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카가미네 린의 VOCALOID 오리지널 곡에 대한 내용은 노심융해 문서 참고하십시오.1. 개요
노심용융(爐心鎔融, Meltdown)[1], 노심융해(爐心融解), 노심용해(爐心鎔解)는 원자력 발전소 등에서 사용하는 원자로의 노심(nuclear reactor core) 냉각이 불충분한 상태가 계속되거나,[2] 또는 노심의 이상 출력으로 인해 노심 온도가 상승하여 결국 노심이 녹아내리는 현상을 말한다.노심용융 재해는 원자력 사고에서 발생할 수 있는 가장 심각한 상황으로, 노심용융이 발생하는 사고는 중대사고(severe accident)로 규정된다. 노심용융 사고가 발생하면 원자로 압력 용기 안에 안전하게 보관되어야 할 핵물질이 외부로 노출되기 때문에 매우 위험한 결과를 초래하게 된다.
2. 명칭
정식 표준어는 '노심용융'(爐心鎔融)이며, 표준국어대사전에도 노심용융 이외의 동의어는 등재되어 있지 않다. 그러나 대중적으로는 '노심용해' 또는 '노심융해'와 같은 용어도 사용된다. 엄밀히 말하자면 잘못된 단어 사용이겠지만, '고체의 물질이 열에 녹아서 액체 상태로 되는 일 또는 그렇게 되게 하는 일'을 용해(鎔解)[3]라고 하며, '고체에 열을 가했을 때 액체로 되는 현상'을 융해(融解)라고 부르기 때문에 노심과 용해, 노심과 융해로 해석해도 어느 쪽을 쓰건 의미는 통하게 된다.실제로도 신문기사나 뉴스등에서 저 세 단어가 혼용되고 있음을 쉽게 찾아볼 수 있다. 그게 아닌 경우는 차라리 영단어인 '멜트다운(Meltdown)'을 쓰는 경우도 많다.
3. 양상
사용 중이거나 사용된 이후의 핵연료 연료봉 내부에는 세슘-137, 아이오딘-131, 스트론튬-90, 플루토늄-238같은 엄청나게 위험한 방사성 물질이 지르코늄 합금과 같은 클래딩(Cladding)[4] 안에 봉인되어 있는데, 노심용융이 발생하게 되면 봉인역할을 하던 클래딩도 함께 녹아내리고, 내부에 갇혀 있던 방사성 물질이 밖으로 방출될 수 있는 상황이 될 수 있다. 이러한 노심용융 이후에 더 나아가 용융된 핵물질이 원자로 압력용기를 녹이고 밖으로 새어나와 원자로 격납건물을 뚫어 격납건물 밖으로 핵물질이 방출되는 현상을 멜트스루(Melt Through)라고 한다. 멜트다운이든 멜트스루든 일단 발생하면 어마어마한 방사성 물질의 방출로 인해서 최소한 INES 5등급 이상은 획득하게 된다. 여기까지 온 경우에는 원자로 회생 불능. 안전하게 사고를 수습한 후 제염 및 해체해야 한다. 후쿠시마 원자력 발전소 사고 당시의 원전 1, 2, 3호기 모두 멜트스루 판정을 받았다.그런데 원자로에 추진제를 통과시켜 가열, 팽창시킨 후 분사하는 열핵로켓의 경우 효율을 올리기 위해 노심용융을 일부러 일으켜 초고온으로 온도를 올리려는 아이디어가 있다. 미국이 NERVA 엔진을 17시간 가동시킨 사례가 있다. 그러나 막장스럽고 아직 기술적으로 위험한 아이디어임은 분명하다. 하지만 실현되기만 한다면 우주개발역사에 한 획을 긋는 엄청난 기술이 될 수 있다.
4. 원인
노심용융이 발생할 수 있다고 여겨지는 대표적인 발생 원인으로는 원자로 냉각재 상실사고(LOCA; Loss-of-Coolant Accident)가 있었다. 다만 최근 세계적으로 전문가 및 발전소를 운영하는 업체들은 LOCA보다는 발전소 정전사고(Station Blackout, SBO)가 노심용융을 발생시킬 가능성이 가장 높은 사고 중 하나라고 평가한다.[5] 기술자들이 원전을 설계할 때 이러한 상황을 상정하지 못한게 아니기 때문에 ECCS라는 비상 시스템을 마련해두었지만, 모종의 이유로 이것이 작동하지 않으면 제어봉 비상 삽입후(중력으로 떨어짐) 핵반응은 정지됐더라도 잔열로 인해 원자로가 과열된다. 이 과열이 지속되면 결국 노심의 온도가 녹는 점을 넘어서 녹아내리게 된다.5. 노심용융 사례
5.1. 멜트다운
- 루센스 원자로(Lucens reactor) - 스위스에 있던 소형 원자로. 지하동굴에 건설되었으며, 1969년 1월 21일 냉각제 상실사고(LOCA)를 일으켰다. 다행히도 사상자는 없었으며, 1988년에 폐로되었다.
- 스리마일 섬 원자력 발전소 사고 - LOCA로 인한 노심용융이며, ECCS를 꺼버리는 실수를 하는 바람에 일어났다.
- SL-1(Stationary Low-Power Reactor Number One) - 미 육군의 실험용 원자로. 200kW의 전기를 생산할 수 있고 3MW의 열을 생산할 수 있었다. 1961년 1월 3일에 정기점검을 마치고 재가동을 준비하던 중 제어봉 조작 실수로 0.004초만에 20GW의 출력을 내며 폭주, 증기폭발을 일으켜 조작원 2명을 고온고압의 증기가 덮쳤고 한 명은 쇳덩어리에 관통당했다. 2명은 현장에서 즉사하여 그나마 방사선 피폭으로 인한 고통을 오래 받지 않을 수 있었고 나머지 1명도 중상을 입고 2시간 만에 사망했으며, 노심용융도 일어났다.
5.2. 멜트스루
멜트스루는 멜트다운이 발생한 이후에 발생할 수 있다. 멜트스루의 경우엔 세간의 인식과 달리 노심이 마그마로 변하며 원자로 아래의 강화 콘크리트를 뚫고 지층과 나아가 지하수까지 닿는 극단적인 상황만을 멜트스루라고 지칭하진 않는다. 하단의 사례에도 언급되어 있지만, 일단 노심이 녹기 시작하면 멜트다운이고, 그렇게 녹아내린 노심이 마그마 덩어리가 되어서 아래로 서서히 뚫고 내려가기 시작하면 어디까지 닿고, 어디에서 멈추느냐와는 무관하게 무조건 멜트스루라고 부른다.사진은 체르노빌 원자력 발전소 지하로 뚫고 내려온 융해된 노심이 굳은 사진이다. 생긴것이 코끼리의 발과 비슷하여 Elephant's foot 이라고 불리며, 1986년 사고 수습당시 측정기준 시간당 10000뢴트겐(93.3 Sv/h)의 방사선을 뿜어내고 있었다.
- 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고 - 조작원의 조작 미숙, 관리자의 안일함, 소련 체제의 경직성, 원자로 자체의 설계 결함이 복합적으로 꼬이면서 단순한 안전 실험이 되었어야할 상황이 역사에 기록될 최악의 사고로 발전한 케이스. 앞서 말했듯 원자로에 대한 안전 실험을 하던 중 출력이 폭주하면서 증기폭발이 일어나 원자로의 격납용기와 외벽을 날려버렸고, 이후 노심의 온도가 폭주하며 오랜시간 방치되어서 연료봉이 서서히 녹으며 멜트다운이 발생했다. 용융된 노심은 즉시 멜트스루를 일으키기 시작했고, 6-8주 안에 50% 확률로 발전소 지하의 콘크리트 바닥을 뚫을 수 있었기 때문에 이를 방지하기 위해 여러 방법을 동원했으나 불행 중 다행으로 마그마가 스스로 굳으면서 발전소 밖으로 누출되진 않았다. 그 결과물의 일부가 상단의 사진.
다양한 '코끼리의 발'을 촬영한 영상(10분 12초 ~ 12분 12초) - 후쿠시마 원자력 발전소 사고 - 정확히 말해 녹은 핵연료가 원자로 압력 용기(Reactor Pressure Vessel, RPV)를 뚫고 녹아내렸지만 격납 용기(Primary Containment Vessel, PCV) 안에 남아 유출되지 않았다. # 1호기와 2호기의 노심용융이 확정되었는데, 2호기의 경우는 당시까지 압력용기를 뚫고 나갔는지 확인이 되지 않았다. 2015년 3월 말 멜트스루가 일어났다, 라고 보도되면서 녹은 핵연료가 건물 밖 환경으로 유출되었다고 알려지는 것 같은데, 사실과 조금 다르다. # # 기사 내에 최근 보고서의 그림도 있으니 참고할 것. 멜트스루라는 말 자체가 정확하게 정의된 말이 아니다. 영어로 "Melt-Through"라는 표현만 있다면 멜트스루인 건데, 뭘 뚫고 어디까지 나갔냐가 중요한 것. 다만 일반적으로는 격납건물 멜트스루(containment melt through) 등으로 방사성물질이 환경으로 직접 닿게 되는 상태를 뜻한다.
문제가 된 도쿄전력의 보고서는 대부분의 핵연료가 압력용기를 녹이고 나가 격납용기 안에 머무르고 있음을 추정한 것이다. 즉 멜트스루는 맞는데, 압력용기를 뚫고 나간 것이지 격납용기와 건물 외벽을 멜트스루한 것이 아니라는 주장. 두 번째 기사의 도쿄전력의 말을 참고하면, 녹은 핵연료가 격납용기를 뚫고 콘크리트를 녹이며 나갈 때 관측되어야 하는 동위원소가 검출되지 않았고, 지하의 온도변화가 없다는 언급을 하여 격납용기 외부로의 유출가능성에 대해 간접적으로 부인하고 있다. 도쿄전력이 이것 때문에 깨갱했다고 알려진 것은, 도쿄전력에서는 핵연료가 손상된 것은 맞지만 사고 초기에 핵연료의 대부분은 압력용기 안에 있다는 주장을 꽤 오래 유지해왔기 때문이다. 첫 번째 기사의 최근 보고서에 있는 연료 집합체와 제어봉에 녹은 연료가 얽힌 그림이 바로 초기의 주장.
2017년 2월 로봇을 이용한 촬영에서 격자 받침대에 직경 1미터 가량의 구멍이 관찰되면서 2호기의 핵 연료가 압력용기를 뚫고 나왔을 가능성이 제기되었다. 도쿄전력 측에서는 압력용기에서 유출된 핵연료가 격자 받침대에 구멍을 뚫었을 가능성 자체는 인정하면서도 로봇의 촬영 한계를 이유로 아직 압력용기 바깥으로의 멜트스루를 확정할 수 있는 단계는 아니라 분석했다. 외부 방사능 측정에서 방사능 수치 변화가 없었기 때문에, 최외부 콘크리트 격납용기를 뚫고 나갔을 가능성에 대해서는 검토하지 않고 있다. 만약 압력용기를 완전히 뚫은 것이라면, 위의 다른 기사들에서 1호기와 비슷한 상황인 것.
국내의 가압 경수로는 용기내 보유(IVR; In-Vessel Retention)을 채용하여 노심용융이 발생할 경우 원자로 공동[6] 및 원자로 용기 외부를 침수시켜 냉각하므로써 용융물(코륨)이 유출되는 것을 방지한다. 설령 코륨이 유출 되더라도 원자로 공동의 바닥 라이닝은 내열 소재이며, 사고시 침수되므로 콘크리트 구조물의 손상 가능성은 적다.
5.3. 픽션
- 미국의 애니매이션 심슨 가족의 등장인물인 호머 심슨은 스프링필드 원자력 발전소의 원자로운전원으로 근무하며 10년 동안 노심용융을 17번 발생시킨 바 있다. 대부분 호머의 부주의함이 원인이지만, 방사능 물질이 일절 존재하지 않는 테스트 장비에서도 노심용융이 발생하기도 했으니 신이 나름의 재주를 내린(...) 듯 하다.
- 어떤 마술의 금서목록의 무기노 시즈리의 초능력 이름은 멜트 다우너. 다만 실제의 물리법칙과는 하등의 관계도 없는, 그냥 빔이나 쏘는 능력 정도로 생각해야 한다.
- 헤이세이 고지라 시리즈의 마지막 작품인 고지라 vs 디스트로이어에선 고지라가 체내에서 이 현상이 일어나 최후를 맞는다. 작품 자체는 원자력 발전소와는 관계가 전혀 없다.
- 포탈 2에서 의도적으로 멍청하게 설계된 어떤 바보 녀석이 애퍼처 사이언스의 시설 통제권을 얻은 직후, 시설 통제를 못해서 핵융합로가 노심용융 직전까지 과열되는 사태를 일으킨다. 그런데 해당 시설에 설치된 핵발전기는 핵융합 방식이라 물리적으로 노심용융이 불가능(...)한 물건이었다.[7]
- 폴아웃 4에선 대전쟁 당시 중공군이 보스턴에 발사한 SLBM이 운없게도 서남부 지역에 있던 원자로를 직격하면서 주변 일대가 완전히 초토화되어 200년이 넘는 세월 동안 24시간 365일 방사능 폭풍이 휘몰아치며 방사능으로 변이를 일으킨 괴물들이 득실대는 인외마경이 되어버렸다. 겉모습만 보면 지구가 아니라 금성 표면에 더 가까울 정도. 게임 오프닝의 그 핵폭발이 일어난 곳이 바로 이곳이다. 게임상에선 빛나는 바다라고 불리며 밤에는 먼 곳에서도 빛나는 바다에서 방사능으로 인해 일어나는 발광 현상을 목격할 수 있다.
- 언턴드에서는 여러 맵에서 노심용융의 흔적을 접할 수 있다. 좀비사태 이후 원자력 발전시설 방어에 실패해 방치된 원자로가 그대로 녹아버려서, 원자력 잠수함의 연료봉이 녹아서, 반정부 테러단체의 습격으로 시설이 파괴되어서 등 다양한 원인으로 발생된 모습을 볼 수 있으며, 인근 지역은 데드존(Deadzone)이 되어벼러 방호장비 없이 진입 시 순식간에 피폭으로 사망한다.
- 판도라에서도 언급된다.
- GTA 5의 마이클이 제작에 참여한 영화의 이름이기도 하다. 사실 어감이 좋다는 이유로 이름만 따온 것.
- Roblox의 Pinewood Computer Core는 원자로를 안정적으로 유지하는 게임이나 유저들에 의해 사실상 원자로를 폭파시키는 게임으로 변질되었다.
6. 관련 문서
- 윈드스케일 화재 사고
- 스리마일 섬 원자력 발전소 사고
- 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고
- 후쿠시마 원자력 발전소 사고
- 노심융해 - 이 현상에서 영감을 얻은 보컬로이드 카가미네 린의 VOCALOID 오리지널 곡.
- 스타크래프트의 맵 멜트다운
- 스프링필드 원자력 발전소 - 가상 매체 중 가장 유명한 사례.
[1] '용융(鎔融)'이란 '녹이다'는 뜻이다. '노심융용' 등의 오타에 주의.[2] 원자력발전소와 화력발전소의 가장 중요한 차이다. 원자력발전소는 화력발전소와는 달리, 지속적으로 노심에서 발생하는 붕괴열을 제거해주기 위해 운전 정지 후에도 정지냉각계통 등이 작동되어야 한다.[3] 용질과 용매가 섞이는 현상을 말하는 溶解와는 한자가 다르니 주의하자. 용광로, 용암 등에 쓰이는 한자다.(溶 얘는 녹을 용 鎔 얘는 쇠 녹을 용. 물에 고체가 녹으면 녹을 용, 고체가 열을 받아서 액체가 되면 쇠 녹을 용.)[4] 핵연료의 요소를 덮고 있는 외피(外被).[5] 체르노빌 원자력 발전소의 폭발 사고 원인이었던 안전 시험도 이와 관련된 것이었다. 전쟁, 재해등의 이유로 정전이 발생하면 보조 발전기가 켜진 후 정상 출력까지 1분의 텀이 발생하는데, 그동안 손놓고 있으면 노심이 위험해지므로 발전소의 터빈이 정전 후에도 관성으로 얼마나 회전하고, 얼마동안 냉각 시스템에 전력을 자급할 수 있는지 알아보려 했었다.[6] Reactor Cavity. 원자로 하단에 위치한 비어있는 공간이며, PWR은 노내 계측기 안내관이 지나가는 자리이기도 하다. 예외로 VVER은 원자로 공동이 없다.[7] 핵융합로는 발생 조건이 매우 까다로운 핵융합 반응을 인위적으로 일으키는 원리이므로 통제에 실패해도 핵분열과는 달리 치명적인 연쇄 반응을 일으키지 않고 그냥 내부에서 발생하던 수소 플라즈마가 식어서 수소 기체로 변하며, 플라즈마는 온도가 높지만 밀도가 극히 낮기 때문에 유출된다 해도 내벽을 녹일 수 없다.