오는 28일은 미국 스리마일섬(TMI)원전사고가 일어난 지 정확히 40년이 되는 날이다. 1979년 3월 28일 미국 북동부 펜실베이니아주 스리마일섬원전사고는 예상된 사고 규모를 웃도는 국제원자력사고등급(INES) 첫 레벨5 사고로 발생 당시 전 세계에 충격을 주었다. 당시 우리나라는 1978년 4월 상업운전이 시작돼 2017년 폐로에 들어간 고리원전1호기를 가동한지 겨우 1년 정도 되는 시기였다.

40년이 지난 오늘 원자력발전의 사고사를 되돌아보면 그 뒤 1986년 4월 26일 옛 소련의 체르노빌원전사고와 2011년 3월 11일 일본 후쿠시마원전사고라는 국제원자력사고등급 레벨 7의 엄청난 사고가 이어졌지만 미국의 경우 스리마일섬원전사고 여파로 그 뒤 사실상 원전증설정책을 포기했다고 볼 수 있다.

스리마일섬원전사고는 어떻게 일어났으며, 그 뒤 미국을 비롯해 각 나라는 어떤 대처를 했는지 알아보자. 위키피디아는 물론 구니마이 요시아키(國米欣明)가 쓴『인간과 원자력<격동의 75년>(人間と原子力<激動の75年>』(2013)을 통해 스리마일섬원전사고를 돌아보기로 하자.

TMI원전은 메트로폴리탄 에디슨사(소유는 GPU뉴크리아사)가 운영했는데 펜실베이니아주의 주도인 해리스버그의 서스케하나강에 스리마일섬이라 불리는 주위 약 3마일 규모의 모래등 위에 세워진 핵발전소이다. TMI원전은 2기의 원자로를 갖고 있었는데 그 중 사고기인 2호기는 밥콕&빌코크스사(B&W사)가 설계한 가압수형 원자로(PWR)로 전기출력은 96만 ㎾였다. TMI원전 2호기는 사고 당일 영업운전 개시부터 불과 3개월을 경과했고, 정격 출력의 97%로 영업운전 중이었다. 

TMI원전사고는 1979년 3월 28일 오전 4시37분(현지 미 동부 표준시, EST)에 일어났다. 이 사고는 원자로의 냉각이 불가능해져 노심이 녹아내리는 사고였다. TMI원전 2호기(가압수형 경수로)에서 증기발생기에 물을 부어넣는 펌프가 중단된 것이 발단이었다. 2차계의 물이 흐르기 않게 되자 1차계의 냉각이 불가능하게 돼 온도와 압력이 상승했다. 사고 후 3초 만에 압력을 못견딘 밸브가 열렸다. 그 뒤 운전원이 알아차리지 못하고 압력이 내려갔음에도 1차계통의 물(증기)이 방출되기 시작했다.  

원자로는 8초 뒤에 긴급정지했지만 원자로 안에 생긴 죽음의 재는 열을 계속 내뿜었다. 냉각수가 계속 방출됐고 사고 후 110분이 지나서는 노심이 노출되기 시작해 노심상부의 온도가 상승했다. 증기거품으로 가압기 수위계가 올바른 수위를 보이지 않았기에 139분에 운전원이 냉각수 과잉이라 오판해 가압기 밸브의 메인밸브를 수동으로 막아 냉각수 유출을 멈추게 했다. 그러나 이 때까지 수위는 노심의 가운데까지 내려가고 있었고 냉각이 안 돼 연료의 온도는 점점 상승해 원자로가 공중에 타올라 연료가 파손·용해했다. 이후 1차계의 급수펌프도 정지돼, 결국 약 2시간20분간 열린 채로 있었던 안전밸브에서 500ｔ의 냉각수가 유출되었고, 노심 상부 3분의 2가 증기로 인한 붕괴열에 의하여 연료봉이 파손됐다. 이 때문에 주변 주민이 대규모 피난을 했다. 어렵게 운전원들이 격납용기 내 수소의 일부를 방출하고 16시간 후에 냉각재 펌프 1대의 운전에 성공해 사고는 겨우 수습됐다.

그렇지만 노심용융으로 연료의 45%, 62ｔ이 용융하고, 이 중 20ｔ이 원자로 압력용기 안에 남아있었다. 결과적으로 연료의 약 70%가 녹고 20ｔ의 연료가 원자로용기 밑에 녹아떨어진 것도 사고 발생 7, 8년 뒤에 밝혀졌다.

TMI원전사고는 후쿠시마원전사고 때 용융된 연료가 원자로용기의 바닥에 구멍을 냈다면 그 직전에서 멈춘 것으로 천운이라고 말한다. 그렇지만 용융된 연료의 회수는 사고 발생 후 6년 뒤에 시작해 11년 뒤에 완료됐다. 고도의 작업 끝에 파손연료의 쓰레기의 99%를 회수할 수 있었지만 나머지 1%인 1ｔ가량의 용융연료는 회수불능으로 지금도 남아있다고 한다.

TMI사고는 인재였다. 컨트롤 패널 위에 2개가 있는 출구밸브 한 쪽의 표시램프 위에 다른 스위치가 연결돼 있어 메인 스위치가 가려 보기 어렵게 돼 있었다. 더욱이 이상 상태를 표시하는 경고등이나 경보음 송출장치가 다수 설치돼 있었지만 그것이 반대로 현장에 혼란과 피곤함을 일으키게 하는 결과를 낳았다. 사고 당시 137개의 경보등이 켜지고 경보음도 30초에 85회나 울리는 상황이어서 이런 것이 오히려 운전원의 정신적 피로를 가중시켜 냉정한 사고를 해치는 요인이 됐다는 것이다. 평소 원전원의 훈련이 제대로 이뤄지지 않은 것이 문제였다.

사고 후 조치도 문제였다. 원전 주변의 방사선 측정 결과가 잘못 전달됐으며 1차 냉각재 계통 내의 수소가 폭발할지도 모른다는 근거 없는 정보가 많아 3월 30일 주변 약 8㎞ 이내의 유아와 산모의 피난이 권고됐다. 

이 사고로 주변지역에 미치는 영향으로는 방사성물질이 방출됐는데 희귀기체(헬륨, 아르곤, 크세논 등)가 대부분으로 약 92.5PBq(250만 퀴리)였다. 요오드는 약 555GBq(15퀴리)에 불과했으며 세슘은 방출되지 않았다. 주변 주민의 피폭은 0.01-1mSv내외로 알려졌다. 

이와 관련해 인체에 미치는 영향은 크지 않은 것으로 알려졌다. 미국원자력학회는 공식 발표된 방출값을 이용해서 “발전소에서 10마일 이내에 주민 평균 피폭량은 8미리렘이며 개인 단위에서도 100미리렘을 넘는 사람은 없다. 8미리렘은 흉부 X레이 검색과 비슷했으며 100미리렘은 미국 국민이 1년에서 받는 평균 자연 방사선량의 약 3분의 1이다”고 했다. 참고로 1미리렘은 0.01mSv이다. 

방사성 낙진이 건강에 미치는 영향에 관한 초기 과학적 문헌은 이러한 방출값에 기초해서 발전소 주변 10마일 지역에서의 암으로 인한 사망자 증가 수는 1,2명으로 추정하고 있다. 10마일 권외의 사망률이 조사된 적은 없다는 것이다. 1980년대가 되면서 건강 피해에 관한 전문 보고를 토대로 현지에서의 운동이 활발해지는 과학적 조사 위탁 결과에서도 TMI사고가 건강에 유의한 영향을 끼쳤다는 결론은 나오지 않았다고 한다. 한편 미국의 연구단체인 방사선과 공중위생 프로젝트는 19개의 의학 논문과 서적을 펴낸 조지프 만가노(Joseph Mangano)에 의한 산정을 인용해 사고 2년 후 풍하지역에서의 유아사망률에 급증했다고 보고한 바가 있다. 

이 사고는 지역의 동식물에도 영향이 있었다고 전한다. 반핵운동가그룹은 방사성낙진이 지역의 야생동물이나 농장의 가축에 죽음과 질병의 재난을 가져오고, 그 한 예로서 말이나 소의 번식률이 현저히 저하한 것이 펜실베이니아의 농업국이 낸 통계에 나타났다고 말했지만, 해당기관은 이 사건과의 연관을 부정하고 있다는 것이다. 또한 원전에서 40㎞ 내에서 100건 이상의 동식물 기형이 발견되고 있다고 보도되기도 했다. 

그러나 스리마일섬원전사고는 미국은 물론 전 세계적으로 원전안전에 대한 경각심을 일깨우게 하는 큰 계기가 됐다.

TMI사고 직후 미국의 대응은 다음과 같다.

당시 카터 대통령은 사고 직후인 1979년 4월 1일 TMI-2호로를 시찰하고 4월 11일에는 대통령 임명의 ‘TMI사고에 관한 대통령위원회’라는 사고조사특별위원회를 설치해 사고원인의 철저 조사를 명했다. 이 위원회는 다트마우스대학 총장 케메니 박사를 위원장으로 학계 노동계, 지방 자치 단체의 대표자 및 주민 대표에서 선출된 12명의 위원으로 구성해 케메니위원회로도 불린다. 이 위원회는 12차례의 공청회, 150회 이상의 증인 소환, 여러가지 검토 결과를 토대로 보고서를 작성해 1979년 10월 30일 대통령에 보고하였다. 보고서는 사고의 주요 원인은 운전원의 부적절한 조작에 있지만 설비 결함과 관리체제 미비 등 많은 요인도 겹쳤다면서 이 같은 사고의 재발방지에는 NRC의 전체적인 개편과 산업계 운전자 훈련 강화와 안전성에 대한 자세의 근본적인 변경의 필요성을 강조했다.

카터 대통령은 케메니보고를 받고 1979년 12월 7일 성명을 발표해 보고서에서 지적된 개선 조치의 실시를 강하게 요청했다. 이 가운데 정부기관에 대해서는 NRC의 개편, NRC위원장의 경질과 감사 위원회의 설치, 운전중인 원자력발전소 입지 주에서 긴급대피계획의 재검토, 원자력발전단지 상주 검사관의 배치, 케메니위원회의 권고 등 5개 항목을 실시했다. 산업계에 대해서는 자체 안전기준 개발, 운전원 및 감독자 훈련 프로그램 등의 개발·유지, 긴급사태에 대응할 수 있는 제어실의 근대화, 표준화, 단순화의 3개 항목을 제시했다. 

전력업계는 원자력 발전소의 안전에 대해서는 스스로가 책임을 진다는 인식에 따라 사고 직후 TMI 원자력 감독 특별위원회를 발족시켜 설치자의 대응을 조정·감독시켰다. 또, 미국 원자력산업회의(AIF)는 NRC에 대한 공식창구로서 TMI사고 후 대책위원회를 설치했다. 원자력발전소의 설치자는 NRC등으로부터의 권고에 따라 이들 위원회의 조정 아래 여러 가지 개선을 도모해 왔지만, 한편 위원회의 제언을 받아 다음의 기관을 설립했다.

첫째, 원자력안전분석센터(NSAC)이다. NSAC은 사고로부터 얻은 교훈을 일반화해서 장래의 사고 가능성을 줄이는 방안을 개발하고 총괄적으로 원자력안전문제 추구를 목적으로 1979년 5월 캘리포니아주 팰러앨토전력연구소(EPRI ) 내에 설립됐다. 조직적으로는 EPRI의 다른 부문과는 독립돼 있지만 보고서는 EPRI 회장에게 제출돼 EPRI의 지도를 받게 돼 있다.

둘째, 원자력발전운전협회(INPO)이다. TMI사고가 각종 관리상 문제로 생긴 것을 감안하면 운전기준 및 훈련요건에 관한 지표의 확립과 이들이 달성되고 있는지를 독자적으로 평가함으로써 NRC가 인정하는 자기규제시스템을 만드는 것을 목적으로 설립되어 1980년부터 활동을 시작했다.

셋째, 원자력발전상호보험회사(NEIL)이다. NEIL은 TMI원전 소유자인 GPU사가 사고에 따른 막대한 대체전력구입비를 지출하지 않을 수 없다는 사실에 비춰어 이런 경비증가를 충당하기 위해 1980년 9월 만들어졌다.

당시 서독은 서유럽 국가 가운데 가장 활발한 검토를 실시했다. 사고 직후부터 주로 내무부의 원자로안전위원회 위주로 이뤄지면서 모든 원전의 안전성 점검의 실시를 지시하고 1979년 6월 20일은 가압기 안전밸브의 주요 신호의 개선, 운전원의 교육 훈련 강화, 수소 가스 대책 등에 관한 권고가 나왔다. 그 후도 계속 장기적으로 검토를 필요로 하는 사항으로서 설계 기준, 사고 방호의 생각, 운전 경험의 평가 방법 등에 관한 검토가 이루어졌다.

캐나다의 경우 원자력관리위원회는 모든 CANDU로 소유자에게 설계의 재검토를 하도록 지시하고, 답변을 요구했다. 이 결과를 토대로 중요한 기기 설계 운전 관리 등을 포함 56개 항의 권고를 하고 당장 가능한 사항에 대해서 순서대로 실시하기로 했다.

국제원자력기구(IAEA)는 사무총장의 제안으로 1979년 5월 전문가 회의를 개최하고 TMI사고에 관련되어 이후의 활동에 대해서 검토한 결과 국제심포지엄 개최, 원자력안전 기준 수립사업(NUSS계획)의 안전 기준의 재검토, 긴급지원체제의 정비, 사고시 긴급체제에 관한 국제조약 체결의 촉진, 조언 및 기술 원조 지원의 강화 등이 제안돼 이사회에서 승인되었다. 

일본의 경우 TMI사고가 일어나기 전 일본의 동형 원자로(가압수형 경수로)는 모두 가동중지상태였다. 1979년 2월 24일 간사이전력은 정기검사중이던 미하마원전3호기에서 제어봉안내관의 볼트에 균열이 발견됐다고 발표했다. 실은 전년 10월에 이미 알고 있던 사실을 은폐해온 것으로 주간지에 폭로되자 황급히 발표한 것이었다. 이 볼트손상은 모든 가압수로에 파급됐다. 점차 예정을 앞당겨 정기검사에 들어간 모든 원자로에 손상이 발견됐다. 시험운전중부터 문제가 계속 발생했던 오이원전1호기를 무리하게 영업운전을 시킨 것이 3월 27일로 스리마일섬원전사고가 일어나기 하루 전이었다.

스리마일섬원전사고가 난 뒤인 1979년 4월 5일 일본 각지의 원전 지역의 주민들이 이러한 사실을 알고 일본 통산성에 항의해, ‘모든 원전의 운전·건설·계획의 중지’를 요구했다. 주민의 불안과 분노의 목소리에 각 지자체도 강한 자세로 정부 전력회사를 압박해 4월 14일에는 단 1기 가동하고 있던 가압수형 원자로인 오이1호기의 정지결정에 이르렀다. 그리고 5월 19일에 원자력안전위원회가 이 원자로의 운전재개 콜사인을 내 6월 14일 강행재개에 이르기까지 주민들이 1개월 가까이 중지를 요구했다. 주민들은 그간 비밀로 취급해온 자료를 공개하고 후쿠이현의 원자력환경안전관리협의회에 주민대표의 참여를 인정하게 해 ‘원전마피아’를 흔드는 반원전운동의 목소리가 높아지는 계기가 됐다.

TMI사고부터 일본이 얻은 교훈과 과제는 원자력안전위원회가 제시한 기준심사, 설계, 운전 관리, 방재, 안전 연구에 관한 52항목이 있다. 스리마일섬사고의 의의의 중대함을 감안하여 그 교훈은 최대한 반영되어야 한다는 관점에서 당시 필요하다고 판단한 사항은 모두 나온 것이다. 이러한 것은 상용 원전을 시작으로 당시 설계중이던 몬주에도 반영되었다. 또 미국 에너지부(DOE)와 일본의 원자력산업계는 1984년 4월에 원자로 해체 등의 5년간 공동연구협정을 맺었다. 이는 방사성물질로 오염된 원자로의 정화활동에 관련된 연구개발에서 고준위폐액의 대폭 감용처리기술, 로봇의 개발, 노심손상사고 시나리오의 확인 등의 성과를 얻었다.

일본 원자력산업신문(2004.6.17)에 풀리처상을 수상한 미국 원자력규제위원회(NRC) 홍보부장을 거쳐 당시 디렝 슈나이더 그룹 대표인 윌리엄 비처 씨가 기고한 ‘TMI사고로부터 25년-얻은 교훈은 어떻게 활용되고 있는가’라는 칼럼은 TMI사고의 교훈을 이렇게 말하며 끝을 맺고 있다.

‘무엇보다도 중요한 것은 일반 시민에게 있어서 규제당국이란 독립된 조직이며 고도의 전문성을 갖고 있고, 정밀하게 안전성을 감시하고 국민의 건강 및 안전을 최우선으로 하여 조사를 통해 밝혀진 점과 그에 대한 조치에 대해서는 성실하고 신속하게 정보공개를 하는 조직이라고 믿는다는 점이다.

미국 경험에 따르면 CEO가 직원 한 명 한 명에게 일정 준수나 발전 지속, 이익보다 안전을 무엇보다 우선해야 한다고 주입할 필요가 있다. 실제로 보수와 운전이 잘되는 미국 원전 대부분은 안전에서도 가장 뛰어나고 비용 면에서도 효율적인 운전이 이뤄지고 있다.

TMI의 체험에서 우리가 배운 가장 중요한 것은 산업계와 NRC 쌍방에 퍼졌던 과신과 자기만족성이 이 사고의 불행한 전조였다는 점이다. 만일, 그러한 과신과 자기만족성에서 벗어나는 마음가짐이 있었다면, TMI 사고는 극히 소규모의 사고에 머물렀을 지도 모른다.

TMI의 체험으로부터, 미국의 원자력산업계는, 경영관리에 문제가 있는 것은 TMI 뿐만이 아니라는 것을 깨달았다. 거기서 발전소 현장의 정기 평가를 실시해, 그 후에 최고경영진에 개선점이나 다른 발전소에서의 보다 좋은 실천 사례를 제언하는 것을 목적으로 원자력발전 운전협회(INPO)를 설립했다. 또 NRC는 원전의 작업원에게 현장에서 운전 안전성에 영향을 미칠 것으로 생각되는 문제를 깨달았을 경우 그 문제해결을 행하는 입장에 있는 경영관리자에게 보고하도록 권했다. 만약 경영관리자가 문제 해결을 거부할 경우나 우려의 목소리를 높이는 것에 대해 보복의 우려가 있을 경우에는 은밀히 NRC에 직접 보고하는 것이 권장됐다. 이 경우 NRC가 문제를 평가하고, 필요한 경우에는 대처조치를 취하게 된다. 김해창 경성대 환경공학과 교수