사용후핵연료 저장수조 사고의 확률론적 리스크 평가

Abstract

원자력 발전소의 안전해석 및 연구는 초기의 결정론적 안전해석을 시작으로 하였다. 초창기의 관심사는 사용된 핵연료, 핵연료 피복관 및 배관 등의 재료에 가해지는 부하와 이를 수용할 수 있는 부하 수용용량을 통한 안전여유도에 집중되었다. 하지만 1975년 미국의 ‘The Reactor Safety Study(WASH-1400)'보고서를 기점으로 하여 신뢰도 데이터를 바탕으로 한 사고 시나리오 별 리스크를 평가하는 확률론적 안전해석을 적극적으로 도입하게 되었다. WASH-1400 보고서에서 기술한 소형 냉각재상실사고 시나리오는 쓰리마일섬(TMI, Three Mile Island) 원전 사고를 통해 확률론적 안전해석을 통하여 사고 시나리오 예측이 가능함을 보였다. [Ref.12] 현재 확률론적 안전해석은 국내 원자력 발전소의 건설 및 운전에 대한 규제 지침 및 기준으로 적극적으로 활용되고 있으며, 사업자의 경우 설계 변경 및 시험 및 정비 프로그램과 같은 의사결정의 도구로 적극 활용하고 있다. 확률론적 안전해석은 총 3단계로 이루어지며 1단계 노심손상빈도(CDF, Core Damage Frequency), 2단계의 조기대량방출빈도(LERF, Large Early Release Frequency), 3단계의 조기사망률 (Early Fatality)등의 결과로 나타난다. 원자력 발전소에서 발생하는 사고로 인한 피해를 원자로 노심의 건전성을 시작으로 노심 손상 후 격납건물의 건전성, 격납건물의 손상 후에는 방사선원의 양과 기후에 따른 이동 속도 및 경로를 예측하여 환경 및 주민에게 가해지는 선량을 계산한다. 국내에서 이루어진 확률론적 안전해석은 2011년 3월 11일 후쿠시마 사고를 기점으로 새로운 국면을 맞이했다. 지진이 발생한 지 4일이 지난 2011년 3월 15일에 노심에서 핵연료가 이미 인출되어서 비교적 안전하다고 여겨진 4호기에서 폭발 및 화재가 발생하였으며 그로 인해 주변 지역에서 검출되던 방사능이 크게 증가하는 모습을 보였다. 지진 및 해일로 인하여 약 4일간 사용후핵연료 저장수조의 냉각이 상실되어 사용후핵연료의 건전성이 위협 받았다. 최근의 연구에 따르면 저장수조 내의 사용후핵연료가 건전성을 유지하고 있으며 3호기에서 생성된 수소가 공동배기관을 타고 넘어와 수소폭발을 발생시켰다는 설이 가장 유력하다. [Ref. 10] 세계적으로 보면, 사용후핵연료 저장수조를 기준으로 한 확률론적 안전해석은 INEL보고서 ‘Loss of Spent Fuel Pool Cooling PRA: Model and Result(1996)'에서 Susquehanna 원전을 기준으로 하여 수행된 확률론적 안전해석 과정을 소개하였다.유럽의 경우, PCSR(Pre-Construction Safety Report) 단계에서 이를 수행하도록 하여 아레바의 EPR, 웨스팅하우스의 AP-1000등의 모델이 이를 수행하였다. 본 연구에서는 사용후핵연료 저장수조를 기준으로 하는 확률론적 안전해석을 소개하고 기존의 사고 경험을 통해 현상을 분석하고 마지막으로 국내에 가동 중인 원전을 바탕으로 하여 확률론적 안전해석을 수행하고자 한다.