쓰리마일섬 원자력 발전소 방사선 누출 사건

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토론 자료

- 쓰리마일섬 원자력 발전소 방사선 누출 사건 -

 

공학에서 발상은 도면 꾸러미로 체계화되기 전의 단계에서 주로 필요합니다. 인공물의 기능에 부적합한 초기 발상 또한 재난의 원인이 되기도 합니다. 따라서 공학적 디자인은 결코 방정식이나 수치 해석과 같은 것에 종속되지 않습니다. 이에 대한 하나의 사례를 살펴봅시다.

  [도식 1]

 

[도식 1]에 묘사된 발전 방식은 1979년 소량의 방사능 유출만으로도 시민 사회에 큰 파장을 불러일으켰던 쓰리마일섬(three mile island) 원자력 발전소에 설치된 것입니다. [도식 1]은 체르노빌 원자력 발전소처럼 가열 방식을 이용한 것이 아니라, 냉각수를 이용하는 발전 방식에 대한 공학적 스케치로 여겨질 수 있습니다. R은 원자로를, M은 물을 돌려주는 모터, 검은 색의 작은 네모로 표시된 SH는 흡입기, 그리고 S는 증기 발생기를 뜻합니다. 원자력 발전이 어떤 식으로 가능한지를 알기 위해 원자로 내부를 자세히 알 필요는 없습니다. 원자력 발전의 기본 원리는 핵분열 연쇄 반응에 의해 얻어진 열을 전기로 바꾸는 것입니다. 원자로에서 발생한 열은 증기 발생기를 거쳐 터빈 엔진의 원료가 됩니다. 이때 핵분열에 의한 고열을 직접 사용하는 것은 아닙니다. 데워진 물에서 나오는 열을 사용하는 것입니다. 방사능 누출을 막기 위해서 그렇게 데워진 물은 냉각수에 의해 식은 다음 다시 원자로로 되돌아갑니다.

 

원자력 발전에 대한 전문가들인 공학자들은 [도식 1]을 쉽게 해석할 수 있는 사람들입니다. [도식 1]에 담긴 발상은 후에 세세한 부분의 구조와 기능을 나타내는 도면들로 진화합니다. ‘공학적 디자인’은 그러한 도면들의 다발이라 할 수 있습니다. 원자력 발전소와 같은 인공물의 안전한 기능에 적합한 디자인은 초기 발상에 의존하기도 합니다. 모든 공학적 디자인 과정이 수정 단계를 거치게 마련이지만, 인공물을 구성하는 단위들의 기능과 그 관계는 초기 발상으로 결정되는 경우도 많습니다. 그렇기 때문에, 공학적 디자인은 수치해석, 방정식과 같은 것에 종속되지 않는 것입니다. [도식 1]에 담긴 발상은 냉각수를 이용한 원자력 발전 방식에 대해서는 부적합한 것입니다. [도식 1]의 스케치에 기반을 둔 설계 방식은 온도 차이에 의한 공기나 액체의 대류(convection) 현상을 불가능하게 만들기 때문입니다.

 

증기 발생기를 거쳐 냉각수에 의해 식은 물은 자연스럽게 상승할 수 없기 때문에, 상부의 모터가 물을 빨아들이고, 또 흡입기라는 보조 장치가 필요합니다. 원자로에서 데워진 물은 상승하려는 성질을 갖고 있기 때문에, 물을 증기 발생기로 끌어오기 위한 또 다른 흡입기가 필요합니다. 대류 현상의 부재로 발생하는 ‘잔여 열(residual heat)’은 원자로 과열을 불러일으킬 수도 있습니다. 쓰리마일섬 원전 방사능 누출 사고의 결정적 원인 중 하나는 부적합한 설계 방식이었습니다. 대류 현상의 부재로 인한 잔여 열이 원자로의 과열을 불러일으켰고, 이로 인해 원자로가 폭발했기 때문입니다.

 

 

[물음 1] 원자력 발전과 화력 발전의 공통점과 차이점을 논해 본다면?

 

 

  

[물음 2] [도식 1]을 바탕으로 원자력 발전 방식을 말로 설명해 본다면?

 

 

   

[물음 3] [도식 1]의 발상에 바탕을 둔 원자력 발전소의 설계 방식에서 열의 대류 현상이 발생할 수 없는 이유를 설명해 본다면?

 

 

   

[물음 4] 위 글의 핵심 주장은?

 

 

   

[물음 5] 다음 [도식 2]는 쓰리마일섬 원자력 발전소 방사능 누출 사건 이후 기존 설계 방식을 수정한 설계 방식에 대한 발상을 담고 있습니다. [도식 1]과 [도식 2]의 차이를 논해 본다면?

 

 

 

[물음 6] [도식 1]보다는 [도식 2]의 설계 방식에 따른 원자력 발전소가 더 안전한 이유는?

 

[도식 2] 

 

 

 

  

 

 

* 쓰리마일섬 원자력 발전소 방사능 유출 사건 이후, [도식 1]을 수정한 것이 [도식 2]이다. [도식 1]에서 원자로와 증기 발생기가 대등한 높이에 위치한다면, [도식 2]에서는 증기 발생기는 원자로보다 높은 곳에 위치한다. 이에 의해 모터는 증기 발생기 하부에 위치하게 되며, 모터에 의해 원자로에 유입된 물은 데워져 기계적 도움 없이도 증기 발생기로 흘러가게 된다. 증기 발생기에서 열을 잃어버린 물은 아래로 내려가게 된다. 이렇듯 자연스럽게 대류 현상이 발생하기 때문에, 별도의 흡입기도 필요 없게 된다. [도식 2]의 스케치가 도면 꾸러미로 체계화되고, 그러한 도면 꾸러미에 바탕을 둔 원자력 발전소는 [도식 1]에 바탕을 둔 것보다 더욱 안정적이다. 냉각수를 이용한 현재의 원자력 발전소의 설계 방식은 [도식 2]의 발상에 근거하고 있다.