한국은 증기 발생기 따로 있어 방사선 노출 위험 적어
원자력발전소는 우라늄 핵분열로 나오는 에너지로 물을 끓여 증기를 만들고, 터빈을 돌려 열에너지를 운동에너지로 바꾼 다음 전자기유도현상을 통해 전기를 생산하는 발전설비다.
핵분열의 근간에는 아인슈타인의 '상대성원리'가 있다.
이런 점에서 원전은 20세기 인류가 만든 최대 과학기술 발명품 가운데 하나로 꼽힌다.
원전은 온실가스 배출량이 타 발전설비에 비해 훨씬 적고 열효율이 커 많은 나라가 원전에 의존해 전기를 생산하고 있다.
원전의 안정성은 냉각기능이 핵심이다.
핵분열로 나오는 엄청난 에너지와 열을 얼마나 효율적으로 식힐 수 있느냐에 달렸다.
장순흥 KAIST 부총장은 "후쿠시마 1원전(1~6호기)이 비교적 안전한 2원전(1~4호기)과 달리 유독 피해가 컸던 것은 초기에 전력시스템 복구에 실패해 냉각기능을 잃었기 때문"이라고 말했다.
원전은 비등수형과 가압경수로형 두 가지로 크게 나눌 수 있다.
후쿠시마 원전은 비등수형(BWR · Boiling Water Reactor) 원자로다.
우라늄 핵분열로 나온 에너지로 물을 끓여 발생한 증기를 바로 터빈으로 보내 운동에너지로 바꾸고 전기를 생산하는 방식이다.
증기발생기가 따로 없고 원자로 안에서 직접 증기를 만든다.
원자로 안에는 증기와 물(냉각수)이 동시에 차 있어야 하고 냉각수는 노심(핵연료봉 다발)보다 훨씬 높게 차 있어야 한다.
만일 냉각수가 노심 밑으로 내려가면 노심이 수천도가량으로 급격하게 과열돼 각종 방사성 물질을 방출하기 때문이다.
안타깝게도 후쿠시마 원전은 현재 냉각수가 노심 밑으로 내려간 상황이다.
냉각수가 노심 밑으로 내려가면 노심 금속재 성분과 수증기가 반응해 수소를 생성하는데 수소는 증기와 함께 밖으로 배출된다. 이때 수소는 인화성이 커 대기로 유입되자마자 폭발한다.
후쿠시마 원전 외벽이나 격납고가 연쇄 폭발한 것은 이 때문이다. BWR은 물을 바로 끓이기 때문에 효율은 높지만, 이처럼 원자로 계통과 터빈 계통이 분리되지 않아 방사성 물질 유출시 피해 가능성이 큰 편이다.
반면 우리나라 원전 모델인 가압경수로(PWR · Pressurised Water Reactor)는 물이 300도가 넘어도 증발하지 않도록 155~160 기압 정도의 고압 상태를 유지하고 있다.
원래 물은 100도 이상이 되면 끓지만 고압을 가하면 액체상태를 유지한다. PWR은 이 고온 고압 상태의 물에서 나오는 열로 또 다른 물을 끓여 나온 증기를 터빈으로 보내 발전기를 돌린다. 즉 PWR은 증기발생기가 따로 있으며 BWR보다 방사선 노출 상황에 장벽이 하나 더 있는 셈이다.
그러나 전체적으로 원자로 1차 계통의 압력이 높기 때문에 지진에 더 취약하다는 지적도 있다.
1차 계통은 핵연료를 포함한 원자로，냉각재 중심의 원자로보조계통，원자로를 둘러싸고 있는 격납용기 등 원자로안전설비계통，원자로 출력을 제어하는 원자로제어계통 등을 말한다.
