삼중수소의 위험성 그리고 용도 방사능 피폭량 등을 알아 보겠습니다. 후쿠시마 원전 삼중수소 방류

요즘 한참 말이 많은 삼중수소에 대해 자료를 요약해 보았습니다. 글을 읽을 수록 괜찮다 괜찮지 않다는 생각이 왔다 갔다 합니다.  이 글에서는 삼중 수소 농도 기준과 음용수에서의 국가별 기준을 알아보겠습니다. 요즘 뉴스는 삼중 수소에 초점이 맞춰져 있지만, 삼중 수소보다 그 외의 방사선 물질에 대한 감시가 더욱 철저 해야 겠다는 생각도 듭니다. 

삼중수소: 방사성 수소의 특성과 용도

삼중수소는 자연에 존재하는 수소의 방사성 동위원소로서 기호로 = 3H1 (첨자가 안되네요..;;) 또는 T로 표현된다. 이 원소의 한자 표기는 三重水素(삼중수소)이며, 영어로는 "트리튬(Tritium)"라 불린다. 

삼중수소는 원자핵 내부에 1개의 양성자와 2개의 중성자로 구성되어 있으며, 이 추가적인 중성자의 존재로 인해 일반 수소의 3배 가량의 질량을 갖는다. 1934년에 원자핵의 발견자인 어니스트 러더퍼드에 의해 처음으로 발견되었다. 특이한 점은, 삼중수소는 베타 붕괴를 거쳐 헬륨-3으로 변화하는데, 이 과정의 반감기는 약 12.32년이다.

삼중수소는 그 특성상 다양한 용도로 활용되는데 주요한 몇 가지를 살펴보면 다음과 같다:

• 핵융합 발전: 삼중수소는 핵융합 발전에서 주요한 반응물로 사용되며, 특히 중수소-삼중수소(D-T) 반응에 주요한 요소로 연구되고 있다.
• 핵무기: 삼중수소는 핵무기, 특히 수소폭탄과 중성자탄에서 핵융합발전과 유사한 중수소-삼중수소 반응의 재료로 사용된다. 수소폭탄의 경우 폭탄의 주력 폭발 요소는 삼중수소이다. 이외에도 원자폭탄의 폭발력 강화를 위해 "fusion-boosted fission weapons"에도 쓰인다.
• 야광: 삼중수소를 포함한 물질은 야광 효과를 나타내는데, 이는 삼중수소가 베타 붕괴 과정에서 나오는 베타선이 형광 물질인 인과 충돌할 때 발생한다. 이러한 특성으로 인해 다양한 제품, 예를 들면 야광 시계나 군용 조준기, 건물의 비상구 안내등 등에 활용된다.
• 기타: 삼중수소는 핵실험이나 후쿠시마와 같은 원전 사고에 의한 방출을 추적하는 연구나 바다 생태계, 조류의 이동 경로를 파악하는 데에도 활용된다. 또한, 대학 연구실에서는 이화학 실험에 활용되며, 특히 생명과학 분야에서 다양한 실험에 표지로 사용된다.

이처럼 삼중수소는 그 독특한 특성과 다양한 활용 가능성으로 인해 학문적, 산업적 분야에서 중요한 자리를 차지하고 있다.

삼중수소의 생성 및 활용

2023년까지의 삼중수소 총량
전세계적으로 역사적으로 생성된 삼중수소의 총량은 2023년까지 21kg에 불과합니다. 그 중요성 때문에 그 제조와 사용에는 국제적인 규제가 있으며, 특히 수소폭탄 제조 가능성 때문에 그 생산량은 엄격히 제한됩니다.

삼중수소의 주요 생성 방법

리튬 방식: 삼중수소의 대부분은 이 방법을 통해 생산됩니다. 리튬 계열의 증식재가 포함된 핵융합로 블랭킷에 중성자를 조사하여 생산됩니다. 대한민국의 한국핵융합에너지연구원은 2016년에 세계 최초로 리튬 티타늄 산화물(Li2TiO3)을 이용해 고체형 삼중수소 증식재를 개발했습니다. 그 결과, 연간 50㎏ 이상의 삼중수소를 대량으로 생산하는 기술이 확보되었습니다.

중수 방식: 중수로에서 삼중수소를 생성하는 이 방법은 효율이 낮지만, 방사능 오염을 예방하는 데 중요한 역할을 합니다. 중수가 중성자를 흡수하여 삼중수소로 변환됩니다.

자연 생성: 우주 방사선과 과거의 핵실험으로 생성되지만, 그 양은 3.5kg에 불과합니다.

삼중수소의 가치와 문제점

삼중수소는 그 가치가 높습니다. 2020년에는 캐나다-영국 간의 운송 시 g당 3만불에 달하는 가격으로 거래되었습니다. 이러한 높은 가격의 원인 중 하나는 삼중수소의 주요 공급원인 '캐나다 중수소 우라늄 원자로(CANDU)'에서 생산되는 양이 한정적이기 때문입니다. 2050년까지 이 공급원은 고갈될 가능성이 높다고 예측되어 있습니다. 또한, 삼중수소의 반감기가 짧아 장기간 보관하는 것이 어렵다는 문제점도 있습니다.

한국의 삼중수소 상황

한국은 월성 CANDU 중수로에서 5.658kg의 삼중수소를 보관하고 있습니다. 그러나 국제적인 규제로 인해 이를 상업적으로 판매하지는 않고 있습니다. 2023년에는 대한민국 한수원이 루마니아의 체르나보다 원전에서 삼중수소 제거 설비 건설 사업을 2600억원 규모로 수주하였습니다.

삼중 수소의 위험성

삼중수소 농도의 기준

삼중수소는 전하를 가진 베타 입자를 방출하는 방사성 동위원소다. 이 베타선의 투과력은 매우 약해 공기 중에서도 겨우 6mm만 뚫는다. 그러나 이를 먹거나 마시게 되면, 인체 내부에서 직접 방사선에 노출될 수 있다.

삼중수소는 라듐이나 프로메튬에 비해 상대적으로 안전하며, 실제로 자연 환경에서도 물이나 음식에 흔히 존재한다. 국제사회는 이러한 삼중수소의 특성을 고려하여 원전의 방류 기준을 설정하고 있다. 국제방사선방어위원회(ICRP)는 LNT(Linear Non-threshold)를 기준으로 원전 근처의 식수에 포함된 삼중수소 농도를 규제한다. 세계보건기구(WHO)와 국제원자력기구(IAEA)는 리터당 10,000 베크렐(Bq)을 최대 방출 기준으로 제시한다.

국가별로는, 호주는 음용수 기준치가 74,103 Bq/L, 핀란드는 30,000 Bq/L, 미국은 740 Bq/L로 정해져 있다. 한편 방류 기준치는 한국이 40,000 Bq/L, 일본이 60,000 Bq/L다. 음용수의 기준이니까 몸속에 들어 가는 것까지 고려한 내용으로 보인다.

먹이사슬 농축 논쟁

주장 측

일본 수산성은 삼중수소가 먹이사슬을 통해 물고기 체내에 축적되지 않는다고 발표했다.
2021년, 대한민국 원자력안전위원회는 삼중수소의 생체 내 농축 가능성이 낮고, 오염수가 해역에 들어와도 큰 영향이 없을 것으로 평가했다.
2023년, 원안위에서는 삼중수소의 인체적 영향이 100mSv까지는 미미하며, 세슘과 달리 농축되지 않는다고 발표했다. 또한 삼중수소가 몸에 쌓이지 않고, 시간이 지나면 절반 정도가 배출된다고 설명했다.

반박 측

미국의 티모시 무쏘 교수는 삼중수소의 먹이사슬 농축 가능성을 지적하며, 여러 세대를 거쳐 축적될 경우 유전자 변형의 위험이 있다고 주장했다. 그는 식물성 플랑크톤 세포에 축적된 유기결합 삼중수소가 먹이사슬 상위 동물로 옮겨질 수 있다고 강조했다.
2023년, 그린피스의 숀 버니 위원은 해양 생태계와 인간에게 삼중수소가 미치는 영향을 주의 깊게 봐야 한다고 강조했다. 그는 방사성 물질이 생물의 DNA나 대사 경로에 영향을 미치기 때문에 인간의 건강을 위협할 수 있다고 주장했다.
이와 같이 삼중수소의 먹이사슬 농축에 대한 논란은 지속적으로 이어지고 있다.

월성 원자력 본부는 1983년부터 가동된 국내 유일한 중수로로, 고리, 울진, 영광과 같은 다른 지역들과 구분된다. 월성원전에서는 삼중수소 유출 문제가 지속적으로 논의되어 왔다.

국내 사례

월성 원자력 본부는 1983년부터 가동된 국내 유일한 중수로로, 고리, 울진, 영광과 같은 다른 지역들과 구분된다. 월성원전에서는 삼중수소 유출 문제가 지속적으로 논의되어 왔다.

2011년 3월에는 월성원전 5km 이내에서 평균 23.6 Bq/L의 삼중수소가 검출되었다. 이 수치는 연간 식사를 통한 자연방사선 섭취량의 1000분의 1에 불과했다. 그러나 2020년 6월에는 3호기 터빈 건물 하부에서 리터당 71만 3000 Bq의 삼중수소가 검출되어 큰 관심을 받았다. 한국수력원자력은 이를 정상적인 집수 과정으로 설명하며 누수가 아니라고 해명했다.

2021년 조사에서는 월성원전 인근 주민들의 삼중수소 평균 검출량이 연간 식사로 섭취하는 자연방사선의 5000분의 1 수준인 0.6μ㏜(마이크로시버트)로 매우 낮은 수준이었다. 그러나 2023년 3월에는 조사단이 월성원전 내부의 낡은 배수배관에서 삼중수소가 지하수로 누출되었다고 밝혔다.

흥미롭게도, 2023년 5월에는 월성원전 주변의 암 발생률이 전국 평균보다 현저히 낮다는 사실이 확인되었다. 그 다음달, 환경부의 조사에서는 월성원전 5km 반경의 주민 960명 중 평균 삼중수소 검출량이 연간 식사로 섭취하는 자연방사선의 2000분의 1 수준인 7.90Bq/L로 나타났다. 그러나 염색체 손상이 확인된 주민들도 있어 월성원전과의 관련성에 대한 의견이 분분하였다. 염색체 손상이 일어난 것은 크게 봐야하나, 다른 지역과의 대조 군이 있었다면, 더 좋은 연구 결과가 되었을 것 같습니다.(지극히 개인적인 의견입니다.) 

이러한 복합적인 상황 속에서 월성원전의 안전성에 대한 의문과 그로 인한 사회적 논란이 계속될 것으로 보인다.

삼중 수소가 위험이 크다 적다라고는 의견이 분분해 판단 하기는 어려울것 같습니다. 그나마 피부를 투과하지는 못한다는 것이 그나마(?) 다행 인듯합니다. 사용 되어 온 세월에 비해 다른 방사선 물질에 비해 명확한 선이 없는 것 또한 사람들을 갈팡 질팡하게 만드는 요인 인것 같기도 합니다. 예를 들면 방사선 물질은 아니지만 오랜 세월 사용되고 의견이 분분한하며, 지속적으로 실험데이터 이슈가 있는 페트롤라튬, SLES 등의 물질과 마찬가지로 말이죠. 또한 지금은 삼중 수소에만, 초첨이 맞춰져 있지만, 세슘이라든지 다른 방사선 물질에 대한 방유의 감시와 분석이 철저하게 되어야 한다고 생각이 드네요. 위에서 언급 했듯이 삼중수소를 사용하는 제품에서 삼중 수소의 사용 이유가 다른 물질에 비해상대적으로 안전해서 이니까요....

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참고자료: 나무위키