여덟 개월 후 1986 년 4 월 원전 사고 상기 체르노빌 원자력 발전소 가 일부 것처럼, 검은 용암 원자로 노심에서 흘러했다 : 우크라이나, 손상된 제 4 호 원자로 아래에 복도를 입력 한 노동자는 놀라운 현상을 발견 일종의 인공 화산. 굳어진 덩어리 중 하나는 특히 놀라웠고 승무원은 거대한 포유류의 발과 닮았기 때문에 코끼리의 발이라는 별명을 붙였습니다.
센서는 작업자들에게 용암 형성이 매우 방사능 이 강해서 사람이 치명적인 양의 노출에 도달하는 데 5분이 걸릴 것이라고 직원들에게 말했습니다. Kyle Hill 은 과학 잡지 Nautilus의 이 2013년 기사 에서 자세히 설명했습니다 .
10년 후, 수백 장의 체르노빌 사진 을 수집 한 미국 에너지부의 국제 원자력 안전 프로젝트(International Nuclear Safety Project ) 는 무게가 2.2톤(2미터 톤 ) 으로 추정되는 코끼리 발의 여러 이미지를 얻었습니다 .
그 이후로 용암과 같은 연료 함유 물질 (LFCM) 로 알려진 코끼리의 발 은 무시무시한 매혹의 대상으로 남아 있습니다. 그러나 실제로 무엇입니까?
체르노빌 코끼리의 발은 무엇입니까?
코끼리 발은 매우 방사능이 강했기 때문에 당시 과학자들은 바퀴 달린 카메라를 사용하여 사진을 찍었습니다. 몇몇 연구원들은 분석을 위해 샘플을 채취할 만큼 충분히 가까워졌습니다. 그들이 발견한 것은 코끼리의 발이 핵연료의 잔해가 아니라는 것이었습니다.
대신 원자력 전문가들은 코끼리의 발이 핵연료와 원자로 노심 구조의 일부가 과열되어 녹아 혼합물을 형성할 때 원자력 사고에서 생성되는 코륨이라는 희귀 물질로 구성되어 있다고 설명합니다. Corium은 1979년 Pennsylvania 의 Three Mile Island 사고 , 2011년 체르노빌 및 일본 후쿠시마 다이이치 원전 사고 에서 3 번 등 역사상 5번만 자연적으로 형성 되었습니다.
에드윈 라이먼(Edwin Lyman ) 이사는 "노심 용융이 종료될 수 없으면 결국 용융 덩어리가 원자로 용기 바닥으로 흘러내려 (추가 용융 물질의 기여와 함께) 녹아서 격납고 바닥으로 떨어질 것"이라고 말했다. 관심 과학자 연합(Union of Concerned Scientists) 의 원자력 안전에 대해 이메일로 설명합니다.
"뜨거운 용융 덩어리는 격납용기의 콘크리트 바닥(있는 경우)과 반응하여 용융물의 구성을 다시 변경합니다."라고 Lyman은 말합니다. "원자로 유형에 따라 용융물은 격납벽을 통해 퍼지고 녹거나 바닥을 통해 계속 용융되어 결국 지하수에 침투할 수 있습니다(이것이 후쿠시마에서 일어난 일입니다). 용융물이 충분히 냉각되면 단단한 상태로 굳어질 것입니다. , 암석과 같은 광물."
아르곤 국립 연구소(Argonne National Laboratory )의 베테랑 원자력 엔지니어이자 프로그램 관리자인 Mitchell T. Farmer 는 이메일을 통해 코륨이 "용암과 매우 흡사하며, 냉각되면서 매우 점성을 지니며 끈적끈적한 용융 유리처럼 흐르는 검은 산화물 물질입니다. 코끼리 발로 체르노빌에서 일어난 일입니다."
코륨이란 무엇입니까?
체르노빌의 코끼리 발을 구성하는 것과 같은 특정 코리움 흐름의 정확한 구성은 다를 수 있습니다. 연구에서 핵 노심 용융 사고 를 시뮬레이션 한 팀의 Farmer 는 Elephant's Foot의 갈색 색조가 기본적으로 유리인 실리카(SiO2)가 많이 함유된 콘크리트로 용융물이 침식된 코륨과 유사하다고 말했습니다. 규소가 많이 함유된 것을 규산질이라고 하는데 이것이 체르노빌 발전소를 건설하는 데 사용되는 콘크리트 유형입니다."
그것은 처음에 코어가 녹은 후 코어가 일반적으로 만들어지는 재료로 구성 되기 때문에 의미 가 있습니다. 그것의 일부는 또한 우라늄 산화물 연료입니다. 다른 성분으로는 연료 코팅(일반적으로 지르칼로이(Zircaloy)라고 하는 지르코늄 합금)과 구조 재료가 포함되며 대부분 철로 구성된 스테인리스강이라고 Farmer는 설명합니다.
파머는 "진심석을 식히기 위해 물이 언제 다시 공급되는지에 따라, 진피층 조성은 시간이 지남에 따라 진화할 수 있다"고 말했다. "증기가 끓어오르면 증기는 코륨의 금속(지르코늄 및 강철)과 반응하여 수소 가스를 생성할 수 있습니다. 그 효과는 후쿠시마 다이이치 원자로 사고 중에 본 것입니다. 코륨의 산화된 금속은 산화물로 전환되고, 구성을 변경하는 원인이 됩니다."
Corium이 냉각되지 않으면 원자로 용기를 통해 아래로 이동하여 더 많은 구조용 강철을 녹이고 구성에 더 많은 변화를 일으키게 된다고 Farmer는 말합니다. "여전히 과냉각되면 노심은 결국 강철 원자로 용기를 통해 녹아서 격납고의 콘크리트 바닥으로 떨어질 수 있습니다."라고 그는 설명합니다. "이것은 후쿠시마 제1원전 3기 모두에서 발생했습니다." 코륨과 접촉하는 콘크리트는 결국 가열되어 녹기 시작합니다.
콘크리트가 녹으면 콘크리트 산화물(일반적으로 '슬래그'라고 함)이 용융물에 도입되어 구성이 더욱 발전하게 된다고 Farmer는 설명합니다. 녹는 콘크리트는 또한 증기와 이산화탄소를 방출하는데, 이는 용융물의 금속과 계속 반응하여 수소(및 일산화탄소)를 생성하여 노심의 조성에 더 많은 변화를 일으킵니다.
코끼리 발은 얼마나 위험한가요?
Elephant's Foot을 만든 결과 엉망은 극도로 위험합니다. 일반적으로 Lyman은 코륨이 손상되지 않은 사용후핵연료보다 훨씬 더 위험하다고 말합니다. 이는 처리, 포장 및 저장이 더 어려운 잠재적으로 불안정한 상태이기 때문입니다.
"코륨이 고방사성 핵분열 생성물, 플루토늄 및 방사성이 된 핵심 물질을 보유하는 한, 코륨은 높은 선량률을 가지며 앞으로 수십 년 또는 수 세기 동안 극도로 위험한 상태로 남을 것입니다."라고 Lyman은 설명합니다.
Elephant's Foot의 것과 같이 매우 단단하게 응고된 코륨은 손상된 원자로에서 제거하기 위해 부숴야 합니다. "[그것은] 방사성 먼지를 생성하고 근로자와 환경에 대한 위험을 증가시킬 것입니다."라고 Lyman은 말합니다.
그러나 더 걱정스러운 것은 과학자들이 핵폐기물 저장소에 저장될 때와 같이 장기적으로 코륨이 어떻게 작용할지 모른다는 것 입니다. 그들이 알고 있는 것은 코끼리 발의 진피가 예전만큼 활동적이지 않고 자체적으로 냉각되고 있으며 계속 냉각될 것이라는 것입니다. 그러나 여전히 녹아내리고 있으며 높은 방사능을 유지하고 있습니다.
2016년 에는 원자력 발전소에서 더 이상 방사능 누출을 방지하기 위해 NSC( New Safe Confinement )가 체르노빌 상공에 내려졌습니다. 체르노빌 4호 원자로의 썩어가는 콘크리트 석관을 지지하기 위해 격리 실드 내에 또 다른 강철 구조물이 건설되었습니다. NSC는 이상적으로는 305호실에서 폭발이 발생할 경우 거대한 우라늄 먼지 구름이 공기 중으로 분산되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 2. 305/2호실은 4호 원자로 노심 바로 아래에 있었고 2016년부터 중성자 방출이 증가한 징후 를 보이고 있습니다. 치명적인 방사능 수치 때문에 인간이 완전히 접근할 수 없습니다.
코리움 공부
아무도 또 다른 코끼리의 발을 보고 싶어하지 않습니다. Farmer는 자신의 경력 대부분을 원자력 사고를 연구하고 발전소 운영자가 사고를 종결할 수 있는 방법을 개발하기 위해 노심초사를 사용했습니다. 즉, 주입할 물의 양과 주입 위치, 물이 얼마나 빨리 노석을 냉각시키고 안정화시킬 수 있는지에 대한 것입니다. .
"우리는 실제 재료로 '코륨'을 생성하는 대규모 실험 을 수행 하지만 붕괴 가열 자체 대신 붕괴열을 시뮬레이션하기 위해 전기 가열을 사용합니다."라고 Farmer는 설명하면서 시뮬레이션을 통해 실험을 더 쉽게 수행할 수 있다고 설명합니다.
"우리는 다양한 노심 조성에 대한 노심 냉각 및 냉각에서 물 첨가 효율 연구에 대부분의 작업을 집중해 왔습니다. 따라서 사고 완화에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 다른 쪽 끝은 사고 예방이며 이것이 주요 초점입니다. 원자력 산업을 위한 지역입니다."
이제 무섭다
Argonne 국립 연구소의 연구원들은 화씨 3,600도(섭씨 2,000도)에서 산화우라늄의 용융 풀을 보여주는 이 비디오를 만들었습니다 . 그들의 실험은 그러한 용암 흐름이 원자로 격납 건물의 콘크리트 바닥을 침식하는 방법을 시뮬레이션했습니다.
