독일 뮌헨공대 연구용원자로 FRM-Ⅱ를 가다
물리적 방호 철저히 지켜 안전성 논란 없애
중성자 빔 전용 원자로 … '세계 톱3' 규모
최신식 시설 갖춰 기초과학 연구ㆍ교육 활용
"대학 캠퍼스 내 원자력 관련 시설이 있다고…"
우리나라 원자력 정서로는 믿어지지 않는 얘기다. 그렇지만 유럽의 원자력 강국인 독일에서는 예외다.
세계적인 맥주축제 '옥토버페스트'로 유명한 독일 뮌헨은 가장 살기 좋은 도시로 손꼽히는 곳이다. 이러한 명성을 얻고 있는 뮌헨, 그것도 대학 캠퍼스 내 원자력 관련 시설이 있다는 것 자체에 고개가 끄덕거려지지 않는다.
독일의 대표적인 연구용 원자로인 FRM-Ⅱ를 방문하기 위해 뮌헨에서 북서쪽으로 20km 가량 떨어진 가칭(Garching)에 위치한 뮌헨 공대(TUM)를 찾아갔다. 유럽 특유의 겨울 날씨답게 오전 9시가 막 지났으나 하늘은 짙은 구름을 머금고 있어 마치 늦은 오후를 연상케 했다. 여기에 바람이 차가워 을씨년스러웠지만 대학 캠퍼스의 여유와 낭만은 여타 대학과 다를 바 없었다.
정문에서 출입절차를 밟고 캠퍼스 안에 들어서자 계란 모양처럼 생긴 돔 형태의 연구용 원자로(FRM)와 그 바로 옆에 건설된 지 얼마 안 돼 보이는 최신식 연구용 원자로 FRM-Ⅱ가 자리잡고 있다.
독일 최초의 연구용 원자로인 FRM은 원자로 모양이 계란을 닮았다고 해 'Atomic Egg'로 불려지고 있다. 지난 1957년 지어진 FRM은 현재 역사의 뒷전으로 물러난 상태고 그 명성을 고스란히 FRM-Ⅱ가 이어받아 운영되고 있다. FRM-Ⅱ은 외관상 미적 감각을 최대한 살려 건설된 것이 특징이다. 그래서인지 FRM-Ⅱ를 본 첫 인상은 '명품 원자로'라는 말이 제법 잘 어울리는 듯 했다.
◇출입관리 엄격하게… 안전사고는 걱정 없어=FRM-Ⅱ에 들어가기 위해서는 까다로운 출입절차를 밟아야 한다. 외부인은 물론 내부 직원들도 똑같은 절차를 거치게 된다. 물리적 방호를 철저히 기하기 위해서다. FRM-Ⅱ 운전에 따른 안전은 이미 설계시부터 첨단 기술을 통해 이미 완벽하게 구축된 상태다.
그만큼 FRM-Ⅱ 운전으로 인해 발생하는 사고는 걱정하지 않아도 된다는 뜻이다.
뮌헨 공대는 FRM-Ⅱ의 철저한 물리적 방호를 위해 별도의 용역회사를 둬 일반인의 출입을 엄격히 통제하고 있다. 직원들도 예외는 아니다. 이로 인해 FRM-Ⅱ 직원들은 매번 거쳐야 하는 까다로운 출입절차에 간혹 불만을 터뜨리고 있다는 게 FRM-Ⅱ 관계자의 설명이다.
원자로 내부에 들어가는데는 더욱 까다로운 절차를 밟아야 했다. 모든 소지품에 대한 검사는 물론 금속성 물질의 반입은 전혀 허용되지 않는다. 이렇다 보니 대학 입구에서부터 원자로 내부까지 들어가는데 족히 30분이 걸린 듯 했다.
특히 원자력 강국답게 뮌헨공대의 또 하나 특징은 매우 엄격한 방사선 안전관리 체계를 갖추고 있다는 점이다. 원자로 내부에 들어가기 위해서는 출입구 문에 달려있는 전신감시기에 출입자가 들어서면 자동으로 문이 닫혀 방사선 측정을 시작해 측정이 끝나면 자동으로 출입구 문이 열리도록 돼 있었다. 전신감시기를 통과하지 않으면 출입 자체가 불가능하다.
원자로실 내부에서 외부로 나올 때도 출입구 이중문을 통과하기 전에 손발 감시기의 측정절차를 밟아야 출입구 문이 개폐되도록 인터록이 걸려 있었다.
원자로실 뿐만 아니라 제어실로 통하는 출입구 모두 엄청난 두께의 이중문이 설치돼 있었고 모두 공기압에 의해 자동 제어되도록 설계됐다. 이중문 내 버퍼존에는 전화기가 설치돼 있어 출입카드 및 이중문 개폐에 문제가 발생할 경우 안전관리실로 연락을 취할 수 있도록 설치해 놓았다.
인고 뉴이하우스 기술부장은 "원자로 안전은 이미 공개적으로 검증을 받은 상황으로 안전성에 대한 논란은 거의 없다"면서 "테러나 요격 등 만약의 사태를 대비해 물리적 방호에 더욱 치중하고 있다"고 말했다.
◇독보적인 중성자 빔 전용 원자로=FRM-Ⅱ는 지난 2003년부터 가동되기 시작한 최신식 첨단 연구용 원자로다. 다목적용인 우리나라 하나로와는 달리 FRM-Ⅱ는 중성자 빔 전용 원자로에 속한다. 프랑스의 HFR과 호주의 OPAL 원자로 등과 더불어 세계 3대 원자로의 하나로 손꼽힌다. 이처럼 FRM-Ⅱ는 중성자 빔을 생산해 물질구조 분석 및 측정, 신소재 개발, 생체분자 측정, 동력학 측정 등 기초연구 분야에 활용하기 가장 적합한 원자로라는 평가를 받고 있다.
열출력은 20MW이고 최대 8×10¹⁴(14승입니다)n/cm2/sec의 열중성자속을 얻을 수 있다. 이 같은 성능은 짧은 시간 내 이용을 극대화할 수 있고 원하는 데이터를 손쉽게 확보할 수 있다는 점에서 세계 최고 수준을 자랑한다.
FRM-Ⅱ는 원자로 수조에서 냉중성자 기기실까지 연결되는 모든 배관이나 케이블을 원자로 상부 바닥에 파이프로 개설한 뒤 배관과 케이블을 모두 포설하고 그 위에 두꺼운 철판 뚜껑을 덮어 전혀 외부로 노출되지 않고 있었다.
유겐 뉴이하우스 과학부부장은 "크레인에 매달려 있는 무거운 물체가 낙하하더라도 냉중성자 주요 배관이 파손되지 않도록 하라는 규제기관의 요구에 따라 철판 뚜껑을 설계 변경을 통해 당초보다 더욱 두껍게 했다"면서 안전사고에 대한 자신감을 내비쳤다.
FRM-Ⅱ는 냉각재로 경수를 사용하고 중수를 채운 큰 감속재 탱크가 작은 노심을 둘러싸고 있다. 이러한 구조 덕분에 높은 열 중성자속과 노심 주위의 넓은 공간을 확보하고 있다. 특히 'spectrum-shifter'를 이용해 순도 높은 중성자 에너지 스펙트럼을 제공한다.
FRM-Ⅱ는 93%에 달하는 고농축 우라늄(HEU)을 핵연료로 사용한다. 무엇보다 FRM-Ⅱ는 강력한 안전시스템을 갖추고 있다. 핵분열 생성물 누출방지는 핵연료 심과 피복재, 수조수, 원자로 건물의 3가지 방법으로 이뤄진다. 수조수는 지진, 비행기 충돌 등의 어떤 상황에서도 파괴되지 않을 정도다. 수조수는 1.8m 두께의 건물 벽으로 보호되고 있으며 빔 튜브도 수조수 누출을 방지하기 위해 2개의 외벽이 있으며 일차 냉각회로와 기기실도 1차 배관이 파손돼 누출되더라도 수조수 완전누출이 불가능하도록 설계돼 있다.
만약 수조수에서 외부로 누출될 경우 환기계통이 방사성 물질을 여과하고 굴뚝으로는 방사능이 매우 낮은 공기만이 누출되도록 자동 제어하는 등 '완벽한 안전체제'를 자랑한다.
^
중성자 빔 전용 원자로답게 원자로 주변 수조 벽에 10개의 수평 빔 튜브가 설치돼 중성자를 실험실이나 중성자 안내실로 유도한다.
모든 빔 튜브들은 고속 중성자나 감마선 등 불필요한 방사선 누출을 억제하기 위해 노심과 법선 방향으로 설치돼 있다.
냉중성자원은 3개의 빔 튜브로부터 나온다. 한 개의 빔 튜브는 온도가 약 2400K인 단열 흑연 덩어리 24kg을 가진 열중성자원을 생산하고 다른 한 개의 빔 튜브는 의료용과 기술적 응용을 위한 고에너지 핵분열 중성자를 생산해 낸다.
인고 뉴이하우스 기술부장은 "FRM-Ⅱ는 세계에서 몇 안되는 최신식 연구용 원자로로 대학 내에 위치하고 있는 만큼 상업용 용도 외에 교육용으로 널리 활용되고 있다"면서 "원자력 르네상스를 구현하기 위한 독일의 상징적인 원자로 시설"이라고 설명했다.
뮌헨(독일)=이준기기자 bongchu@
사진설명>
뮌헨공대 내 위치한 연구용 원자로 FRM-Ⅱ의 모습.
물리적 방호 철저히 지켜 안전성 논란 없애
중성자 빔 전용 원자로 … '세계 톱3' 규모
최신식 시설 갖춰 기초과학 연구ㆍ교육 활용
"대학 캠퍼스 내 원자력 관련 시설이 있다고…"
우리나라 원자력 정서로는 믿어지지 않는 얘기다. 그렇지만 유럽의 원자력 강국인 독일에서는 예외다.
세계적인 맥주축제 '옥토버페스트'로 유명한 독일 뮌헨은 가장 살기 좋은 도시로 손꼽히는 곳이다. 이러한 명성을 얻고 있는 뮌헨, 그것도 대학 캠퍼스 내 원자력 관련 시설이 있다는 것 자체에 고개가 끄덕거려지지 않는다.
독일의 대표적인 연구용 원자로인 FRM-Ⅱ를 방문하기 위해 뮌헨에서 북서쪽으로 20km 가량 떨어진 가칭(Garching)에 위치한 뮌헨 공대(TUM)를 찾아갔다. 유럽 특유의 겨울 날씨답게 오전 9시가 막 지났으나 하늘은 짙은 구름을 머금고 있어 마치 늦은 오후를 연상케 했다. 여기에 바람이 차가워 을씨년스러웠지만 대학 캠퍼스의 여유와 낭만은 여타 대학과 다를 바 없었다.
정문에서 출입절차를 밟고 캠퍼스 안에 들어서자 계란 모양처럼 생긴 돔 형태의 연구용 원자로(FRM)와 그 바로 옆에 건설된 지 얼마 안 돼 보이는 최신식 연구용 원자로 FRM-Ⅱ가 자리잡고 있다.
독일 최초의 연구용 원자로인 FRM은 원자로 모양이 계란을 닮았다고 해 'Atomic Egg'로 불려지고 있다. 지난 1957년 지어진 FRM은 현재 역사의 뒷전으로 물러난 상태고 그 명성을 고스란히 FRM-Ⅱ가 이어받아 운영되고 있다. FRM-Ⅱ은 외관상 미적 감각을 최대한 살려 건설된 것이 특징이다. 그래서인지 FRM-Ⅱ를 본 첫 인상은 '명품 원자로'라는 말이 제법 잘 어울리는 듯 했다.
◇출입관리 엄격하게… 안전사고는 걱정 없어=FRM-Ⅱ에 들어가기 위해서는 까다로운 출입절차를 밟아야 한다. 외부인은 물론 내부 직원들도 똑같은 절차를 거치게 된다. 물리적 방호를 철저히 기하기 위해서다. FRM-Ⅱ 운전에 따른 안전은 이미 설계시부터 첨단 기술을 통해 이미 완벽하게 구축된 상태다.
그만큼 FRM-Ⅱ 운전으로 인해 발생하는 사고는 걱정하지 않아도 된다는 뜻이다.
뮌헨 공대는 FRM-Ⅱ의 철저한 물리적 방호를 위해 별도의 용역회사를 둬 일반인의 출입을 엄격히 통제하고 있다. 직원들도 예외는 아니다. 이로 인해 FRM-Ⅱ 직원들은 매번 거쳐야 하는 까다로운 출입절차에 간혹 불만을 터뜨리고 있다는 게 FRM-Ⅱ 관계자의 설명이다.
원자로 내부에 들어가는데는 더욱 까다로운 절차를 밟아야 했다. 모든 소지품에 대한 검사는 물론 금속성 물질의 반입은 전혀 허용되지 않는다. 이렇다 보니 대학 입구에서부터 원자로 내부까지 들어가는데 족히 30분이 걸린 듯 했다.
특히 원자력 강국답게 뮌헨공대의 또 하나 특징은 매우 엄격한 방사선 안전관리 체계를 갖추고 있다는 점이다. 원자로 내부에 들어가기 위해서는 출입구 문에 달려있는 전신감시기에 출입자가 들어서면 자동으로 문이 닫혀 방사선 측정을 시작해 측정이 끝나면 자동으로 출입구 문이 열리도록 돼 있었다. 전신감시기를 통과하지 않으면 출입 자체가 불가능하다.
원자로실 내부에서 외부로 나올 때도 출입구 이중문을 통과하기 전에 손발 감시기의 측정절차를 밟아야 출입구 문이 개폐되도록 인터록이 걸려 있었다.
원자로실 뿐만 아니라 제어실로 통하는 출입구 모두 엄청난 두께의 이중문이 설치돼 있었고 모두 공기압에 의해 자동 제어되도록 설계됐다. 이중문 내 버퍼존에는 전화기가 설치돼 있어 출입카드 및 이중문 개폐에 문제가 발생할 경우 안전관리실로 연락을 취할 수 있도록 설치해 놓았다.
인고 뉴이하우스 기술부장은 "원자로 안전은 이미 공개적으로 검증을 받은 상황으로 안전성에 대한 논란은 거의 없다"면서 "테러나 요격 등 만약의 사태를 대비해 물리적 방호에 더욱 치중하고 있다"고 말했다.
◇독보적인 중성자 빔 전용 원자로=FRM-Ⅱ는 지난 2003년부터 가동되기 시작한 최신식 첨단 연구용 원자로다. 다목적용인 우리나라 하나로와는 달리 FRM-Ⅱ는 중성자 빔 전용 원자로에 속한다. 프랑스의 HFR과 호주의 OPAL 원자로 등과 더불어 세계 3대 원자로의 하나로 손꼽힌다. 이처럼 FRM-Ⅱ는 중성자 빔을 생산해 물질구조 분석 및 측정, 신소재 개발, 생체분자 측정, 동력학 측정 등 기초연구 분야에 활용하기 가장 적합한 원자로라는 평가를 받고 있다.
열출력은 20MW이고 최대 8×10¹⁴(14승입니다)n/cm2/sec의 열중성자속을 얻을 수 있다. 이 같은 성능은 짧은 시간 내 이용을 극대화할 수 있고 원하는 데이터를 손쉽게 확보할 수 있다는 점에서 세계 최고 수준을 자랑한다.
FRM-Ⅱ는 원자로 수조에서 냉중성자 기기실까지 연결되는 모든 배관이나 케이블을 원자로 상부 바닥에 파이프로 개설한 뒤 배관과 케이블을 모두 포설하고 그 위에 두꺼운 철판 뚜껑을 덮어 전혀 외부로 노출되지 않고 있었다.
유겐 뉴이하우스 과학부부장은 "크레인에 매달려 있는 무거운 물체가 낙하하더라도 냉중성자 주요 배관이 파손되지 않도록 하라는 규제기관의 요구에 따라 철판 뚜껑을 설계 변경을 통해 당초보다 더욱 두껍게 했다"면서 안전사고에 대한 자신감을 내비쳤다.
FRM-Ⅱ는 냉각재로 경수를 사용하고 중수를 채운 큰 감속재 탱크가 작은 노심을 둘러싸고 있다. 이러한 구조 덕분에 높은 열 중성자속과 노심 주위의 넓은 공간을 확보하고 있다. 특히 'spectrum-shifter'를 이용해 순도 높은 중성자 에너지 스펙트럼을 제공한다.
FRM-Ⅱ는 93%에 달하는 고농축 우라늄(HEU)을 핵연료로 사용한다. 무엇보다 FRM-Ⅱ는 강력한 안전시스템을 갖추고 있다. 핵분열 생성물 누출방지는 핵연료 심과 피복재, 수조수, 원자로 건물의 3가지 방법으로 이뤄진다. 수조수는 지진, 비행기 충돌 등의 어떤 상황에서도 파괴되지 않을 정도다. 수조수는 1.8m 두께의 건물 벽으로 보호되고 있으며 빔 튜브도 수조수 누출을 방지하기 위해 2개의 외벽이 있으며 일차 냉각회로와 기기실도 1차 배관이 파손돼 누출되더라도 수조수 완전누출이 불가능하도록 설계돼 있다.
만약 수조수에서 외부로 누출될 경우 환기계통이 방사성 물질을 여과하고 굴뚝으로는 방사능이 매우 낮은 공기만이 누출되도록 자동 제어하는 등 '완벽한 안전체제'를 자랑한다.
^
중성자 빔 전용 원자로답게 원자로 주변 수조 벽에 10개의 수평 빔 튜브가 설치돼 중성자를 실험실이나 중성자 안내실로 유도한다.
모든 빔 튜브들은 고속 중성자나 감마선 등 불필요한 방사선 누출을 억제하기 위해 노심과 법선 방향으로 설치돼 있다.
냉중성자원은 3개의 빔 튜브로부터 나온다. 한 개의 빔 튜브는 온도가 약 2400K인 단열 흑연 덩어리 24kg을 가진 열중성자원을 생산하고 다른 한 개의 빔 튜브는 의료용과 기술적 응용을 위한 고에너지 핵분열 중성자를 생산해 낸다.
인고 뉴이하우스 기술부장은 "FRM-Ⅱ는 세계에서 몇 안되는 최신식 연구용 원자로로 대학 내에 위치하고 있는 만큼 상업용 용도 외에 교육용으로 널리 활용되고 있다"면서 "원자력 르네상스를 구현하기 위한 독일의 상징적인 원자로 시설"이라고 설명했다.
뮌헨(독일)=이준기기자 bongchu@
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뮌헨공대 내 위치한 연구용 원자로 FRM-Ⅱ의 모습.
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