후쿠시마 원자로 붕소의 행방이 중요
- 지구환경 / 문광주 기자 / 2022-01-31 11:05:24
3'00" 읽기
- 결과적으로 한 가지 중요한 정보가 누락
- 원자로 노심에 탄화붕소(B4C) 형태의 중성자 흡수제가 얼마나 많이 포함되어 있는지?
- 탄화붕소는 매우 단단해 연료 잔류물의 기계적 분해에 문제를 일으킬 수 있다.
- 연료 펠릿 수준에서 재임계가 여전히 발생할 수 있다.
일본 후쿠시마 제1 원자력 발전소에서 원전사고가 발생한 지 10년이 넘었지만, 원자로 내부는 여전히 사각지대다. 세 개의 원자로 노심에서 멜트다운이 발생했기 때문에 콘크리트 벽의 일부 및 부속 구조물과 함께 연료봉이 함께 녹았다. 냉각 덕분에 이 고방사능 물질은 이제 고형화되어 상당히 안정적이다. 그러나 그것은 강해서 특수 로봇조차도 최근에서야 처음으로 원자로 노심을 관통할 수 있었다.
붕소는 어디로 갔을까?
그러나 결과적으로 한 가지 중요한 정보가 누락됐다.
즉, 원자로 노심에 탄화붕소(B4C) 형태의 중성자 흡수제가 얼마나 많이 포함되어 있는지다.
이 물질은 원자력 발전소에서 방사성 붕괴 동안 형성된 빠른 중성자를 감속하고 흡수하는 데 사용된다. 중성자 흡수제는 제어할 수 없는 연쇄 반응이 발생하는 것을 방지한다.
2011년 3월 11일 지진이 발생했을 때 이 제어봉이 3개 원자로의 연료봉 사이에 떨어져 멜트다운으로 파괴됐다.
녹은 원자로 노심에 얼마나 많은 붕소 흡수제가 남아 있는지는 불분명하다.
최대 2천 도의 온도에서 붕소의 상당 부분이 코어 물질의 일부와 함께 증발할 수 있기 때문이다. 따라서 고방사성 잔류물이 연쇄 반응에 얼마나 가까운지, 연료가 나중에 처분될 때 물질이 다시 중요해질 수 있는지는 알려지지 않았다.
규슈 대학의 카주키 후에다(Kazuki Fueda)와 그의 동료들은 "탄화붕소는 매우 단단해 연료 잔류물의 기계적 분해에 문제를 일으킬 수 있다"고 설명했다.
낙진에서 단서를 찾으십시오
좀 더 명확하게 하려고 연구팀은 원자로 재앙으로 인한 방사능 낙진을 자세히 살펴보았다.
붕소가 상당 부분 증발했다면 핵 재앙 동안 원자로에서 빠져나온 세슘이 풍부한 미세 입자에 침착되어야 하기 때문이다. "따라서 후쿠시마 다이이치(Fukushima Daiichi) 부근에 퇴적된 이러한 미세 입자의 분석은 노심 용융에서 붕소의 거동에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다"고 팀이 말했다.
연구를 위해 연구원들은 원자력 발전소에서 약 2km 떨어진 토양 샘플을 채취해 포함된 방사성 미세 입자의 화학적 조성과 동위원소 함량을 조사했다. 붕소 동위원소 붕소11(11Bor)와 10Bor의 상대적 비율을 기반으로 원자로 노심의 제어봉에서 붕소가 존재하는지와 그 양을 결정할 수 있었다.
원자로 노심에 여전히 충분한 흡수체
"붕소 카바이드 제어 막대가 부분적으로 증발하고 붕소10이 환경으로 방출된다는 분명한 증거가 있다"고 Fueda와 그의 동료들은 보고했다. 그러나 많지는 않다. 분석 및 추가 계산에 따르면 원자로 노심에서 70g 미만의 붕소가 방출됐다.
과학자들에 따르면, 원자로 1의 원래 붕소 680kg과 원자로 블록 2와 3의 각각 960kg을 고려할 때 이 양은 무시할 수 있을 정도다.
공동 저자인 헬싱키 대학의 Gareth Law는 "이는 원자로 노심에 있는 제어봉 전면의 거의 모든 부분이 보존됐음을 의미할 수 있다"고 말했다. 처음으로 후쿠시마의 잔류 연료에서 치명적인 연쇄 반응의 위험이 여전히 얼마나 클 수 있는지에 대한 징후가 있다.
위험이 남아있다.
이것은 손상된 원자력 발전소의 작업과 미래의 해체에 대한 좋은 소식이 될 것이다.
그러나 과학자들은 기화된 붕소의 일부가 건물로 다시 떨어졌을 수 있으므로 낙진 입자의 붕소 함량에 반영되지 않을 가능성을 배제하지 않는다. 또한 붕소와 핵연료가 용융 덩어리에 고르게 분포되어 있지 않다고 가정해야 한다.
"따라서 연료 펠릿 수준에서 재임계가 여전히 발생할 수 있다"고 Fueda와 그의 동료들은 설명했다. 따라서 붕괴된 유물을 처리하기 전에 붕소가 덩어리에 얼마나 불균일하게 분포되어 있는지 확인하는 것이 중요하다.
(Journal of Hazardous Materials, 2022; doi:10.1016/j.jhazmat.2022.128214)
출처: University of Helsinki
- 결과적으로 한 가지 중요한 정보가 누락
- 원자로 노심에 탄화붕소(B4C) 형태의 중성자 흡수제가 얼마나 많이 포함되어 있는지?
- 탄화붕소는 매우 단단해 연료 잔류물의 기계적 분해에 문제를 일으킬 수 있다.
- 연료 펠릿 수준에서 재임계가 여전히 발생할 수 있다.
후쿠시마: 원자로 노심은 얼마나 중요할까?
낙진에 있는 붕소는 연료 용융에서 연쇄 반응의 위험을 나타낸다.
연구원들이 후쿠시마 원자력 발전소의 원자로 노심에 대한 중요한 정보를 얻었다.
고방사성 연료 용융물에는 원자 연쇄 반응을 방지하기에 충분한 중성자 흡수 붕소가 여전히 포함되어 있을 것이다. 측정이 처음으로 보여주듯이 핵 재앙의 낙진에는 작은 붕소 잔류물만 있기 때문이다. 이 지식은 원자로 노심을 폐기해야 하는 경우 중요하다.
 |
| ▲ 후쿠시마 원자로에서 녹은 핵연료의 정확한 상태는 아직 알려지지 않았다. © 도쿄전력 |
일본 후쿠시마 제1 원자력 발전소에서 원전사고가 발생한 지 10년이 넘었지만, 원자로 내부는 여전히 사각지대다. 세 개의 원자로 노심에서 멜트다운이 발생했기 때문에 콘크리트 벽의 일부 및 부속 구조물과 함께 연료봉이 함께 녹았다. 냉각 덕분에 이 고방사능 물질은 이제 고형화되어 상당히 안정적이다. 그러나 그것은 강해서 특수 로봇조차도 최근에서야 처음으로 원자로 노심을 관통할 수 있었다.
붕소는 어디로 갔을까?
그러나 결과적으로 한 가지 중요한 정보가 누락됐다.
즉, 원자로 노심에 탄화붕소(B4C) 형태의 중성자 흡수제가 얼마나 많이 포함되어 있는지다.
이 물질은 원자력 발전소에서 방사성 붕괴 동안 형성된 빠른 중성자를 감속하고 흡수하는 데 사용된다. 중성자 흡수제는 제어할 수 없는 연쇄 반응이 발생하는 것을 방지한다.
2011년 3월 11일 지진이 발생했을 때 이 제어봉이 3개 원자로의 연료봉 사이에 떨어져 멜트다운으로 파괴됐다.
녹은 원자로 노심에 얼마나 많은 붕소 흡수제가 남아 있는지는 불분명하다.
최대 2천 도의 온도에서 붕소의 상당 부분이 코어 물질의 일부와 함께 증발할 수 있기 때문이다. 따라서 고방사성 잔류물이 연쇄 반응에 얼마나 가까운지, 연료가 나중에 처분될 때 물질이 다시 중요해질 수 있는지는 알려지지 않았다.
규슈 대학의 카주키 후에다(Kazuki Fueda)와 그의 동료들은 "탄화붕소는 매우 단단해 연료 잔류물의 기계적 분해에 문제를 일으킬 수 있다"고 설명했다.
 |
| ▲ 2호기 원자로 노심에 있는 연료 잔류물을 특수 로봇이 촬영한 첫 번째 사진 중 하나. © TEPCO(도쿄전력) |
낙진에서 단서를 찾으십시오
좀 더 명확하게 하려고 연구팀은 원자로 재앙으로 인한 방사능 낙진을 자세히 살펴보았다.
붕소가 상당 부분 증발했다면 핵 재앙 동안 원자로에서 빠져나온 세슘이 풍부한 미세 입자에 침착되어야 하기 때문이다. "따라서 후쿠시마 다이이치(Fukushima Daiichi) 부근에 퇴적된 이러한 미세 입자의 분석은 노심 용융에서 붕소의 거동에 대한 중요한 단서를 제공할 수 있다"고 팀이 말했다.
연구를 위해 연구원들은 원자력 발전소에서 약 2km 떨어진 토양 샘플을 채취해 포함된 방사성 미세 입자의 화학적 조성과 동위원소 함량을 조사했다. 붕소 동위원소 붕소11(11Bor)와 10Bor의 상대적 비율을 기반으로 원자로 노심의 제어봉에서 붕소가 존재하는지와 그 양을 결정할 수 있었다.
원자로 노심에 여전히 충분한 흡수체
"붕소 카바이드 제어 막대가 부분적으로 증발하고 붕소10이 환경으로 방출된다는 분명한 증거가 있다"고 Fueda와 그의 동료들은 보고했다. 그러나 많지는 않다. 분석 및 추가 계산에 따르면 원자로 노심에서 70g 미만의 붕소가 방출됐다.
과학자들에 따르면, 원자로 1의 원래 붕소 680kg과 원자로 블록 2와 3의 각각 960kg을 고려할 때 이 양은 무시할 수 있을 정도다.
공동 저자인 헬싱키 대학의 Gareth Law는 "이는 원자로 노심에 있는 제어봉 전면의 거의 모든 부분이 보존됐음을 의미할 수 있다"고 말했다. 처음으로 후쿠시마의 잔류 연료에서 치명적인 연쇄 반응의 위험이 여전히 얼마나 클 수 있는지에 대한 징후가 있다.
위험이 남아있다.
이것은 손상된 원자력 발전소의 작업과 미래의 해체에 대한 좋은 소식이 될 것이다.
그러나 과학자들은 기화된 붕소의 일부가 건물로 다시 떨어졌을 수 있으므로 낙진 입자의 붕소 함량에 반영되지 않을 가능성을 배제하지 않는다. 또한 붕소와 핵연료가 용융 덩어리에 고르게 분포되어 있지 않다고 가정해야 한다.
"따라서 연료 펠릿 수준에서 재임계가 여전히 발생할 수 있다"고 Fueda와 그의 동료들은 설명했다. 따라서 붕괴된 유물을 처리하기 전에 붕소가 덩어리에 얼마나 불균일하게 분포되어 있는지 확인하는 것이 중요하다.
(Journal of Hazardous Materials, 2022; doi:10.1016/j.jhazmat.2022.128214)
출처: University of Helsinki
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
