가. 방사성물질 방출 정보
1) 대기 중 방사성물질 방출후쿠시마 사고로 인해 외부로 방출된 방사성물질의 총량을 정확히 알 수는 없으나, 중대사고 해석 코드를 이용하여 방출량을 산출하거나, 발전소 주변 지역에서 측정된 방사능 오염으로부터 방출량 을 역계산하는 방법으로 추정할 수는 있다. 일본 정부는 2011년4월12일 후쿠시마 사고를 국제원자력 사고등급(INES)26) 상의 7등급 사고로 발표하면서, 대기로 방출된 방사성핵종의 총량을 <표 4.1>과 같이 추정하여 발표한 바 있다. 여기서 원자력안전ㆍ보안원(NISA)은 중대사고 해석코드인 MELCOR 를 이용하여 계산하였고, 원자력안전위원회(NSC)는 후쿠시마 주변의 환경 모니터링 관측 자료에 근 거하여 SPEEDI(System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information) 시스템을 이 용하여 방사선원항(Source Term)을 역 추정한 것이다. 그 이후에도 방사성물질의 방출이 계속되었 으나, 그 양은 상대적으로 매우 작으므로 계산에 큰 영향을 미치지 않는다.
<표 4.1> 일본 정부에서 최초(2011.4.12.) 추정한 방사성물질 방출량27)
구 분 대기 중 방사성핵종 방출량 추정치 (참고) 체르노빌
사고 시 방출량 원자력안전ㆍ보안원 원자력안전위원회
I-131 (a) 1.3x1017 Bq 1.5x1017 Bq 1.8x1018 Bq Cs-137 6.1x1015 Bq 1.2x1016 Bq 8.5x1016 Bq 다른 방사성핵종의
I-131로 환산한 양 (b) 2.4x1017 Bq 4.8x1017 Bq 3.4x1018 Bq I-131 환산 총량, (a)+(b) 3.7x1017 Bq 6.3x1017 Bq 5.2x1018 Bq
4월12일 이후 원전의 상태에 대한 이해가 높아지고 상세한 환경 모니터링 결과가 확보됨에 따라 방 사성물질 방출량이 수정 발표되었는데, <표 4.2>에서 이를 요약하고 있다. 또한, 외국에서 일본 발표 와는 다른 방출량 추정 결과를 발표하기도 했다. 현재 유엔방사선영향과학위원회(UNSCEAR)에서 주관하여 방사성물질의 대기 및 해양 확산 평가와 관련한 국제협력 활동이 진행되고 있으므로 조만 간 후쿠시마 사고의 방사능 방출량에 대한 국제적 공감대가 이루어질 것으로 예상한다.
26) 국제원자력사고등급(International Nuclear and Radiological Event Scale; INES)은 원자력 사건․사고 시의 소통을 원 활하게 하기 위하여 사건․사고의 심각성(노심 손상, 방사능 누출, 사망자 발생 여부 및 숫자)에 따라 0등급부터 7등 급까지로 정의한 것이다. 과거 사고 중에서 체르노빌 사고는 7등급, TMI 사고는 5등급으로 평가되었다.
27) 원전 사고 시 다양한 종류의 방사성물질이 방출되지만, 넓게 확산되고 많은 피해를 주는 대표적인 원소가 I-131과 Cs-137이다. 따라서 이 두 원소가 대표적으로 다루어지며, 방출 총량을 표현할 때 I-131 환산량이 흔히 사용한다.
I-131는 반감기가 8.05일이므로 곧 소멸되지만, Cs-137의 반감기는 30년이어서 오랫동안 영향을 미친다.
<표 4.2> 2011년4월12일 이후 수정 추정된 방사성물질 방출량
발표일 발표 기관 주요 내용 비 고
2011.6.6 원자력안전ㆍ보안원
- I-131: 1.3x1017 Bq ⟶ 1.6x1017 Bq - Cs-137: 6.1x1015 Bq ⟶ 1.5x1016 Bq
- 총 방출량(I-131 환산): 3.7x1017 Bq ⟶ 7.7x1017 Bq
총 방출 추정량이 최초 추정량의 약 2배로 상향 조정 (2호기 세슘 방출 증가가 주요 요인)
2011.8.24 원자력안전위원회
- I-131: 1.5x1017 Bq ⟶ 1.3x1017 Bq - Cs-137: 1.2x1016 Bq ⟶ 1.1x1016 Bq
- 총 방출량(I-131 환산): 6.3x1017 Bq ⟶ 5.7x1017 Bq
상세계산을 통해 총 방출 추정량을 최초 추정량보 다 하향 조정
2012.5.24 동경전력
- Noble Gas: ~5x1017 Bq - I-131: ~5x1017 Bq - Cs-134: ~1x1016 Bq - Cs-137: ~1x1016 Bq
I-131 환산 총 방출량:
~9x1017 Bq
<표 4.2>는 후쿠시마 사고에서 방출된 방사성물질의 양이 체르노빌 사고 시의 약 10~20% 수준임을 나타내고 있다. 아직도 방출량 추정치에는 불확실성이 상당히 있으며, 일반적으로 체르노빌 사고 시의 20% 수준의 방사성물질이 대기로 방출된 것으로 이해되고 있다.
2) 방사성물질의 해양 방출
후쿠시마 사고에서 방출된 방사성물질 때문에 인근 해역도 크게 오염되었다. 해양의 오염은 주로 방사성물질로 오염된 냉각수가 바다로 직접 방출되거나, 대기 중으로 누출된 방사성물질이 태평양 방 향으로 이동하면서 해수면에 침적하면서 발생하였다. 전체적으로는 후자의 영향이 더 컸으리라 추정 되지만, 원전 인근 해역에서는 지표면이나 발전소 시설 내의 오염수가 해양으로 직접 방출된 데 따른 영향이 두드러졌다.
방사성 오염수는 3월21일 발전소 부근 연안에서 처음 관측되었고, 3월25일~30일 사이에는 인근 해 역에서 I-131과 Cs-137의 농도가 높게 측정되었을 뿐만 아니라 계속 증가하였다. 오염수의 직접적인 해양 누출은 대부분 지진에 의해 발생한 구조물의 균열이나 부주의 때문이었다. <표 4.3>은 여러 기 관에서 평가한 방사성물질 누출량을 요약하고 있다.
<표 4.3> 방사성물질 해양 방출 추정치
발표 기관 평가 대상 기간 방출량 평가 (1015 Bq)
I-131 Cs-134 Cs-137 일본원자력
연구개발기구 2011.3.21 ~ 4.30 11.4 - 3.6
프랑스 IRSN 2011.3.21 ~ 7월 중순 - - 27
(2012.5.24.)동경전력 2011.3.26 ~ 9.30 11 3.5 3.6
나. 방사능 모니터링 자료
1) 후쿠시마 제1원전 지역지진의 영향으로 후쿠시마 제1원전 주변에서 운영 중이던 많은 방사선 계측기들이 기능을 상실했 으므로, 사고 초기에는 이동 차량을 이용하여 후쿠시마 원전 지역의 방사선량률(Dose Rate)을 측정 하였다. 그 결과를 <그림 4.1>에 나타내었는데, 격납용기 배기나 손상, 또는 수소가스 폭발 등에 따 라 선량률이 순간적으로 급격하게 상승하곤 하였다. 한편, 원전 정문에 설치된 계측기가 사고 후에 도 정상 작동하였음을 사고에 대한 초기 수습 후에 알게 되었다. 정문과 서문에서 측정된 공간 방사 선량률 변화와 2012년 1월 기준으로 부지경계에서의 선량률을 <그림 4.2>에 예시했다. 정문에서의 선량률은 2호기 격납용기 손상과 4호기 수소가스 폭발이 발생한 3월15일 시간당 11,930mSv(=
11.9mSv)까지 증가했다가 그 이후에는 계속 감소하는 추세를 보이고 있다. <그림 4.1>과 <그림 4.2>
는 매우 유사한 방사선량률을 보여준다.
동경전력과 문부과학성은 대기, 해양 및 토양에서 방사성물질 분포와 선량률을 지속해서 모니터 링 해왔으며, 주요 모니터링 위치를 <그림 4.3>에 제시하였다. <그림 4.4>는 원전 부지에서 3월 23 일과 4월 23일 측정된 방사선량률을 보여주는데, 한 달 사이에 상당히 감소한 것을 확인할 수 있 다. 또한, 4호기 근처의 방사선량률이 상대적으로 낮은 것으로 보아, 사고 직후 안전성에 대해 많 은 우려를 자아내었던 4호기 사용후연료저장조의 핵연료집합체들은 거의 손상되지 않았을 것임을 유추할 수 있다.
<그림 4.1> 사고 초기 후쿠시마 원전에서 이동 차량에 의해 측정된 방사선량
최대 선량률:
11,930 mSv/h mSv/h
3/11 4/1 4/22 5/13 6/3 6/24 7/15 8/5 8/26 9/16 10/7 10/28 11/18 12/9 12/30 1/20
서문
정문 단위: mSv/h
<정문 및 서문에서 측정된 공간 선량률 변화> <부지 경계에서의 2012년1월26일 선량률>
<그림 4.2> 후쿠시마 제1원전 정문 등에서 측정된 공간 방사선량의 변화
<그림 4.3> 후쿠시마 원전주변 모니터링 위치
(a) 2011년 3월 23일
(b) 2011년 4월 23일
<그림 4.4> 후쿠시마 원전 부지 내 측정된 공간 방사선량도
2) 원전 주변지역의 오염
일본 문부과학성은 여러 기관과 공동으로 2011년 3월19일부터 5월30일까지 원전으로부터 반경 60km 이내의 8개 측정지점에서 공기 중 I-131과 Cs-137의 농도를 지속해서 측정하고 그 값을 웹 사이트를 통해 공개하였다. 원전의 북서쪽에서 I-131과 Cs-137의 농도가 다른 지역보다 높게 측정 되었는데, 이는 방사성물질이 많이 누출된 3월15일의 풍향이 북서쪽으로 형성된 것과 관계가 있다.
또한, 간이 선량계를 장착한 이동 차량을 이용하여 반경 80km 이내 지역에서 3월18일부터 공간선 량률을 계속 측정하였다. 여기서 측정된 구체적인 자료들은 별도로 작성되는 상세보고서에 소개할 예정이다.
일본 문부과학성(MEXT)과 미국 에너지부(DOE)는 4월6일부터 29일까지 원전 반경 80km 내의 공간 방사선량률과 토양에 침적된 Cs-137과 Cs-134의 오염지도를 작성하였다(<그림 4.5>). 주로 원전 북서쪽 으로 많은 양의 방사성 물질이 확산한 것으로 확인되었는데, 이는 3월20일의 강우 때문에 많은 양의 세슘(Cs-137, Cs-134)이 지표면에 침적되었기 때문으로 추정된다. 4월29일을 기준으로 원전에서 30km 떨어진 곳에서 가장 높은 방사선량률은 시간당 10μSv 수준이었다. 한편, <그림 4.6>은 2011년 9월18일 을 기준으로 좀 더 넓은 영역에서 측정․분석된 세슘의 침적량을 보여주고 있다.
한국원자력연구원에서 개발한 대기확산모델 LADAS(Long-range Accident Dose Assessment System)의 결과에서도 후쿠시마 원전의 북서쪽으로 많은 양의 방사성물질이 지표면에 침적된 것으 로 산정되었다. 우리나라 기상청의 수치예보자료와 LADAS를 이용하여 Cs-137의 지표면 침적 계산 결과를 <그림 4.7>에 나타내었다. 그림에서와 같이 2호기의 격납건물 손상이 발생한 3월 15일에 풍 향이 동풍에서 남동풍으로 변화하였고, 또한 3월20일에는 남동풍 및 강수에 의해 많은 양의 방사 성물질이 북서쪽의 지표면에 침적되었다. LADAS에 의한 계산은 많은 가정을 포함하고 있지만, 그 결과가 일본 문부과학성과 미국 에너지부에서 관측한 Cs-137의 농도 분포와(그림 4.5) 비교하여 유사한 패턴을 나타내고 있다.
일본 정부는 4월21일 후쿠시마 원전 주변에 대한 3월11일부터 4월21일까지의 누적 방사선 공간 선량 값을 측정하여 발표하면서, 원전 반경 20km 지역을 경계구역으로 지정하여 출입금지구역으로 설정하였다. <그림 4.8>은 사고 후 40일간의 누적 공간선량을 기준으로 평가한 1년간의 방사선 피 폭선량 추정치를 보여준다. 여기서 보여주는 값은 사고 직후부터 해당 지역에서 1년간 거주할 때 외부 피폭28)에 의해 예상되는 선량이라 할 수 있다. 그런데 이 지역에 실제로 거주할 경우에는 분 진 등의 흡입에 의한 내부 피폭도 일어날 수 있고, 빗물이 고여 국부적으로 높은 방사능을 보일 수도 있기 때문에, 피폭량이 증가할 가능성이 있다. 반면에 주거지역을 중심으로 효과적인 제염이 이루어진다면, 실제 피폭량을 <그림 4.8>의 값보다 크게 줄일 수도 있다.
28) 오염 지역에 실제로 거주할 경우 외부 피폭(External Exposure)뿐만 아니라 방사성물질을 흡입하면서 내부 피폭 (Internal Exposure)도 일어날 수 있다.
(a) 공간 방사선량 (mSv/h) (b) 지표면에 침적된 Cs-134와 Cs-137 (Bq/m2)
<그림 4.5> 일본 문부성과 미국 에너지부가 공동 개발한 후쿠시마 주변지역 오염지도 (2011.4.29. 기준)
<그림 4.6> Cs-134과 Cs-137의 지표 침적량(2011.9.18. 기준)
(a) 후쿠시마 원전 반경 80 Km내 바람과 강수 기상예보자료
(b) 원전 반경 80 Km내 Cs-137 지표 침적량
<그림 4.7> 원자력연구원 LADAS에 의해 평가된 방사성물질 침적량 분포
<그림 4.8> 4월21일까지의 선량자료를 근거로 한 2012년 3월까지의 피폭선량 예측
3) 해양 내 핵종 농도 측정
동경전력과 문부과학성은 후쿠시마 제1원전으로부터 후쿠시마 주변 해역으로 누출된 방사성 핵 종을 모니터링 하였다. 주로 후쿠시마 제1원전 반경 30km 이내 해역과 연안을 중심으로 방사능 농 도를 측정하고 있는데, 반경 20km 이내에서 12개 지점, 그리고 20km 이외의 해역에서 13개 지점 등 총 25개 지점에서 방사능 농도를 측정하고 있다.
후쿠시마 제1원전 1~4호기 배수로 남쪽 해수에서 관측한 방사능 농도를 <그림 4.9>에 나타내었 다. I-131, Cs-134, Cs-137 모두 고농도의 오염수가 방출된 4월1일~2일 사이에 가장 높은 농도를 보 였고, 4월1일 이후에는 전체적으로 농도가 감소하는 추세를 보이고 있다.
<그림 4.9> 후쿠시마 원전 해역에서 측정된 방사성 핵종 농도