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영변 폐연료봉 부식 문제
영변 폐연료봉 저장시설에서 나오는 거품의 정체 (실피드)


좋은 의견 잘 읽었습니다. 저도 기술적인 부분은 잘 모르기 때문에 그냥 이 문제에 관련해 제가 정리한 내용을 중심으로 적어 볼까 합니다. 다른 분들도 의견이 있으시면 환영합니다.

저자 Quinones는 외교관이기 때문에 기술적인 부분은 정확하지 않을 수 있습니다. 다만 그는 영변 시설을 견학하면서 북한 측 설명을 일방적으로 들은 것이 아니고 미국 측 기술팀과 줄곧 함께 활동했기 때문에, 그가 기술한 내용은 주로 이 기술팀에게 듣거나, 회의 중 자신이 보고 들은 것들에 입각한 것이라고 생각됩니다. 물론 얼마나 정확하게 이해했느냐는 또 다른 문제이지만요. 참고로 이 기술팀은 핵문제를 관장하는 미 에너지성의 외주를 받은 NAC International이란 업체 소속인데, 핵연료 등의 처리에 대해서는 많은 경험이 있는 곳이라고 합니다.


1994년 11월 12일, 사용후 핵연료봉 처리의 방안을 놓고 미국 측과 북한 측 사이에 첫 번째 회의가 열립니다.

처음부터 [영변원자로 부주임기사] 이[성환]가 주도권을 쥐었다. 그는 미국 측에 대해 문제의 핵심은 사용후핵연료를 건식저장하느냐 습식저장하느냐에 있다고 강조했다. 북한 측 전문가들은 건식저장을 바랬다. 미국측은 물론 습식저장을 요구했다. 이는 북한 팀은 세 가지 기준에 입각해, 즉 안전성과 선택된 방법의 이행의 신속성과 비용대비효과에 기초해 최종적인 결정을 내리고 싶다고 주장했다. 이는 정치적인 고려처럼 부적절한 것은 없다고 강조했다. 그러나 우리들 전원이 그 반대라는 것을 알고 있었다. 어느 쪽 저장방법에도 문제가 있었다. 핵물리학과 원자로와 사용후핵연료에 관련된 것에 단순하면서도 완전히 안전한 것 따위는 하나도 없다. 동시에 플루토늄의 보관이나 제조능력이 정치적 의미를 갖지 않을 리도 없다. …

아마도 북한 측이 건식저장을 바란 이유는 그 쪽이 개개의 사용후핵연료봉의 보존상태가 좋고 재처리해서 플루토늄을 추출하기 쉬운 점에 있었다고 생각된다. … 미국은 일관되게 습식저장을 주장했다. 여기에는 미국 측의 관점에서 보면 핵연료봉이 용해되어 결국은 사용후핵연료를 재처리하여 플루토늄을 추출하는 작업이 복잡화되고 늦어진다는 이점이 있었다. 하지만 안전성도 또한 중요한 관심사였다. 만약 손상된 핵연료봉이 공기에 노출되면 그것이 발화해 유독가스와 방사능을 대기 중에 방출한다. 미국 측 전문가는 북한 측에 대해 어떠한 방사성 가스의 누출도 방지하는 첨단기술의 스테인리스 용기 안에 핵연료봉을 저장하겠다고 확약했다.(pp.55-56)

여기서 중요한 점은 연료봉의 보관 문제가 표면적으로는 부식에 따른 안전한 보존의 문제이지만, 정치적으로는 나중에 있을지도 모르는 플루토늄 추출 작업의 난이도와 관련된 쟁점이었다는 것입니다.

저는 이 비슷한 이야기를 다른 출처로부터도 본 적 있습니다. IAEA 관계자들에 따르면 심지어 위에서 말한 것 같은 캐니스터에 봉인한 후에도 부식이나 변성 문제가 계속 된다는 것입니다.

Scientists here assume Kim has up to nine bombs of fissile material not only because North Korean scientists are capable of reprocessing fuel rods - but because to the threat of rust.

As time elapsed, Kim had to choose whether to scrap his hard-earned nuclear stockpile or reprocess it, says a Vienna-based diplomat with close ties to the inner circle of Mohammed ElBaradei, head of the International Atomic Energy Agency.

"The rods were canned, welded, and placed under water for cooling(in the early 1990s). But we know the welds were corroding, and plutonium reacts very badly to rust," says the diplomat. "DPRK(North Korea) would have had to reprocess for safety considerations, and that is what we assume."



두 번째로 '그 가스가 수소가 맞는지 확인했느냐에 대해서는 책에 구체적인 언급은 없습니다. 다만 기술팀 안에는 화학자도 있었고, 북한측 과학자들까지 배속받아 현장에서 채취된 샘플들을 시험하기 위한 실험실을 운영했다는 이야긴 나옵니다. 참고로 책의 내용으로 볼 때 이 실험실의 제일 중요한 업무는 수조 내 물의 상태를 정밀하게 측정하는 것이었던 듯 합니다.

그리고 이들 기술진은 수조에서 올라오는 '거품'의 양을 아주 주의깊게 관찰했다고 합니다. 저는 이들이 그게 뭔지도 모르고 측정했을 것 같지는 않은데, 어떻게 확인할 방법이 없긴 하군요. 또한 물의 온도를 낮추어 거품 발생을 줄이려는 시도도 합니다.

오전 11시 15분, 우리들은 거품 수 계측을 종료했다. 미국 팀 전원이 저장수조의 표면의 1/4씩 나누어 거기서 올라오는 거품을 2분간에 걸쳐 세었다. 그 결과 각 1/4 당 2분에 55~60개의 거품이 계측되었다. 이 계측수를 기준으로 삼아 그 이후에 계측되는 거품 수와 비교하면 사용후핵연료가 어느 정도 속도로 부식되는 중인지 대략적인 힌트를 얻을 수 있을 터였다.(pp.134-135)



세번째로 참고가 될 만한 것은 나중에 연료봉을 수납하는 데 쓴 캐니스터의 얼개와 보관과정에 대한 기술입니다.

캐니스터에 22본의 핵연료봉을 담은 후 뚜껑이 설치되어 고정된다. 아르곤과 질소의 혼합 가스를 캐니스터에 강제주입해 수분을 배출한다. 이를 통해 연료봉의 추가적인 부식을 막을 수 있다. 폭발을 방지하기 위해 각각의 캐니스터에는 여분의 가스를 배출하기 위한 안전밸브가 있다. 그리고는 캐니스터 뚜껑에 달린 모든 밸브를 닫고 연결된 호스를 뺀다. 캐니스터는 작업 스테이션에서 들어내 저장 랙에 집어넣게 된다. … 최후에 두상식 크레인으로 랙을 들어올려 수조 반대쪽 끝의 물 속에 집어넣게 된다.(p.274)

제 생각에는 물을 빼고 대신 불활성 가스를 충진하는 것으로 보아 이들은 (산화마그네슘 피막이 형성되어) 부식이 중단되었다고 보지 않는 것 같습니다. 부식 문제가 마그녹스 피복에 기인하는 것인지 그 안의 연료봉 자체와 관련된 것인지까지는 모르겠지만요.



by sonnet | 2009/09/07 09:08 | 과학기술 | 트랙백 | 덧글(37)
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Commented by 슈타인호프 at 2009/09/07 09:27
그 가스가 연료봉의 자체 핵분열로 인한 발열 때문에 생긴 수증기일 가능성은 없는 거죠? 중성자의 공급이 없는 상태에서 일어나는 우라늄의 자연 핵분열이라면 그 정도 고온까지는 올라가지 않을 테니...
Commented by Ya펭귄 at 2009/09/07 09:45
...

그게 연료봉 자체 핵분열 발열에 의한 수증기였으면...

........

주체 공화국식 방사성 사우나탕 고고씽.....


Commented by 실피드 at 2009/09/07 09:48
폐연료봉이라고 하더라도 어느 정도의 중성자는 계속 밖으로 새어나옵니다. 만약 정상적으로 작동중인 연료봉을 밖에 빼내서 수조에 담가버리면 팔팔 끓게 되겠죠. (경수로나 중수로는 사실 이런 식으로 작동됩니다)

거품의 숫자를 세었다는 부분을 보니 연료봉의 가열로 인해서 '끓는'다고 보긴 어렵지 않은가 합니다. 요즘은 부식에 강한 재료들을 쓰는데 흑연감속로에 사용하는 Magnox라는 종류만 다소 문제가 있는 듯 합니다.
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:06
냉각 수조 전체에 1분에 거품 100개라는 걸로 봐서 그 정도는 아닐 것 같습니다.
Commented by 실피드 at 2009/09/07 09:43
포스팅을 하고 보니 가장 중요한 부분을 간과하고 넘어갔다는 것을 깨닫게 되었습니다. 당시에 화학자를 포함한 기술진들이 동행했다는 사실과 거품을 계측했으리라는 것을 생각하지 못했습니다. sonnet님 말씀대로 폐연료봉의 처리 방법을 결정하기 위해 수조의 물을 채취해서 분석했을텐데 사소한 궁금증으로 중요한 부분을 놓쳤다는 생각이 듭니다.

어제의 포스팅과 이 포스팅을 보니 뭔가 준비하고 계신 것 같은데.. 멋진 결과물 기대하겠습니다. ^^
Commented by 漁夫 at 2009/09/07 09:54
저도 개략은 압니다만 세부 사항까지는 잘 모르는데, 두 분 토론 덕에 제대로 많이 배우고 있습니다. 감사합니다.
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:10
아닙니다. 저도 앞의 글은 깊게 생각해보지 않고 쓴 글인데, 잘못 생각한 점을 몇 가지 고칠 수있었습니다. 지적 감사합니다.
Commented by 행인1 at 2009/09/07 10:02
기술적인 세부사항을 알게되니 좀 더 보이는듯 하군요. 두분 다 고맙습니다.

하지만 알고나니 더 무서워지는듯한 이 기분은...;;;
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:20
미국이 물 정화시설을 새로 만들어 주지 않았을 경우 어떻게 하려 했는지가 정말 궁금합니다. 녹색의 보이지 않는 물 속을 대충 휘저어서 꺼내려고 했는지, 그 물은 어디다 버릴 생각인지 등.
Commented by 일화 at 2009/09/07 11:01
세부적인 내용은 이해불능이긴 합니다만, 북한이 안전대책에 소홀했다는 내용은 당연하게 이해되는 내용이라 의문이 안 들기는 하네요.
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:21
후에 영변을 방문한 지그프리드 헤커 박사도 북한은 핵폭탄을 만드는 것 이외의 요소에 대해선 많이 생각해본 적이 없는 눈치라고 평하더군요.
Commented by Alias at 2009/09/07 11:10
마그녹스가 부식되는 것은, 물의 품질 문제하고도 상관 있습니다.

순수한 물이라면 부식 속도는 매우 느리지만, 물 속에 염화이온(빗물이나 수돗물 같은 데는 꽤 들어있죠. ) 이 있으면 부식속도가 급격히 빨라집니다. 그러므로 저런 냉각수조에 보관할 때는 물을 매우 깨끗하게 정제할 필요가 있는데 조류가 물 속에서 자라고 있다면 그 물의 품질이 좋기를 기대할 수가 없지요.

그렇게 피복이 부식되다가 내부의 핵연료와 물이 접촉하면 사태가 커집니다. 경수로의 경우 MOX처럼 산화물을 연료로 쓰기 때문에 상대적으로 침식 상황에서도 물과 급반응을 일으킬 가능성이 낮은 데 반해서 저런 건 금속우라늄을 그대로 쓰기 때문에 연료와 물이 접촉하면 곧장 산화반응을 일으키죠. 그것도 마그네슘과는 비교도 안 될 급격한 속도로..

오늘날 다수의 원자로는 피복소재로 지르코늄 합금을 쓰는 걸로 압니다.

p.s. 산화물 피막이 부식을 억제하는 것은 그 피막이 "충분한 강도"를 갖고 있어야 효율적으로 이루어집니다. 알루미늄의 경우 산화물인 알루미나는 강하기 때문에 부식이 막아지지만 철은 표면에 생긴 산화철의 강도가 형편없기 때문에 부식이 계속 진행되죠. 산화마그네슘은 산화철보다는 강하지만 알루미나보다는 약합니다.
Commented by sonnet at 2009/09/12 19:15
상세한 설명 감사드립니다. U + 2H2O => UO2 + 2H2 같은 식이겠죠? 그러고보면 DoE도 우라늄이나 플루토늄의 pyrophoricity 때문에 여러 번 사고를 겪었다고 하더군요.
Commented by Alias at 2009/09/13 11:04
녜 맞습니다. 특히 플루토늄은 우라늄보다 화학적 활성도 더 강한데다 방사능까지 강하니 산넘어 산...

고농축우라늄을 만드는 게 무기급플루토늄 만드는 거보다 생산성이 한참 떨어지는 문제가 없었다면 핵무기의 대세는 플루토늄이 아니라 우라늄이 되었을지도 모르겠습니다.
Commented by 이네스 at 2009/09/07 23:11
어째 보면 볼수록 점점더 손발이 오그라드는느낌이 새록새록 올라옵니다.

진짜 수령님 헤도라 부리시네~를 듣게되는건가. ㅡㅡa
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:22
개구리도 두 마리 있었다고 하더군요. 죽어버렸지만.
Commented by 슈타인호프 at 2009/09/13 10:01
그 개구리....ㅡ변신시키려고 집어넣은 거 아니었을까요(도주)
Commented by vicious at 2009/09/07 23:16
아..관련 글들을 읽다보니.. 정신이 아득해지는군요.
안전불감증은 남북한이 공유하고 있다는 생각도..

영변에서 고지라가 출현 하지 않았다는게 신기하네요.
Commented by xavier at 2009/09/08 14:41
이건 안전불감증이라기보다는 인명"캐"무시가 아닐지...
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:17
네, 영변에 가본 사람이 아주 적은데, 그나마 퀴노네스나 헤커 같은 사람들이 상당히 구체적인 기록을 남겨 준 덕분에 무척 흥미롭게 읽었습니다.
Commented by umberto at 2009/09/08 06:28
북한 핵개발 관련 보도를 보면 북한의 안전불감증은 몇번 지적이 되었던 것으로 기억이 됩니다. 북한 핵관련 기술자들이 안전장비도 없이 작업을 하다 방사능에 노출되었다는 기사들이었죠. 사실 별로 놀랐지도 않습니다. 독재정권, 무능한 관료주의, 인명손실에 무감각한 스탈린주의가 결합되면 뭐 당연한 결과 아니겠습니까?
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:17
맞는 말씀입니다. 다만 저 수조의 정화장치 고장을 왜 오랫동안 안 고쳤는지는 지금도 의문입니다. 그건사실 자신들의 핵개발에 방해가 되거든요. 미국과 협상이 잘 될거라고 생각해서 내버려 둔 건지도 모르지만 그런 것에 기대하고 있기엔 불확실성이 너무 큰 것 같은데요.

Commented by Ya펭귄 at 2009/09/15 11:09
한 가지 가능한 가정은...

플루토늄 카드는 대략적으로 노출이 된 시점에서 이미 '언제든지 버리고 엿바꿔 먹을 수 있는' 카드였고 HEU쪽의 비중을 높였을지도....

...일지도 모르겠습니다.
Commented by paro1923 at 2009/09/08 09:41
'제 2세계'의 기상을 이런 식으로 목격하고 싶진 않은데 말이지요...;;;;
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:23
글쎄 말입니다.
Commented by Eraser at 2009/09/08 20:03
...저 사람들 방사능의 위험성에 대해서 제대로 알고 있는건가?
Commented by sonnet at 2009/09/13 09:23
그게 상급자들과 하급자들 사이에도 차이가 있나 보더군요. 저 책을 보면 그런 묘사가 좀 있습니다.
Commented by 해해성원짱 at 2009/09/09 21:09
나중에 통일이 되면 영변의 물고기맛을 꼭 봐야할것 같습니다. 맛이 좋을거 같군요(...)
Commented by paro1923 at 2009/09/10 08:58
거미에 물리면 스파이더맨, 물고기를 먹으면... (...어?)
Commented by Mr. Burns at 2009/09/11 17:18
이것은 자연의 기적이며, 맛 또한 실망스럽지 않죠.
Commented by sonnet at 2009/09/12 19:00
아쿠아맨의 탄생인가;;;
Commented by ... at 2009/09/10 20:23
여담이지만 소넷님은 중국의 북한 흡수 가능성에 대해 어떻게 보십니까?
햇볕추종자들의 논리 중 하나가 지금 북한이랑 우리랑 안친해놓으면 중국이 북한을 접수한다-는 논리던데요 (거기에 무슨 전문가가 그랬더라~라는 맞장구 들어가고)

솔직히 좀 뻥이 심한 것 같음

제 생각엔 북한에 친중파 친남파(?)가 따로 있는게 아니라 전부 김정일 양손에 끼어있는 퍼펫같은데 말이죠 -_- (남한어린이가 공연료내면 친남파퍼펫이 공연)
Commented by sonnet at 2009/09/12 19:06
앞의 것은 좀 긴 설명이 필요한 문제인데, 저는 지금 나오는 이야기들은 헛점이 많다고 생각합니다. 하나만 예를 들면 중국이 북한 붕괴를 원하지 않기 때문에 미국이 압력을 넣어도 원조를 끊으려 하지 않는다는 이야기는 유명합니다. 이 말은 뒤집어 말하면 중국은 북한을 흡수하는 데 자신이 없다는 이야기입니다. 말씀하신 이야기들은 우리만 북한 흡수가 어렵고 중국은 그렇지 않을 것처럼 이야기하는데, 정말 그걸 시도하게 되면 그들도 커다란 위험을 떠안을 수밖에 없습니다.

친중파, 친남파 같은 것은 뭐랄까 지금 현 정권 하에서 문제가 되는 것이 아니고, 북한 정권이 무너져서 "지금까지의 정치질서는 무의미하다. 어디에 줄을 서야 내가 살 수 있느냐"란 판단에 내몰렸을 때 의미를 갖는 것이 아닐까 합니다.
Commented by 에르네스트 at 2009/09/10 20:28
그러고보니까 어디서 나온 소리가 북한에서는 원자로쪽 관리하는 직원들은 미리결혼해서 애낳기 권장하고 결혼하고서는 애 안만들기를 권장받는다는 소리를 본적이있는데... 저모양 저꼴로 관리하면 과연그럴만하군요~
Commented by sonnet at 2009/09/12 19:08
저 책을 보면 북한도 러시아 두브나 같은 데 유학가서 배워온 상층부와 밑에서 허드렛 일하는 국내파 사이에 안전감각의 차이가 꽤 있다고 하더군요. high-low mix...
Commented by nayuta at 2009/09/14 16:28
나름 안전수칙 같은 것을 잘 지킬듯 한 일본에서도 임계사고가 나는데 저동네야 뭐...
Commented by sonnet at 2009/09/15 09:30
그렇죠. 저 동네에 대단한 걸 기대하기는 무리지요.

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