4호기 핵분열 연쇄반응땐

일본 도쿄전력이 16일 후쿠시마 제1원전 4호기의 사용후 연료봉이 재임계 상태가 돼 핵분열 연쇄반응을 일으킬 가능성을 언급하면서 원전 사고가 최악의 상황으로 치달을 수 있다는 우려가 높아지고 있다. 만약 실제로 핵분열 연쇄반응이 일어나게 되면 방사성물질 배출량은 더욱 늘어나게 된다.

전문가들은 사용후 연료봉에도 핵분열 연쇄반응을 조절하는 물질이 있지만 냉각 시스템이 작동하지 않아 열에 녹았을 수 있다고 보고 있다. 여기에 온도를 낮추기 위해 민물과 바닷물을 넣은 것도 연쇄반응 조절을 어렵게 했을 것이라고 지적하고 있다.

핵분열이 연쇄적으로 일어나면 이 과정에서 발생하는 열로 인해 냉각수가 더 빨리 증발된다. 이미 원자로가 파손됐기 때문에 연료봉이 공기 중에 그대로 노출돼 방사성물질 확산 규모가 더욱 커질 수 있다는 얘기다. 원자력연구원 백원필 본부장은 “붕소가 투입된 만큼 재임계 가능성은 낮다고 본다.”고 설명했다.

핵분열 연쇄반응은 원자력 발전은 물론 원자폭탄의 원리이다. 원자력 발전에 쓰이는 우라늄과 플루토늄은 중성자를 흡수, 원자핵이 2개 이상으로 쪼개지며 에너지를 방출하는 핵분열 반응을 일으키는 성질을 갖고 있다. 동시에 중성자도 방출하기 때문에 이를 다시 흡수, 핵분열이 연쇄적으로 일어나게 되고 결국 다량의 에너지가 생성된다. 이때 원자로 제어봉은 핵분열 연쇄반응이 무한정 일어나는 것을 막는다. 다시 말해 제어봉이 없을 경우 연료봉 온도가 정상 수준 이상으로 올라가게 되는 것이다. 연료봉의 경우 핵폭탄에 비해 우라늄 농축도가 현저히 낮은 만큼 실제로 핵폭발이 일어나지는 않는다.

하지만 일본 환경에너지정책연구소가 “이번 대지진 발생 후 가장 두려웠던 것은 제어되지 않은 상태로 핵분열이 연속적으로 일어나는 재임계”라고 지적했을 정도로 4호기 연료봉의 재임계는 이번 원전 사고를 최악의 국면으로 몰고 갈 수 있다.

나길회기자 kkirina@seoul.co.kr