SCIENCE #02. Q&A 확산 시뮬레이션으로 알아보는 후쿠시마 오염수 방류, 우리 수산물 안전한가?
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1. 삼중수소 해양 확산 시뮬레이션은 무엇이며 그 목적은 무엇인가요?
- 일본 정부는 후쿠시마 원자력발전소에서 지속해서 발생하는 오염수를 해양으로 방류하기로 결정하였습니다. 오염수에 가장 많이 포함된 방사성 핵종은 다핵종제거설비(ALPS)로 제거되지 않는 삼중수소(³H)로, 해양으로 방류할 경우 해류를 따라 이동하며 확산하게 됩니다.
- 한국해양과학기술원과 한국원자력연구원은 공동으로 오염수 방류에 의해 해양으로 확산되는 삼중수소를 시뮬레이션했습니다. 해당 시뮬레이션은 입자 추적 기법 기반*으로 방사능 물질 확산을 모사하며, 일본에서 설정한 배출기준 최대치인 연간 22TBq 삼중수소가 방류 된다는 시나리오를 기반으로 계산했습니다**.
*방사능 농도를 가지는 입자를 투하하여 해류장에 의해 확산되는 것을 수치적으로 해석하는 모델
**후쿠시마 원전 발전소 약 1km 앞바다에서 삼중수소를 10년간 연간 22조Bq(일본 측 계획상 연간 최대 방출량) 로 방류한다고 가정
- 삼중수소 해양 확산 공동 시뮬레이션의 주요 목적은 후쿠시마 원자력발전소로부터 방류한 삼중수소가 북태평양에 어떻게 확산이 되고, 우리나라 해역에는 언제 도달하고, 얼마나 영향을 미치는지 예측하는 것입니다.
2. 삼중수소 이동이 우리나라 해역에 미치는 영향을 해양 확산 시뮬레이션과 농도 측면을 통해 설명 부탁드립니다.
- 해양에서 방사능 물질 확산은 해류를 따른 이동과 각 방향으로의 혼합이 복합적으로 작용합니다. 일본 후쿠시마에서 방류된 삼중수소는 쿠로시오해류, 북태평양해류, 캘리포니아 해류, 그리고 북적도 해류로 이어지는 북태평양 환류와 와류 등에 의해 이동하고 확산됩니다.
- 시뮬레이션 결과에 따르면, 방출된 삼중수소는 약 1년 후 최대 약 0.1Bq/m³농도가 후쿠시마 동쪽으로 수백 km에 걸쳐 분포하기 시작하여, 약 2년 후에는 약 0.001Bq/m³농도가 동쪽으로는 하와이, 서쪽으로는 대만 부근 해역까지 확산됩니다. 약 5년 후에는 약 0.001Bq/m³농도가 동쪽으로는 미국과 캐나다 해안, 그리고 서쪽으로는 우리나라 제주 남부 해역까지 도달합니다. 그리고 약 10년 후에는 북태평양 전체에 걸쳐 확산되는 것으로 예측되었습니다.
ⓒ한국해양과학기술원
삼중수소 해양 확산 공동 시뮬레이션 확산 결과, 1년, 2년, 5년, 10년 후.
3. 북태평양을 거쳐 우리나라 주변 해역으로 삼중수소가 유입될 때, 이를 의미 있는 변화로 판단해야 하나요?
- 방출된 오염수가 특정 지역으로 유입되는 시기는 해류 특성에 따라 다를 수 있습니다. 후쿠시마 동쪽 500km와 일본 남쪽 해역은 1~3년 후부터 약 0.1Bq/m³에 도달하여, 10년 후까지 유사한 수준의 농도를 보입니다. 우리나라 제주 남동부 해역에는 3~5년 후 유입되기 시작하며, 10년 후에는 약 0.001Bq/m³에 수렴하게 됩니다. 그러나 이 농도는 기존 우리나라 해역에 존재하는 삼중수소 평균 농도인 172Bq/m³의 약1/10만 수준으로, 분석기기로도 검출되기 어려운 농도입니다. 따라서 방출된 오염수가 우리나라에 유입되는 농도는 의미 있는 변화라고 보기는 어렵습니다.
ⓒ한국해양과학기술원
주요 지점에서의 시간대별 삼중수소 농도 변화(A: 후쿠시마 동측 500km, B: 일본 남부해역, C: 제주 남동부 해역)
4. 삼중수소 확산 패턴을 기반으로 10년 정도 시뮬레이션했을 때 수렴하는 이유는 무엇인가요?
- 삼중수소 반감기가 약 12년임을 고려하면, 매년 약 6.16% 삼중수소가 감소하게 됩니다. 매년 방출 후 확산과 희석되고 반감기로 인해 감소되는 양을 고려하면, 해양 내 삼중수소 농도는 계속 증가하지 않고 평균적으로 약 0.1Bq/m³로 수렴하게 됩니다.
- 우리나라 해역은 쿠로시오해류의 지류인 대마난류를 통해 삼중수소가 유입됩니다. 대마난류 수송량은 쿠로시오해류에 비해 크지 않기에 상대적으로 낮은 삼중수소 농도가 느리게 영향을 미치게 됩니다. 우리나라 해역에서 농도는 10년 후 약 0.001Bq/m³로 수렴하였고, 10년 이상 시뮬레이션에서도 유사한 결과를 보일 것으로 예상됩니다.
5. 최근 인터넷을 통해 다양한 연구기관에서 발표한 방사능 물질이동 동영상들이 대중들에게 공개되고 있는데, 시뮬레이션이 다른 연구기관 결과들과는 어떤 차이가 있나요?
- 후쿠시마 사고 이후 1년 만에, 독일 헬름홀츠 연구소는 2011년 원전 사고로 유출된 방사능 물질(세슘-137)을 시뮬레이션한 논문*을 발표하며 확산 동영상을 공개하였습니다. 동영상에는 방사능 물질이 약 220일 후 우리나라 해역에 도달하는 것으로 나와 많은 관심을 받았습니다. 다만, 이때 농도는 후쿠시마 앞바다 방사능 세슘 농도 기준 1조분의 1에 해당하며 의미 있는 농도는 아니었습니다. 해당 연구진 논문에 따르면 우리나라 주변 해역에 도달하는 시기와 양은 약 5년 뒤에 0.01Bq/m³ 수준입니다.
*Erik Behrens, Model simulations on the long-term dispersal of 137Cs released into the Pacific Ocean off Fukushima, 2012
- 일본에서 오염수 방출 계획을 발표한 후, 중국 제1해양연구소와 칭화대학교에서도 삼중수소에 대한 시뮬레이션 결과를 발표하였습니다. 제1해양연구소 연구 결과에 따르면, 5년 후 약 0.001Bq/m³ 농도로 도달하고*, 칭화대학교 연구 결과에서는 10년 후 약 0.003Bq/m³ 삼중수소가 우리나라 해역으로 유입될 수 있음을 보였습니다**. 즉, 모델 성격에 따라 시뮬레이션 결과 세부 사항에는 차이가 있을 수 있지만, 삼중수소 해양 확산 공동 시뮬레이션에서 나타난 수년 후에 도달하는 양상과 양적인 부분은 국외 시뮬레이션 결과와 크게 다르지 않습니다.
**Chang Zhao, Transport and dispersion of tritium from the radioactive water of the Fukushima Daiichi nuclear plant, 2021
***Yi Liu, Discharge of treated Fukushima nuclear accident contaminated water: macroscopic and microscopic simulations, 2022
한국해양과학기술원 해양환경연구부 선임연구원