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상업운전을 시작한지 4개월째 되던 [[1979년]] [[3월 28일]] 새벽 4시, 정격출력의 97%로 출력운전 중 자동밸브 장치에 이상이 생겨 [[원자로]] 중심에서 순환하는 물로부터 열을 전도시키는 장치인 열 교환기에 물 공급이 중단되었다.
 
게다가 2차계통의 물이 줄어들면 자동 계기가 줄어든 만큼 물을 자동으로 공급하도록 설치된 보조급수기까지 작동하지 않았다. 거기에 경수로 안을 냉각하는 긴급노심냉각장치(ECCS)가 작동하였지만 운전원이 실수로 한동안 ECCS의 작동을 멈추게 하면서 통제 불능 상태가 되고 말았다. 결국 열 교환기에서 냉각수 온도를 낮추지 못하자 [[냉각수]]가 증발되면서 증기 압력이 높아져 파이프가 파괴되었고, 마침내 터빈과 원자로가 자동으로 정지되었다. 하지만 불과 몇 시간 사이에 원자로의 1차 계통이 파괴되어 냉각수가 유출되었으며 온도가 5000도 이상 올라갔다. 원자로는 온도가 급상승해 핵 [[연료봉]]이 녹아 내리고 급기야 원자로 용기까지도용기 내부의 하부반구 (Lower plenum) 에까지 흘러들어갔다 (하지만 하지만 원자로 용기 (Reactor Pressure Vessel)은 파손되지 않았다.). 파괴되었으며, 건물 내의 방사능 수치는 정상치보다 1000배나 높아졌다. 사고가 커지는 동안에도 기술자들은 원인을 밝혀내지 못하고 갈팡질팡했다.
 
여러 겹의 방어선을 설치해 사고 확대를 막는 심층 방호 시스템도 제대로 작동하지 않아 다섯 겹의 보호막 중에서 네 번째 방호벽까지 뚫렸다. 통제실 계기판의 상태 표시는 계속 모순된 신호를 나타내었고, 상황이 파악된 것은 사고 발생 16시간이나 지나서였다. 냉각 펌프를 작동시키자 겨우 온도가 내려가기 시작했으나, 이미 [[노심]]의 절반 이상은 녹아 내린 뒤였다.
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