일본 대지진의 여파로 12일 후쿠시마(福島) 제1원전 1호기에서 폭발과 함께 외부 건물이 붕괴된데 이어 14일 3호기도 폭발해, 실종자와 부상자가 속출하고 있다.

3호기의 폭발은 1호기의 경우와 마찬가지로 핵연료봉 피복제인 지르코늄과 냉각수가 반응하면서 발생한 수소(H)가 원인이 된 것으로 추정된다. 하지만 원자로를 싸고 있는 격납용기가 파손됐을 가능성은 매우 낮다.

후쿠시마 원전 3호기와 관련, 국내 일부 환경단체는 “1호기의 원료가 우라늄인 반면 3호기는 플루토늄이 섞인 핵연료(MOX)를 사용하고 있으며, 이 연료는 녹는점이 낮기때문에 위험성이 1호기와 비교할 수 없을 정도”라고 경고했다.

물론 방사성 물질 누출 사고의 위험은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 그러나 전문가들은 플루토늄 연료가 우라늄 연료보다 녹는 점이 약간 낮을 뿐, 핵분열로 생성되는 방사성 물질을 비롯해 원전의 위험성에 근본적 차이가 있는 것은아니라고 설명한다.

다만, 3호기가 1호기보다 규모가 큰 만큼, 폭발로 인해 외부에 노출되는 방사성 가스의 양이 더 많을 가능성은 있다.

▶플루토늄 혼합 연료봉이란?

지난해 9월부터 후쿠시마 3호기가 사용하고 있다는 MOX는 쉽게 말해 산화 우라늄 분말과 산화 플루토늄 분말을 섞어 프레스로 형태를 만들고 고온에서 구워낸 도기(세라믹) 형태의 핵연료심(펠릿)을 말한다. 이를 지르코늄 피복제로 둘러싸 핵연료봉을 만든다.

순수 우라늄 연료봉의 경우, 95% 이상의 우라늄-238과 5% 미만의 우라늄-235로 구성된다. 그러나 실제로 중성자로 때렸을 때 핵분열 반응이 일어나는 것은 두 동위원소 가운데 혼합 비중이 적은 우라늄-235이다.

MOX는 이 5% 미만의 우라늄-235 자리를 마찬가지로 핵분열이 가능한 플루토늄-239로 대체한 것이라고 이해하면 된다. 플루토늄-239은 우라늄을 핵분열에 사용한 뒤 생성되는 물질로 비교적 풍부하다.

‘핵연료 재처리’란 핵발전 결과로 발생해 무수히 쌓여가는 플루토늄을 MOX 등의형태를 통해 핵원료로 재활용하는 것을 말한다. 더구나 플루토늄은 핵무기 원료로 사용될 수 있어 더욱 평화적 용도로 처리할 필요가 있는 물질이다.

우리나라의 경우, 플루토늄 혼합 연료봉을 사용하지 않는다. 한반도 핵 문제 등과 맞물려 핵연료 재처리를 시도하지 않기때문이다. 단, 일본과 미국 등에서는 실제로 원전에 활용하는 방식이다.

▶연료 안전성 차이는 없어, 3호기 용량이 변수

핵 안전성 차원에서 우라늄 연료봉과 플루토늄 혼합 연료봉의 차이는 거의 없다.

한 원자력 전문가는 “우라늄을 사용할 때나 플루토늄을 사용할 때 생성되는 세슘, 요오드 등 1000가지가 넘는 방사성 물질의 종류와 조성 등에는 별 차이가 없다”고 설명했다.

단지 녹는점이 다른데, 우라늄 연료봉이 보통 2850℃에서 용해가 일어나는데 비해 플루토늄이 섞인 MOX는 이보다 50℃가 낮은 2800℃에서부터 녹기 시작한다. 그 만큼 현재 후쿠시마 원전에서 문제가 되는 ‘노심 용해’(원자로 중심부가 녹아내리는 현상)가 더 낮은 온도에서 시작될 수 있다는 얘기다.

그러나 거의 3000℃에 이르는 노심 용해 환경에서, 50℃의 차이는 의미가 크지 않다는 게 전문가들의 공통된 견해다.

다만 후쿠시마 3호기가 1호기에 비해 발전 용량이 크다는 점이 변수다. 일본원자력안전기반기구(JNES)의 2005년 자료를 보면, 후쿠시마 제1원전 1호기의 출력규모는 ‘50㎾미만’, 3호기의 출력규모는 2배인 ‘100㎾미만’으로 표시돼 있다.

아직 구체적 1, 3호기의 재원이 공개되지 않은 상태라 정확한 비율을 산출할 수는 없지만 3호기가 1호기의 약 2배 정도 규모라고 생각해 볼 수 있다. 그 만큼 원자로 규모도 크고, 격납용기와 그 격납용기를 둘러싼 외부 건물도 클 수밖에 없다.

따라서 만약 3호기 역시 1호기와 마찬가지로 격납용기에서 배출된 수소 섞인 가스가 격납용기와 외부 건물 사이에 차 있다가 터졌다면, 갇혀 있다가 공기 중에 퍼진 가스의 양이 2배일 가능성이 있는 셈이다. 당연히 가스에 섞여 있는 방사성 물질의 양도 그 만큼 많을 것이란 얘기다.

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