다. 현재우리나라는온실가스를의무적으로낮춰야하는의무저감대상국가로분류되지는않고있지만, 앞으로의무저감을가진선진국으로부터의무부담압력을받을가능성이높다. 의정서는전세계온실가스배출량의 55%(90년기준 ) 를차지하는 55 개국이상이서명해야발효되는데, 2004년 11월러시아가참여함에따라 2005년 2월 16일발효되었다. 우리나라원자력발전량을화석연료로대체했을경우비교그림 (2007 년기준 ) 국가별이산화탄소배출증가율 12
03. 원자력발전, 원리는무엇인가 원자력발전은원자핵분열에서나오는에너지, 다시말해원자력을동력으로해서전기를만들어냅니다. 원자력발전소에는석탄이나석유를태우는화력발전소의보일러대신원자로가있는데이원자로가우라늄전용보일러역할을합니다. 원자력발전의종류에는가압경수로, 비등경수로, 가압중수로등이있으며, 각국에서는자신들의실정에맞는형태를채택해운용하고있습니다.
1. 원자력발전의원리 모든물질을구성하는원자는양성자와중성자로된원자핵과, 그주위를돌고있는전자로구성됩 니다. 우라늄과같이무거운원자핵이중성자를흡수하면원자핵이쪼개지는데, 이를핵분열이라고합니다. 원자핵이분열하면많은에너지와함께 2~3개의중성자가나옵니다. 이중성자가다른원자핵과부딪치면또다시핵분열이일어납니다. 이런식으로계속해서핵분열이이어지는것을핵분열연쇄반응이라고하며, 이과정에서생기는막대한에너지가바로원자력입니다. 원자력발전은화력발전과마찬가지로증기의힘으로터빈을돌려전기를만듭니다. 우라늄 1그램이분열할때생기는에너지는석탄약 3톤이완전연소될때생기는에너지와같습니다. 다시말해우라늄은석탄보다약 3백만배의열을냅니다. 이런막대한열을발생시키기위해원자로에서핵분열을시킵니다. 그리고거기서나오는열을이용해증기를만듭니다. 핵분열에너지 핵분열로에너지를얻는것은아인슈타인의상대성이론을기초로한다. 에너지질량등가법칙 (E=mc 2 ) 으로핵분열전후에발생한원자핵의무게차이 ( 질량결손 ) 만큼에너지가발생한다는원리다 (E= 에너지, m= 물체의정지질량, c= 빛의속도 ). 원자의구조 핵분열의원리 14
2. 원자력발전의심장원자로 원자로는우라늄연료가핵분열을일으키는곳으로원자력발전소의심장이라고할수있습니다. 보통 25cm의두꺼운강철로만들어졌으며, 핵분열의연쇄반응속도를조절하고필요한만큼의에너지를안전하게뽑아쓸수있도록합니다. 원자로안에는핵분열을일으키는연료와핵분열연쇄반응을도와주는감속재 *, 열을전달하는냉각재, 연쇄반응속도를조절하는제어봉 * 등이들어있습니다. 감속재와제어봉감속재는핵분열에의해생성되는고속중성자의속도를낮춰주는역할을하며, 원자로의종류에따라물, 흑연등이쓰인다. 또원자로에서핵분열연쇄반응을일정하게지속시키기위해서는핵분열을일으키는중성자의수를적절히조절해야된다. 이때사용하는것이흡수물질로만들어진제어봉이다. 감속재의역활 01. 중성자의속도가빠르면핵분열이일어나기어렵다. 02. 감속재 ( 물 ) 를통과한고속중성자는속도가느린열중성자가돼핵분열이일어나기쉽다. 핵증기시스템의구조 15
04. 원자력발전연료, 어떻게만들까 원자력발전을하기위해서는우선연료를확보해야합니다. 연료로는천연우라늄이가공돼서사용되거나농축작업후사용되기도합니다. 그러나우리나라의우라늄광석은경제적이지않아해외우라늄을변환및농축가공후국내로들여와성형가공을거쳐연료로사용합니다. 원자력발전에 3~5년간이용된연료는교체하게되는데, 이를사용후핵연료라고합니다.
1. 원자력발전연료제작 천연우라늄에서핵분열을할수있는우라늄-235 는약 0.7% 뿐이며, 나머지는핵분열을하지않는 우라늄-238로이뤄져있습니다. 중수로형원전에서는천연우라늄을성형가공해서연료로사용합니다. 그러나경수로원전에서는우라늄-235의비율을 2~5% 로높인저농축우라늄을사용합니다. 성형가공은우라늄을 5그램정도무게의원통형펠렛 (Pellet) 으로만드는과정을말합니다. 이펠렛들을수백개씩다발형태로묶어서연료봉에넣으면비로소원전에서사용되는연료집합체가되는것입니다. 손톱크기만한경수로원전연료펠렛 1개가생산할수있는전력은 1,600kWh로 1가구가 8개월간쓸수있는전력에해당한다. 펠렛 (Pellet) 1개 (5그램 )=1 천6 백kWh=8개월사용량 (1가구 ) 연료펠렛 핵연료다발 핵연료장전작업 사용후핵연료가보관된수중저장소 2. 원자력발전연료의국산화 원전의기술자립을위해서는연료의국산화가필수적입니다. 그러나우리나라에존재하는우라늄광 석은연료로서경제성이떨어집니다. 따라서우라늄광을해외에서변환및농축가공한후에국내로들여와성형가공과정을거쳐원전연료로사용하게됩니다. 현재국내원전에필요한모든연료는한전원자력연료 ( 주 ) 에서생산 공급하고있습니다. 2007년말현재경수로와중수로용모두각각연간 4백톤을생산할수있는능력을갖추고있으며, 신규원전건설에맞춰소요량전량을국내에서생산 공급할수있도록생산능력을늘려나갈계획입니다. 17
3. 사용후핵연료처리 우라늄-235 펠렛은원자로안에서핵분열을하면서열에너지를냅니다. 4% 정도농축된펠렛 1개 (5 그램 ) 가내는열에너지는석유 450l, 석탄 700kg을태울때나오는에너지와맞먹는양입니다. 원자로에서 3~5년간핵분열을마친연료는교체하는데, 이를사용후핵연료라고합니다. 사용후핵연료에는핵분열성물질인우라늄- 235와플루토늄-239가각각 1% 가량들어있으며, 이는천연우라늄속의핵분열성물질보다많은양입니다. 일부국가에서는이를재처리해사용하기도합니다. 핵연료교체작업 원전연료의제작과정 18 원자력발전소에서나온사용후핵연료를재처리할경우의흐름도
05. 원자력발전소, 얼마나안전한가 원자력발전의가장큰취약점은방사선이나오는데있습니다. 원전은운전중은물론정지시에도방사선및방사성폐기물등을철저하게관리하고있습니다. 원전의방사선관리원칙을 ALARA(As Low As Reasonably Achievable) 라고부릅니다. 이는 합리적으로달성가능한한낮게 라는뜻으로종사자들의방사선쪼임을최대한낮춘다는뜻입니다. 이를위해원전에서는방사선작업시종사자가받는방사선량을법적기준치의 80% 이하가되도록관리할뿐만아니라방사선차폐시설, 환기및방어설비, 감시설비등을완벽하게갖추고있습니다.
1. 5 중방호벽 모든기계가그렇듯이원자력발전소도아무리완벽하게설계해서건설하고운영하더라도고장이나사 고를완전히배제할수는없습니다. 그러므로만일의사고가일어나더라도그피해가확대되지않도록철저히방지하는일이매우중요합니다. 이를위해우리나라원자력발전소는방사선을완벽하게가둘수있도록 5중방호벽으로이뤄져있습니다. 제1 방호벽 ( 연료펠렛 ) 핵분열에의해생기는방사성물질의대부분을 1차밀폐시킵니다. 제2 방호벽 ( 연료피복관 ) 재질은열, 방사선, 부식에강한지르코늄합금이며, 연료펠렛에서새어나온소량의기체방사성물질까지밀폐시킵니다. 제3 방호벽 ( 원자로용기 ) 연료피복관에결함이생겨방사성물질이새어나와도 25cm 두께의강철로된원자로용기와배관에의해방사성물질이누출되지못하도록되어있습니다. 제4 방호벽 ( 원자로건물내벽 ) 원자로건물내벽에 6cm 두께의두꺼운강철판이설치돼있어중대사고시원자로에서누출돼나온방사성물질을격납용기안에가둡니다. 제5 방호벽 ( 원자로건물외벽 ) 최종적으로 120cm 두께의철근콘크리트원자로건물외벽이있어서어떤경우에도방사성물질은이건물안에갇혀밖으로나오지못하도록설계되어있습니다. 다중방호설비 20
2. 온배수관리 발전소에서터빈을돌리고나온증기를다시물로만들때냉각용으로해수를사용합니다. 이해수는 복수기에서증기와열교환에의해취수시보다 7 정도높아져다시바다로배출되는데, 이를온배수라고합니다. 냉각수로사용된온배수는원전뿐만아니라일반산업시설에서도배출되는것으로오염과는거리가멉니다. 그러나주변해역의수온에영향을미쳐김, 미역등저온성해조류에피해를주는것으로밝혀져공인기관의피해조사를거쳐보상을실시하고있습니다. 영광과월성원전에서는바다로버려지는온배수를어류양식에이용하고자원전내에양식장을운영하고있습니다. 양식결과자연상태보다 2~4배정도빠른성장이확인됐습니다. 최근에는고리원전의온배수를이용한진주조개시범양식사업도성공을거둬지역주민들의새로운소득원으로떠오르고있습니다. 방사성물질오염등의문제도없어온배수의청정성과유용성이입증됐습니다. 온배수냉각수로사용되는바닷물은초당약 50~60톤 (100 만kW 급원전 1기 ) 정도가사용된다. 일반인들은방사성물질에오염된것이아닌가하고오해하기쉽지만, 냉각수로사용되는온배수는발전계통 ( 원자로나터빈 ) 과완전히분리된배관을따라흐르기때문에방사성물질에오염될수없다. 또한방출된온배수는자연해수보다수온은높지만, 대부분의경우배수구에서 200~300m 정도떨어져있어수온차이가 2~3 에불과하다. 온배수순환도 21
06. 일상생활에꼭필요한존재, 방사선 일반적으로우리는방사선은무조건해로운것이라는편견을갖고있습니다. 하지만방사선은물이나공기처럼이세상을구성하는수많은물질의하나로서우리주변어디에나존재합니다. 이를자연방사선이라고합니다. 또암치료나 X-ray 촬영을할때는인공방사선을이용하기도합니다. 자연방사선과인공방사선은그성질이나인체에미치는영향등모든특성이똑같습니다. 방사선의극단적피해로부터우리를보호하기위해서라도방사선의종류와우리주변에존재하는방사선의영향을살펴보는것은중요한일입니다.
1. 자연방사선과인공방사선 방사선은공기나물처럼이세상을구성하고있는수많은필수요건가운데하나로우리주변어디에 나존재합니다. 자연방사선이란말그대로우리들이살고있는지구상의모든물질로부터자연적으로생긴방사선과, 또우주로부터나오는방사선등먼옛날부터있었던방사선을말합니다. 방사선은사람의인위적인행위에의해생겨나기도하는데, 이것을인공방사선이라고합니다. 인공방사선은 TV나전자렌지같은가전제품, 공항에서의보안검색장치, 검진에쓰이는엑스선장치, 암치료장치, 그리고원자력발전소등에서나옵니다. 자연방사선과인공방사선은그성질이나인체에미치는영향등모든특성이똑같습니다. 유엔산하의전문기구에서발표한자료에따르면자연방사선은세계각지역에따라다르게나타나지만평균약 2밀리시버트 (msv*) 정도라고합니다. 암 * 시버트 (SV) 방사선의단위, 인체가방사선을받을경우, 영향정도를측석이나흙속에섞여있는방사성물질로부터나오는방사선, 공기중정할때사용하는단위이다. 에있는먼지로부터나오는방사선, 물속이나채소, 과일, 생선이나육류등우리들이숨쉬고마시고먹고사는모든음식물속에도빠짐없이방사성물질이포함돼있습니다. 최근우리주변에는인공방사선이더욱많아지고있습니다. 이와같이우리가일상생활을하면서어쩔수없이받는자연방사선이나또병원에서진료를받기위해받는방사선등은피할수도없고또피해서도안됩니다. 다만방사선작업에종사하거나그작업장주변에가까이가야할일이있을경우가능한한방사선을받지않도록하거나적게받도록여러가지방법과조치를강구하는것이좋습니다. 자연방사선과인공방사선 23
2. 방사성동위원소 방사성동위원소 * 는원자핵이불안정해방사성붕 괴를일으킵니다. 방사성동위원소는천연방사성동 위원소와인공방사성동위원소로구별됩니다. 초기에는라듐과같은천연방사성동위원소만이용했으나, 최근에는원자로나입자가속기에서인공적으로동위원소를만들어이용하고있습니다. 천연방사성동위원소는암석이나고대유물의연대를측정하는데많이이용되며, 인공방사성동위원소는암치료와같은의학적목적외에비파괴검사등공업적으로도많이이용되고있습니다. 방사성동위원소 (RI, radioisotope) 양성자수는같지만중성자수가다른원자핵들을동위원소라고한다. 양성자수가같기때문에동위원소들의원자번호는같다. 그렇지만중성자수가다르므로원자력에는차이가난다. 동위원소들은화학적으로는같은성질을지닌다. 우리주변에서사용되는원자력 24
의학 암치료보통암은건강한조직에둘러싸여있는데적당한양의방사선을쪼임으로써암세포만사멸시키고보통세포에는거의영향을주지않고치료할수있습니다. 선형가속장치등방사선을발생시키는의료장치개발로질병의부위와성질에따라적절한치료가가능합니다. 질병의진단, 치료및기초의학방사성요오드를갑상선질환환자에게투여하면그요오드가갑상선에모이게됩니다. 요오드로부터방출되는방사선을갑상선환부에집중적으로쪼이면정상적인조직이받는영향은최소화하면서치료할수있습니다. 적절한방사성물질을사용하면폐, 간장, 췌장, 신장등여러기관의질병이나이상상태의진단및기능검사가가능합니다. 농업 품종개량식물에방사선을쪼이면돌연변이가생깁니다. 방사선을이용하면기본품종의우수한특징은그대로보존하면서특정형질을개량할수있습니다. 또보통방법으로는교배할수없는작물끼리의교배도가능합니다. 이밖에미생물공업에도항생물질등유용물질의생산효율이높은균주를육성하기위해방사선이이용되고있습니다. 식품조사방사선을식품에쪼이면발아를방지하고숙성을늦추며살충과살균효과를거둘수있기때문에유통과소비의안정화에큰도움이됩니다. 동물의사료에대해서도방사선멸균이실용화돼사료에서발생하는유해한곰팡이와세균류를방제하는데이용됩니다. 특히의학연구분야에서는의약개발에중요한무균동물의사료에방사선을쪼여완전히무균으로만드는방법이아주요긴하게쓰이고있습니다. 공업 공업계측물질을빠져나온방사선의세기변화를측정하면그물질의두께나밀도를알수있습니다. 이런성질은두께나밀도가일정한품질의제품을제조하는데도이용됩니다. 또이방법을이용하면측정대상에전혀접촉하지않고도두께를측정할수있기때문에뜨거운철판의두께도고정밀도로측정할수있습니다. 비파괴검사주물이나용접된부분등에있는구멍이나균열등의결함도필름을현상해얻은사진으로결함의유무, 위치, 크기등을판별합니다. 조사 분석 유전자공학방사성물질을표지한 DNA 추적으로많은유용유전자의염기배열과특성이밝혀졌습니다. 사람의유전자를대장균에도입, 대장균을증식시킴으로써그유전자의생산물을모을수있습니다. 이런방법을이용해인슐린, 성장호르몬, 인터페론등의의약품이제조되고있습니다. 또한 DNA 조환기술로암유전자의염색체상의위치를결정할수있게됐습니다. 방사화분석방사화분석은임상의학에응용할수있습니다. 인체밖에서혈액이나배설물등인체시료의분석을실시해질병의원인을확인할수있기때문에환자에게직접방사선의영향을주지않고여러가지임상검사를할수있습니다. 또이원리를이용해옛날그림을방사화해그림의제작연대를알아낼수도있습니다. 25
07. 한국은세계 6 위의원전선진국 우수한안전성과함께경제성을갖춘한국표준형원전을개발했고, 더욱발전된차세대원전인신형경수로 1400도개발됐습니다. 이원전들은원전선진국인미국, 프랑스보다안전과성능면에서훨씬앞선다는평가를받고있습니다. 또한우리나라원전의평균이용률은세계평균보다도훨씬높은수준을유지하고있습니다.
1. 원자력발전현황 우리나라는원자력의평화적이용을통해국민생활향상과복지증진에기여하고자 1958년 2월원자력 법을공표하고, 이를기반으로에너지의안정적수급을위해원자력발전을도입했습니다. 1978년 4월고리원전 1호기가첫상업운전을시작한이후우리나라는안정적인전력공급을위해원자력발전소를지속적으로건설해왔습니다. 그결과현재 20 기 ( 설비용량 1,771만 6천 kw) 의원자력발전소가상업운전중에있습니다. 이는미국, 프랑스, 일본, 러시아, 독일에이어세계 6위의규모입니다. 2007년도의국내원자력발전량은 1,429억kWh로국내총발전량의 36% 를차지했습니다. 이원자력발전량은서울시가약 3.5년간, 국내전가정이약 3년간사용할수있는전력량에해당합니다. 2007년원자력발전량을화석연료로대체할경우 LNG 대비 2,040만톤 (8조 7,718억원 ), 유연탄대비 5,304만톤 (3조 2,407억원 ) 에해당하는에너지수입절감효과를거두어준국산에너지로서의역할을충실히하였습니다. 현재우리나라에서는가압경수로 16기와가압중수로 4기가운전중입니다. 그리고신고리 1, 2, 3, 4호기와, 신월성 1, 2호기를건설중이고, 신울진 1, 2호기는건설준비중입니다. 우리나라원자력발전소 27
이용률현황 한주기무고장안전운전및고장정지 세계최고수준의원전운영기술발전소운영과관리기술수준을평가할때잣대가되는것이이용률과고장정지율입니다. 이용률이란발전소가일정기간동안최대출력으로정지없이발전했을때를 100% 로보고이에대한실제운전실적을비교한것입니다. 따라서원전의이용률이높다는것은그만큼발전설비의효율성과활용도가높다는것을말합니다. 우리나라원전의평균이용률은 1978년국내최초로고리1호기가상업운전을시작한이래 1990년대까지는 70% 대수준이었으나이후지속적으로운영능력을향상시킨결과 1991년부터 80% 대로진입하였으며, 2000년대들어서는 90% 이상의높은수준을유지하여세계평균보다무려 12~17% 포인트높은수준을보이고있습니다. 이는다른나라에비해 100만kW급원자력발전소 1기를더갖게되는효과가있습니다. 안전성의척도가되는고장정지율도 2007년도의경우 20기의가동원전에서모두 12건의고장정지가발생돼고장정지율은평균 0.6건을기록했습니다. 이는원전설비공급국으로원자력선진국과비교할때도매우우수한실적입니다. 주요국가의계속운전현황 고리1호기향후 10년간계속운전우리나라최초의원자력발전소인고리 1호기는설계당시의 30년수명이만료돼 2007년 6월 9일발전을중지했습니다. 비록설계수명이만료되었지만그동안지속적인설비개선으로국제원자력기구 (IAEA) 의 주기적안전성평가 기준과미국의 운영허가갱신 기준등을적용한안전성심사를받은결과, 향후 10년간충분히안전성을유지할수있다고평가받았습니다. 이에따라고리원전 1호기는 10년간더가동을할수있게되었습니다. 계속운전은선진국에서먼저시행하고있는검증된제도입니다. 미국의경우현재운용중인 104기원전가운데 48기가 40년운용기간을 60년으로연장했고, 일본에서도 30년을초과한 13기가계속운전중입니다. 이외에영국, 캐나다, 스페인, 스위스등많은나라에서계속운전을허용하고있습니다. 28
우수한안전성과경제성자랑하는한국표준형원전한국표준형원전이란원전기술자립을위해우리나라자체기술로개발한 100만kW급의가압경수로형원전을말합니다. 한국표준형원전은기존원전보다안전성과경제성을한단계높인것으로평가받고있습니다. 한국표준형원전의우수성은안전성과경제성에있습니다. 최신기술수준을적용해안전성이우수하다는미국의원전보다고장및사고위험을크게줄였습니다. 또인간공학개념을도입해운전원의작은실수에의한사고율도극소화한결과타원전에비해안전성이크게향상된것으로나타났습니다. 또한기술자립과반복건설에의해건설비와건설기간이선진국수준에이르러유리한경제성을확보하고있습니다. 현재한국표준형원전으로는울진 3, 4, 5, 6호기, 영광 5, 6호기가가동중입니다. 한국표준형원전구조 차세대원자로기술개발의쾌거신형경수로 (APR) 1400 신형경수로 (APR) 1400은 1992년부터약 10 년간차세대원자로기술개발사업을통해국내고유기술로개발한원자로입니다. 발전용량을 100만kW급의한국표준형원전에서대폭확대하여 140만kW로설계하였으며원전수명도기존의 40년에서 60년으로연장하여원전의경제성및효율성을크게향상시킨원자로형입니다. 신고리 3, 4호기가바로이신형경수로 (APR) 1400으로건설중에있으며, 신울진 1, 2호기도건설될예정입니다. 1970년대초순전히외국기술에의지하여턴키방식으로원전건설을시작한우리나라는기술자립 95% 의한국표준형원전, 진보된차세대신형경수로 1400으로원전기술고도화를위해노력해왔습니다. 우리나라는앞으로핵심기술의원천소유권확보등원전기술의해외진출을겨냥하여한층더기술개발에앞장서나갈것입니다. 29
2. 세계원자력발전현황 1956년세계최초의상업용원자력발전소인영국의콜더홀발전소가운전을시작한이래세계각국은 원자력발전의개발및이용을꾸준히추진해왔습니다. 일본원자력산업회의의최근자료에따르면 2008년현재 31 개국가에서 435기의원자력발전소가운전중이며, 설비용량은 3억 9,224만 1천 kw로나타났습니다. 또 43 기의원전이건설중에있습니다. 원자력발전은전세계총발전량의 16% 를담당하고있습니다. 현재가동중인원자력발전소의설비용량을기준으로보면미국이 104 기에 1억 606만 1천 kw로 1위, 프랑스가 59기에 6,602만kW로 2위, 일본이 55기에 4,958만kW로 3위를차지하고있습니다. 특히우리나라와일본, 중국등아시아지역을중심으로급증하는전력수요를충족시키기위한원전건설이활발하게추진되고있습니다. 미국은기존원자력발전소를운영하면서이용률을대폭향상시키고, 출력증강과수명연장사업을벌여지난십여년간 26기의신규발전소를건설한효과를보고있습니다. 그리고최근에는에너지기본법제정과아울러신규건설을포함하여원자력계가활성화될분위기가형성되고있습니다. 프랑스는국가전력의 70% 이상을원자력발전소가담당하고있으며잉여전력을주변국가에수출하고있습니다. 2008 년현재세계에는 435 기의원전이운전중이며, 전세계전력생산량의약 16% 를담당하고있다. 30
세계의원자력발전개발현황 ( 단위 : 만kW, Gross 전기출력, 2008년 1월 1일현재 ) 국명 운전중 건설중 계획중 합계 출력 기수 출력 기수 출력 기수 출력 기수 1 미국 10,606.1 104 120.0 1 10,726.1 105 2 프랑스 6,602.0 59 163.0 1 6,765.0 60 3 일본 4,958.0 55 256.5 3 1,494.5 11 6,709.0 69 4 러시아 2,319.4 27 615.4 8 550.0 5 3,484.8 40 5 독일 2,137.1 17 2,137.1 17 6 한국 1,771.6 20 680.0 6 280.0 2 2,731.6 28 7 우크라이나 1,383.5 15 200.0 2 1,583.5 17 8 캐나다 1,342.5 18 1,342.5 18 9 영국 1,195.2 19 1,195.2 19 10 스웨덴 938.4 10 938.4 10 11 중국 911.8 11 790.0 8 800.0 8 2,501.8 27 12 스페인 772.7 8 772.7 8 13 벨기에 611.7 7 611.7 7 14 대만 516.4 6 270.0 2 786.4 8 15 인도 412.0 17 316.0 6 680.0 8 1,408.0 31 16 체코 386.0 6 386.0 6 17 스위스 337.2 5 337.2 5 18 핀란드 280.0 4 170.0 1 450.0 5 19 슬로바키아 220.0 5 220.0 5 20 브라질 200.7 2 135.0 1 335.7 3 21 불가리아 200.0 2 200.0 2 400.0 4 22 헝가리 194.0 4 194.0 4 23 남아공 189.0 2 11.0 1 200.0 4 24 리투아니아 150.0 1 150.0 1 25 루마니아 141.2 2 211.8 3 353.0 5 26 멕시코 136.4 2 136.4 2 27 아르헨티나 100.5 2 74.5 1 175.0 3 28 슬로베니아 72.7 1 72.7 1 29 네덜란드 51.0 1 51.0 1 30 파키스탄 46.2 2 30.0 1 76.2 3 31 아르메니아 40.8 1 40.8 1 32 이란 100.0 1 36.0 1 136.0 2 33 인도네시아 400.0 4 400.0 4 34 이집트 187.2 2 187.2 2 35 이스라엘 66.4 1 66.4 1 36 터키 N/A 3 N/A 3 37 카자흐스탄 N/A 1 N/A 1 38 베트남 N/A 1 N/A 1 합계 39,224.1 435 3,877.2 43 4,960.1 53 48,061.4 531 ( ) 는전년치 (39,704.8) (429) (2,940.4) (35) (5,217.4) (47) (46,862.6) (511) 출처 : ( 사 ) 일본원자력산업회의, 세계의원자력발전개발동향 (2008년 ) 31
08. 방사성폐기물이란무엇인가 방사성폐기물이란원자력의이용과정에서발생되는폐기물을말합니다. 방사성폐기물은방사능의높고낮음에따라크게두가지로분류됩니다. 하나는작업복, 공구, 필터, 이온교환수지같은방사능준위가낮고방사성물질의반감기가짧아서관리기간이상대적으로짧은중 저준위방사성폐기물이며, 두번째는방사능준위가높고반감기가긴동위원소를포함하고있는고준위방사성폐기물입니다. 원전에서배출되는방사성폐기물은기체 액체 고체의형태로분류해서안전하게처리해발전소내에있는방사성폐기물임시저장고에저장하고있습니다. 중 저준위방사성폐기물은 2009년말부터경주월성원자력환경관리센터에처분될계획이며, 사용후핵연료는처리방식이결정되면그에따라안전하게종합관리할계획입니다.
1. 방사성폐기물관리시설의안전성 방사성폐기물관리시설의안전성방사성폐기물처분이란방사성물질이분산되지않 도록고체로만든후철제드럼이나콘크리트용기에넣어콘크리트구조물또는암반속동굴에격리함으로써생태계에영향을미치지않도록하는것을말합니다. 방사성폐기물은일반쓰레기와달리악취, 먼지, 침출수등이전혀없으며지진이나홍수, 산사태등천재지변이발생해도안전에문제가없도록설계 건설합니다. 원자력기술자들은이를위한기술개발이어렵지않다고생각합니다. 이것은이미오래전에상용화된기술로영국, 프랑스, 미국, 일본, 독일등많은나라에서수십년동안안전하게운영해오고있기때문입니다. 방사성폐기물처분시설의다중방벽개념 제1방벽폐기물을고화또는견고한용기로포장해 1차안전성을확보 제2방벽처분구조물이나폐기물용기사이의되메움물질을사용해 2차안전성을확보 제3방벽토양이나암반등자연적인방벽을이용해 3차안전성을확보 방사성폐기물관리시설건설설계개념 내진설계시설의내진등급을결정해설계하고, 내진해석및주요구조물등의안전성분석으로입증한다. 천재지변홍수, 바람, 산사태, 침강및융기등의영향을고려해안전기능이유지되도록설계한다. 이를위해가능최대홍수량을고려한다. 바람은 1백년빈도최대풍속을고려하며, 부지의사면안전성도고려한다. 화재대비화재나폭발로인한방사성물질누출위험이없도록설계한다. 이를위해인화성및폭발성폐기물은처분시설에수용하지않으며, 화재사고분석및방호절차를수립해설계한다. 방사선방호방사선감시및경보장치를설치, 운영하며처분시설의유지보수가최소화되도록설계및건설한다. 중 저준위방사성폐기물 중 저준위방사성폐기물저장현황 79,011 33
방사성폐기물처리방사성폐기물은그형태에따라기체, 액체, 고체의세가지로나눌수있습니다. 기체폐기물은일단밀폐탱크에저장한후방사능이기준치이하로떨어지면고성능필터를거쳐대기로내보내게됩니다. 액체폐기물은저장조에모았다가증발장치를이용해깨끗한물과찌꺼기로분류한후물은재사용하고, 찌꺼기는안정된고화체로만들어철제드럼에넣어밀봉해저장합니다. 고체폐기물은압축해철제드럼에넣어밀봉상태에서발전소내저장고에보관합니다. 연간발생하는고체폐기물을국민전체로환산하면 1인당 11 그램정도입니다. 산업폐기물과일반쓰레기발생량이 1인당 2천킬로그램이넘는것을감안하면방사성폐기물발생량은매우적습니다. 방사성폐기물처리과정 34
2. 월성원자력환경관리센터 2009년부터운영현재중 저준위방사성폐기물은원자력발전소내 의임시저장고 ( 저장용량 99,000드럼 ) 에보관해오고있으나 2008년말이면단계적으로포화상태에이를전망입니다. 정부는유치관심지역주민들과시민, 환경단체의의견을수렴하여방사성폐기물관리시설유치에따른안전성, 절차적민주성, 경제적지원을보장하기위하여 2005년 3월 2일국회에서통과된 중 저준위방사성폐기물처분시설의유치지역지원에관한특별법 을제정하였습니다. 2005년 8월유치지원접수를받아 4개지방자치단체 ( 경주시, 군산시, 포항시, 영덕군 ) 에서자율적인유치신청과주민투표를통해 (2005 년 11 월 2일 ) 경북경주시양북면봉길리일원 (210만m 2 ) 을최종후보지로선정하였습니다. 월성원자력환경관리센터는총 80 만드럼의폐기물을처분할수있는규모입니다. 2007년 11월 9일착공식을가진 1단계사업은 10만드럼규모의시설로 2009년말준공되며나머지시설은이후단계적으로증설하게됩니다. 아시아최초로동굴처분방식을도입했으며 100% 우리기술로건설됩니다. 동굴처분방법 지하에인위적인동굴을만들어수거물을처분하는방식 35
꿈을 키우는 희망 에너지 원자력 발행일 2008년 9월 30일 발행처 한국원자력문화재단 http://www.knef.or.kr E-mail hskwon@knef.or.kr Tel 02-2191-1361 Fax 02-859-8888