냉각재 상실사고

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냉각재 누출사고(loss-of-coolant accident, LOCA)는 원자로에서 발생하는 사고중 하나로, 노심에 냉각수가 부족해서 일어나는 사고로, 효과적으로 대응하지 못하면 노심 내부의 열이 급격히 상승하여 최악의 경우 노심 용융 사고가 발생할 수 있다. 대부분의 발전소에서는 LOCA때 효율적으로 대비할 수 있게 비상노심냉각장치(ECCS)를 갖추고 있다.

원자로는 내부에서 열을 발생시켜, 냉각재를 이용하여 열을 배출시키고 그 열을 이용하여 발전을 한다. 만약 냉각재가 부족하거나, 아예 없어져 버리면 SCRAM(원자로 비상 정지)이 발동되어, 연쇄반응을 중단시킨다. 그러나 연료의 방사능 붕괴열로 인해, 일정량의 열이 원자로에 남게 된다. 이때 ECCS가 설계대로 작동되지 않는다면 열은 다음과 같이 원자로에 큰 손상을 입히게 된다.

  • 물이 LOCA때 존재하면, 물은 강력한 압력으로 냉각체제의 파이프를 폭발시킬수 있다. 이를 대비하여 원자력 발전소에서는 압력을 빼내는 압력밸브와, 여분의 냉각수를 더 공급할 수 있는 체제를 갖추고 있다.
  • 흑연과 공기가 LOCA때 만나면 흑연에서 불이 붙고, 방사능 오염을 뿌린다. 이런 상황은 흑연을 냉각재로 쓰는 개량형 가스냉각 원자로, RBMK, 마그녹스, 그리고 여러 무기제조용 플루토늄 생산 원자로에서 일어날수 있다.
  • 연료와 원자로가 내부에서 계속 열을 받아 녹을 시 문제가 더 커질 수 있는데, 이 용융물은 열을 계속해서 생성하여, 원자로 바닥으로 내려갈 수 있다. 이런 현상을 가리켜 노심용융(Nuclear Meltdown)이라 하며, 발생시 혹독한 결과를 초래한다. 이걸 지칭하는 말 중 하나가 "차이나 신드롬"(China Syndrome, 미국의 원자력발전소에서 노심용융사고가 일어나면, 그 녹은 방사성물질이 지각밑을 타고 반대편 중국으로 갈 수 있다는 생각)이라는 극단적인 생각이다. 그러나, 현재 여러 사례와 실험을 바탕으로 볼 때, 용융물이 바닥을 녹이기 전에 용융물들의 열생산이 방해를 받게 된다. 예를 들어 체르노빌 사고때 원자로 노심이 녹아, 노심 잔류물이 기반에서 발견되었는데, 발견된 노심 잔류물은 넓게 퍼져 연쇄반응을 더이상 할 수 없게 되었었다(그러나, 여전히 방사능 수치는 위험한 수치였다).
  • 몇몇 원자로는 설계에서부터 수동적 안전장치(Passive Safety)를 적용해 노심용융에서 일어나는 극단적 상황을 예방했다. 페블베드 원자로의 경우엔 연료를 피복으로 둘러싸, 연료가 극단적인 열에 보호받도록 되어 있다. 다른 예로는 CANDU에서 찾을 수 있는데, CANDU에선 2개의 비교적 차가운 물질들(첫 번째로는 중성자 감속재인 중수, 두 번째는 경수로 가득찬 경수차폐 탱크)로 인해서 열은 쉽게 사그라진다.

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