'B형' 분출물 형성 모델링을 통해 후쿠시마 다이이치 원자력 재해 당시 원자로 1호기 상태가 드러났습니다.

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3686(2023) 이 기사 인용

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처음으로 2011년 핵 용해 동안 환경에 배포된 후쿠시마 다이이치 원자력 발전소 원자로 1호기에서 파생된 'B형' 방사성 세슘 함유 미세 입자의 냉각을 시뮬레이션하기 위한 모델이 개발되었습니다. '유형 B' CsMP와 화산 화쇄암 사이의 유사점을 확립함으로써 제시된 모델은 대기 방출 시 발포성 규산염 용융 조각의 급속 냉각을 시뮬레이션합니다. 이 모델은 'Type B' CsMP에서 관찰된 내부 공극 직경의 이중 모드 분포를 성공적으로 재현했지만, 주로 표면 장력과 내부 공극 유착을 무시했기 때문에 불일치가 발생했습니다. 이후 이 모델은 수소 폭발 직전의 원자로 1호기 내부 온도(1900~1980K)를 추정하는 데 활용되었습니다. 이러한 모델은 화산 화쇄암('유형 B' CsMP 유사체)의 정확성을 보여주고, 1호기 분출물의 소포성 질감의 원인은 냉각 속도입니다. 제시된 연구 결과는 실험을 통해 화산 화산쇄설물과 'B형' CsMP 간의 비교를 추가로 탐색할 수 있는 범위를 제공하며, 이는 일본 해안 발전소의 치명적인 용융 동안 원자로 1호기 내의 특정 조건에 대한 더 깊은 이해를 제공할 것입니다.

2011년 3월 11일, 일본 동해안에서 규모 9.0의 도호쿠 대지진이 발생했습니다. 이로 인한 쓰나미로 인해 560km2의 토지가 침수되었고, 백만 개 이상의 건물이 파괴되었으며 약 19,000명이 사망했습니다1,2. 경제적 피해는 미화 2,350억 달러로 추산되며, 이는 역사상 가장 비용이 많이 드는 환경 재해가 되었습니다3. 지진 진원지에서 180km 떨어진 곳에 위치한 후쿠시마 제1원자력발전소(FDNPP)는 도쿄 전력회사(TEPCO)가 운영하는 그림 1에 개략적으로 표시된 6개의 비등수형 원자로로 구성되어 있습니다. 일본 표준시(JST)4 14시 46분에 지진이 감지되자 FDNPP의 1, 2, 3호기(4, 5, 6호기는 당시 오프라인 상태였습니다)의 운전 중인 원자로 3개 모두를 삽입하여 즉시 폐쇄했습니다. 핵분열 억제 제어봉(안전 제어봉 도끼맨 - 'SCRAM'이라고도 함). 발전소는 내진적으로 견고한 것으로 입증되었지만 지진으로 인해 외부 송전 인프라가 손상되어 발전소가 비상 디젤 발전기로 전환해야 했습니다. 40분 후 전체 현장이 15m 높이의 쓰나미 파도로 침수되면서 발전소 전체에 전력 손실이 발생하면서 이 작업은 실패했습니다5. 또한 해수 펌프, 잔열 제거 시스템 및 전기 스위치 기어가 쓰나미로 인해 모두 파괴되어 발전소의 모든 코어 냉각 기능이 비활성화되었습니다. 'SCRAM' 이후 1시간 동안 가동 중인 3개의 원자로는 여전히 핵분열 생성물 붕괴를 통해 공칭 열 출력의 약 1.5%를 생산하고 있었습니다2. 궁극적인 방열판과 분리되어 원자로 압력 용기(RPV) 내의 온도와 압력이 급격히 증가하여 대량의 증기가 생성되었습니다. 또한 지르코늄 클래딩과 이 과열 증기의 발열 상호 작용으로 인해 16호기 원자로에서 약 130kg의 수소가 생성되었습니다. 증가하는 압력을 완화하고 각 원자로 노심을 냉각하려는 다양한 시도는 점차 실패하여 노심 용해로 이어졌습니다. 3월 12일과 14일 FDNPP 1호기와 3호기에서 각각 수소 폭발이 발생하여 두 원자로 건물의 지붕이 날아갔습니다. 4호기는 가동되지 않았음에도 불구하고 인근 37호기에서 배출되는 가연성 가스가 유입되면서 폭발했다. 2호기 원자로 건물은 폭발하지 않았지만 3월 15일 1차 격납용기(PCV)가 개발됐다. 누출2, 이 사건의 육상 방사능 오염에 대한 가장 큰 기여를 공개했습니다8.