퍼스트 초크 강 사고
'''1952 NRX incident'''[1]
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1. 개요
1952년 캐나다 온타리오 주, 온타리오 강 유역에 있는 초크리버 원자력 연구소(Chalk River Laboratories / Laboratoires nucléaires de Chalk River)에서 일어난 사고. 국제 원자력 사고 척도로는 시설외까지 위험을 수반한 사고(레벨 5)로, 윈드스케일 화재와 같은 등급이다.
2. 사고 발생과 처리
사고 당일, NRX [2] 는 저전력으로 발전중에 있었다. 진행되고 있는 실험은 주로 캘런드리아 [3] 튜브 [4] 를 통과하는 냉각제 유량을 다루었다. 다수의 캘런드리아관이 고압 일반 냉각수 시스템에서 분리되었는데. 하나는 공기만으로 냉각되고 다른 하나는 호스로 임시 냉각 시스템에 연결되었다. 또한 캘런드리아관의 중수 깊이를 2.6m에서 2.77m로 높이기로 했다.
한편 원자로 아래 지하에는 제어봉 공압 시스템을 제어하는 밸브가 있는데. 밸브 일부는 당시 실제로 밸브가 열리는 것을 막기 위해 밸브 손잡이를 떼어 놓았었는데 엔지니어가 실수로 서너 개를 열었다. 그 결과 위로부터의 기압이 감소하고, 아래로부터의 기압으로 인해 3, 4개의 제어봉이 원자로 밖으로 솟아났다. 이것이 사고의 첫걸음이다.
제어봉의 움직임은 통제실에 적색등이 들어오는 것으로 나타났다. 통제실 엔지니어는 지하실에 있는 교환원에게 전화를 걸어 밸브 개방을 중단하라고 말했고 동시 통제실에 있는 감독관도 통제실에서 나와 지하실로 직접 가서 밸브를 닫고 기압을 확인했다.
제어봉은 다시 캘런드리아로 떨어졌어야 했었고, 감독관은 제어봉이 내려갔다고 추정했다. 제어봉이 통제실의 적색등을 멈출 수 있을 정도로 아래로 내려가긴 했지만, 기계적인 이유로 완전히 다 안으로 들어가지는 못했다.
감독관은 엔지니에게 제어봉을 공압계통에 밀봉하는 두 개의 푸시버튼을 누르고 나서 기압을 이용해 제어봉을 아래로 밀도록 하기 위해 지하실에서 통제실로 전화를 걸었다. 그러나, 그는 공압 시스템을 제어하는 푸시버튼의 번호와 뱅크(Bank)를 인출하는 푸시버튼의 번호를 부여하면서 푸시버튼의 번호를 잘못 알려 주는 실수를 저질렀다. 그는 전화를 내려 손을 뻗고 공압 시스템을 작동시키기 위해 푸시버튼을 누른다. 지하실의 상사는 즉시 자신의 잘못을 깨닫고 전화기에 대고 자신을 바로잡으라고 소리쳤다. 그러나 귀에다 전화를 걸지 않았으므로 조수는 듣지 못했었다..
다수의 제어봉들이 부분적으로만 삽입된 상태에서, 뱅크의 상승은 원자로의 출력량을 2초마다 2배로 증가시켰다. 통제실에 있던 사람들은 곧 출력이 급격히 상승하는 것을 알아차렸고, 엔지니어는 약 20초 후에 비상 정지 메커니즘을 작동시킨 순간 원자로 출력은 약 0.1 MW
그러나 공압 씰이 활성화되지 않았기 때문에, 공압 시스템은 뱅크의 4개의 제어봉을 캘런드리아로 빠르게 밀어 넣을 수 없었다. 중력만으로도 그들을 아래로 끌어당겼어야 했지만, 그 중 세 개는 내려가지 않았고, 훨씬 더 천천히 떨어졌다. 제어봉은 90초 정도 지나야 제자리를 잡을 수 있었을 것이나, 삽입되는 동안 원자로는 계속해서 출력을 증가시켰다. 만약 원자로의 냉각 시스템이 시험용으로 변경되지 않았다면 약 20MW로 낮아졌을 것 이다.
그러나 불과 10초 후에 출력은 약 17 MW이었고, 임시 시스템에 의해 냉각되고 있던 캘런드리아관 의 물이 끓기 시작하여 냉각 시스템의 성능이 심각하게 저하되었다. 동시에 전력 생산량이 더욱 급격히 증가하기 시작했고 이 상황이 통제실에서도 발견되었다, 약 14초 후에 통제실에 있는 다른 누군가가 중수 감속기를 캘런드리아 바닥에 버리기 시작하도록 설정했다. 원자로 출력은 약 5초간 더 증가하여 80MW로 정점을 찍었으나, 일단 감속재 수위가 떨어지고 있을 때 반응이 정지되어 원자로는 계속 작동할 수 없었다. 약 25초 후에, 전력 출력은 0이었다 이후 생산량이 1MW를 넘는 시간은 62초 미만이었다.
그럼에도 불구하고 상황은 더 악화되었는데, 통제실의 게이지에 따르면 칼란드리아 내부의 중수 위로 헬륨가스의 압력이 급격히 떨어지고 있었다 이럴 경우 가스 홀더와의 연결이 차단될 수 있고, 만일 그렇다면 중수가 제거되면서 칼란드리아가 붕괴될 위험이 있다고 우려했다. 엔지니어는 덤프를 멈추었지만, 몇 초 후에 가스 홀더가 여전히 비워지고 있다는 것을 알아차리고 다시 시작했다. 캘란드리아의 중수도는 마침내 수심 1.34m 에서 안정되었다.
이로 인해 원자로 내부에서는 일부 연료봉과 심지어 일부 캘런드리아관을 둘러싼 피복재가 터졌다.
3. 대기 오염
캘런드리아관을 통과하는 공기는 연료봉을 냉각하는 방법 중 하나로 제공되었는데. 공기로 냉각된 하나의 연료봉에서, 30 kg 우라늄에서 나온 핵분열 생산물이 냉각에 사용된 공기로 방출된 다음, 스택으로 방출된 것으로 추정되었다. 바람은 약 4m/s로 서쪽에서 불어왔는데. 인근 건물 직원들이 관제실에 전화를 걸어 무선진작성 탐지기가 비계량이라고 신고했다. 원자로 스택에 인접한 폴 위에 있었고 방사선 감시 필름을 착용하고 있던 기술자는 350밀리렘의 선량을 받았다. 실내에서는 비상 사이렌이 울렸다. 광범위한 모니터링이 주말 내내 바람을 타고 진행되었으며, 플룸 중심선 양쪽에서 최대 400m의 방사능이 감지되었고, 그 다음 주에 주변 건물에서의 활동이 정리되었다.
NRX 건물 내부의 공기 품질은 주로 오염된 냉각수 유출의 영향을 받았다. 15시 9분에 자동 방사선 경보가 울렸고, 15시 10분에 시간당 200밀리렘이 원자로의 꼭대기에서 측정되었는데. 이 수치는 1분 후에 900이 되었다. 약 15시 27분에 냉각수가 배출되는 지하실에서는 시간당 5천 밀리렘의 방사능이 측정되었고, 15시 47분, 공장 전체에 대피하라는 명령이 내려졌다.
4. 수질 오염
중수 그 자체로는 방사능이 없다. 하지만 중수감속기와 일반수냉각계통 사이에 상당한 누설이 있었고, 두 계통은 모두 핵분열동안 오염되었다. 일반 물과 오염된 물을 제거하기 위해 중수를 재처리해야 했지만 중수계는 다소 온전한 상태를 유지했다. 하지만 오염된 일반수가 원자로건물 바닥으로 새어 나왔고. 원자로를 냉각시키기 위해 추가로 펌핑한 일반수도 모두 오염되고 만다. 이 역시 새어나가지 못하도록 막을 방법이 없었다.
오타와 강에 오염수가 닿지 않도록 약 1,600m 떨어진 모래 지역에 배관을 건설했다. 방사성 물질 약 1만 큐리를 내포하고 있는 오염수들은 이 지역으로 펌핑되어 스며들도록 허용되었다. 이 지역 작은 호수로 빠져나간 강에서는 방사능이 검출되지 않았다. 22km와 37km 떨어진 배관에도 계수계가 설치됐으며 관측 결과 자연 수준 이상의 방사능은 검출되지 않았다고 한다..
[1] NRX=National Research Experimental 1947년 초크 리버 연구소에서 개발한 핵 연구용 원자로[2] National Research Experimental 캐나다 초크 리버 연구소의 중수 경량, 경수로 냉각형 핵 연구용 원자로[3] 대개 경수로 (LWR) 설계, 전체 핵분열 노심이 배치되는 압력 용기[4] 캘런드리아 튜브 는 신형전환로와 같이 중수감속 압력관형 원자로에서 중수를 수납하는 캘런드리아탱크(연탄형을 한 강제 2중의 노심용기) 내에 장착한 다수의 관을 말한다. 관의 외측, 탱크 내는 중수로 채워지며 내측에는 핵연료와 냉각용 경수가 수납되어 있는 압력관이 삽입되어 있다. 캘런드리아관과 압력관과의 사이에는 헬륨가스, 탄산가스. 질소가스 등이 충전되어 있다. 관의 재료에는 중성자흡수가 적은 지르코늄합금이 사용되고 있다. (출처 : KNEA)