사고가 일어난 체르노빌 원자력 발전소는 1978년에 운전되기 시작한 발전소로, 현재의 우크라이
나와 벨라루스 국경 근처에, 체르노빌에서 북서쪽으로 약 18km 떨어진 곳에 있었다.
사고 당시 체르노빌 발전소는 총 4기의
원자로를 운용 중이었고, 2기의 원자로를 추가로 짓고 있었다. 4기의 원자로는 모두 RBMK-1000형 원자로를 운용하고 있었다. 각각의 원자로의 전력 출력은 1기가와트(GW)이었고, 이는 열 출력으로 3.2GW의 출력에
해당한다.[2] 사고가 일어난
4호기는 1983년 운전을 시작하였으며, 2세대
RBMK-1000형 원자로를 운용하고 있었다.
사고
이 사고는 1986년 4월 26일 오전 1시 23분에,
체르노빌 발전소의 원자로 4호기의 비정상적인 핵 반응으로 발생한 열이 감속재인 냉각수를 열분해시키고, 그에 의해 발생한 수소가 원자로 내부에서
폭발함으로써 생긴 사고이다. 폭발은 원자로 4호기의 천장을 파괴하였으며, 파괴된 천장을 통해 핵 반응을 통해 생성된 다량의 방사성 물질들이
누출되었다. 누출된 물질에 의한 방사능의 총량은 약 5.3엑사베크렐로 추정되며, 국제 원자력 사고 척도(INES)에 의해 분류된 사고 등급 중 가장 심각한 사고를 의미하는 7등급에 유일하게
올라 있다.
사고발생 경과
사고 전날인 4월 25일에 원자로 4호기는 정기 점검을 위해 가동이 잠시 중단될 예정이었다. 원자로 4호기에는 이전부터 원자로의 가동 중단에 대비해 원자로의 가동 중단시
냉각 펌프와 다른 제어 장치들을 가동할 수 있는 3기의 비상용 디젤 발전기가 있었다.
그러나 이 발전기들은 충분한 전력을 생산하기까지 약
1분의 시간이 걸렸고, 그 때문에 원자로의 가동 중단 시 즉시 냉각 펌프가 작동할 수 있는지의 여부가 불확실하였다.
그 때문에 발전소에서는 주 전원이 끊어진
상태에서 원자로의 터빈이 관성에 의해 회전할 때, 그 회전 에너지가 원자로의 냉각 펌프 등에 얼마나 오랫동안 충분한 전력을 공급할
수 있는지 알아보기 위한 실험을 계획하였다.
이 실험은 이전에 작동 정지가 있을 때에도 행해진 적이 있었지만, 터빈으로부터
공급되는 에너지가 지나치게 빠른 속도로 감소하여 결과가 도출되지 않았기
때문에, 발전소에서는 결과 도출을 위해 재실험을 하기로 하였다.
실험은 원자로의 열
출력을 정격 열 출력의 20%~30%인 700MW로 낮추어 실시될 예정이었다. 4월 25일 오전 1시부터 4호기는 출력 강하를 시작하였고, 오전
3시 47분에는 정상 출력의 1/2 수준인 1600MW까지 출력이 낮춰져 오후 2시까지 유지되었다.
이 때 4호기에 연결된 터빈 발전기 중 7호, 8호의 두 발전기가 분리되었으며,
오후 2시에는 실험도중 ECCS가 가동된다면 원자로가 완전히 멈춰버리기 때문에, 비상노심냉각장치를 정지시켰다.
그러나 이 시점에서 키예프의 배전담당자가 오후 11시 10분까지 전력을 공급할 것을 발전소 측에 요청하였기 때문에, 출력 강하가 정지되고 실험이 중단되었다.
원자로의 낮은 출력 상태가 지속되면서 노심에
있는 중성자의 수가 줄어들었기 때문에, 정상 상태에서는 중성자를 흡수해 안정한 상태로 돌아가는 제논-135 (Xe-135)가 중성자를
완전히 흡수하지 못하고 축적되기 시작하였다.
전력 공급 요청이 끝난 후에는 원래 목표했던
출력인 700~1000MW으로 강하가 시작되어 자정 직후에는 목표 수준인 720MW까지 출력이 내려갔지만, 약 30분 뒤에 갑자기 출력이
30MW까지 떨어졌다.
출력 급강하가 발생한 이유는 일반적으로
운전자의 조작 미숙으로 여겨지지만, 상세한 이유는 원자로의 제어 방식을 높은 출력의 것에서 낮은 출력의 것으로 전환하는 과정에서 목표 출력을
설정하는 것을 잊었다는 설도 있고, 원자로의 제어봉을 자동 조작하는 과정에서의 실수로 보는 설도 있다.
출력을 목표 수준으로 올리기 위해 실험을
진행하던 운전요원들은 수동조작을 통해 제어봉을 제거하기 시작했으며, 이러한 조작으로 인해 4월 26일 새벽 1시에는 출력이 상승했으나, 이
상승은 200MW 정도에서 멈추었다.
이는 제어봉을 제거한 상태에서 추가로 발생한
중성자가 이미 노심에 누적된 제논-135에 의해 흡수되었기 때문이다. 원자로의 출력이 정상 상태보다 여전히 낮았기 때문에, 제논-135의 축적은
계속되었고, 이러한 상황은 원자로 운전 담당자가 삽입되어 있는 제어봉을 계속해서 인출하도록 만들었다.
출력이 200MW에서 안정된 시점에서 이미
노심에 남아있는 제어봉의 수는 안전 기준인 30개보다 훨씬 적은 6~8개에 불과하였다. 700MW 이하의 낮은 출력에서 장시간 원자로를
가동시키는 것과, 제어봉의 과도한 인출은 모두 안전 규칙을 위반하는 것이었다.
그럼에도 불구하고 실험은 진행되었으며, 실험
계획의 일환으로 새벽 1시 3분과 7분에 원자로에서는 냉각 시스템에 달린 냉각 펌프 중 정상 상태에서는 가동하지 않는 펌프 2개를 추가로
작동시켰다.
그 결과 원자로 내부에서 냉각수의 양이 정상
상태 이상으로 증가하여 노심 내부의 증기량이 감소하였다. 이 때문에 원자로에서 발생한 증기에 포함된 응축수를 제거하는 기수분리기를 통과하는
증기량이 감소하여 원자로가 자동 정지될 가능성이 있었기 때문에, 운전 담당자는 기수분리기에 의한 원자로의 비상노심냉각장치가 작동하지 않도록
조작하였다.
이 조작 이후 4월 26일 오전 1시 23분
4초에 실험이 실시되었고, 발전용 터빈에 도달하는 증기가 차단되었다. 냉각 펌프에 전달되는 전력은 감소하였고, 그에 따라 냉각 시스템에 흐르는
냉각수의 양이 감소하기 시작하여, 35초 후에는 실험을 시작할 때의 10~15% 정도로 감소하였다.
냉각수의 부족으로 인해 반응로 내부에서 발생한
열이 충분히 냉각되지 않게 되었고, 이 열은 냉각수를 끓여 노심에 증기의 양을 늘렸다. 증기가 늘어나면서, RBMK 원자로가 지니고 있던 양의
보이드 효과로 인해 핵반응 속도가 증가하였으며, 원자로 내부의 핵연료가 급격하게 분열하기 시작하였다.
이것을 안 기술자들은 오전 1시 23분 40초
경 긴급 정지 시스템을 작동시켜 제어봉을 다시 삽입하기 시작했지만, 거의 모든 제어봉이 이전의 조치로 인해 완전히 빠져 있었고, 이것들이 완전히
삽입되는 데 걸리는 시간은 약 18초로 출력을 제어하기에는 지나치게 느린 속도였다.
제어봉이 삽입되는 동안 노심에 축적되어 있던
제논이 다량 발생한 중성자를 흡수하여 중성자를 흡수하지 않는 동위원소 제논-136으로 변환되었고, 또한 또다른 중성자 흡수원으로 작용할 수
있었던 냉각수를 제어봉이 밀어내 버리는 상황이 발생하였다.
그 결과, 원자로의 출력은 통제를 벗어나 정상
출력의 100배에 가까운 30만 MW 정도까지 상승하였다. 급격히 상승한 반응으로 인해 발생한 열은 노심에 있던 압력관과 핵연료를 손상시켰고,
냉각수를 끓어오르게 하여 증기압을 반응로가 감당할 수 있는 한도 이상으로 증가시켰다.
출력이 급격히 증가함으로써 반응에 따라
발생하는 열 에너지가 원자로 내부의 냉각수를 거의 모두 기화시켰으며, 증기의 압력이 급격히 높아져 반응로가 그 압력을 견디지 못하고 오전 1시
24분 경 폭발하였다.
이 1차 폭발은 철과 콘크리트로 이루어진
노심을 파괴하여 반응로를 대기에 직접 노출시켰다. 이후 반응로는 한 차례 더 폭발을 일으켰으며, 이 2차 폭발은 원자로의 콘크리트 천장을
파괴했다.
이 두 차례의 폭발로 인해 원자로 내부의 연료
중 일부가 파편화되어 주변 지역으로 즉시 누출되었다. 감속재로 노심에 있던 흑연도 일부 방출되었기 때문에, 폭발한 4호기의 반응로와 남아있던
4호기의 천장, 그리고 옆에 있는 3호기 건물의 30개소 이상에서 화재가 발생하였다. 화재가 진압되기까지는 열흘이 걸렸다.
사고처리
폭발의 여파로 4호기의 잔해와 3호기에서
발생한 화재를 진압하기 위하여 1986년 4월 26일 사고 직후 소방대원들이 파견되었다. 사고 직후인 1시 28분에 우선 알렉산드르 아키모프가
지휘하는 14명의 소방대원이 파견되어 화재를 진압하기 시작하였고, 오전 4시 경에는 레오니트 텔랴트니코프가 지휘하는 250명의 대원이 추가로
파견되었다.
이들의 노력으로 오전 2시 10분에는 기계동
천장의 가장 큰 불이 진압되었고, 2시 30분에는 폭발한 반응로 건물 천장의 화재 또한 진압되었다. 오전 5시에는 반응로 주변에 일어난 대부분의
화재가 모두 진압되었다.
이 기간 동안 아무도 폭발이 일어난 반응로
근처로 가지 못했기 때문에, 이 기간 동안 반응로의 잔해가 계속 불타고 있었는지는 확실하지 않다. 하지만, 사고 후 처음 20시간 동안
소방대원과 발전소 직원들의 화재 진압 시도로 인해 뿌려진 물이 기화하여, 반응로 주변은 증기로 가득한 상태였다.
이 증기는 가열된 흑연이나 반응로 내부의
지르코늄과 같은 다른 물질과 반응하여 수소 가스를 비롯한 많은 가연성 물질들을 만들어냈다. 이 가연성 물질들은 사고 발생 후 약 20시간이 지난
4월 26일 오후 9시 41분에 반응로의 잔해를 폭발시켰다. 폭발의 여파로 만들어진 불기둥은 거의 50m에 달할 정도의 규모였다.
이 화재를 진압하고 화재로 인한 방사능의
누출을 막기 위해 5월 5일까지 군용 헬리콥터 30대가 동원되어 여러 물질들이 투하되었는데, 이 물질들은 중성자를 흡수하여 연쇄 반응을 막기
위한 40톤의 붕소 화합물, 열을 흡수하고 이산화 탄소를 발생시켜 화재를 진압하기 위한 돌로마이트 600톤, 방사능 차폐를 위한 2400톤의
납과 1800톤의 모래와 진흙 등이다.
동원된 헬리콥터와 그 조종사의 방사능 피폭을
줄이기 위해, 헬리콥터들은 폭심의 바로 위에 멈춰서지 않고 반응로를 날아서 통과하면서 투하물들을 떨어뜨렸다.
이 때문에, 투하물 중 일부는 목표인 노심을
빗나가 그 주변에 떨어졌으며, 이렇게 주변에 떨어진 투하물들은 반응로 내부의 열을 흡수하지 못하고 잡아두는 역할을 해 반응로의 온도를 높이고
방사능의 추가 누출을 불러일으킨 것으로 추측된다.
헬리콥터에 의한 화재 진압 시도는 5월
7일까지 지속되었으나, 폭발로 인해 건물의 구조가 약화되어 추가 폭발 또는 멜트다운이 있을 우려가 있어 5월 10일까지 중단되었다. 헬리콥터에
의한 시도가 중단된 이후에는 원자로 3호기에 있던 액체 질소를 노심에 주입해 5월 9일 반응로의 화재가 마침내 진압되었다.
사고로부터 약 하루가 지난 4월 27일부터,
발전소로부터 가장 가까운 프리피야트와 야노프의 두 곳에서 소개 작업이 제일 처음 개시되었다.
프리피야트의 경우 최초의 폭발이 있은 뒤 같은
날 저녁에 측정한 조사선량이 시간당 1~10밀리뢴트겐(mR) 수준으로, 즉각 경보할 정도로 심각한 수준은 아니었다. 그러나 흑연 발화에 의해
2차 폭발이 일어난 후에는 방사능 조사량이 증가하였기 때문에, 26일 오후 10시에 소련 정부는 이 두 마을에서 주민들을 대피시키기로
결정하였다.
소개령은 27일 오전 11시에 공표되었고,
1,200대의 버스가 도착하여 4월 27일 오후 2시부터 5시까지 주민들을 모두 도시에서 내보내는 작업을 수행하였다. 프리피야트 시민
49,360명과 야노프 주민 254명은 최종적으로 키예프의 아파트로 이주되었다.
4월 30일 이후에는 사고 지역 주변 30km
이내의 다른 주민들에 대한 소개 작업도 이루어졌다. 먼저 우크라이나 지역에서는 4월 30일부터 발전소로부터 10km 이내로 떨어진 지역의 주민
1만 명의 이주 작업을 시작하였고, 5월 3일에는 30km 이내 지역의 주민 28,133명의 소개 작업도 시작되었다.
이들 주민의 이주 작업은 5월 7일에
완료되었다. 5월 14일부터 8월 16일까지의 기간 동안에는 30km 이상 떨어진 지역 중 방사선 조사량이 시간당 5~20mR에 이른 지역에서
주민 2,800명이 소개되었다.
오염된 지역으로부터의 소개 작업이 완료된
시점은 1986년 9월이었으며, 이 기간동안 75개의 마을에서 총 91,406명의 주민이 다른 곳으로 이주되었다.
벨라루스 지역에서의 이주 작업은 5월 2일부터
시작되었으며, 우크라이나와 비슷하게 3단계 작업으로 이루어졌다. 발전소로부터 30km 이내로 떨어진 지역과, 그 외부 지역 중 시간당
5~20mR의 방사선이 조사된 지역의 108개 마을에서 총 24,725명의 주민이 마을을 떠나야 했다.
이들 주민들의 이주 작업은 1986년 9월까지
계속되었다. 러시아 지역에 속한 4개 마을 186명의 주민에 대해서도 역시 주민 이주 작업이 있었다. 이들 지역에서 소개된 주민은 모두 11만
6천여 명에 달하며, 이들은 187개 마을에 나누어서 살고 있었다. 주민과 함께, 그 지역에서 사육되고 있던 6만 마리의 가축들도 함께
소개되었다.
- 출처 : 위키백과
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(펌) 어제 표결이 신의한수였…