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- 후쿠시마 다이이치 원전사고로 2011년 3월 한 달 동안 약 770경 베크렐 방사능 방출
- 체르노빌 원전 사고 방출량의 약 15%에 해당하는 수치
- 방사성 유리 입자가 도쿄에 비처럼 쏟아져 내려
- 세슘, 제논, 리튬, 황, 스트론튬과 같은 가벼운 방사성 핵종뿐만 아니라 우라늄까지 함유

방사능 낙진 : 무엇이, 얼마나 방출되었는가?

일본 원자력안전보건국(NISA)의 추산에 따르면, 후쿠시마 다이이치 원전 사고로 2011년 3월 한 달 동안에만 약 770경 베크렐(페타베크렐, 1PBq = 10^15Bq의 방사능이 방출됐다. 이는 체르노빌 원전 사고 방출량의 약 15%에 해당하는 수치다. 다른 연구에서는 10~100PBq 사이의 방사능이 환경으로 방출되었다고 추정하기도 한다.

이로써 후쿠시마 원전 사고는 체르노빌에 이어 국제원자력사고등급(INES) 최고 단계인 7단계에 도달한 두 번째 원전 사고가 되었다. 7단계는 방사성 물질 방출량이 5만경 베크렐을 초과할 때 발동된다.

유출 규모 불확실

문제는 원자력 발전소 주변에 설치된 24개의 방사능 감시소 중 23개가 지진과 쓰나미로 파괴되어 초기 며칠 동안의 방사능 유출량을 정확하게 측정할 자료가 없다는 점이다. 따라서 원자로에서 얼마나 많은 방사성 붕괴 생성물이 유출됐지, 그리고 그 종류는 무엇인지 여전히 불확실하다. 

▲ 후쿠시마 원전 사고에서 방출된 방사성 핵종과 체르노빌 사고에서 방출된 방사성 핵종 비교 © UNSCEAR Report/ METI

하지만 분명한 것은 오염의 대부분이 요오드-131과 세슘-137이라는 방사성 핵종에 의해 발생했다는 점이다. 요오드-131은 반감기가 8일로 비교적 짧은 반면, 세슘-137은 붕괴하는 데 30년이 걸리며 주로 감마선을 방출한다. 이러한 방사성 핵종의 상당 부분이 3개 원자로의 수소 폭발 과정에서 유출됐지만, 그 이후에도 방사성 물질은 계속해서 환경으로 유입되었다.

방사성 유리 입자가 도쿄에 비처럼 쏟아져 내려

2016년, 후쿠시마 원전 사고에서 방출된 방사성 세슘 중 일부가 물에 녹아 쉽게 씻겨 나갈 수 있는 형태가 아니라, 미세한 방사성 유리 입자 형태로 비처럼 쏟아져 내렸다는 연구 결과가 발표됐다. 이 유리는 원자로 노심 용융 당시 발생한 엄청난 열로 인해 원자로 벽면을 덮고 있던 콘크리트가 녹으면서 생성됐다. 폭발 과정에서 녹은 유리는 작은 물방울로 부서지면서 원자로 내부 공기에 있던 고농도 방사성 핵종을 감싸게 되었고, 원자로 밖으로 분출된 후 다시 굳어졌다.

이 유리 입자들은 폭발 당시 원자로 공기 중에 존재했던 방사성 물질을 담고 있는 일종의 타임캡슐 역할을 했다. 2018년, 후쿠시마 다이이치 원전 인근에서 채취한 이 유리 입자들을 정밀 분석한 연구팀은 기존의 예상과는 달리 세슘, 제논, 리튬, 황, 스트론튬과 같은 가벼운 방사성 핵종뿐만 아니라 우라늄까지 함유하고 있음을 발견했다.

방사성 낙진 속 우라늄

규슈 대학의 오치아이 아스미(Ochiai Asumi)교수와 그의 동료들은 "이 미세 입자에서 서로 다른 두 가지 우라늄 화합물의 나노 조각도 검출했다"고 보고했다. 이들은 이산화우라늄과 산화우라늄 및 지르코늄 혼합물이다. 두 화합물 모두 반감기가 수십억 년에 달한다.

유리 입자에서 이러한 방사성 핵종이 발견된 것은 붕괴로 인한 핵물질 생성 외에도 원자로 폭발 당시 연료봉의 일부가 방출되었음을 시사한다. 연구진은 "이 입자들은 용융된 핵연료와 원자로 물질의 혼합물이며, 원자로 노심 용융 당시 원자로 내부에서 발생한 복잡한 열적 과정을 반영한다"고 설명했다.

오치아이 교수의 동료인 우츠노미야 사토시(Utsonomiya Satoshi) 교수는 "이번 발견은 후쿠시마 낙진에 대한 우리의 기존 가정을 일부 바꿔놓는다"고 말했다. 방사성 핵종은 이 유리 입자에 고농도로 존재하며, 그에 따라 방사능 오염도 매우 높다. 또한, 이 입자들은 매우 작아서 바람에 날려 흡입될 수도 있다. 동시에 유리 코팅은 세슘과 같이 수명이 짧은 방사성 핵종을 보존하는 데 도움이 된다. 이로 인해 방사성 핵종은 토양뿐 아니라 생물체와 먹이사슬에 더 오랫동안 남아 있을 수 있다.

▲ 후쿠시마 다이이치 원전 인근에서 채취한 고방사성 유리 입자의 전자 후방산란 이미지. © Satoshi Utsunomiya et al.

해양 모래는 스펀지 역할

처음에 바다로 날아간 방사성 낙진의 일부는 더 오랫동안 남아 있는 것으로 보인다. 방사성 입자는 모래알에 달라붙어 가라앉고 퇴적물에 쌓였다. 그 결과, 2017년 한 연구팀의 연구에 따르면 후쿠시마 원전 사고 현장에서 100km 이상 떨어진 해저와 그 아래 흐르는 지하수까지 방사능에 오염된 것으로 나타났다.

우즈홀 해양연구소의 버지니 사니알(Virginie Sanial)은 "원자력 발전소 항구가 아닌 수 킬로미터 떨어진 모래사장 아래 지하수에서 가장 높은 세슘 농도가 측정될 것이라고는 아무도 예상하지 못했을 것"이라고 말했합니다. 2011년 당시 모래는 스펀지처럼 작용하여 방사성 물질을 천천히 방출했다.

그렇다면 이것이 후쿠시마 주변의 사람들과 자연에 구체적으로 어떤 의미를 갖는 것일까? (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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