4월 4일 일본 후쿠시마 원전폭발 사고 현지 상황 종합

■ ‘임계상태’란?

원자력발전은 핵연료로부터 나오는 열로 물을 끓여 증기를 만들고, 증기로 풍차와 같은 터빈을 돌려서 발전소를 움직인다. 증기로 발전하는 것은 화력발전과 같으나, 핵연료를 사용할지, 석탄이나 천연가스, 석유를 사용하는지에 차이가 있다. 보통 원자력발전은 핵연료에 3% 정도 함유되어 있는 우라늄 235의 원자가 핵분열을 일으킬 때 방출하는 큰 열을 사용한다. 1그램의 우라늄 235가 내는 에너지는, 석탄이라면 3톤, 석유라면 2천 리터에 필적하는 팽대한 것이다. 핵분열은 원자의 중심에 있는 원자핵이 분열하는 것이다. 원자핵은 중성자와 양자라는 2종류의 입자로 구성되어 있다.

우라늄 235에 외부로부터 온 중성자가 충돌하면, 작은 원자핵으로 나눠져 새로운 중성자와 열에너지를 내보낸다. 뛰쳐나온 중성자는 또 가까운 우라늄 235의 원자핵에 충돌해, 핵분열이 차례차례로 일어나 큰 열에너지를 만들어 낸다. 핵분열을 반복하고, 열을 계속 내기 시작하는 상태를 ‘임계상태’라 한다. 발전을 하고 있을 때는 이 상태가 유지되고 있다. 핵연료는 가늘고 긴 봉의 형태이다. 핵분열의 상태는 중성자를 흡수하기 쉬운 재료로 만들어진 제어봉으로 조정한다.

■ 원자로에서 물을 끓여서 발전

핵분열 시켜서 물을 끓이는 거대 장치가 원자로이다. 도쿄전력 등이 채용하는 비등수형의 원자로에서는, 증기를 관을 통과시켜 옆에 있는 건물로 옮겨 터빈을 돌려서 발전하고 있다. 발전 후 증기는 복수기라는 장치에서 해수를 사용해 식혀서 물로 되돌려, 다시 원자로로 옮기는 이 순환을 반복하고 있다. 발전에 사용하는 물은 증기를 만들기 위한 것뿐 아니라, 원자로 안에서 중성자의 속도를 떨어뜨려, 반응을 좋은 효율로 진행시키는 역할도 하고 있다. 핵분열로 나오는 중성자는 뛰쳐나오는 속도가 너무 빨라서, 그대로는 잘 다음 핵분열을 일으킬 수 없기 때문이다. “물이 없으면 중성자가 감속되지 않고, 연속적인 핵분열반응이 일어날 일은 없다.”고 교토대 원자로실험소의 우네사키 교수는 말한다. 즉 원자로가 물 없이 빈 상태라면 연속된 핵분열은 우선 일어나지 않는다.

핵분열로부터 나오는 열은 핵분열에 의한 것만은 아니다. 우라늄 235가 핵분열하면, 다양한 원자핵으로 쪼개져, 100종류 정도의 핵분열생성물이라 불리는 물질이 만들어진다. 대다수가 불안정한 방사성물질이다. 안정적인 상태가 될 때까지, 베타선 등의 방사선을 내보내면서 ‘붕괴’를 반복하고, 열을 계속 내보낸다. 그 열은 핵분열을 멈춘 직후에 임계상태일 때의 수 %이다. 핵분열생성물을 많이 포함한 사용후 핵연료는, 평상시보다도 수조에 넣어서 수년간, 물로 계속 식힐 필요가 있다. 붕괴하는 속도는 생성물에 따라 다르고, 양이 절반이 될 때까지의 시간을 나타내는 ‘반감기’는 1초 이하부터 1천만년 이상까지 다양하다. 원전사고로 요오드 131(반감기 8일)과 세슘 137(30년)의 검출이 눈에 띈다.

도쿄공업대의 스즈키 준교수(방사화학)는 “반감기가 짧아지면 곧 붕괴해서 없어지고, 너무 길면 검출하기 어렵다. 요오드 131과 세슘 137은 검출되기 쉬운 반감기이고 양도 많다.”고 설명한다. 이 2종은 인체에 들어가기 쉽고, 건강피해도 우려된다.

■ 냉각수, 순환시킬 수 없다

원전에서는 방사성물질을 제대로 밀폐할 필요가 있다. 핵연료를 덮는 관, 두께 16센티미터 정도인 강철제의 압력용기, 두께 3센티미터 정도의 강철제 격납용기, 약 2미터 두께의 콘크리트벽 등이 다중 벽으로 여겨져 왔다. 후쿠시마 제1 원전에서는 제어봉을 사용해서 원자로를 긴급 정지시켜서, 핵분열을 반복하는 임계상태는 멈춰졌다. 그러나 연료봉 안에서는 핵분열 생성물의 붕괴가 계속되어 열을 계속 내보내고 있다. 이것을 멈추는 방법은 없고, 식히는 물을 순환시켜야 한다. 그러나 이 때문에 펌프 등이 쓰나미로 움직일 수 없게 되었다. 원자로나 사용후 연료수조에 있는 핵연료를 식힐 수 없어, 방사성물질의 방출이 계속되는 중대한 국면이 이어지고 있다.

식품위생법에는 방사성물질에 대한 기준이 없었다. 원전사고 후에 후생성이 원자력안전위원회의 지표를 근거로 각 식품마다 잠정기준을 설정했다. 이날 심의회에서 내각부의 식품안전위원회로부터 잠정기준의 산출근거가 되는 수치를 ‘안전’하다고 평가된 것을 보고하고, 이론은 없었다. 또 정부의 원자력재해대책본부가 당분간, 잠정기준을 유지하는 것이 적당하다는 견해를 1일에 제시했던 것이 밝혀졌다.

정식적인 기준은 방사성물질의 발암성이나 태아에 미치는 영향 등에 대해서 식품안전위원회의 평가가 나온 시점에서, 후생성이 정리할 방침이다. 잠정기준을 둘러싸고는 채소 등의 출하정지가 지시된 후쿠시마현이나 이바라키현 등에서 ‘너무 엄격하다’고 재검토를 요구하고 있었다.

오염수의 유출은 4일 오전에도 계속되어, 3일에 투입한 고분자 흡수제 등의 효과가 나타나지 않은 것으로 보인다. 도쿄전력은 4일 오전, 상류에 유백색의 착색용 분말을 투입하고, 유출원의 특정을 서두르고 있다.

오염수는 전원용 터널인 수갱 부근의 안벽 균열로부터 유출되고 있다. 도쿄전력은 3일, 이 상류부에서 지표로부터, 터널 천장부분을 부셔 구멍을 뚫고, 물을 빨아들이면 팽창하는 고분자 흡수제(폴리머), 톱밥 등을 투입해서 경로를 막는 조치를 취했으나, 그 후에도 수량은 거의 줄지 않고 있다.

또, 에다노 관방장관은 기준에 따라 치바현 지사에 대해서, 현 내의 일부 시, 정 생산 채소에 대해서 당분간, 출하를 제한하도록 지시했다고 발표했다. 새롭게 대상이 되는 것은 치바현 가토리시와 다고정에서 생산한 시금치, 지바현 아시히시산 시금치, 청경채, 쑥갓, 상추, 셀러리, 파슬리이다. 3월 25일~31일에 국가의 잠정기준치를 하회하는 방사성물질이 검출되었다고 한다.

까나리는 1일에 선인망으로 포획되었다. 1킬로그램 당 447 베크렐의 방사성 세슘도 검출되었고, 어류의 잠정규제치인 500 베크렐에 가까운 수치이다. 히라가타 어협은 1일까지 히타치 앞바다 등에서 채취 어개류 5품목에 대해서, 민간의 검사기관에서 방사성물질을 검사했다. 가자미나 넙치 등 이외에 어개류로 부터 검출된 방사성 요오드는 최대 35 베크렐로 미량이었다.

이바라키현 앞바다에서의 까나리 어업은 지진으로 이뤄지지 않고 있고, 이바라키현산 까나리가 시장에 출하되지는 않고 있다고 한다. 후생노동성에 의하면, 어류에 관한 방사성 요오드의 규제치는, 해수에서 확산하는 점이나 단기간에 방사선이 반감하는 등으로 인해, 위험성이 낮다고 해서 정하지는 않았다.