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원자력 FAQ

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  1. 원자력발전소에서는 어떤 원리로 전기를 만드나요?

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    원자력발전은 원자핵이 분열할 때 나오는 에너지를 이용해 전기를 만듭니다. 물을 끓여 나오는 증기의 힘으로 터빈을 돌리고, 이 터빈에 연결돼 있는 발전기를 이용해 발전을 한다는 원리이지요. 이 원리는 화력발전과 똑같습니다. 다만 차이가 있다면 화력발전의 경우 석유나 석탄을 태운 열로 증기를 만들고, 원자력발전은 우라늄과 같은 원자핵이 분열할 때 나오는 열을 이용해 증기를 만들어낸다는 점이지요. ‘원자로’라고 들어보셨을 것입니다. 우라늄 원료가 지속적으로 핵분열을 할 수 있는 곳입니다. 이 원자로에서 발생하는 열을 이용해 물을 끓이기 때문에, 원자로는 원자력 발전의 심장이라고 불릴 만큼 중요하지요.


    [여기서 잠깐] 석유나 석탄 등을 이용한 화학에너지원과 비교했을 때 원자력에너지는 매우 적은 양의 연료로도 엄청난 양의 에너지를 생산할 수 있습니다. 예를 들어 우라늄 1g이 핵분열할 때 생기는 에너지량은 석유 9드럼, 석탄 3톤을 태울 때 얻을 수 있는 에너지량과 같답니다. 정말 놀랍죠? 

  2. 우리나라는 왜 원자력발전을 하나요?

    세계 각 나라들은 각자의 에너지 여건에 따라 다양한 에너지원을 사용하는데, 이것을 에너지 믹스(Energy mix)라고 합니다. 우리나라의 에너지 믹스에는 원자력이 큰 비중을 차지하고 있는데요, 이것 역시 우리나라의 에너지 여건에 맞추어 형성되었습니다.우선, 우리나라는 석유, 석탄을 비롯한 대부분의 에너지 자원을 해외에서 수입하고 있답니다. 에너지 해외의존도가 96.1%에 달하는 우리나라의 경우(`15.2 에너지경제연구원 에너지수급통계) 에너지 수입비용이 큰 부담이 되는 데요, 원자력발전의 연료로 쓰이는 우라늄 수입비용은 전체 에너지원 수입의 0.5% 가량으로 적은 비중을 차지하고 있습니다.



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    그리고 다른 에너지원과 비교했을 때 적은 양으로 많은 양의 에너지를 생산할 수 있습니다. 현재 원자력발전의 연료로 쓰이는 우라늄 1g으로 생산하는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 3톤의 양과 같습니다.



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    그 다음으로는 온실가스 배출 규제가 있습니다. 온실가스는 적외선을 흡수하여 지구를 따뜻하게 유지하는 성질을 가지고 있어 생명체가 살 수 있는 여건을 만들어주기도 하지만 현재는 기후변화의 주범으로 꼽히고 있습니다. 대표적인 온실가스는 이산화탄소(CO₂)이며 주로 화석연료를 태우는 과정에서 생성되고 있습니다. 이 때문에 전세계적으로 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력이 이어지고 있습니다. 원자력발전의 경우 전기를 생산하는 과정에서 이산화탄소의 발생이 거의 없어 기후변화 완화를 위한 현실적인 대안으로 꼽히고 있습니다.



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    원료인 우라늄 공급의 안정성 역시 우리나라의 원자력 비중이 높은 이유 중 하나입니다. 예를 들어 중동 지역에 편중돼 있는 석유의 경우 공급이 중단되거나 가격이 폭등할 우려가 있고 수송과 저장에도 어려움이 많지만, 우라늄은 세계 전역에 고르게 매장돼 있어 세계 에너지 정세에 불안을 끼치지 않을 뿐만 아니라 수송과 저장도 쉽습니다.



    [여기서 잠깐] 물론 전기를 생산하는 방식은 각각 장단점을 지니고 있고 나라마다 사정이 다르기 때문에 원자력발전에 대한 의존도 역시 나라마다 다르답니다.  

  3. 원자력발전소에도 종류가 있나요?

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    크게 경수로형과 중수로형으로 나눌 수 있습니다. 우리나라의 경우 고리, 한빛, 한울에는 가압경수로가, 월성에는 가압중수로가 있지요. 가압경수로의 경우 우라늄-235의 함유율이 2-5% 정도 되는 저농축 우라늄을 연료로 사용하고, 핵분열반응을 촉진하기 위해 중성자의 속도를 늦추는 물질인 감속재로 물을 사용합니다. 한편 가압중수로는 천연우라늄을 연료로 사용하고, 중수를 감속재로 사용하고 있습니다.


    [여기서 잠깐] 현재 전 세계적으로 가동되고 있는 원자로는 미국에서 개발한 ‘가압경수로’와 ‘비등경수로’, 캐나다에서 개발한 ‘가압중수로’, 영국에서 개발한 ‘가스냉각로’ 등 크게 4종류가 있습니다. 전 세계적으로 보면 대략 가압경수로 60%, 비등경수로 20%, 중수로 10%, 가스로 3%, 기타 7% 등으로 구성돼 있습니다.  

  4. 원자력발전소에는 어떤 기기가 있나요?

    가압경수로형을 예로 들어 살펴보면 크게 원자로, 증기발생기, 터빈, 발전기로 나눌 수 있습니다.

    원자력발전소의 핵심 요소인 원자로는 우라늄 원료가 지속적으로 핵분열을 할 수 있는 곳임과 동시에, 핵분열이 일어난 후 발생한 열을 뽑아내는 장치입니다. 증기발생기는 원자로에서 발생한 열을 증기로 바꿔주는 역할을 하게 되죠. 그러면 터빈이라는 장치가 증기를 이용해 발전기를 돌릴 수 있도록 보조해 준답니다. 마지막으로 발전기에서 전기를 생산하게 되고 송전, 변전을 거쳐 필요한 전기로 공급되지요.  

  5. 원자력발전소는 어느 정도 오래 운전할 수 있나요?

    물론입니다. 원자력발전소도 일반 산업 시설과 마찬가지로 수명이 있는데, 일반적으로 30년에서 40년 정도로 보고 있지요.

    원자력발전소의 수명은 원자력 관련 법규에 따라 여러 가지 안전성 시험을 거쳐 결정합니다. 우리나라의 경우를 예로 들자면 1978년 운전을 시작한 고리 1호기와 1983년 운전을 시작한 월성 1, 2, 3, 4호기는 설계수명이 30년으로 정해져 있고, 그 외 나머지 원자력발전소의 설계수명은 40년으로 정해져 있습니다.

    [여기서 잠깐]
    최근 미국에서는 원자력 관련 법규를 고쳐 설계수명 40년에 20년을 추가해 총 수명을 60년 정도로 연장했습니다. 일본의 경우도 설계수명 30년을 기준으로 향후 10년마다 제반 사항을 평가해 수명을 연장할 방침이라고 하네요. 우리나라도 전문연구기관에서 심의, 진단, 평가해 타당성 여부를 가린 후 계속운전을 고려할 수 있겠지요.
     

  6. 폐쇄한 원자력발전소는 어떻게 처리하나요?

    수명을 다한 원자력발전소의 해체 방식은 크게 밀폐관리, 차폐격리, 해체철거 등 3가지로 나눌 수 있어요. 어떤 방식으로 폐쇄하느냐는 원자로 형태나 각 국의 실정을 고려해 결정하게 됩니다.

    [여기서 잠깐]
    지금까지 전 세계적으로 연구용 및 실험용 원자로가 철거된 사례는 338기 정도입니다.(IAEA, `14.1월 기준) 상업용으로는 1989년 미국 쉬핑포트 원자력발전소를 비롯해 19기의 원전이 해체완료 되었어요.(`14.12월 기준) 현재 선진국에서는 원자력발전소를 안전하고 저렴하게 철거하기 위한 연구가 계속 진행되고 있답니다. 우리나라 역시 연구로 1,2호기를 해체완료한 경험이 있답니다. 

  7. 원자력발전소에서는 어떤 사고가 일어날 수 있나요?

    원자력발전소에서는 원전의 사고, 고장에 대해 등급을 정해놓고 있어요.
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    즉 사고 또는 고장 발생시 안전성에 어느 정도 영향을 줬는지 수치로 표시해 발표하는 사고, 고장 등급 분류제도를 말합니다. 이 등급은 발전소나 주변환경 영향과 안전계통의 손상 정도에 따라 0등급에서 7등급까지 모두 8단계로 나누고 있습니다.

    그렇다면 사고와 고장이 어떤 기준으로, 어떻게 나뉘는지 궁금하죠? ‘사고’는 핵연료가 심하게 손상되거나 많은 양의 방사성물질이 외부로 누출되는 경우를 말하고, ‘고장’은 적은 양의 방사성물질이 누출되거나 발전소 설비의 기능이 저하된 경우를 말합니다. 4등급 이상은 ‘사고’에, 3등급 이하는 ‘고장’에 해당되지요.

    [여기서 잠깐]

    기억하긴 싫지만 과거 대표적인 원자력발전소 사고를 떠올려 볼까요? 1979년 발생한 미국의 TMI 원전 사고와 1986년 발생한 구소련의 체르노빌 원전 사고가 원자력을 부정적으로 인식하게 하는 대표적인 사고입니다.

    드리마일 원전 사고의 피해가 물질적 손실에 그친 반면, 체르노빌 사고는 수많은 인명 피해를 동반했습니다. 체르노빌 사고의 피해가 막대했던 이유는 체르노빌 원자력발전소에 원자로 건물(격납건물)이 설치되지 않았기 때문입니다. 원자로 건물은 원자로가 파손되는 등의 사고가 났을 때 방사성물질이 외부로 유출되지 않도록 안전하게 가둬두는 역할을 합니다. 참고로 TMI 원전 사고는 5등급에, 체르노빌 사고는 7등급에 해당합니다.

    우리나라의 모든 원자력발전소는 원자로 건물이 설치돼 있으므로 설사 불의의 사고가 발생한다 하더라도 소련의 체르노빌 원자력발전소와 같은 끔찍한 결과는 초래되지 않도록 설계돼 있습니다. 

  8. 온배수를 배출하면 주변 바다가 오염되지 않나요?

    오염될 우려는 없습니다.

    온배수는 ‘원전에서 나오는 배출수’라는 이유로, 펄펄 끓는 폐수 또는 방사능에 오염된 폐수라는 오해를 갖기 쉽습니다. 온배수가 바다를 오염시키고 해양생태계에 영향을 주지 않을까 우려하는 것도 이 때문이죠.


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    하지만 온배수는 원자로나 터빈, 증기발생기 등의 물과 철저히 독립돼 있어서 방사성물질이 바다로 누출될 우려는 없습니다.

    [여기서 잠깐] 사실을 좀 더 정확하게 파악하기 위해 온배수가 무엇인지 알아볼까요? 원자력발전소에서는 터빈을 돌린 증기를 다시 물로 전환시킬 때 냉각용으로 바닷물을 사용하는데요. 사용한 후 온도가 약 7℃ 정도 높아져서 바다로 배출되므로 온배수(溫排水)라고 부릅니다. 냉각용으로 사용되는 온배수는 원자로나 터빈 등 발전 계통과 완전히 분리된 배관을 따라 흐르기 때문에 방사성물질에 오염될 수 없습니다. 원자로의 물은 터빈의 물 또는 증기와 분리돼 있고, 온배수 또한 터빈의 물과 분리돼 있지요. 즉 온배수는 바닷울이 터빈을 돌린 증기를 다시 물로 전환시키는 일을 하는 복수기 안에서 분리된 배관 내를 통과하면서 증기를 식혀주는 냉각수로만 사용된 후 다시 바다로 나가기 때문에 다른 물과 섞이거나 오염될 수 없습니다. 단지 자연해수보다 수온이 올라가기 때문에 주변 해역의 수온 분포를 변화시켜 간접적인 영향을 미칠 가능성은 있겠지요. 

  9. 핵융합도 원자력인가요?

    원자력에너지와 핵융합에너지는 똑같이 원자가 내놓는 힘을 사용하지요.

    이런 관점에서 핵융합 역시 원자력의 범위 안에 든다고 할 수 있겠지만, 에너지를 만들어내는 과정은 전혀 다르답니다.

    핵분열에 해당하는 원자력에너지는 우라늄-235 등의 무거운 원자핵이 분열하면서 발생하는 에너지를 이용하는데 반해, 핵융합에너지는 수소의 동위원소인 중수소나 삼중수소 등 가벼운 원자핵이 서로 융합해 헬륨 원자핵으로 변하면서 나오는 에너지를 이용합니다. 간단히 말해서 핵융합에너지는 합쳐져 생기는 에너지, 원자력에너지는 분열되어 생기는 에너지이지요.


    [여기서 잠깐]
    핵융합에너지는 장점이 매우 많아요. 먼저 핵융합 에너지원이 되는 중수소는 바닷물 30리터 속에 1g이나 들어 있어서 에너지 자원 고갈 염려가 없습니다. 또한 중수소 1g이 가진 에너지의 양은 우리가 현재 사용하는 원자력에너지의 양에 비해 약 4배 더 많지요.
    다만 핵분열은 상온에서도 일어나지만, 핵융합의 경우 1억℃ 이상의 온도를 유지할 수 있는 기술이 필요합니다.

    온도가 1억℃ 이상이 돼야 수소 원자핵이 겉옷 같은 전자를 버리고 자유로운 운동을 하게 되고, 이 때 중수소 원자핵과 삼중수소 원자핵이 서로 충돌하고 결합해 헬륨 원자핵을 만들면서 핵융합에너지가 만들어지기 때문입니다. 문제는 1억℃를 유지할 수 있는 물질이 아직 없다는 점이지요.

    전 세계적으로는 한국, 미국, 일본, 유럽연합, 러시아, 중국 등이 1988년 국제원자력기구(IAEA) 산하기구로 출범한 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트 하에 핵융합에너지 상용화를 위한 기술적인 실증 프로젝트를 추진하고 있습니다. 2006년부터 프랑스의 카다라쉬에 핵융합실험로(열출력 500MW)를 건설해 2015년까지 완공한다는 계획입니다. 

  10. 우리나라도 국제원자력기구(IAEA)의 핵사찰을 받나요?

    그렇습니다.

    원자력의 평화적 이용을 위한 연구와 국제적인 공동 관리를 위해 설립된 국제원자력기구(IAEA)에서는 핵물질인 우라늄을 사용하는 원자력발전소에 대해 핵물질의 변동에 관한 보고서 제출을 요구하고 있으며, 시설물에 대한 봉인을 하거나 감시카메라를 설치해 핵물질이 비평화적인 목적으로 사용되는지 감시하고 있습니다.

    [여기서 잠깐]
    한편 1970년에 발효된 핵확산금지조약(NPT)에 기초해 핵무기 비보유국은 국제원자력기구(IAEA)와 평화적 핵이용 활동을 위한 안전협정을 체결해야 하며, 국제원자력기구는 핵무기 비보유국이 핵연료를 군사적으로 전용하는 것을 방지하기 위해 핵무기 비보유국의 핵물질 관리 실태를 점검하고 현지에서 직접 사찰할 수 있습니다.
     

  11. 플루토늄도 원자력발전소에서 연료로 사용할 수 있나요?

    플사용후핵연료 재처리 작업을 거친 후 혼합산화물(MOX) 연료로 전환시키면 경수로에서 사용하거나 고속증식로라는 원자로의 연료가 되는 등 상업용 원자력발전소 연료로 이용할 수 있습니다.

    일반적으로 원자력발전소에서는 우라늄-235를 2~5%로 농축한 연료를 사용해 발전을 하지요. 나머지 연료는 우라늄-238로 구성돼 있습니다. 원자로를 가동하게 되면 이 우라늄-238이 중성자를 받아 플루토늄-239로 변환돼 일부 발전에 기여합니다.
    일정한 시간 동안 발전한 후 타고 남은 연료를 ‘사용하고 남은 연료’라는 의미에서 ‘사용후핵연료’라고 부릅니다. 사용후핵연료 속에는 타다 남은 우라늄-235와 우라늄-238에서 변환된 플루토늄-239가 있는데, 이 플루토늄을 추출하는 과정을 ‘재처리’라고 합니다.

    재처리한 플루토늄은 우라늄-235와 함께 혼합산화물(MOX) 연료로 가공해 경수로에서 사용하기도 하고, 고속증식로라는 원자로의 연료로 사용하기도 하지요. 현재 우리나라는 국가 정책상 재처리 플루토늄을 추출하지 않습니다.
    실제로 일본, 프랑스, 독일, 인도, 스웨덴, 스위스, 벨기에 등 60기 이상의 원자력발전소에서 핵연료로 사용하고 있지요.

    플루토늄은 원자로 안에서 우라늄-238이 중성자를 받아 플루토늄-239로 바뀌어 발전에 기여하다가 사용후핵연료로 남게 됩니다. 사용후핵연료를 재처리한 후 농축시켜 핵무기에 이용하는 대표적인 핵물질 중 하나입니다.

    [여기서 잠깐]
    플루토늄은 자연에 존재하는 물질이 아니라, 원자로 속에서 우라늄이 중성자를 흡수해 생성됩니다. 플루토늄에는 몇몇 동위원소가 있는데, 그 중 플루토늄-239는 중성자를 흡수해 핵분열을 하는 성질을 갖고 있습니다.

    1940년 말 미국 캘리포니아대의 시보그는 원자번호 94번인 플루토늄(Pu)을 발견하고, 1941년 3월 아주 적은 양이지만 플루토늄을 생산하는데 성공했습니다. 이 원소는 태양계의 행성인 명왕성(Pluto)의 이름을 따서 플루토늄이라고 명명됐지요. 이것은 92번 원소인 우라늄과 93번 원소인 넵투늄이 각각 천왕성(Uranus), 해왕성(Neptune)의 이름을 땄기 때문에, 이들에 계속된다는 것을 뜻합니다.

    플루토튬의 발견을 계기로 원자폭탄 제조 계획인 ‘맨해튼 계획’이 급속히 추진됐고, 이 과정에서 그는 플루토늄의 생산을 담당했습니다. 한편 2000년 9월 미국과 러시아는 핵 군축에 따른 잉여 플루토늄을 25년 간 34톤씩 혼합산화물 연료로 가공해 원자력발전소에 장전하기로 했습니다. 이를 천연우라늄으로 환산하면 7,000~8,000톤이라고 하니, 실로 엄청난 양이지요? 

  12. 발전소에서 핵연료는 언제, 어떻게 교체하나요?

    원자로형의 종류에 따라 핵연료 교체 주기와 교체 방식이 다릅니다.

    우리나라 원자력발전소에 많은 경수로의 경우, 12개월에서 18개월을 주기로 원자로가 정지한 상태에서 연료의 1/4~1/3씩 교체합니다. 반면 중수로는 연료 하나의 수명이 12개월 정도이며, 경수로와 달리 운전을 정지하지 않은 가동 상태에서 일부 연료를 매일 교체할 수 있어요.

    [여기서 잠깐]
    경수로의 핵연료는 농축한 우라늄이며, 새 연료가 원자로에 들어가면 약 3주기 동안 연소하게 됩니다. 여기서 한 주기는 핵연료가 원자로에 들어간 후 핵분열을 통해 에너지를 발생시키는 기간을 말하지요. 경수로의 한 주기가 되면 원자로를 정지하고 연료를 교체하며, 이 때 터빈, 증기발생기, 발전기, 각종 밸브와 펌프 등 각종 구성 기기들을 정비한답니다. 핵연료 교체를 끝내고 기기 정비가 마무리되면 다시 발전소가 가동돼, 다음 주기 동안 전기를 생산하지요.  

  13. 저준위 방사성폐기물은 300년 동안 관리해야 한다는데 가능한 일인가요?

    그렇습니다.

    방사성물질에서 나오는 방사선은 시간이 지나면 자연적으로 방사선의 세기가 약해져 결국 언젠가는 방사선이 나오지 않는 상태가 됩니다. 그 때까지 철저한 관리가 필수적이지요. 중저준위 방사성폐기물의 경우 200~300년이 지나면 더 이상 방사선이 나오지 않게 된다고 알려져 있습니다.

    관리 기간은 포함돼 있는 방사성물질에 따라 제각각입니다. 관리기간을 최대 300년으로 잡고 있는 것은 인공방사성물질인 스트론튬-90이나 세슘-137과 같이 방사선의 세기가 줄어드는 데 많은 시간이 걸리는 물질이 포함돼 있기 때문이지요. 이 기간 동안 방사선을 완벽히 차단해 환경에 피해가 가지 않도록 하는 것이 방사성폐기물 처분장의 역할입니다.


    [여기서 잠깐]
    방사성폐기물 처분장은 방사성물질이 밖으로 새어나오지 않도록 여러 겹의 차단벽을 설치하는데, 특히 지하수를 차단하는 기능에 역점을 둡니다.  

  14. 방사성폐기물에도 종류가 있나요?

    그렇습니다.
    방사성폐기물은 포함돼 있는 방사성물질의 종류나 세기에 따라 중저준위 방사성폐기물과 고준위 방사성폐기물로 나눌 수 있습니다.

    중저준위 방사성폐기물은 원자력발전소에서 나온 폐기물이나 방사성동위원소를 이용하는 산업체, 병원, 연구기관 등에서 나온 폐기물로, 방사능의 정도가 낮을 것을 말합니다. 원자력발전소의 폐기물을 예로 든다면 운전원이나 보수요원이 사용했던 장갑, 덧신, 가운, 걸레, 각종 교체 부품 등이 있겠지요.

    한편 고준위 방사성폐기물은 사용후핵연료를 재처리하는 과정에서 발생하는 폐기물이나 사용후핵연료 자체를 말합니다.  

  15. 방사성폐기물과 일반폐기물이 어떻게 다른가요?

    보통 일반폐기물은 소각 처리하거나 매립하지만, 방사성폐기물에는 방사성물질이 존재하기 때문에 특별한 관리 하에 매립해야 합니다.

    가정에서 생활 쓰레기가 나오고, 산업체에서 산업폐기물이 나오듯이, 원자력발전소에서 나오는 쓰레기를 방사성폐기물이라고 하지요. 같은 쓰레기이지만 일반폐기물과 방사성폐기물에는 큰 차이가 있습니다. 일반폐기물은 그냥 처분하면 되지만, 방사성폐기물에서 나오는 방사성물질은 방사선을 계속 발산하기 때문에 특별한 관리가 필요하지요.

    방사성물질은 시간이 지남에 따라 점점 그 세기가 약해져서 결국 방사선이 거의 나오지 않는 보통 물질로 바뀌게 됩니다. 따라서 방사성폐기물을 매립 처분할 경우 방사선이 사람이나 자연에 전혀 영향을 끼치지 않을 정도로 없어질 때까지 관리해야 합니다.


    [여기서 잠깐]
    원자력발전소에는 각종 방사성폐기물을 안전하게 관리하기 위해 최신 기계와 설비를 갖춘 방사성폐기물 건물이 설치돼 있습니다. 이 건물에는 크게 세 가지의 방사성폐기물 처리 장치가 있는데, 그것은 방사성폐기물의 형태에 따라 기체, 액체, 고체로 나눠 처리하기 위한 것입니다.