Q. 공포의 방사능퀴즈 시리즈 제8탄 “후쿠시마 사고: 방사능 배출량과 측정”

2011년 후쿠시마 원전 사고로 주변 환경으로 나온 방사성물질의 양은 얼마나 되나요? 방사성세슘이 나왔지요!? 방사성세슘 이외에 또 다른 방사성물질들이 나왔나요?

   A. (쯍이의 해법)

후쿠시마에서 세슘만 나올까? 세슘외에 100가지 방사능 물질이 있다는 것을 염두! 세슘은 전체 방사능 중 1%도 안됨. 세슘은 측정이 쉬우니까 이것만 잼. 3시간 밖에 안걸림. 다른 방사능 물질은 하나 재는 데 한 달 걸림. 즉, 세슘량 X 100 = 전체방사능

(꺼누의 팩트 체크)

원자력발전소의 원자로 안에서 우라늄이 핵분열을 하면 막대한 양의 에너지를 내면서 우라늄의 핵은 보통 두 개의 핵으로 나누어지는 데, 이 때 생겨나는 두 개의 핵을 핵분열생성물이라 부르고, 이 핵분열생성물들은 아래 그림에서 보는 바와 같이 각각 고유한 핵분열 수율 즉 생겨나는 확률을 가지고 있다.

이 때, 아래 그림의 두 군데 낙타 등처럼 보이는 위치에 해당하는 핵종들이 상대적으로 다른 위치에 있는 핵종들보다 수율이 높아 많은 양이 생겨난다는 것을 알 수 있는 데, 이와 같이 상대적으로 많은 양이 생겨나는 대표적인 핵종들로서는 방사성크립톤(Kr-85), 방사성스트론튬(Sr-89 및 Sr-90), 방사성요오드(I-131), 방사성텔루리움(Te-132), 방사성제논(Xe-133) 그리고 방사성세슘(Cs-134 및 Cs-137) 등이 있다.

한편, 원자로 안에는 이러한 핵분열생성물들과 함께 방사성코발트(Co-60)와 같은 방사화생성물들과 플루토늄(Pu-239)과 같은 액티나이드 계열 핵종들도 생겨나는 데, 이렇게 새롭게 생겨나는 방사성핵종들은 모두 약 1,700 여종에 이른다. 이들은 모두 수초부터 수만년에 이르는 각기 고유한 물리적 반감기를 가지고 있으며, 대부분의 핵종들은 반감기가 수 분 이내로서 생겨남과 동시에 얼마 지나지 않아 자연적으로 사라지게 되고, 반감기가 수 시간 이상 상대적으로 긴 핵종들이 원자로 안에 비교적 오랜 시간동안 남게 된다.

이와 같이 원전에서 생겨나는 수많은 인공방사성핵종들 중에서 원자로 안에서 생겨나는 수율도 높고 액체에서 기체로 변하는 비등점 온도가 낮아 특성상 휘발성 성질이 강해 기체 상태로 용이하게 환경으로 많은 양이 배출되어 인간을 포함한 주변 환경에 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 주요한 대표적인 핵종으로서는 방사성요오드(I-131)와 방사성세슘(Cs-137)이 있다.

2011년 후쿠시마 원전 사고로 주변 환경으로 나온 방사성물질의 양과 관련, 유엔방사선영향과학위원회(UNSCEAR)는 유엔 총회에 제출한 2013년 보고서에서 후쿠시마 원전 사고로 인해 대기중으로 방사성요오드가 1E+17 내지 5E+17 베크렐 그리고 방사성세슘이 6E+15 내지 4E+16 베크렐 정도가 나온 것으로 평가하고 있다.

이 양은 사고가 난 후쿠시마 제1호기, 제2호기 및 제3호기에 사고 당시 원자로 내부에 있었던 방사성요오드와 방사성세슘 총량의 각각 2% 내지 8% 그리고 1% 내지 6%에 해당하는 양이다.

또한 이 양은 1986년 체르노빌 원전 사고 때에 배출되었던 방사성요오드와 방사성세슘 총량의 각각 10% 및 20% 정도의 양에 해당한다.

그리고, 후쿠시마 사고로 인해 태평양 바다로 직접 배출된 방사성요오드는 1E+16 내지 2E+16 베크렐 그리고 방사성세슘은 3E+15 내지 6E+15 베크렐 정도이고, 그리고 대기중으로 배출된 것이 나중에 바다에 침적된 방사성요오드는 6E+16 내지 1E+17 베크렐 정도이고 방사성세슘은 5E+15 내지 8E+15 베크렐 정도인 것으로 평가하고 있다.

따라서, 후쿠시마 사고로 인해 태평양 바다로 배출된 방사성요오드는 7E+16 내지 1.2E+17 베크렐 그리고 방사성세슘은 8E+15 내지 1.4E+16 베크렐 정도인 것으로 볼 수 있다.

이 이외에 아래 그림에서 보듯이 환경으로 배출된 주요 핵종으로서는 반감기가 5.2일로서 매우 짧고 또한 불활성기체로서 대기중에서 곧바로 희석되어 버리는 7.3E+18 베크렐의 방사성제논(Xe-133)을 제외하면, 2.9E+16 베크렐의 방사성텔루리움(Te-132)과 9.0E+15 베크렐의 방사성세슘(Cs-134)등이 있다.

또한, 방사성요오드(I-131)는 반감기가 8일이고, 방사성세슘(Cs-134)은 2년, 방사성세슘(Cs-137)은 30년이다.

따라서, 후쿠시마 사고가 난 후 벌써 6년 이상 지났으므로, 지금 현재 방사성요오드(I-131)는 물리적으로 붕괴해서 에너지를 주변에 내놓은 후 이미 이 지구위에서 사라지고 없고, 방사성세슘(Cs-134)는 반감기가 세 번 이상 지났으므로 그 당시 배출된 양의 약 10% 정도가 현재 남아 있고, 방사성세슘(Cs-137)은 그 당시 배출된 양의 90% 정도가 아직 남아 있다고 보면 된다.

따라서, 반감기가 매우 짧고 대기 중에서 쉽게 흩어져버리는 불활성기체인 방사성제논(Xe-133)등을 제외하면, 방사성세슘(Cs-137)은 2011년 3월 당시 후쿠시마 원전 사고로 인해 환경으로 배출된 총 방사능 양의 약 10% 미만이었으나, 사고가 난지 벌써 6년 이상 지난 현 시점에서는 반감기가 짧은 방사성요오드(I-131)등이 이미 전부 사라지고 없기 때문에 현재 남아 있는 방사능 총량의 절반 이상이 방사성세슘(Cs-137)인 것으로 볼 수 있다.

한편, 지난 1940~50년대에 이루어진 핵실험으로 인해 현재 태평양과 같은 바다 뿐만아니라 지구의 모든 토양은 인공방사성물질이면서 반감기가 30년인 방사성스트론튬(Sr-90)과 방사성세슘(Cs-137) 등으로 매우 낮은 농도의 오염이 되어 있는 상태이다.

현재 태평양 해수중 방사성세슘(Cs-137)의 농도는 0.7 내지 2.8 mBq/리터이고(IAEA-TECDOC-1429), 태평양 바다의 총 물의 양은 약 6.6E+20 리터이니, 태평양에는 약 1E+18 베크렐 정도의 방사성세슘(Cs-137)이 있는 것이다.

따라서, 후쿠시마 사고로 인해 태평양으로 배출된 방사성세슘(Cs-137)의 양은 사고 이전에 원래 태평양에 있었던 방사성세슘(Cs-137)의 양의 약 1% 정도에 해당하는 것으로 볼 수 있다.

한편, 현재 일본에서 수입하는 수산물에서의 방사능 오염 여부를 확인하기 위해 방사성세슘(Cs-134 및 Cs-137)을 측정하는 이유는 방사성세슘이 원전 사고 시에 주변 환경으로 나오는 핵종들중 많은 양이 나오는 대표적인 핵종일 뿐만아니라 방사성세슘(CS-137)에서는 중간 정도 크기의 에너지인 662 keV 감마선이 나오므로 비교적 손쉽게 측정해서 오염 여부를 확인할 수 있기 때문이다.

그리고, 통관을 기다리는 많은 양의 수입 수산물에서의 오염 여부를 확인하는 작업은 가능한 수입한 당시의 신선도를 유지시키기 위해 주어진 한정된 시간 내에 신속하게 측정 점검을 해서 방사능 오염 여부를 확인해야하기 때문에 우선 1,800초 즉 30분 동안 개략적으로 오염 여부를 점검하는 스크리닝 목적의 측정을 실시한 후, 오염이 된 것으로 의심되면 10,000초 즉 약 3시간 정도 추가 측정을 하므로써 총 4시간 정도의 측정을 통해 오염 여부를 최종 판정하게 된다.

하지만, 어떤 수산물 내에 방사성세슘의 양을 매우 정확하게 알고자 하는 목적으로 정밀 측정을 하고자 할 때에는 80,000초 즉 약 22시간 동안 측정을 하는 것이 보통이다.

이와 같이, 측정하는 시간이 각 경우마다 다른 이유는 우리가 물에 젖은 수건에 들어 있는 물의 양을 알고자 할 때에, 물에 흠뻑 젖은 수건은 보통 손의 힘만으로도 수건을 짜서 물을 쉽게 분리해 낼 수 있지만, 반쯤 마른 수건이나 아니면 매우 마른 수건의 경우에는 그 수건에 들어 있는 수분의 함량을 알아내기 위해서는 강한 힘을 사용하거나 아니면 다른 특별한 방법을 사용해서 수분의 함량을 알아내야 하는 것과 같다.

즉, 아주 작은 양의 방사성세슘으로 오염된 수산물이나 또는 태평양 바닷물에 들어 있는 방사성세슘의 양을 알아내고자 할 때에는 80,000초 즉 오랜 시간동안 측정해야 하며, 이는 마치 거의 다 마른 수건에 들어 있는 수분의 함량을 알아내는 작업과 같이 특별한 방법을 사용하는 것과 같다.

측정하고자 하는 목적, 측정에 주어진 시간 그리고 측정 대상물 즉 시료의 오염 정도 크기와 측정하고자 하는 방사선의 종류 등에 따라, 각각 가장 적합한 측정의 방법을 사용해야 하는 것이다.

다음 시리즈에서 또 만나요~^^

(참고)

1. 핵분열생성물들의 핵분열 수율 곡선

2. 1986년 체르노빌 사고와 2011년 후쿠시마 사고 시에 주변 환경으로 배출된 총 방사능 양

- 1 PBq = 1E+15 Bq