일본 후쿠시마(福島) 원전 사고가 다행히 최악의 상황을 피해 수습 국면을 맞고 있지만, 방사성 물질 배출에 따른 오염 우려는 당분간 불가피할 것으로 예상된다.

원자로 내부 압력을 줄이기 위해 일부러 증기를 배출하거나, 2호기 경우처럼 격납용기 연결 부위 등의 손상으로 원자로 내부 증기가 샐 경우 세슘이나 요오드 같은 방사성 물질이 계속 섞여 나올 수밖에 없기 때문이다.

◇ 세슘ㆍ요오드 검출, 핵연료봉 피복재 탔다는 뜻 = 도쿄전력은 지난 21일 1호기 북서쪽 약 200m 상공에서 채취한 물질을 분석한 결과, 기준 농도의 6배에 이르는 요오드 131과 세슘이 검출됐다고 밝혔다.

아사히신문은 이를 근거로 "원자로나 사용후 연료 저장 수조 내부의 핵연료가 손상됐다는 사실이 확인됐다"고 분석했다.

세슘ㆍ요오드가 어떻게 핵연료 손상의 근거가 되는 것일까. 

원자로는 핵연료 우라늄-235을 중성자로 때려 핵분열 반응을 일으키고, 그 과정에서 발생하는 에너지를 얻는 곳이다. 이 핵분열 과정에서 많은 새로운 물질이 만들어지는데, 이를 통틀어 '핵분열 생성물'이라고 말한다. 방사성 요오드(I-131)와 세슘(Cs-137)이 대표적이다.

핵분열의 결과로 얻어지는 물질이긴 하지만, 정상적인 원자로 상태라면 이 물질들은 모두 핵연료봉 내부에 갇혀 있게 된다. 피복재(지르코늄 합금)가 핵연료봉을 둘러싸고 있기 때문에, 핵분열 생성물은 우라늄이나 플루토늄 등 핵연료를 구워 만든 핵연료심(펠릿) 안에만 존재한다는 얘기다.

그러나 이번 후쿠시마 원전 사고처럼 냉각장치에 문제가 생겨 원자로의 남은 열 때문에 핵연료봉의 피복재가 타버릴 경우, 핵연료심에 들어 있는 각종 방사성 물질이 튀어나와 원자로 증기와 뒤섞이게 된다. 온도가 더 올라가 2천850℃를 넘었다면, 피복재뿐 아니라 우라늄 핵연료심 자체가 녹았을 수도 있다.

이런 상황에서 사고로 인해, 또는 인위적으로 원자로 증기를 배출할 경우 공기 중에 세슘과 요오드 등도 함께 유출된다.

◇ 다른 핵분열 생성물은 = 대부분의 핵분열 생성물은 강한 방사능을 띠고, 방사성 붕괴를 몇 차례 거쳐 안정된 물질로 변해간다.

이들의 반감기는 물질에 따라 짧은 경우 1초 이하, 긴 경우 몇백만년에 이르는 것도 있다.

반감기란 방사성 핵종(核種)의 원자 수가 방사성 붕괴에 따라 원래 수의 반으로 줄어드는 데 필요한 기간을 말한다. 따라서 방사성 물질은 수차례 반감기를 거치면서 점차 방사능이 줄어들다가 결국 수명을 다하게 된다.

주요 핵분열 생성물의 생성비율과 반감기는 다음과 같다.