미국 에너지부는 핵위협주도(NTI), 카자흐스탄 정부와 함께 카자흐스탄 핵 물리원에 저장되어 있는 고농축 우라늄(HEU)을 원자력 발전소용 저농축 우라늄으로 전환하자는데 협의하였다. 또한 VVR-K 연구 반응기의 변환으로 고농축 우라늄 대신 저농축 우라늄 연료를 생산하기로 했다. 이번 협의안은 카자흐스탄 대통령인 누르술탄 나자르배에브(Nursultan Nazarbayev)이 자국 내 고농축 우라늄을 제거하겠다는 약속을 지키기 위한 중요한 단계. 미국 에너지부 장관인 사무엘 W. 보드만(Samuel W. Bodman) ‘이번 협의안은 미국과 카자흐스탄과의 생산적인 협력을 보여주는 것이며, 두 나라는 앞으로 핵비확산에 대해 좀 더 공유하게 되었다’며, ‘우리의 협력 노력은 부시 행정부의 핵테러니즘과 싸우기 위한 전세계 이니셔티브(Global Initiative to Combat Nuclear Terrorism)을 지원하는 것’이라고 말했다. 프로젝트는 에너지부의 국립 원자력 보안국(NNSA)을 통해 관리될 것이다. NNSA의 전세계 위협 감소 이니셔티브(GTRI)는 카자흐스탄과 함께 울바 메타루지칼 발전소에서 고농축 우라늄의 농도를 낮추기 위한 VVR-K 반응기의 변환을 시작할 예정. GTRI는 이번 프로젝트에 적어도 4백만 달러를 지원할 예정. NTI는 보호 시스템 반응기 안정과 반응기 수행을 증가시키기 위한 베릴륨 반사재에 $1.3 백만 달러를 지원함으로 이번 협상을 이끌어내는데 중요한 역할을 하였다. NTI의 공동의장인 전 상원의원 샘 눈(Sam Nunn)은 ‘카자흐스탄과 미국은 이 협상을 현실로 만들기 위해 예측과 창조성이 필요하다’고 말했다. “이번 프로젝트는 어떻게 정부, 민간 부문, 국제기구가 안정한 세상을 만들기 위해 있는 혁신적이고 효과적인 방법을 찾는지 보여주는 좋은 예”라며, “NTI는 이를 가능하게 하는데 중요한 역할을 했다는 점에서 기쁘다”고 말했다. 나자르바에비 대통령의 리더십아래서, 카자흐스탄은 소련 붕괴 후에 모든 핵무기를 제거하는 방법을 주도해왔으며, 지금은 무기로 사용될 수 있는 고농축 우라늄을 저농축 우라늄으로 바꿈으로 세상을 안정한 길로 가고 있음을 보여주고 있다. “카자흐스탄과 함께하는 이번 핵비확산 협력 과제는 전세계의 잠재적으로 위험한 엄청난 양의 물질을 없애려는 우리의 노력에 있어서 결정적이다. 국제 사회의 협력을 통해 우리는 핵테러의 위험을 줄일 수 있다” 고 NNSA의 리톤 F. 브룩스 위원장이 말했다. 이번 협정은 카자흐스탄과 미국 정부 사이에 있었던 2006년 5월에 협정은 따른 것이다.

• 저자 : 글로벌 과학기술정책 정보서비스
• Keyword : 핵비확산, 고농축 우라늄, 저농축 우라늄, NTI

후쿠시마 원자력 발전소 붕괴로 엄청난 양의 방사성 물질이 바다로 유출된 지 5년이 지난 지금, 태평양의 방사능 수치가 빠르게 정상으로 돌아가고 있다는 연구 결과가 발표되었다. 

일본은 지난 2011년 3월 11일, 도호쿠 지방 태평양 해역의 진도 9.0의 지진과 해일로 도쿄 전력이 운영하는 후쿠시마 원자력 발전소의 원자로가 심각하게 손상되었으며, 공기 중과 바다로 엄청난 양의 방사성 물질이 유출되었다. 바다는 고온의 핵발전기를 냉각시키는 대신에 방사능 원소들을 태평양 해안으로 널리 분산시켰으며, 일본 및 국외까지 퍼지면서 국제사회를 방사능 오염의 공포로 몰아넣었다. 

전 세계 해양 전문가들로 구성된 해양연구과학위원회(Scientific Committee on Oceanic Research)는 후쿠시마 원전 사고 후 5년간의 연구결과 데이터를 분석하여 태평양 방사능 수치가 사고 후 빠르게 정상으로 돌아가고 있다고 Annual Review of Marine Science에 발표하였다. 예를 들어, 2011년 당시에 후쿠시마 연안의 어류 절반 이상이 방사성 물질로 심각하게 오염되어 있었지만, 2015년의 연구 결과에 의하면 1% 미만으로 크게 떨어졌으며, 일본 연안에서 북미 태평양까지 방사성 세슘(caesium)의 농도를 조사한 결과, 후쿠시마 원전 사고 후 태평양의 방사능 수치가 평소보다 수천 배 이상 높게 나타나다가 지금은 빠르게 정상 수치로 돌아가고 있다고 발표했다. 세슘은 원자력 발전의 부산물로 물속에 잘 용해되어 바다의 방사성 물질 측정에 사용된다. 

웨스턴 오스트레일리아의 Edith Cowan University 환경 방사화학과 교수 Pere Masque는 “후쿠시마 근처의 해저와 항만은 아직도 방사성 물질로 심각하게 오염되어 있다”며 지역의 방사능 수치와 해양 생물의 모니터링이 계속되어야 한다고 말했다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 후쿠시마 원전 사고, 방사능 물질, 세슘, 태평양 2. Fukushima, Pacific Ocean, radiation levels, caesium

ABSTRACT
Cosmic radiation environments having extremely high-energy particles and photons cause severe malfunctions of electrical components in space and terrestrial regions. In this study, we revisit basic knowledge on radiation effects in ICT electrical devices, such as single event effect, total ionizing dose, and displacement damage. To avoid such soft errors and system failures, we introduce essential technical approaches from the perspectives of materials, layouts, circuits, and systems, including current research trends. By considering several techniques and Space EEE part standards, we suggest possible directions that can invoke New Space Era technology.  

KEYWORDS ICT전자부품,    내방사선,    방사선차폐,    우주방사선

지금까지 우주로 간 전장품의 오작동 원인 중 약 30%가 우주방사선의 영향으로 알려져 있다. 우주 환경에서의 방사선은 심우주로부터의 고에너지 우 주입자(Galactic Cosmic Ray), 태양으로부터의 고에너 지 우주입자(Solar Cosmic Ray), 지구 자계에 포획된 고에너지 입자 띠(Va n Allen Radiation Belts) 등으로 분 류되며, 약 85% 양성자들이 주를 이루고 있다. 또한, 이러한 우주방사선이 지구 초기 대기권에 충돌 해 2차 우주방사선을 만들며 또다시 다른 대기권 기 체와 충돌을 일으켜 중성자, 알파, 베타, 감마 등 연 쇄적으로 2차 방사선을 발생시킨다(그림 1). 이들 우 주방사선의 에너지 입자들은 랜덤하게 전장품과 충돌하여 오작동에 영향을 끼치며 ICT(Information Communication Technology) 부품이 고집적화될수록 고준위 우주방사선 노출 영향에 대한 우려도 커지고 있다. 고신뢰성을 요구하는 우주, 항공, 원자력, 의료 분야에서 내방사화 기술의 부재는 우주탐사의 임무 실패뿐만 아니라 사회 기반 시설의 오작동 으로 이어져 막대한 물적·인적 손실을 초래할 수 있다. 따라서 ICT 소자의 우주방사선 환경의 영향을 검토하며 개발 동향을 고찰한다. 

저자
이윤식       (Y. Yi, yyi@etri.re.kr)    나노전자원소자연구실    선임연구원
정성근       (S.K. Jeong, skjeong@mid-space.com)     ㈜엠아이디    대표
황인록       (I. Hwang, inrok.hwang@sk.com)  ㈜SKHynix    선행품질&분석/신뢰성팀    책임연구원
양용석       (Y.S. Yang, jullios@etri.re.kr) 나노전자원소자연구실    책임연구원/기술총괄
이명래       (M.L. Lee, mllee@etri.re.kr) 나노전자원소자연구실    책임연구원/실장
서동우       (D. Suh, dwsuh@etri.re.kr)   소재부품원천연구본부    책임연구원/본부장

• 저자 : 글로벌 과학기술정책 정보서비스
• Keyword :

호주 국립대학(The Australian National University)의 연구진은 수많은 2차원 재료들을 우주 공간과 유사한 환경에서 테스트한 결과, 이런 재료들이 우주 공간 속에서 잘 작동한다는 것을 발견했다. 이 연구결과는 2차원 재료로 만들어진 위성 전자장치에서부터 태양전지와 배터리를 우주 임무를 위한 발사체에 적용함으로써 비용 절감과 성공적인 임무 수행에 도움을 줄 수 있다는 것을 보여주었다.

우주 환경은 지구와 분명히 다르다. 그래서 이번 연구진은 우주와 유사한 환경에서 다양한 2차원 물질을 노출시켰다.

이 연구는 2차원 재료로 만들어진 장치들이 대부분 잘 작동한다는 것을 발견했다. 전기적 및 광학적 특성도 전혀 차이를 보이지 않았다. 지구의 인공위성 궤도에서는 가열, 냉각, 방사선 노출이 있을 수 있다. 그동안 온도 변화와 관련된 2차원 소재의 견고성을 입증한 많은 연구가 있었지만, 방사선 영향에 대해서는 지금까지 알려지지 않았다.

이번 연구진은 우주 환경을 모델링하기 위해서 여러 가지 시뮬레이션을 수행했다. 강한 감마 방사선에 노출시킬 때, 한 개의 2차원 소재는 오히려 성능이 개선되었다. 이것은 감마선을 조사한 후에 물질이 강해진다는 것을 의미하고 헐크를 떠올리게 한다. 일반적으로 우주에서 볼 수 있는 높은 방사능 수준일 때 재료가 성능 저하할 것으로 알고 있는데, 이번 연구로 재료의 성능이 유사하거나 더 좋아진다는 것을 알게 되었다. 이것은 이런 2차원 재료들이 원자로 근처와 같은 가혹한 환경에서 방사선량을 탐지하는데 적용될 수 있다는 것을 보여준다.

테스트 장치 중에는 매우 얇은 트랜지스터가 있다. 트랜지스터는 모든 전자회로의 중요한 구성요소이다. 이번 연구에서는 차세대 양자 인터넷의 “백본(backbone)"이라고 알려진 양자 광원도 조사되었다. 이런 양자 인터넷은 위성 기반의 장거리 양자 암호 네트워크에 사용될 수 있다. 양자 인터넷은 사이버 공격과 데이터 유출이 증가하는 현재의 문제점을 해결하는데 중요한 역할을 할 것이다. 또한 강철보다 5배 더 강한 그래핀으로 인공위성 구조를 만들면 더 가벼워질 수 있을 것이다.

이 연구결과는 저널 Nature Communications에 "Radiation tolerance of two-dimensional material-based devices for space applications" 라는 제목으로 게재되었다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 2차원 재료; 방사선 내성; 우주 2. two dimensional material; radiation tolerance; space

UN 방사선영향과학위원회(UNSCEAR)는 원자력발전으로 인한 방사선 피폭이 석탄 화력에 비하면 일부분에 지나지 않는다고 밝혔다. 세계의 발전기술 변화는 기후, 환경, 자원, 정치, 경제 변화에 대응하여 시간에 따라 변하고 있다. 정부와 연구소들은 발전원에 따라 대중, 근로자, 환경에 어떤 영향을 주는가에 대한 연구도 다각적으로 수행하고 있다. 이온화 방사선의 영향도 이런 측면에서 이루어진 것이다.

1993년에 UNSCEAR은 관련 연구 결과를 발표한 바 있다. 이번에는 방사선 방출에 따른 대중의 노출을 예측하는 방법의 업데이트가 이루어졌다. 새로운 방법은 더욱 폭넓은 발전 기술을 적용할 수 있는 유연한 것이라고 밝힌 위원회는 주로 작업자의 선량계에서 얻은 데이터를 여러 발전기술에 적용하여 작업 현장의 노출도 재평가했다고 덧붙였다.

2월 8일, UNSCEAR은 원자력, 석탄, 천연가스, 석유, 바이오 연료, 지열, 풍력, 태양광 등 발전 기술에 따라 방출되는 방사선량의 비교결과를 발표했다. 결과 피폭량은 매우 낮게 나타난 가운데, 석탄이 전 세계 발전에서 발생하는 총방사선량의 절반 이상을 차지한 것으로 나타났다. 반면에 원자력은 총량의 1/5보다 낮은 것으로 나타났다. 구체적인 수치로는 석탄이 670~1400맨시버트, 원자력은 130맨시버트, 지열은 5~160맨시버트, 천연가스는 55맨시버트, 석유는 0.03맨시버트였다.

또한 생산된 발전량대비 방사선 노출도 평가했는데, 석탄이 GWe당 0.7~1.4맨시버트, 원자력은 GWe당 0.43맨시버트로 나타났다. 원자력발전의 경우 매우 적은 양의 장수명 방사성동위원소가 축적됨에 따라 100년에 걸친 핵연료 주기 전반에 축적 선량이 높은 것으로 나타났다. 하지만 발전된 단위 전기당 총 축적 선량은 장수명 동위원소를 고려하더라도 500년 동안 축적된 선량은 석탄이 높은 것으로 나타났다.

주기적인 배출과 달리 체르노빌이나 후쿠시마와 같은 사고에서 발생한 선량을 직접 비교하는 것은 어려운 일인데, 이 경우 방사선량은 모든 측정에서 사용된 1년 정상운전에서 발생한 양을 크게 웃도는 것으로 나타났다. 그리고 사고 후 방사선의 확산은 지역적으로 한정되었다.

발전원에 따른 방사선 피폭량을 비교한 결과, 원자력이 사고를 제외한다면, 가장 많은 발전량을 차지하는 석탄에 비해 훨씬 낮은 것을 보여주는 유엔 보고서는 원자력 안전의 중요성을 강조하고 있다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 원자력;방사선;방사선량 2. nuclear power;radiation;radiation dose

BWXT(BWX Technologies, Inc.)사는 2018년 10월 9일 미항공우주국(NASA) 우주기술미션감독부(STMD, Space Technology Mission Directorate) 관리들을 초청하여 자사의 열핵추진(NTP, nuclear thermal propulsion) 프로그램에 대한 진척도 설명과 기술실증을 하였다.

원자로는 지구궤도로부터 화성을 갔다오는 목적으로 설계되는 NTP 로켓엔진의 일부가 될 수 있다. NASA 관리들은 Virginia 주 BWXT사의 Lynchburg에 위치한 첨단기술연구소를 방문하여 미래 유인화성우주선에 채택될 프로그램에 대한 진척상황을 살폈다. 여기에서 첨단 용접, 금속조직학(metallography) 및 연료소자 충진 등 BWXT사가 개발하고 있는 3가지 핵심기술에 대한 시연에 참관했다.

BWXT 측은 NTP는 인간을 화성에 데려다 줄 수 있는 이상적인 추진시스템이라면서 자사의 과학자 및 엔지니어들이 이를 현실로 만들기 위해 매일같이 연구에 집중하고 있다고 밝혔다.

저농축 우라늄 핵연료를 기반으로 한 원자로를 만드는 BWXT사는 우주선용 NTP는 화학연료를 기반으로 한 설계보다 여러가지 장점이 있으며 특히 효율이 높고 출력밀도가 높다고 밝혔다. 따라서 비행시간을 줄이고 우주비행사에게 우주선(cosmic radiation) 피폭을 줄일 수 있다.

BWXT사는 지난 해 NASA로부터 우주 탐사용 초기 원자로 개념설계, 첫 핵연료 및 노심 개발, 인허가 지원 및 엔진시험프로그램 개발 등을 위해 미화 1,880만 불 규모의 계약을 수주한 바 있다. 이 3년 간의 계약기간 동안 원형(prototype) 핵연료를 제조, 시험하고 원자력분야 인허가 요건에 대해 NASA를 지원하게 된다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 열핵추진, 우주기술미션감독부, 출력밀도 2. NTP(nuclear thermal propulsion), STMD(Space Technology Mission Directorate), power density

원자력과 항공우주 산업은 방사선 피폭을 견딜 수 있는 재료를 구할 수 있는가에 따라 발전 방향이 달라질 수 있다. 미시간 대학의 연구진은 같은 농도의 3~4 가지 원소를 더 추가한 합금을 이용하면 방사선 조사에 따른 팽창을 크게 줄일 수 있다는 것을 발견했다.

핵연료 피복재와 같이 고온에서 방사선과 충돌하는 금속이 겪는 큰 문제는 상당히 큰 비율로 팽창하는 경향을 보인다는 것으로 크기가 2배까지 늘어나는 경우도 있다. 무엇보다 이런 팽창으로 다른 구조물과 간섭이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 팽창으로 재료의 강도도 변할 수 있다. 즉 재료의 밀도가 떨어져 고온에서 연한 성질을 보이거나 저온에서 딱딱해질 수 있는 것이다.

이런 현상이 발생하는 이유는 입자가 금속 내부를 비행할 때 격자구조 밖으로 원자를 쳐내기 때문인데, 이 자리를 이탈한 원자는 금속 결정을 가로질러 빠르게 이동하지만 이때 남겨진 빈공간은 빠르게 움직이지 못한다. 따라서 같은 장소에서 많은 원자가 이탈한 경우 빈공간은 서로 유착하여 상당한 넓은 공간을 형성한다. 이 빈공간 형성과 팽창을 통제하기 위한 최신 연구는 금속 내부에 마이크로 혹은 나노 구조를 만들어 작은 결함을 흡수할 수 있는 싱크대와 같은 공간을 마련하여 재료의 건전성을 유지하는 것이었다. 하지만 연구를 주도한 루민 왕 교수와 연구진은 예전 이론을 따르지 않고 원자의 결정 구조에 결함이 없는 합금을 찾기로 한 것이다.

오크리지 국립연구소에서 제작된 다양한 니켈 기반 합금 표본을 테네시 대학 방사선 조사 시설에 투입하여 실험을 수행했다. 가장 성공적인 합금은 같은 양의 니켈, 코발트, 철, 혹은 니켈, 코발트, 철, 크롬, 망간을 넣어 주조한 합금이었다. 원래 강도와 연성이 우수한 이 재료에 방사선 저항 특성을 추가할 수 있게 된 것이다.

간단히 말하자면, 크기가 다른 원자가 많이 있으면 과속방지턱이나 웅덩이와 같은 작용을 한다고 볼 수 있다. 따라서 결함이 쉽게 이동하지 못하고 주변에 갇혀 감속되는 것이다. 자리를 이탈한 원자와 빈공간이 결정 구조 내에 가까이 머무르기 때문에 복잡한 합금 내에서는 다른 더 큰 공간으로 확장되기 전에 빈공간이 메워지는 것이다. 이번 연구를 통해 어떻게 방사선 저항성을 갖는 합금 매트릭스를 개발할 수 있는지 이해할 수 있게 되었다.

고온과 강한 방사선 등 극한의 환경을 견뎌야 하는 재료의 특성상 원자로의 수명이 결정되고 많은 비용이 드는 주요 부품 교체가 필요하여 경제성에 영향을 준다. 이처럼 방사선에 보다 잘 견디는 재료를 이용하여 원자력발전소를 건설한다면 자연적으로 수명이 연장될 뿐만 아니라 안전성도 높일 수 있을 것이다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 방사선조사;합금;내방사선재료;원자로 2. irradiation;alloy;radiation resistant material;nuclear reactor

2016년 11월 14일 Nuclear Development사는 미 TVA사(Tennessee Valley Authority)로부터 건설이 중단되어 있는 Bellefonte 원자력발전소를 경매를 통해 미화 1억 1,100만 불에 사들였다. 이 회사는 발전소를 준공시키기 위해 미화 130억 불을 투자할 예정이다. TVA사는 2016년 5월 Alabama주 Hollywood 인근의 1,400 에이커에 달하는 부지와 해당 원전을 매각할 수 있다고 밝힌 바 있고 6월에는 2기의 짓다가 건설이 중단된 가압경수로와 스위치야드, 사무실 건물, 창고, 냉각탑 등의 인프라를 포함한 부지까지 경매를 통해 매각한다고 밝히면서 해당 부지의 최소가격으로 미화 3,640만 불로 평가한 바 있다.

Nuclear Development사는해당 원전을 완공하기 위해  2017년부터 최대 미화 130억 불에 달하는 자금을 추가 투자할 것이라고 밝혔다. TVA사는 1974년 해당 부지를 구입했고 Babcock & Wilcox사가 공급하는 2기의 가압경수로를 건설하기 시작했다. 건설공사는 1988년 중단되었는데 이 떄 1호기는 약 90% 완성된 상태였고 2호기는 58% 가량 완성된 상태였다. 그 이후 해당 원전의 많은 부품이 이전되거나 매각되었고 일부 부품은 업그레이드나 교체가 필요해서 현재는 약 55% 완성된 것으로 평가된다

미 원자력규제위원회(NRC, Nuclear Regulatory Commission)는 2009년 해당 원전의 건설허가의 효력을 복원해 준 바 있다. TVA는 Watts Bar 2를 준공한 이후에는 Bellefonte 1호기를 이어서 준공할 것이라고 2011년 밝힌 바 있다. 하지만 머지않아 회사측은 향후 기저부하 공급에 Bellefonte 원전이 더 이상 필요 없다고 결정했다. Watts Bar 2호기는 2016년 10월 준공된 바 있다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 원전, 벨레폰트, 경매 2. nuclear power plant, Bellefonte, auction

미시간 대학(University of Michigan), 오크리지 국립연구소(Oak Ridge National Laboratory)의 연구진은 동일한 농도를 가진 3 개 이상의 원소로 구성된 금속 합금이 방사선으로 인한 팽창에 매우 저항할 수 있다는 것을 발견했다.

고온에서 방사선과 충돌하는 금속의 가장 큰 문제는 금속이 상당히 팽창한다는 점이다. 금속은 거의 두 배의 크기로 팽창한다. 이런 재료들이 팽창할 때, 재료의 강도가 변한다. 즉 재료의 밀도가 떨어진다. 이것은 고온에서 연화되게 하거나 저온에서 경화될 수 있게 한다.

팽창했을 때 발생하는 재료의 공극 형성을 제어하기 위해서, 과학자들은 금속 속에 마이크로 및 나노 구조를 만드는 연구를 수행했다. 이런 마이크로 및 나노구조들은 작은 결함들을 흡수해서 재료의 무결성을 유지하는 역할을 한다. 이번 연구진이 개발한 보다 안전하고 수명이 긴 원자로 디자인은 방사선 저항을 100배까지 높일 수 있다.

이번 연구진은 다양한 니켈 기반의 합금 샘플을 만들었다. 그 후에 이것들을 방사선에 노출시켰다. 가장 성공적인 합금은 니켈, 코발트, 철로 만들어진 결정과 니켈, 코발트, 철, 크롬, 망간으로 만들어진 결정이다. 이런 재료들은 강도와 연성 등에서 많은 우수한 특성들을 가지고 있고, 방사선에 내성을 가진다.

이번 연구진은 수십 년에 걸쳐서 원자로 코어에 축적되는 방사선을 시료에 노출시켰다. 이 실험은 500 ℃ 또는 932 ℉에서 수행되었다. 이런 샘플들은 투과 전자 현미경으로 특성이 분석되었고, 순수한 니켈과 비교했을 때 방사선 손상이 100 배 이하가 된다는 것을 발견했다.

서로 다른 크기의 많은 원자들이 존재한다면, 그들은 서로 충돌한다. 그래서 결함이 발생하는데, 이런 결함으로 인해서 원자들이 부드럽게 움직이지 않을 것이고, 튀어 오르거나 느리게 움직일 것이다. 이 연구는 합금의 방사선 내성 기질을 개발할 수 있는 방법을 더 잘 이해할 수 있게 할 것이다. 또한 이 연구는 원자력 및 항공우주 산업에서 방사선 노출을 견딜 수 있는 재료를 찾는데 새로운 길을 열어 줄 것이다.

이 연구는 저널 Nature Communications에 "Enhancing radiation tolerance by controlling defect mobility and migration pathways in multicomponent single phase alloys" 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1038/ncomms13564).

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 방사선 저항력; 금속; 결함; 원자 2. radiation resistance; metal; defect; atom

사고로 파괴된 후쿠시마 원자력발전소에서 청소 임무를 수행하고 있는 원격 조종 로봇의 작동이 중단되었는데, 관계자는 예상치 못한 고준위 방사선의 영향으로 탐사 로봇의 통제를 완전히 상실했을 수 있다고 우려를 표명했다. 이 로봇은 고수압 펌프와 누적 방사선량 1,000시버트까지 견딜 수 있도록 설계된 카메라를 탑재하고 있는데, 이번 주 초 손상된 후쿠시마 2호기 내부로 투입되었다고 도쿄전력이 밝혔다. 이 로봇은 탐사를 시작하고 2시간 만에 손상된 것으로 알려졌다.

지난주 도쿄전력은 이 탐사 로봇이 사람을 즉사시킬 수 있는 치사 피폭량인 시간당 530시버트를 견딜 수 있다고 말한 바 있는데, 이번 실패 이후 방사선량 측정치 600시버트는 기본적으로 예측이 정확했음을 보여준 것이라고 말했다. 30%에 달하는 오차를 반영하여 방사선량을 추정하더라도 원자로 내부의 방사선 수치가 기록적으로 높다는 것은 분명하다. 이 방사선량은 가이거 계수기나 선량계로 직접 측정할 수 없지만 장비에 준 영향을 통해 계산할 수는 있다.

지난달, 이 원자로 압력용기 하부에서 1제곱미터가 채 되지 않는 구멍이 발견되었다. 그레이팅 강판에 생긴 이 구멍은 용융된 핵연료가 만든 것이 분명해 보인다고 도쿄전력이 말했다. 최근 탐사 임무도 용융된 핵연료가 이 부근에 있는 것을 증명하고 있다.

원자로 내부에 극도로 높은 수준의 방사선이 기록되었지만 외부로 누출은 없다고 도쿄전력 측은 주장했다. 하지만 이번 실패는 도쿄전력이 손상된 후쿠시마 원자로 내부에서 용융된 핵연료의 위치를 파악하기 위해 로봇을 이용하는 전략을 수행함에 있어 방사선 수준을 다시 평가할 필요가 있음을 보여주고 있다.

방사선으로 손상된 로봇은 두꺼운 흙이나 다른 파편들을 고압수로 제거하여 다른 원격 조종 탐사 로봇이 해당 지역에 진입할 수 있도록 길을 열어줘 추가 투입되는 탐사 로봇이 손상된 원자로의 상태를 평가하도록 하는 임무를 수행할 예정이었다. 이전에도 특수 제작된 로봇을 원자력발전소 지하에 고인 물속을 탐사하기 위해 투입했으나 고준위 방사선의 영향으로 작동이 중단된 바 있다.

2011년 3월 지진과 쓰나미로 발생한 정전 때문에 원자로 6기 중 3기에서 노심용융 사고가 발생한 후쿠시마 원자로는 1986년 체르노빌 사고 이후 최악의 원자력 사고로 기록되고 있다. 현재까지 초기 단계의 피해 조사를 진행 중인 도쿄전력은 시설 해체에는 수십 년이 걸릴 것으로 추정하고 있다. 

원자로 사고 현장과 같은 극한 공간에서 작업을 지원하기 위한 로봇이 개발되어 파괴된 후쿠시마 원자로에 투입되고 있지만 전례없는 수준의 고준위 방사선을 극복하는 것이 얼마나 어려운 일임을 보여주고 있다.

• 저자 : KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
• Keyword : 1. 원자력사고;원자로;노심용융;로봇;방사선 2. nuclear accident;nuclear reactor;reacotr meltdown;robot;radiation