작년에 발생한 옆 나라 일본의 후쿠시마 원전사고에 이어, 지난 3월 발생한 고리 원전 1호기의 작동 결함을 시작으로 영광 3·5·6호기, 울진 4호기의 문제가 생기면서 ‘원자력발전소 사고’는 올해의 최고 화제 과학기술뉴스로 선정되었다. 원자력발전소는 이렇게 과학기술뿐만 아니라 경제, 국민 복지 등에도 영향을 끼치는 아주 중요한 기관이다. 많은 뉴스를 접하던 중, 우연히 한국에서 원자력을 공부하고 있는 학생들에게 관심이 갔다. 공학부 치고는 우리나라에 상대적으로 적은 원자력공학과는 무엇을 공부하는 과일까?

대한민국 미래의 원자력 기술개발을 책임질 인재들, 카이스트 원자력공학과의 김지희(08학번․원자력안전연구실 대학원 입학예정), 김남기(11학번 원자력공학과 학생회장) 학생을 만나 그 이야기를 들어보았다.

Q. 카이스트에는 많은 공학관련 과가 있는데, 원자력공학과를 택하게 된 이유나 계기가 있다면?

김지희 : 처음에 과 이름이 너무 생소해서 궁금증이 생겼는데요. 알아보니 원자력 발전과 관련된 다양한 분야(nuclear physics나 열수력, 재료 등)를 배울 수 있고 그것뿐만 아니라 다른 에너지 이용이나 방사선이나 동위원소를 이용한 의학물리 등도 다루는 곳이라 매력 있다고 생각했어요.

김남기 : 저는 원래 에너지 분야에 관심이 많았습니다. 카이스트에 입학하기 전부터 원자력 및 양자공학과에 가는 것을 생각했고, 학과설명회도 여기저기 다녀본 결과 지금의 과가 가장 저와 맞는다고 생각해서 선택했습니다.

Q. 다른 과와 비교되는 원자력공학과만의 특징이 있다면?

김지희 :  전체적으로 봤을 땐, 굉장히 특성화된 과라고 생각해요. 그런데 이런 점 덕분에 오히려 더 다양한 분야에 대해서 배우는 것 같아요. 모두 원자력이나 방사선에 관련된 공부긴 하지만 원자력 발전소 하나에도 엄청나게 다양한 기술이 요구되니까요. 그래서 전공과목도 굉장히 다양합니다. Neutron이나 gamma ray detection부터 원자로 내부에서 fission (핵분열)을 다루는 노이론, 그리고 노심에서 생성되는 열을 이용하는 열 물리학까지요. 이렇게 여러 분야에 대해서 배우고, 자신이 잘하거나 원하는 분야를 선택할 수 있어 좋습니다.

김남기 : 일단 카이스트 내에서의 다른 학과와 비교하자면 학생 수가 적어서 굉장히 가족적이라 좋습니다. 학생들끼리도 잘 지내는데, 학과에서 많이 챙겨주시기도 하세요. 매주 학과 세미나전에 만남의 시간도 있고 학기 끝날 때 마다 송년회도 하구요. 학생 수가 적다보니 각종 장학제도의 혜택을 많은 학생이 받을 수 있는 것도 장점입니다.

카이스트 원자력공학과 08학번 김지희 학생

Q. 원자력공학과 학생들의 진로는 어떻게 되나요?

김지희 : 연구를 계속한다면 KAERI(한국원자력연구원)나 KINS(원자력안전연구원)등의 연구시설로 가고, 회사로 취직한다면 두산중공업, 한국수력원자력, KNF 등 원자력과 관련된 곳으로 많이 가는 편이에요. 카이스트 학생들은 대부분 전문연구기관으로 가는 편이구요.

Q. 많은 사람들이 원자력공학과의 학업이 매우 힘들 것이라고 생각합니다. 실제 어떤 과목들을 배우고, 주로 어떤 학습능력이 요구되나요?

김지희 : 2학년 때는 ‘양자학개론’과 ‘원자력공학개론’, ‘방사선 상호작용’을 필수로 배우는데요. 원자력공학개론에서 원자력 발전과 그 이용에 관한 총체적인 내용을 배워요. 기본적인 분열부터 반응기 이론이나 안전규제분야까지요. 분야가 너무 다양한데다 생소한 내용을 다루는 과목이라 처음엔 얼떨떨한데, 이 과목들을 잘 배우고 나면 원자력 관련 공부가 훨씬 쉬워지는 것 같아요. 방사선 관련해서는 각종 방사선이 물질과 어떤 영향을 미치는지에 대해서 배우고요.

3학년부터는 핵화학, 방사선생물학, 원자로이론, 원자력재료공학, 계측실험, 계통공학, 설계 등등을 배웁니다. 다양한 만큼 각 과목마다 필요한 학습능력이 많이 다른 것 같아요. 어떤 분야는 코딩을 통해 계산도 하고, 계측실험분야는 전자적인 배경도 필요합니다.

다양한 분야를 공부하는 카이스트 원자력공학과 학생들


Q. 원자력공학과의 비전이 무엇이라고 생각하는가?

김남기 : 우리는 언제 어디서나 에너지가 필요하고 에너지와 떨어질 수 없습니다. 그러나 화석에너지는 점점 고갈되고 있으며 산업의 발달로 에너지 소모량은 늘고 신재생에너지로 이를 대체하기에는 아직 많이 부족합니다. 원자력은 우리나라의 경우로 보면 약 30%의 전력을 발생시키고 있습니다. 아직은 핵폐기물, 원전사고와 같이 불완전한 점이 많지만 기술을 개발하여 안전하고 폐기물이 적게나오는 핵 발전을 개발하는 것이 저희의 목적이고 방향입니다. 원자력의 전력 충당량은 점점 늘어나지만 원자력 인력은 부족한 실정입니다. 따라서 원자력 공학과를 나오면 고급인력으로써 사회에 기여할 수 있을 것입니다.

Q. 원자력공학과 학생으로서 기억에 남는 에피소드나 일이 있다면?

김남기 : 이번 여름 일본에 원자력 SUMMER SCHOOL이 있어서 KAERI(한국원자력연구원)의 지원을 받아 일본에 다녀왔습니다. 우리나라의 원자력과 학생들과 일본의 원자력 학생들을 만났고 그들의 연구발표를 들을 수 있어 상당히 좋은 경험이 되었습니다.

Q. 앞으로의 꿈은 무엇인가요?

김지희 : 저는 일단 대학원 진학해서 열심히, 재밌게 연구하면서 지내는 것이 단기적인 목표구요. 졸업한 후에는 국내외 연구기관으로의 유학을 생각하고 있어요. 막연하지만 IAEA에서도 officer로 근무해보고 싶어요. 원자력 분야는 연구만큼이나 안전규제, 국제정세 등도 중요해서 관련 업무도 고려해보고 있습니다.
김남기 : 저의 궁극적인 꿈은 상온 핵융합을 상용화시키는 것입니다.

앞으로 사회에 기여할 수 있는 원자력 인재가 되겠다는 원자력공학과 학생들을 보니, 우리나라 원자력발전의 미래가 밝다는 생각이 들었습니다. 배우는 분야도, 진로분야도 다양한 원자력공학과에 많은 학생들이 진학하길 바랍니다.

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우리 생활 속 과학이야기


국가과학기술위원회(위원장 김도연, 이하 국과위)가 오늘 26일(수) 오후 4시부터 한국과학기술회관 대회의실(서울 강남구 소재)에서 “에너지 분야 R&D 전략(3) - 원자력 R&D 효율화 방안”이라는 주제로 「에너지분야 제3차 과학기술 100분 토론회」를 개최합니다.

이번 토론회에서는 지난 해 후쿠시마 원전사고 이후 원자력 시장에 대한 전망과 투자가 상반되는 상황에서, 우리나라 원자력 R&D에 대한 그간의 투자 성과를 점검하는 한편, 에너지의 안정적인 확보 및 국내 원전의 국제경쟁력 강화를 위한 정부 차원의 원자력 R&D 혁신 전략, 원자력 안전성 및 연구 개방성 제고방안 등이 함께 논의될 예정입니다.

국과위는 이번 토론회를 통해, 후쿠시마 원전사고로 원자력 이용환경이 급변함에 따라 그 동안 원자력 르네상스 분위기에 기반해 추진되어 온 원자력 관련 R&D 현황 및 이슈를 짚어보고, 최근 그 중요성이 대두되고 있는 안전연구 및 사용후핵연료 관리, 미래형 원전 개발 등에 대한 원자력 R&D 포트폴리오를 어떻게 재구성할 것인가에 대한 논의가 진행될 것이라고 밝혔습니다.

또한, 정부 전체 R&D 성과를 높이기 위하여 원자력 R&D 발전의 저해요인으로 지적되어 온 부처간 칸막이 제거와 원자력계의 개방성 확보방안에 대한 논의도 함께 이루어질 예정입니다.

토론회는 일반 국민들의 현장 참여가 가능하며, “유스트림(http://www.ustream.tv/channel/Science-talk)”을 통해 실시간으로 토론 내용을 시청할 수 있습니다. 또한, 행사 SNS*를 통해 전문가들에게 궁금한 사항을 직접 질의할 수 있으며 토론 종료 후에도 다양한 의견을 개진할 수 있습니다.
    * 행사 SNS : 트위터(@Science_talk), 페이스북(/sciencetalk)

국과위는 토론회에서 논의된 사항을 정부 과학기술 정책에 반영할 예정이며, 과학기술 정책 현안에 대한 국민적 공감대 형성과 확산을 위하여 과학기술 100분 토론회를 지속적으로 개최할 계획이라고 밝혔습니다.

※ 붙임 :「에너지분야 제3차 과학기술 100분 토론회」개최 계획(안)

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제4세대 원전
2011년 세계를 슬프게 한 Worst News는 단연 일본 후쿠시마 원전 사고이다. 이 사건으로 인해 원자력에너지에 대한 관심이 어느 때보다 높아졌다. 방사능이라는 보이지 않는 공포로 인해 인접 국가의 우려를 낳기에 충분했고 원자력에너지를 채택한 여러 국가에서는 원자력 발전소에 대한 안전성 점검에 들어가기도 했다. 제4세대 원전

'후쿠시마' 출처: google free image

OECD 내 국제에너지기구인 IEA(International Energy Agency)에서는 매년 수요와 공급, 무역, 투자 및 탄소배출 등 주요 에너지 동향을 분석하여 매년 글로벌 에너지 동향을 발행하고 있다. 2035년까지의 세계 에너지 시장을 예측, 분석한 ‘2011 세계 에너지 전망(2011 World Energy Outlook, 2011 WEO) 보고서에는 일본 원전 사고 후의 세계 원전정책의 변화와 중국의 에너지 관련 5개년 계획 등을 고려한 에너지 시장 전망이 수록되어 있다.

이에 따르면 에너지 수요는 2035년까지 약 40% 증가되나 에너지 공급은 수요에 턱없이 모자를 것으로 예측하고 있다. 이에 따라 에너지 수급의 심각성과 긴급성은 더욱 커질 것이며 원자력에너지를 이용하려는 신흥국의 요구가 더욱 높아질 것으로 내다보고 있다.

이런 가운데 현재의 원전보다 발전돼 설계부터 폭발을 방지하고 사고에 대비할 수 있는 ‘제4세대 원전’기술에 세계가 주목하고 있다. ‘제 4세대 원전‘은 현재의 원전보다 지속 가능성, 안전성, 경제성, 핵비확산성이 획기적으로 향상된 차세대 원자력 시스템으로 우리나라를 비롯한 주요 원자력 선진국들이 2030년 이후 상용화를 목표로 개발 중이다.

우리나라는 제 4세대 원전 가운데 안전성과 경제성을 세계적으로 인정받은 소듐냉각고속로(SFR)와 초고온가스로(VHTR)를 선택해 개발하고 있다. 소듐냉각고속로(SFR)공기로 소듐을 식히는 ‘피동잔열제거계통(PDRC)'가 있어 전력 공급이 끊겨도 자연적으로 냉각된다. 또한 우라늄 활용률을 현재보다 100배 이상 높일 수 있다는 장점이 있다. 이는 후쿠시마 원전에서 방사성 물질이 대거 발출된 원인인 사용후핵연료를 효과적으로 재활용하는 원자로이기 때문이다. 특히 우리나라는 한국형 소듐냉각고속로인 KALIMER가 소듐냉각고속로(SFR)의 참조 노형으로 선정되는 등 적극적으로 제4세대 원전 개발계획에 참여하고 있다.제4세대 원전



















<SFR1><SFR2>: google free image 출처:한국원자력문화재단

초고온가스로(VHTR)는 사고 시에도 별도 운전원의 비상조치 없이 자연현상만으로 원자로의 안전정지가 가능한 고유 안전로라는 특성이 있다. 또한 고온 안전성이 뛰어난 헬륨을 냉각재로 사용하기 때문에 원자로 내부에 물이 없어 수소 폭발이나 증기 폭발이 일어나지 않는다는 장점이 있다. 다시 말해 헬륨은 안정한 불활성 기체이기 때문에 방사성 물질에 노출되어도 ‘방사화’가 되지 않는 것이다.

<VHTR> : google free image
출처:미국 U.S.DOE:A Technology Roadmap for Generation IV Nuclear Energy System

미래의 청정에너지인 수소를 대량 생산하기 위해서 원자력에너지를 이용할 수 있다. 원자력 이용 수소생산 시스템이라는 것이 있는데, 이는 우라늄을 연소시켜 섭씨 900도 이상 고온의 열에서 안전 운전이 가능한 초고온 가스로의 열을 이용한다. 그리고 물을 열화학 또는 고온 전기분해 방법으로 직접 분해함으로써 대량의 수소를 안전하고 깨끗하게 경제적으로 생산하는 기술을 의미한다.

원전 google free image

국내 기술로 개발 중인 4세대 원자로 KSTAR : googlel free image

 
이처럼 원자력에너지는 안전하게 이용하기 위한 인류의 노력은 계속되고 있다. 과학기술의 발달로 인해 우리가 편리하게 이용하는 물건에는 모두 위험도가 존재한다. 위험도를 조절하고 최대한 안전하게 이용할 수 있는 인간의 지혜가 바탕이 될 때 과학기술은 더욱 빛을 낼 수 있다. 원자력에너지는 위험하다 라는 편견을 버리고 과학적이고 논리적인 접근을 통해 보다 안전하게 이용하기 위한 우리들의 지혜가 필요한 시점이다.

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 이 동 진
사진 | 한국원자력문화재단
 

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          방사성폐기물, 프랑스는 어떻게 관리하나? 

프랑스는 원자력선진국이라고 불린다. 그 이유는 원자력발전소의 발전량이 프랑스 전체 발전량의 70%이상을 차지하고 있으며 원자력발전소에 대한 국민 수용성(PA:Public Acceptance)이 높기 때문이다. 게다가 오랜 원자력발전소 운영경험과 아울러 방사성폐기물 관리 경험도 풍부하기 때문에 에너지 자립을 이루고자 하는 국가의 모델이 되기도 한다. 40년에 걸쳐서 쌓은 중저준위 방사성폐기물 및 극저준위 방사성폐기물 처분장 성공적인 운영경험은 유일하게 프랑스만이 가지고 있는 자랑거리다.

이미지출처 : flickr(@Francois Schnell / http://www.flickr.com/photos/frenchy/2506655768/sizes/z/in/photostream/)

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 방사성폐기물! 그것은 무엇인가?

우리나라 원자력법에 의하면 방사성폐기물이란 용어는 방사성 물질 또는 그에 의하여 오염된 물질로 폐기의 대상이 되는 물질이라 정의된다. 다시 말해 원자력발전소 사용 후 핵연료(SF:Spent Fuel)를 비롯해 원자력발전소 내 방사선 관리구역에서 작업자들이 사용했던 작업복, 장갑, 기기교체 부품 등과 병원, 연구기관, 대학, 산업체 등에서 발생하는 방사성동위원소 폐기물을 말한다. 이렇게 발생한 방사성폐기물은 법적으로 일정기간 안전하게 관리하도록 되어있다. 

방사성폐기물은 방사능이 높고 낮음에 따라 극저준위, 중·저준위 및 사용후 핵연료를 포함한 고준위 방사성폐기물로 분류한다. 극저준위 방사성폐기물이라 함은 최근에 도입된 개념으로 모든 원자력 시설이 방사성폐기물 발생구역과 비방사성폐기물 발생 구역으로 구분하여 관리하고 있는데, 이에 따라 방사능 오염 정도가 매우 약한 극저준위 페기물 발생량이 증가하고 있다. 이에 따라 전세계적으로 극저준위 방사성폐기물을 처분하기 위한 처분장 확보도 필요한 상황이다.

 중·저준위 그리고 극저준위 방사성폐기물 처분장 모두를 소유한 나라, 프랑스!

프랑스 라망쉬 처분장(Centre de laManche)은 프랑스 코텐틴 반도의 북서쪽, 쉘브르와 라하그 사이에 위치하고 있다. 1969년부터 1994년까지 25년 동안 프랑스의 중저준위 방사성폐기물을 성공적으로 운영한 경험과, 지금까지 15년 동안의 제도적 관리 경험을 가지고 있는데, 이는 폐기물관리에 있어서 매우 소중하고 중요한 경험이 되고 있다. 라망쉬 처분장은 지표위에 폐기물 용기를 정치하는 소위 ‘Above Ground Platform' 처분 방식과 안전성을 높이기 위해 설치하는 인공방벽을 설치하지 않고 처분하는 단순 트렌치 처분방식이 혼용되었다. 

라망쉬(La Manche) 처분장 전경

라망쉬(La Manche) 처분장 개념도


                       △ 이미지 출처 : 한국원자력문화재단 (http://www.konepa.or.kr)

이런 과정 속에서 프랑스의 국가 방사성폐기물 관리기관인 ANDRA는 처분 시설 구조물의 설계 사양을 꾸준히 향상시키면서 성공적인 운영 성과를 냈다. 라망쉬 처분장은 1994년까지 운영되었으며, 그 이후에는 처분장의 장기적인 안전성확보를 하기 위해서 처분 구조를 복개하는 Capping system이 도입되었으며, 이는 아직까지도 방사성폐기물 천층처분 시설의 중요한 자료로 이용되고 있다.

로브 처분장(Centre de l'Aube)은 라망쉬 처분장의 운영 경험을 반영하여 설계되었으며, 작업자의 방사선 피폭을 최소화하기 위해 최신 기술을 적용하여 운영하고 있다. 1992년 운영을 시작하여 올해 18년째를 맞이하고 있으며 위치는 슐렝듀이(Soulanines-Dhuys) 마을 인근의 로브(Aube District)다. 로브가 처분장 부지로 선정된 이유는 처분 안전성 요건을 충족하면서도 지질 형태가 매우 단순하기 때문이다. 로브 처분장 부지는 불투수층의 점토층 위에 모래층이 존재하는 형태로 되어 있다. 

프랑스 로브(L'Aube) 처분장 전경

프랑스의 모비어스 극저준위 폐기물 처분장(Centre de Morveilliers)은 원자력 시설의 해체 프로그램이 본격 추진되면서 극저준위 폐기물 발생량이 급증하고 있는 현 시점에서 극저준위 처분의 대표적인 사례가 되고 있다. 모비어스 처분장은 점토층에 트렌치를 파서 처분하는 방식을 채택하고 있다. 모비어스 처분장은 로브 처분장 근처에 위치하고 있는데, 이는 두 처분장 간의 시너지효과를 고려한 결정이다. 모비어스 처분장은 현재 부피가 큰 기기도 처분하고 있는데, 증기발생기 같은 고중량의 폐기물은 적절한 취급 장기를 갖춘 별도의 처분 구획(cell)에 처분할 계획이다.

우리나라의 경우 1단계로 10만드럼에 해당하는 중·저준위 방사성폐기물을 처분하기 위해 경주 부지에 동굴처분 방식을 채택하여 건설중이다. 또한 프랑스 ANDRA와 같이 원자력발전소를 운영하는 주체와 분리하여 한국방사성폐기물관리공단을 만들어 보다 안전한 방사성폐기물 처분을 위한 노력을 아끼지 않고 있다. 그러나 아직 국내에는 극저준위 방사성폐기물 처분을 위한 논의가 부족한 실정이므로 프랑스의 사례를 벤치마킹하여 방사성폐기물의 효과적인 관리를 위한 준비와 연구가 절실히 필요하다. 



글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 이 동 진

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우리 생활 속 과학이야기

 

                                           일본, 에너지 백서 2011 
        (平成22年度エネルギーに関する年次報告」(エネルギー白書2011))

1. 주요 국가의 에너지 정책 동향
 ○ 주요 국가의 1차 에너지 구성(2008년 실적)은 일본, 유럽 선진국 전체, 미국이 유사
  - 프랑스를 제외하면 대부분의 국가에서 화석연료 의존도가 80% 이상

 ○ 각국의 재생 가능 에너지 도입 전망은 태양광, 바이오매스, 풍력을 중심으로 확대하는 경향

2. 일본 혁신적 에너지 기술의 개발·보급 현황(2010년)

가. 에너지 기술개발에 관한 대응
(1) 기술전략 맵(에너지 분야)
 ○ 에너지 절약 등의 명확한 정책 목표 하에, 기술개발에 의해서 해결해야 할 과제를 명시해, 이의 해결을 위해 요구되는 기술개발을 로드맵 형태로 제시한 "에너지 기술 전략"을 책정·추진
 ○ "에너지 기술 전략"에서는 2030년경까지 실용화가 전망되는 에너지 기술을 추출해, ①종합 에너지 효율의 향상, ②수송 부문의 연료 다양화, ③신에너지의 개발·도입 촉진, ④화석연료의 안정공급 확보와 유효하고 깨끗한 이용 등 정책 목표별로 "기술맵", "로드맵", "도입 시나리오"를 작성


(2) 에너지 혁신 기술개발의 추진
 ○ 혁신적 태양광 발전, 플러그 인 하이브리드 자동차·전기자동차, 혁신적 제철 프로세스, 연료전지, 이산화탄소 회수·저장 기술(CCS) 등 온실가스의 대폭적인 저감에 기여하는 21개 기술을 선정하고, 이들 기술의 로드맵을 책정하여 혁신 기술개발을 추진

나. 연구개발 등 강구한 시책
(1) 에너지 절약에 관한 기술
 ○ 에너지 절약 기술전략의 책정
 ○ 차세대형 히트 펌프 시스템의 연구개발을 위한 검토
 ○ 에너지 절약 혁신 기술개발


(2) 신에너지에 관한 기술
 ○ 태양광 발전의 기술개발
 ○ 풍력 발전 전력 계통 안정화 등 기술개발
 ○ 바이오매스 에너지 등 고효율 전환 기술개발
 ○ 연료전지 기술개발


(3) 전력에 관한 기술
 ○ 이트륨계 초전도 전력 기기 기술개발
 ○ 고효율 가스터빈 실용화 요소 기술개발
 ○ 선진 초초(超超) 임계압 화력발전 실용화 요소 기술


(4) 원자력에 관한 기술
 ○ 안전 확보를 위한 연구개발
 ○ 핵연료 사이클의 확립을 위한 연구개발
 ○ 경수로 관련 연구개발
 ○ 고속 증식로 사이클 기술의 연구개발


(5) 석유에 관한 기술
 ○ 환경 부하가 적은 새로운 석유 연료의 개발
 ○ 국제 경쟁력을 확보하면서 환경 대응을 도모하기 위한 석유 정제 관련 기술의 개발


(6) 가스체 에너지에 관한 기술
 ○ 석유·천연가스 개발·이용 촉진형 대형·특별 연구
 ○ 천연가스의 액체 연료화(GTL) 기술 실증 연구
 ○ 메탄하이드레이트 기술개발


(7) 석탄에 관한 기술
 ○ 클린 콜 기술개발(혁신적 CO2 회수형 석탄 가스화 기술개발)
 ○ 클린 콜 기술개발(기초연구 등)
 ○ 국제협력 클린 콜 기술개발 프로젝트
 ○ 산소 연소 국제 공동 실증 사업
 ○ 고효율 열분해 석탄가스화 국제 공동 실증 사업
 ○ 미이용탄 유용 자원화 기술개발


(8) 장기적 관점에서 필요한 연구개발
 ○ ITER(국제열핵융합실험로) 계획을 비롯한 핵융합에 관한 연구개발의 추진

3. 향후의 에너지 정책의 검토 방향
 ○ 동일본 대지진, 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 원자력의 안전성에 대해 국민의 신뢰가 크게 손상되었다. 또, 전력·석유·가스라고 하는 에너지의 공급에 혼란이 발생해 에너지 시스템이 갖고 있는 취약성이 명확해졌다.
 
 ○ 한편, 에너지 절약, 재생 가능 에너지, 자원·연료, 원자력, 전력 시스템, 에너지·환경 산업이라고 하는 6개의 중요 과제별로 2011년 말까지 기본적 방침을, 2012년에는 "혁신적 에너지·환경 전략"을 책정할 예정이다.

 ○ 지금까지의 에너지 정책을 반성하고, 에너지 기본계획을 재검토할 필요성이 있다. 원자력 발전에 대해서는 중장기적으로 의존도를 가능한 한 낮추는 방향성을 목표로 하며, 에너지 절약의 철저한 추진, 재생 가능 에너지의 개발·보급의 강력한 추진이 중요하다.

 - 목차 -
1. 에너지를 둘러싼 과제와 대응
2. 에너지 동향
3. 2010년도의 에너지 수급과 관련해 강구한 시책 현황

출처 | S&T GPS(http://www.now.go.kr)

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우리 생활 속 과학이야기

원자력 안전기술, 세계가 놀라다
한국원자력연구원

지난 3월, 일본의 도호쿠 대지진으로 후쿠시마의 원자력발전소 4기가 파손되는 사고가 일어났습니다. 이 사고를 계기로 여러 나라들은 원자력발전소의 안전성을 검토하고 IAEA도 안전관련 규정을 강화하는 등 대책 마련에 분주한데요, 이에 따라 한국원자력연구원의 안전 관련 연구개발능력과 성과가 집중 조명 받고 있습니다.
Editor_김택원 동아사이언스 기자 | Photo_한국원자력연구원


2011년 3월, 후쿠시마 원자력발전소(이하 원전) 사고는 원전 부흥의 분위기에 찬물을 끼얹었습니다. 1986년의 체르노빌 참사에 필적하는 수준의 사고는 그동안의 기술 발전에도 불구하고 단 한 번의 원전사고로 돌이킬 수 없는 재앙을 초래할 수 있다는 사실을 새삼 확인시켜 준 것이 되어 버렸습니다. 하지만 이번에는 체르노빌 때와 달리 국제사회가 빠르게 안정을 되찾고 있는데요, 프랑스는 4세대 원전 개발 계획을 대대적으로 발표했고 다른 많은 나라들도 신중하게나마 원전 건설을 재추진할 의사를 보이고 있습니다. 이는 사실상 에너지 위기에 대한 대안이 마땅치 않기 때문이기도 하거니와 원전 자체의 안전성은 여전히 신뢰받고 있기 때문입니다. 결국 후쿠시마 원전 사고는 원자력이 유일한 대안이라는 사실을 역설적으로 재확인해 준 셈이 되어버렸다고 할 수 있겠네요.

그렇다면 한국의 원자력 안전 연구는 어느 정도 수준일까요? 사실 새로운 원전을 개발하던 한국은 원자력 안전 연구에 지속적으로 투자하고 주요 실험설비를 만들어 운영하며 기술력을 차곡차곡 쌓아나갔습니다. 그리고 그 결과 원자력 안전 분야에서는 이제 선진국을 뛰어넘어 선도적인 위치에 올랐습니다. 물론 이러한 성장세의 이면에는 꾸준히 연구에 매진해 온 연구원들과 세계적 수준의 실험설비가 있었습니다.

전원 차단에도 냉각유지시스템 발표에 ‘깜짝’

한국원자력연구원의 송철화 열수력안전연구부장은 2011년 국제원자력회의에서 한국의 위상을 확인할 수 있었다고 합니다. 프랑스 니스에서 5월 첫 주에 열렸던 이번 회의에서 송 부장은 한국이 새로 개발 중인 APR+ 원자로에 대해 발표하면서 여기에 적용된 최신기술, PAFS(피동형 보조급수계통)를 소개했습니다.

“다들 깜짝 놀랐습니다. 당시는 후쿠시마 원전 사고의 충격이 채 가시지 않았을 때였는데 후쿠시마 사례처럼 모든 전원이 차단되는 극단적인 상황에서도 유지될 수 있는 냉각시스템을 선보였으니까요.”

원자로는 핵연료를 연소하면서 지속적으로 높은 열을 발생시킵니다. 이때 이 열을 적절히 식히지 않으면 원자로의 온도가 계속 올라 녹아버리는 ‘노심용융’이 일어날 수 있기 때문에 물을 이용하여 원자로를 적절히 냉각해주어야 합니다. PAFS는 전원이 차단되어 펌프가 작동하지 않아도 냉각수를 공급하는 장치로, 만약 후쿠시마 원전에 PAFS가 있었다면 이번 참사와 같은 사고는 분명 피할 수 있었을 것입니다.

열수력 안전 연구는 바로 이러한 PAFS 같은 안전설비를 개발하는 데 결정적인 역할을 하는 연구로, 냉각수의 흐름과 열전달이 어떻게 이루어지는지를 연구하며 한국은 이 분야에서 세계 최고 수준으로 알려져 있습니다.

이는 한국원자력연구원 종합엔지니어링 실험동에 자리 잡은 ATLAS(Advanced Thermal-h0ydraulic Test Loop for Accident Simulation) 덕분이라고 할 수 있는데요 높이 30m가 넘는 ATLAS는 원자로를 거의 고스란히 모사한 시뮬레이션 장치로, 핵연료봉 대신 전기를 이용하여 열을 낸다는 점만 다르다고 합니다. ATLAS는 실제 운용중인 경수로의 280분의 1 크기지만 온도나 압력, 냉각수의 흐름 등은 실제 원자로와 완전히 동일하기 때문에 실제로 일어날 수 있는 거의 모든 사고를 일으키고 시험해 볼 수 있습니다. 물론 수많은 밸브로 재현되는 사고 상황은 교실 하나 크기의 관제실에서 완벽히 통제되니 안전은 걱정할 필요가 없겠지요.

세계 3대 열수력 종합효과 실험시설로 인정받는 ATLAS는 경제협력개발기구(OECD) 산하 원자력기구(NEA)의 각종 실험을 수행하고 APR+ 설계와 매뉴얼 개발에 필요한 데이터를 생산하는 등 한국 원전 기술의 상징으로 다양한 활약을 했습니다. 특히 아랍에미리트(UAE)의 원전 계약 관계자들이 ATLAS를 방문하고 한국형 원전의 신뢰성을 확신했다는 일화는 지금도 매우 유명합니다.

세계 최초로 증기폭발 실증
한국원자력연구원 종합엔지니어링 실험동 바로 옆에는 ‘노심용융물 냉각실험동’이 자리잡고 있습니다. ATLAS보다 대중적으로 덜 알려졌지만 국제적으로 인정받은 연구장치, TROI(Test for Real cOrium Interaction with Water)가 여기서 운용되는데요, TROI는 지르코니아, 우라니아, 철 등을 포함한 복합 재료를 넣고 녹여서 실제 노심이 용융되는 사고를 재현해 보는 장치로 핵 연료봉이 녹는 사고가 발생했을 때 원자로가 어떤 손상을 입는지 시뮬레이션 하게 됩니다.

일반적인 환경에서는 중대사고가 일어나지 않지만 후쿠시마 원전과 같이 극단적인 자연재해로 원자로 내부의 냉각수가 손실되면 노심이 녹는 상황이 발생할 수 있는데, 이때 파손된 원자로 용기에서 방출된 고온의 원자로 물질이 주변의 물과 반응하여 폭발하는 현상으로 증기폭발이 일어나면 격납건물이 손상되어 다량의 방사성 물질이 대기 중으로 퍼질 수 있어 매우 위험합니다. TROI는 바로 이러한 용융물질이 원자로를 녹이고 빠져나가 물과 반응할 때 증기폭발 하중에 의한 격납건물 안전성을 조사하는 장치입니다.

그동안 ‘중대사고’는 그 중요성에 비해 관련 연구가 부족한 실정이었으나 한국원자력연구원은 자체 제작한 TROI로 실제 핵연료 물질에서 증기 폭발이 발생할 수 있음을 세계 최초로 실증했으며, 현재 그 성과를 인정받아 프랑스와 국제 공동 연구를 수행하고 있습니다. 2007년 10월부터 2011년 9월까지 4년 간 260만 유로의 연구비가 투입되는 이 연구에는 미국, 프랑스, 독일, 캐나다, 일본을 포함하여 11개국 16개 기관이 참여했습니다.

원전 기술은 일반적인 인식 이상으로 안전성이 높으며 무엇보다 에너지 위기에 대비하는 데 가장 현실적인 대안입니다. 다행히 한국은 이러한 원자력 안전 연구 분야에서 세계적으로 인정받고 있으며 탄탄하게 검증된 안전성으로 한국의 원전 사업 전망도 매우 밝습니다. 그러나 본격적인 안전 연구는 아직 시작 단계라고 할 수 있습니다. 기술적인 안전성은 확보했으나 앞으로 유사시 대응을 위한 매뉴얼을 개발하고 안전기준을 정하는 데는 더 많은 연구가 필요하겠지요. 세계적으로도 원자력 안전 연구에 이목이 집중되는 만큼 장기적인 안목으로 전략적인 투자가 필요할 것으로 보입니다.

출처 : FOCUS 9월호 발췌

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