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숲과나눔은 환경, 안전, 보건 분야를 비롯해 우리 사회의 지속가능성 향상을 위해 평생을 헌신한 분들의 귀중한 경험과 지혜를, 출판을 통해 아카이빙 하는 사업인 ‘숲과나눔 그루터기 총서’를 진행하고 있다.

첫 번째 그루터기 총서는 ‘국내 원자력 발전의 안전성’에 관한 것입니다. 원자력 안전기술 전문가인 하정구 그루터기가 한국과 캐나다 현장에서 40여 년간 쌓아온 전문지식과 통찰을 총망라한 글이다.

이 책에서 저자(하정구 그루터기)는 원자력에 대한 기초지식과 원리에서부터 원자력 발전소의 안전 계통이 어떻게 구성되고 작동되는지, 원자력 발전의 안전성을 유지하기 위한 규제와 요건은 무엇인지, 원자력 발전소의 사고 예방을 위한 원칙과 운영방안은 무엇인지 등에 대해 시민들도 이해할 수 있게 해석하고 분석하였다.

장재연(재단법인 숲과나눔 이사장)
전 세계가 탄소중립과 신재생에너지를 확대하는 지금, 원자력 발전에 대한 여러 논쟁이 격화되고 있습니다. 하정구 그루터기님의 이번 저서가 원자력 발전의 안전에 대한 정확한 지식과 정보를 얻을 수 있는 좋은 지침서가 되길 바라며, 국내 원자력발전소의 안전성 확보할 수 있는 나침반이 되길 바랍니다.

1. 서문　

2. 원자력 기초 이론
2.1　원자론의 기원 및 역사
2.2　원자의 구성 및 상호작용
2.3　방사선 및 방사능물질
2.4　방사성동위원소
2.5　원자로 연료로 사용되는 핵물질
2.6　방사선은 인체에 얼마나 해로운가?
2.7　국내 원전의 방사능물질 누출 현안 및 문제점

3. 원자력발전 안전규제 기준, 요건 및 기술기준　
3.1　원전의 안전성 철학 및 원칙
3.2　3가지 주요 안전기능 및 요건
3.3　원전의 안전성 목표
3.4　주요 안전설계 개념 및 기준
3.5　원자로 주요 안전설계 기준
3.6　원자로 내진, 환경 검증
3.7　원자력규제위원회?(NRC) 규제체계
3.8　국내 규제체계
3.9　원자로 압력경계?(RCPB) 설계기준 및 요건

4. 원자력발전의 종류
4.1　원자력발전소 시스템 구성
4.2　경수로형 원전
4.3　중수로형 원전

5. 원자력발전소 시스템 구성 및 작동 원리
5.1　공정계통?(급수계통, 터빈발전기 등)
5.2　보조계통?(냉각수계통 등)
5.3　전력계통?(2차 터빈발전기)
5.4　공기조화계통?(HVAC: heat, ventilation and air-conditioning)
5.5　화재방호계통
5.6　계측 및 제어 계통
5.7　공학적안전계통
5.8　안전에 중요한 정보계통?(Digital I&C and MMIS)
5.9　단일고장기준, 고장모드, 영향평가?(FMEA)

6. 원자력사고 분류 및 안전해석
6.1　서론
6.2　원자력규제위원회?(NRC) 규제체계 변화 및 동향
6.3　결정론적안전해석
6.4　확률론적안전성분석?(PRA/PSA)

7. 중대사고의 메커니즘
7.1　중대사고 초기사고
7.2　중대사고에 대처하는 설비?(계통)
7.3　기기생존성
7.4　항공기 충돌사고
7.5　『중대사고완화지침서』 작성
7.6　후쿠시마 원전 사고 피드백

8. 원자력발전소 운전 및 운영
8.1　원자로 운전 제한 및 조건?(OLC)
8.2　원자로의 운전, 보수 및 유지관리

9. 참고문헌
10. 전문용어 해설

필자는 지금껏 오랜 세월을 원자력 분야에서 근무했다. 국내에서 17여 년, 캐나다원자력공사?(Atomic Energy of Canada Limited, AECL)에서 16여 년간 근무하고 2014년 퇴직을 했다. 이후 2017년 12월, 한 시민단체로부터 기술자문 요청을 받고 자의 반 타의 반으로 한국에 도착했다.
그 사이 월성 1호기 수명연장 사업을 검토하며, 큰 충격을 받았다. 관련 사업이 무계획적이고, 불법적으로 수행되고 있다는 점을 확인했기 때문이다. 이에 ‘국내 원전의 안전성을 이대로 내버려두면 안 되겠다.’는 생각이 저절로 마음에 아로새겨졌다. p6

2022년 1월 기준 우리나라는 원전 24기를 운영하고 있으며, 이는 세계에서 6번째로 많은 수치다. 따라서 원전의 안정성을 확실하게 확보하는 것은 그 무엇보다 중요하다 하겠다.
구체적으로 ‘사업자인 한국수력원자력?(이하 한수원)은 어떻게 원전을 운영 하는가?’, ‘규제기관인 한국원자력기술원의 규제 능력은 어느 정도의 수준인가?’, ‘현재 국내 원자력발전 시스템의 안전계통은 어떻게 이루어져 있는가?’,
‘중대사고 시 안전계통이 사고 완화 및 예방에 어떤 역할을 하는가?’ 등을 바탕으로 현재 국내 원전의 안전성을 확인해봐야 할 것이다. p 17-18

국내 원자력 기술진은 상당 부분 자체설계 능력을 확보하고 있다. 이에 반해 국내 규제체계는 매우 부실, 빈약한 상태에 놓여 있다. NRC의 규제기준, 요건 등을 참조, 사용하지 않고는 어느 하나의 원자로도 설계, 건설 및 안전 심사를 할 수 없는 상태다.
국내 원자력발전을 안전하게 운영하고, 국민의 건강과 생명을 보호하기 위해선 반드시 규제체계 개선이 이뤄져야 한다. p87

원자로는 크게 가압경수로(PWR), 비등수형원자로(BWR), 가압중수로형원자로(PHWR)로 나눌 수 있다. 이외에 구소련에서 개발한 원자로가 현재 러시아 와 동유럽을 중심으로 상업 운전 중에 있다. 우크라이나 체르노빌 원전 사고 는 구소련이 개발한 원자로?(RBMK)1에서 일어난 것이다. p103

한국에서의 주기적안전성평가?(PSR: periodic safety review)는 10년으로 규정되어 있고, 이에 따라 수명연장 사업은 그 운전 기간이 10년으로 제한되어 있다. 하지만 사업자인 한수원은 이와 같이 추가 운전 기간이 짧은 것을 고려하여 국제적인 기준, 요건 등을 무시한 채 사업을 무리하게 졸속으로 수행한 것으로 판단된다. 주요 안전관련 설비 역시 교체하지 않은 것으로 보인다. 원전에서 가장 중요한 일은 안전한 운전이다. 사고 완화 및 예방 등의 준비 역시 완벽해야 한다. p135

원자로에서 핵분열에 의해 발생한 열은 일정 수준으로 관리되고 유지되어야 한다. 경수로형 원자로의 경우, 1차 냉각수계통의 설계온도는 대략 350℃ 내외(APR1400 DC의 경우 343.3°C), 압력은 152-153kg/cm²?(APR1400 DC의 경우 175.8 kg/cm²) 정도다. 이런 수준의 온도 및 압력을 유지하기 위해선 노심의 핵분열로부터 나오는 1차 냉각수의 열을 지속적으로 제거해줘야 한다. 노심으로부터 냉각수로 열이 전달되는 현상을 전도?(conduction)라고 한다. 이 열을 제거하기 위한 최종 열제거원(UHS)으로는 호수, 강물 또는 해수가 활용된다. 국내의 경우, 해수를 이용한다. p149

원자력발전소 화재방호프로그램(fire protection program)의 주목적은 화재의 가능성을 낮추고, 화재가 일어나도 그 영향을 최소화하는 것이다. 따라서 화재방호시스템은 안전관련계통으로 분류되며, 다중화, 독립성, 격리성의 요건을 갖춰야 한다. 화재방호시스템은 또한 방사능물질 외부 누출을 방지할 수 있는 심층방어?(defense-in-depth)개념을 바탕으로 설계되어 있다. 큰 화재 발생 시 발전소를 안전하게 정지시킬 수 있는 능력도 중요한 요건이다. p.168

원전 사고는 발생 위치, 원인을 기준으로 크게 ‘내부사고’ 및 ‘외부사고’로 나뉜다. 내부사고는 원자로시스템이 정상적으로 작동, 기능하지 않아 발생하는 사고다. 1차 계통사고로는 냉각재상실사고(?LOCA), 2차 계통사고로는 주증기배관파단사고(MSLB), 급수계통파단사고(Loss?of?FW) 등이 있다. 외부사고는 외부 원인인 지진, 태풍, 화재 및 홍수로 인해 발생하는 사고다. p195

안전해석에서는 이렇게 많은 사고 중 거동이 유사한 사고들을 그룹화하여 분류?(classification)하고, 과거 운전경험 및 확률론적 안전성 분석을 통해 발생빈도 등을 계산해 범주화(categorization)한다. 이를 바탕으로 정성적, 정량적 으로 분석해야 할 초기사고(initiating?event)를 도출해 확정하는 것이다. 이렇게 도출된 최종 안전분석대상 사고 수는 발전소 종류에 따라 다르다. 대략적으로는 30여 개에 이른다. p196

하지만 필자가 원안위 전문위원 및 원안위원으로서 검토 및 판단하건대, 이러한 조치에는 크게 부족한 점이 있다. 국내 전 원전에 대해서 앞서 나온 6가지 후속조치 사항에 대해 체계적이고 조직적으로 대책을 세우지 못하고 이행하지 못하고 있다는 뜻이다. 또한, 6.2 NRC 규제체계 변화 및 동향에서 설명한 바와 같이 NRC가 요구하고 있는 6개의 주제에 대해서 안전성 향상 현안들이 올바르게 분석, 평가되고 설계에 반영되어 있는지 확인이 필요하다. p245

원자력발전소 운전에는 훈련된 운전원과 숙련된 유지보수 기술 인력이 필수적이고, 매우 중요하다. 사고가 발생하면 주제어실의 운전원은 당황할 수 밖에 없다. 그럼에도 불구하고 운전원은 빠르게 사고의 원인을 분석해 대처법을 강구해야 한다. 자동 운전정지가 이뤄지지 않은 경우, 어떻게 안전하게 운 전정지를 시킬지, 어떤 방식으로 사고 완화를 해야 할지를 운전원이 결정해야 하는 것이다. p249