<사진. Fukushima muon detector 460 (LANL)
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

후쿠시마 노심 파악에 사용되는 우주선

뮤온 검출기를 사용하는 방사선 단층촬영 시스템이 손상된 후쿠시마 다이치 원자로의 용융된 노심의 정확한 위치를 파악하는데 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다. 이 시스템은 도시바와 계약을 체결한 디시전 사이언스(Decision Sciences International Corporation, DSIC)가 공급할 예정이다. DSIC는 건물의 상층부에 위치하는 검출기와 하층부에 위치하는 검출기를 통해 원자로 건물을 투과하는 뮤온의 측정 결과를 비교하여 용융된 핵연료의 정확한 위치와 상태를 파악하게 된다. 버지니아 미들버그(Middleburg)에 위치한 DSIC는 후쿠시마 발전소 건물에 적용할 뮤온 검출기 2대를 제조하고 인도할 예정이다. 이 검출기는 도시바가 진행하는 후쿠시마 발전 단지 전체의 일부로 탑재되어 손상된 발전소 안의 핵연료 위치 및 상태를 결정하게 된다. 이 계약의 금액은 아직까지 알려지지 않았다.

뮤온은 고에너지 아원자 입자로서 우주선이 지구의 성층권에 진입할 때 생성된다. 이 입자는 자연적이고 무해한 형태로 지표면에 충돌하는데, 평균 1평방미터당 10,000개의 뮤온이 충돌한다. 뮤온 추적 장치는 이 입자가 물체를 통과할 때 경로와 반응을 검출하는 것이다. 이 뮤온의 궤적은 물체를 관통할 때 물체의 밀도와 관련된 방향으로 변하게 된다. 우라늄, 플루토늄 같은 핵물질은 밀도가 매우 높기 때문에 상대적으로 쉽게 식별할 수 있다. DSIC는 이미 다중 피동 감지 시스템(Multi-Mode Passive Detection System)을 적용하여 항만에서 컨테이너를 대상으로 방사성 물질을 탐색하고 있다. 이 감지기가 생성하는 3차원 이미지는 후쿠시마 다이치 발전소의 손상된 원자로 3기의 노심의 상태와 위치를 담고 있는 선명한 모습을 보여줄 것이다. 이 자료는 도시바가 안전하고 효과적인 대응 방안을 마련하는데 도움을 줄 수 있다.

도쿄전력과 일본원자력기구(Japan Atomic Energy Agency, JAEA)는 상이한 컴퓨터 모델을 사용하여 후쿠시마 원자로 노심의 위치를 분석했는데, 1호기의 경우 동일한 결과를 얻은 바 있다. 두 모델은 모두 1호기의 전체 77톤에 달하는 핵연료가 용융되어 원자로 압력용기를 뚫고 바로 밑의 드라이웰로 떨어진 것으로 나타났다. 또한 2호기와 3호기의 경우는 두 모델의 결과가 다르게 나타났지만 약 107톤에 달하는 핵연료의 30~40%가 압력용기 안에 남아 있는 반면, 나머지는 드라이웰에 떨어진 것을 보여주고 있다.

DSIC 회장이자 CEO인 스탠턴 슬로안(Stanton Sloane)은 “우리의 솔루션을 후쿠시마 원자력발전소를 복구하고 작업환경을 안전하게 만들기 위한 지원까지 확장할 수 있어 기쁘게 생각한다”고 말했다. DSIC의 뮤온 검출 시스템은 원래 로스알라모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)에서 개발된 기술에 기반을 두고 있다. 로스알라모스의 수석 과학자이자 뮤온 단층촬영팀을 이끌고 있는 크리스토퍼 모리스(Christopher Morris)는 최근 “로스알라모스 과학자들이 뮤온 래디오그래피를 개선하는 방법에 대한 연구를 2011년에 후쿠시마 원자력발전소를 파괴한 지진과 쓰나미가 발생했던 주에 시작했다”고 하면서, “18개월 동안 기술을 개선하고 관련 논문을 출판하여 로스알라모스의 방법이 전통적인 뮤온 래디오그래피보다 우수하고 바로 현장에 투입할 수 있을 정도로 핵물질의 원격 탐지 및 식별에 있어 뛰어난 것을 보여준 바 있다”고 강조했다.

LANL 기술 수석 던칸 맥브랜치(Duncan McBranch)는 "이 기술을 통해 작업자들이 원자로에 실제로 들어가지 않고서도 원자로 내부의 상황을 파악알 수 있다고 하면서 내부의 영상 촬영이나 로봇을 투입하는 침투적인 방법은 방사선 누출 위험을 가지고 있다"고 덧붙였다. 그리고 그는 "게다가 그런 방식은 잘해도 위치 정보의 일부만 제공할 뿐이다. 뮤온 단층촬영은 작업자들이 핵물질의 위치와 상태를 결정할 수 있게 해주는 것은 물론이고 안전하고 더 빠른 정화 작업을 위한 결정적인 시각을 제공해줄 수 있다"고 말했다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr