일본 후쿠시마 오염수 방류 관련 과학 지식 정리

 

0. Intro

2011년 일본 후쿠시마 제1원자력발전소 (이하 후쿠시마 원전 사고) 가 터졌습니다. 그 후 12년이 지난 지금, 일본 정부에서는 오염수를 바다로 방류하기 시작했습니다. 여기서 문제가 되는 것은 분리가 어려운 '삼중수소' 가 얼마나 위험하고, 얼마나 포함되어있느냐 라는 것 입니다.

 

이에 대해 너무 많은 비과학적인 얘기들이 나오고 있어, 옳고 그름을 판단하기 위해서는 일단 과학적인 사실부터 알아야 합니다.

美 “일본 절차에 만족”…‘오염수 방류’ 지지 성명뉴스 내용일본 후쿠시마 제1원전 오염수 탱크. [사진 연합뉴스][이코노미스트 이혜리 기자] 미국 국무부가 25일(현지시간) 일본의 후쿠시마 제1원자력발전소 오염수(일본 정부 명칭 ‘처리수’) 방류 결정을 지지한다는 공식 성명을 발표했다. 미국 정부가 일본의 오염수 방류 이후에 이를 지지하는 공식 입장을 낸 것...출처이코노미스트

대학원때 X-ray 를 다뤘었고, 방사선 작업 종사자 교육을 받은 경험을 살려, 관련 지식을 정리 해 봤습니다.

 

1. 빛

방사선은 빛의 한 종류이므로 먼저 빛에 대해서 기본적인 이해도가 있어야 합니다. 빛은 전자기파의 한 종류로 여러 색깔을 가지고 있습니다. 무지개를 보면 알 수 있듯이 빛에는 여러 색깔이 있는데 이는 빛의 파장 (주파수) 가 각각다르기 때문 입니다.

 

파장이 짧을수록 보라색에 가까워지고 에너지가 높아집니다. 반대로 파장이 길수록 빨간색에 가까워지고 에너지가 낮아집니다. 자외선을 쐬면 피부에 좋지 않은 이유가, 자외선의 에너지가 높기 때문입니다. 이는 빛의 밝고 어두움과는 다르게 빛 자체의 에너지가 높다는 뜻 입니다.

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https://homoscience.kr/1164/

 

2. 원자

원자는 원자핵과 전자로 이루어져있습니다. 원자핵은 원자핵속에 들어 있는 양성자와 중성자에 의해 주 성질이 결정됩니다. 양성자와 중성자의 비율에 의해 안정적인 원자핵이 만들어지기도 하고 불안정한 원자핵이 만들어지기도 합니다.

 

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3. 동위원소

원자는 몇개의 양성자가 있는지에 따라 그 특성이 바뀌게 됩니다. 그와 반대로, 특성에 크게 영향을 주지 않고 무게만 차지하는 중성자가 있습니다.

 

양성자가 1개인 원자를 수소라고 합니다.

양성자가 1개이고 중성자가 1개인 원자도 수소라고 합니다. (중수소)

양성자가 1개이고 중성자가 2개인 원자도 수소라고 합니다. (삼중수소)

 

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양성자가 수십에서 백개 이상 있는 무거운 원자는 불안정하기 때문에 중성자가 큰 영향을 주기 시작합니다.

 

4. 방사선

불안정한 상태의 원소들은 특정한 입자나 빛을 방출하면서 안정적인 원자핵으로 바뀌려는 성질이 있는데, 이 때 나오는 입자나 빛이 바로 방사선입니다.

 

즉, 방사선이란 빛의 한 종류로서 에너지가 자외선보다 훨씬 높습니다. 방사선의 종류로는 알파선, 베타선, 감마선, 엑스선, 중성자선 이 있습니다. 알파선은 헬륨(He)의 핵, 베타선은 전자로 입자들로 이루어져 있습니다. 감마선, 엑스선은 전자기파 입니다.

 

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우리가 햇빛에 오염됬다는 표현은 하지 않듯이, 후술하겠지만 방사능에 오염될순 있어도 방사선에 오염되었다는 표현은 틀린 말 입니다. 방사선에 노출되었다 또는 피폭되었다는 표현을 사용합니다.

 

5. 베크렐, 시버트(Sivert)

방사선의 단위에는 크게 두 가지가 있습니다.

 

베크렐(Bq) : 특정한 물질이 방사선을 낼 수 있는 능력을 측정, 보통 1베크렐은 1초 동안 1개의 원자핵이 붕괴할 때 방출되는 방사능의 강도를 의미합니다.

시버트(Sv) : 방사선이 인체에 주는 영향을 측정

 

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보통 방사선은 원전과 같은 특수한 장소에서만 나온다고 생각하기 쉽지만, 실제로는 항상 일정한 양의 방사선을 받고 있습니다. 이렇게 자연에서 나오는 방사선을 자연방사선이라고 합니다.

 

평균적으로 사람이 1년간 받는 자연방사선 : 3mSv (0.003 Sv)

비행기를 탈때 노출되는 방사선량 : 0.07 msV

X-ray 촬영할때 노출되는 방사선량 : 0.1-0.3 mSv

방사선 작업 종사자의 연간 허용선량 : 20-50 mSv (직업마다 다를 수 있음)

 

6. 방사능

불안정한 원자들은 안정한 원자들로 바뀌려는 성질이 있습니다. 불안정한 원자가 안정한 원자로 바뀔 때 방사선을 뿜게 됩니다. 즉, 방사능이란 방사선을 방출할 수 있는 능력을 지닌 물질 입니다.

 

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이런 방사능은 안정한 원자들로 바뀌면서 자연스럽게 그 양이 줄어들게 됩니다. 그 양이 반으로 줄어드는 기간을 '반감기' 라고 합니다. 이런 방사능 물질들을 섭취했을때 몸 안에서 반으로 줄어드는 기간을 '생물학적 반감기' 라고 합니다. (자연 반감기 + 소화 + 배설)

 

방사능 물질들은 그 종류(방사성 핵종) 마다 내보내는 방사선의 종류와 양이 다르므로, 반감기과 더불어 방사선의 특성과 세기를 살펴보아야 합니다.

 

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7. 삼중수소

삼중수소란 수소의 동위원소중 하나로 중성자를 두개 가지고 있는 수소 입니다. 이번 오염수 관련해서 가장 이슈가 되고 있는 것중 하나는 방사능 물질중 하나인 삼중수소가 얼마나 포함되어 있느냐는 것 입니다. 왜냐하면 삼숭주소는 다른 수소처럼 대부분 물의 형태로 존재하고 있기 때문에 정화 설비로 제거할 수 없기 때문 입니다.

 

이런 삼중수소는 자연방사선에 의해 미량이 존재하지만, 방사선 (중성자) 에 의해 생기는 경우가 많습니다. 삼중수소는 붕괴하면서 베타선 (전자선) 을 방출합니다.

 

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* 삼중수소의 반감기는 12.32 년 입니다.

* 생물학적 반감기는 12일으로, 섭취 후 12일이면 절반이 체외로 배출됩니다.

* 삼중수소가 내뿜는 베타선은 공기중 이동 거리가 6mm 입니다.

 

 

8.방출되는 삼중수소의 양

일본 도쿄전력의 발표에 따르면, 삼중수소를 바닷물로 희석해 약 30년에 걸쳐 나눠서 방출할 계획으로 1년에 총 22TBq씩 배출할 예정이라고 합니다.

 

삼중수소의 경우 베크렐을 유효선량으로 바꾸기 위해서는 '1.8×10-11Sv/Bq'를 곱해야 합니다. 즉, 삼중수소가 인체에 미치는 영향이 엄청나게 작다는 얘기 입니다. 22TBq 에 이 값을 곱해보면 약 396Sv 라는 값이 나옵니다. 평균적으로 사람이 1년간 받는 자연방사선이 3mSv 임을 고려했을때, 396Sv 라는 값을 태평양 전체에 희석시키고 보면 상당히 적은 양은 맞습니다.

 

특히 방사성 물질의 확산 시뮬레이션 결과를 보면 우리나라 바다에 미치는 영향성은 미비합니다.

 

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9. 의문점

단순 삼중수소 양으로만 본다면 큰 영향성은 없는 것으로 보입니다. 다만 여기에는 여러가지 고민이 필요한 부분이 있습니다.

 

* 시뮬레이션 결과에 태풍과 같은 요소가 고려되지 않았다. (실제 우리나라에 미치는 영향 모르겠음)

https://www.asiae.co.kr/article/2023042610241699870

 

* 삼중 수소가 먹이사슬 상위 단계로 가면서 농축될 것 이다. (실제 인간에게 미치는 영향 모르겠음)

https://www.greenpeace.org/korea/press/26391/tritium-biological-effect-2times-more-than-cesium/

 

* ALPS (오염제거) 처리가 되지 않은 물이 70% (어떤 방사능 핵종이 얼마나 있을지 모르겠음)

 

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www.tepco.co.jp

10.결론

대량의 오염수를 바다에 방류하는 것은 인간이 아직 한번도 가보지 않은 길 입니다. 삼중수소의 양으로만 보면 큰 문제는 없어 보이나.. 그 이면에 아직 밝혀지지 않은 사실이 많아 보입니다.

 

이런 되돌릴 수 없는 비가역적인 일은 최대한 보수적으로 천천히 해야 한다고 생각합니다.