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장순흥 KAIST 교수, 빌 게이츠와 '4세대 원전 액체금속로' 설계 협력

빌 게이츠 새 회사 테라파워! 한국 손잡나?

지진-쓰나미에도한국 원전문제없다!...[피동냉각]-[액체금속로]를 아십니까?  


2011년 이른 봄 동일본 대지진이 초래한 후쿠시마 원전사고는 일본 전역을 공포로 몰아넣었다. 동북아 지역 국가 모두를 불안에 떨게 만든 후쿠시마 원전은 사고 발생 2년이 가까워 오는 현재까지도 복구 작업이 진행 중이다.



이 과정에서 일본은 자존심을 버리고 원자력 안전에 관한 세계 최고의 해외 전문가 5명을 초빙했다. 일본이 후쿠시마 원전 문제 해결을 위해 자국 사람이 아닌 해외전문가들에게 도움을 청했다는 것은 그 자체로도 이슈였다. 당시 일본이 초빙한 5명의 해외 전문가 중에는 한국인 과학자도 한명 포함됐다.


그가 바로 장순흥 KAIST 교수다. 미국의 빌 게이츠가 한국인 중 가장 만나고 싶어 했던 장 교수는 국내보다 해외에서 더  존재감을 인정받는 학자다. 빌 게이츠와 원전선진국이라고 자부하던 일본정부가 장 교수에게 러브콜을 보낸 이유는 간단하다. 그는 원자력 및 에너지 분야에 있어 세계 최고의 석학 중 한 사람이다. 후쿠시마 원전사고 조사위원회 국제자문위원인 장 교수는 국제원자력기구(IAEA)와 경제협력개발기구(OECD)에도 원자력 안전에 관한 자문을 해주고 있다. 국내에서도 원자력안전기술원 이사회 의장과 신형원자로 연구센터 소장을 맡아 원자력의 현재와 미래를 책임지고 있다. 그런 그가 요즘 고민에 쌓여 있다.

검증 안 된 부품 사용과 일부 장치 고장 등 원전 안전에 잇따라 이상이 발생하고 있기 때문이다.
원자력 안전 분야의 세계적 석학이 있는 국가에서 일어나선 안 될 일들이 거듭 발생하는 모순이 벌어지고 있는 것이다. 그는 기자와 만난 자리에서 가장 먼저 ‘원전에 대한 국민들의 불신’을 걱정했다.




“원자력에 대한 국민들의 기본적인 생각은 ‘필요하지만 안전하지 않다’는 것이다”


“원전 정책의 키워드는 '원자력 안전에 대한 국민들의 불안감 해소'다”


#1. 영광과 월성 원전이 잇따라 가동 중단을 반복하고 있다. 언론은 핵심부품에서 균열이 발생하는 등 원전 안전에 심각한 문제가 있다는 보도를 내보내고 있다. 정말 안심해도 되나?


"우리의 숙제는 원전의 안전성 확보다. 확보된 안전을 국민이 충분히 받아들일 수 있도록 잘 이해시키는 것은 또 다른 숙제다. 사람들이 원자력 발전하면 떠올리는 생각은 ‘정말 안전한가?하는 것이다. 여기서 원자력에 대해 갖고 있는 막연한 불신의 이유가 소통의 부재에 있다는 것을 알 수 있다. 원자력 발전을 하면서 추구하고 있는 안전수준이 구체적으로 어느 정도인지를 아는 국민은 거의 없는 것 같다.


사람이 사고나 각종 재해로 사망할 확률은 통계적으로 5×10의 마이너스 4승’ 즉 50,000분의 1이다. 우리가 원전의 안전성 기준으로 삼고 있는 확률을 수식으로 표현한다면5×10의 마이너스 7승’ 즉 50,000,000분의 1이다. 다시 말하면 원전사고로 인근 20km 이내 주민이 사망할 확률사고나 재해로 사망할 확률1천분의 1에 불과할 만큼 낮다는 뜻이다. 미국의 경제주간지 이코노미스트가 전미안전위원회(NSC)의 통계를 인용해 보도한 바에 따르면, 미국에서 자동차 사고로 죽을 확률 247분의 1, 비행기를 타거나 우주여행을 하다 사망할 확률 5,643분의 1, 번개에 맞아 죽을 확률 81,949분의 1이었다.


단언하지만 원전 사고로 주민들이 사망할 염려는 없다. 우리의 원전은 이런 안전성을 충분히 구현하고 있다. 


#2. 그럼에도 불구하고 원전에 대한 국민들의 불안감은 여전히 줄어들지 않고 있다.


국민들이 원전에 대해 갖고 있는 관념적인 위험성 때문이다. 화력과 수력, 원자력 가운데 가장 안전한 것이 원자력발전인데도 사람들은 수력이 가장 안전하고 원자력은 위험하다는 인식을 갖고 있다. 국민들 사이에 널리 퍼진 원전에 대학 막연한 불안감을 객관적인 사실에 맞게 낮추는 것이 정부의 과제라고 본다.


나아가 원전의 안전 확보를 위해 필수적인 ‘원전운전 절차서’를 철저히 준수하고, 원전 종사자들의 위기관리 능력을 높이는 것도 매우 중요한 현안이다.



#3. 원전 인근 주민들이나 일부 시민단체는 사고가 발생하지 않아도 원전 자체가 암 발생률을 높일 수 있다는 주장을 한다.


원전 사고가 직접원인이 돼 사망할 확률은 이미 말씀드렸다. 일부 원전 인근 주민들께서는 원전이 백혈병과 같은 암을 유발한다는 말씀을 하시는데 이것이 국민들의 불안감을 키우는 하나의 원인이 되는 것 같다. 그러나 현재까지 세계 각국이 조사한 결과를 보면 이런 불안감은 기우라는 것을 알 수 있다. 심지어 사상 최악의 원전사고인 구 소련의 체르노빌 사건에서도 암 발생률은 사고 전과 다름이 없었다다만 갑상선 암만이 소폭 증가했다.


원전의 안전성 확보는 무엇보다 중요하지만 필요 이상의 과도한 불안은 결코 도움이 되지 않는다.


 

 

#4. 그렇다면 국민들이 불안해하지 않도록 이 기회에 우리나라의 원전 안전 대책을 구체적으로 설명해 달라.


우리가 추구하는 것은 ‘절대적 안전’이다. 후쿠시마 원전사고와 같이 쓰나미나 지진 등 자연재해는 물론이고 운전원의 조작실수로 인한 경우까지 고려한 ‘심층 방어’, ‘제로 리스크’가 목표다.


현재 우리나라의 모든 원전은 [사람이 조작을 실수하는 경우], 전기가 아닌 중력의 차이를 이용해 자동으로 원전가동을 멈추는 [피동 운전] 기술을 적용하고 있다. 나아가 후쿠시마 사고와 같이 [지진이나 쓰나미로 소외, 소내 전력이 모두 나간 정전상황]에서도 원자로 냉각이 아무 문제없이 이뤄지도록 하는 [피동냉각] 기술도 상당부분 실용화하고 있다. 따라서 일본처럼 지진이나 쓰나미로 발전소에 전기가 공급되지 않는 상황이 벌어져도 후쿠시마에서와 같은 원전사고가 발생할 가능성은 거의 없다. 원자력 개발은 다른 나라보다 늦었지만 원전 안전에 있어서만큼은 어떤 선진국보다도 앞서 있다고 자부한다. 


#5. 원전에 대한 국민들의 불안감을 덜어주는 데 가장 중요한 것이 기술적 측면에서는 [피동냉각]인 것 같다. 용어 자체가 낯선데 이 기술을 좀 더 자세히 설명해 달라.


원전 안전은 원자로 내부의 잔열 제거가 핵심이라 할 수 있다. 특성상 원자로는 운전이 정지된 후에도 방사성 물질이 계속 붕괴하면서 '잔열'이 발생한다. '잔열'을 안전하게 제거하는 것이 무엇보다 중요하다. 일본의 후쿠시마 원전이 문제된 것은 지진으로 발전소와 외부를 잇는 '소외전력'이 차단된 뒤  쓰나미가 밀려오면서 비상전원시스템마저 끊긴 ‘소내 정전’ 때문이었다. 앞서 말한 것처럼 원자로 내부에서 계속 발생하는 '잔열'을 없애기 위해서는 냉각이 계속 이뤄졌어야 하는데 전기가 모두 끊기면서 원자로 내부의 '잔열'을 제거 할 수 없게 된 것이다.


결국 '소외-소내 전력'을 완전히 쓰지 못하는 상황이 발생하더라도 원자로 내부 '잔열'을 제거할 수 있는 [피동냉각] 기술이 가장 중요하다. 우리나라의 모든 원전 [중력차] [자연순환] 방식을 이용한 [피동냉각] 기술을 상당부분 구현하고 있다.


현재 신형원자로 연구센터에서는 이런 [피동성]더욱 강화하는데 초점을 맞춰 연구를 진행하고 있다.



#6. 말씀을 정리한다면 전기가 완전히 끊기는 최악의 상황에서도 전기가 아닌 [중력의 차이] [자연순환]으로 원자로를 냉각할 수 있다는 것인데, 그 원리를 설명해 달라


원자로의 노심은 정지된 후에도 계속해서 열을 내기 때문에, 그 열을 식혀주어야 한다. [피동냉각]을 알기 쉽게 설명한다면 이렇다. 물은 공기보다 무겁기 때문에 아래로 흐르게 되어 있다. 따라서 원자로를 냉각하는 배관 속의 물은 [중력의 차이]에 따라 낮은 위치에 있는 원자로 노심으로 흘러내려가고, 노심의 뜨거운 열을 받은 물은 증기로 기화된다.


이렇게 기화된 증기는 공기보다 가볍기 때문에, 배관을 통해 위로 올라간다. 배관 상부로 올라온 증기는 차가운 냉각수를 만나 물로 응축되고, [중력의 차이]에 따라 다시 원자로 아래로 내려가 노심의 열을 식힌다. 이 과정을 요약하면 이런 식이 된다.


①중력차에 따른 냉각용수 노심 순환→ ②냉각용수 증기로 기화돼 상승→ ③원자로 상부의 냉각수와 만나 물로 응축→④중력차에 따라 다시 원자로 노심 냉각


이런 [자연순환의 원리]를 이용해 [전기가 없이도 노심의 '잔열'을 제거]할 수 있다. 참고로 [피동냉각]의 반대말은 [능동냉각]으로, 전기로 펌프를 돌리고, 그 힘으로 냉각수를 원자로에 강제로 주입해 열을 식히는 것이다.



#7. 일본 후쿠시마 원전은 격납용기 내부의 방사성 물질이 외부로 유출되는 중대사고로 이어졌다. 우리의 경우 방사성 물질이 격납용기 밖으로 나오는 최악의 상황을 걱정하지 않아도 된다는 뜻인가?


어떤 경우에도 방사성 물질이 격납용기 밖으로 유출되지 않도록 막는 기술은 지금도 거의 구현하고 있다. 나아가 한 차원 앞선 피동냉각 기술을 적용해 노심 용융과 같은 중대사고로 상황이 악화되는 것을 미연에 방지하고 있다. 우리 원전은 후쿠시마와 달리 비상용발전기가 고지대에 위치하고 있어, 쓰나미가 덮친다고 해도 침수로 소내전원이 차단될 위험이 현저히 낮다.


이제 원자력 안전 기술은 인명피해 방지를 넘어서 원전 사고로 인한 환경오염 발생위험을 차단하는 데까지 와 있다. 한 마디로 원전 사고로 사망자가 발생하는 일은 걱정 하지 않아도 된다.




 #8. 원자력 안전 못지않게 관심을 끄는 것이 [액체금속로]. 이것이 본격적인 상용운전에 들어가면 에너지 고갈이나 고준위 폐기물 문제를 크게 줄일 수 있다는 말이 있다.


원자로의 냉각제로 고압의 물이 아닌 금속(액체나트륨)을 이용한다는 점에서 [액체금속로]라고 한다. 무엇보다 핵연료의 수명이 크게 늘어난다는 특장점이 있다. 현재 가장 많이 쓰이는 경수로는 우라늄 235를 연료로 한다. 문제는 그 매장량이 전체 우라늄의 0.7%에 불과하다는 것이다. 나머지 99.3%를 차지하는 우라늄 238은 핵연료로 쓰이지 못한 채 버려지고 있다.


액체금속로는 버려지는 우라늄 238을 핵연료로 이용할 수 있는 플루토늄 239로 변환, 증식시킨다. 우라늄 235는 한 번 태우면 그만이지만, [액체금속로]는 우라늄 238에서 나오는 중성자가 반응해 플루토늄 239를 만들어 내기 때문에 핵연료의 이용률이 최대 60배까지 올라간다.


, 다 쓴 핵연료에서 새로운 핵연료가 계속 나오는 것과 같다. 고준위 핵폐기물을 크게 줄인다는 장점도 있다. 때문에 [꿈의 원자로],[‘마법의 원자로], [4세대 원자로]라고 불린다. [액체금속로] 상용화의 가장 큰 장애물은 냉각제로 쓰이는 액체나트륨의 취급이 까다롭다는 것이다. 이것만 해결된다면 우리나라도 에너지자립국의 반열에 올라설 수 있다. 유럽공동체와 미국, 러시아, 일본 등이 개발에 뛰어들었고, 프랑스, 영국, 러시아는 원형로를 완성했다독일과 미국도 실험로를 만들어냈다.


우리나라는 한국원자력연구소가 1997년 개념설계에 착수했다. 2020~2030년이면 본격운전이 가능할 것으로 본다.



#9.
액체나트륨 취급이 어려운 이유는 무엇인가?


나트륨은 물과 접촉하면 반응을 일으켜 폭발하는 성질이 있다. 따라서 나트륨이 흐르는 관이 깨지거나 틈이 생겨 나트륨이 새어나오면 바로 공기 중의 물과 반응에 폭발이 일어날 수 있다.


핵연료를 냉각하는 나트륨은 노심의 방사능에 오염돼 있다. 결국 나트륨이 어떤 이유로든 폭발한다면 방사성 물질이 포함된 ‘핵증기’가 산지사방으로 퍼져나가는 위험한 상황을 초래하게 된다. 우리는 이미 이런 문제를 충분히 예견하고 만약에 있을 수 있는 상황을 고려한 방지책을 수립하는데 연구의 초점을 맞추고 있다. 이를 위해 우리는 노심을 식히는 나트륨과 터빈을 돌리는 증기 사이에 나트륨 폭발과 방사능 오염을 차단하는 회로를 하나 더 추가해 원자로를 개발했다. 이렇게 하면 위에서 말한 방사능 오염을 막을 수 있으며 나트륨이 공기나 물과 반응에 폭발할 위험도 현저히 줄어든다.


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