세실 켈리 임계사고
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1. 개요
세실 켈리 임계사고는 1958년 12월 30일, 플루토늄 회수 공정 중 발생한 임계사고로, 작업자 세실 켈리가 사망한 사건이다. 플루토늄 폐기물 부적절한 투입으로 플루토늄 농도가 예상보다 높아진 혼합 탱크가 소용돌이에 의해 임계점에 도달하면서 핵 연쇄 반응이 일어났고, 켈리는 120 시버트 이상의 방사선에 피폭되었다. 사고 조사는 명확한 원인을 밝히지 못했고, 켈리에게 책임을 돌리려는 시도가 있었으며, 켈리의 부검과 장기 분석은 핵 공격 시 인체 영향 연구에 활용되었다. 켈리의 유족은 부검을 실시한 병리학자를 상대로 소송을 제기하여 합의를 이끌어냈다.
세실 켈리는 로스앨러모스 국립 연구소에서 플루토늄 회수 작업을 담당하던 화학 연구원이었다. 그는 대형 혼합 탱크를 사용하여 플루토늄 잔류물을 용해하고 회수하는 작업을 진행했다.
세실 켈리는 임계사고 당시 혼합 탱크를 들여다보고 있었는데, 체렌코프 효과로 추정되는 푸른 빛과 큰 소리가 발생했다. 켈리는 이 사고로 인해 신경계와 의식에 이상이 생겨 땅에 쓰러졌고, 운동실조 상태에서 "온 몸이 불타고 있다"고 외쳤다.[22]
2. 사고 전개
1958년 12월 30일, 켈리는 플루토늄 잔류물이 든 대형 혼합 탱크에서 작업을 하고 있었다. 이 탱크에는 다른 실험에서 남은 잔류 플루토늄-239와 함께 유기 용매와 산이 섞인 수용액이 들어 있었다. 순수한 플루토늄은 상온에서 은빛을 띠는 고체 금속이지만, 공기에 노출되면 변색되고 염산 등에 쉽게 녹는다.[19]
사고 당시 탱크 안에는 부식성이 강한 질산과 안정화된 수용성 유기용매에 용해된 플루토늄이 들어 있었는데, 핵화학자들은 이러한 용액을 '린'(lean)이라고 불렀다.[20] 그러나 플루토늄 폐기물이 탱크 내로 최소 2번 이상 "부적절하게 투입"되면서,[21] 탱크 내 플루토늄 농도는 일부 영역에서 예상보다 200배나 높아졌다. 게다가 용액 내 플루토늄은 고르게 섞이지 않아, 용액 위쪽은 3kg 이상의 플루토늄을 함유하여 임계 질량에 근접한 매우 높은 농도를 보였다.
2. 1. 사고 발생
'''세실 켈리'''는 11년 경력의 38세 화학 연구자로, 로스앨러모스 실험실에서 경력의 절반 이상을 보냈다. 켈리의 주요 연구 중 하나는 1,000L 정도 되는 스테인리스강 혼합 탱크를 운용하는 것이었다. 사고 당일, 혼합 탱크 안에는 부식성이 강한 질산과 용기 부식을 막기 위한 안정화용 수용성 유기용매에 용해된 플루토늄(용매 1L 당 플루토늄 0.1g 이하)이 있었다. 핵화학자들은 이런 용액을 린(lean)이라고 불렀다.[20] 하지만 플루토늄 폐기물이 탱크 내로 최소 2번 이상 "부적절한 투입"이 일어났다.[21] 이로 인해 탱크 내 플루토늄 농도는 일부 영역에서 원래 가정한 상태보다 대략 200배 더 높았다. 게다가 용액 내 용질도 고르게 섞이지 않아 용액 위쪽은 플루토늄 3kg 이상이 함유되어 매우 농도가 높았고, 켈리가 혼합 탱크를 작동시키기 전에도 이미 임계 질량에 가까웠다.
켈리가 혼합 탱크를 작동시키자 용액이 소용돌이치기 시작했다. 탱크 내 밀도가 높은 수용액 층은 바깥쪽으로 밀려나 그릇처럼 감싸졌고, 밀도가 낮은 플루토늄 농축 층은 용기 중심을 향해 소용돌이쳤다.[22] 핵분열 물질이 임계 질량을 돌파할 수 있는 가장 이상적인 형태는 표면적이 제일 작은 구 모양이다. 플루토늄 농도가 높은 용액은 구형은 아니었지만, 소용돌이가 용액을 중심부로 모이게 만들고 부피당 밀도가 증가했으며, 이를 둘러싼 물층이 중성자 반사율을 높여 용해된 플루토늄은 대략 1초 내에 임계 질량을 돌파하여 임계 반응을 일으켰다. 혼합물 내의 중성자가 충분한 빈도로 플루토늄 원자핵을 때려 핵분열이 일어나고 중성자를 방출하는 핵 연쇄 반응은 대략 200밀리초(0.2초)만 지속되었으나, 연쇄 반응이 일어나는 순간 엄청난 양의 중성자와 감마선이 방출되었다. 이러한 통제되지 않은 핵에너지 방출 현상을 임계사고라고 부른다.[22] 혼합물 층은 3초도 안 되어 완전히 분산되어 임계 반응이 정지되었다.
사고 당시 켈리는 혼합 탱크 내용물을 관찰하기 위해 사다리에 올라가 관찰창을 통해 들여다보고 있었다. 실험실에서 함께 일하던 다른 두 명의 기술자는 쿵 하는 소리와 함께 밝은 청색 섬광을 목격했다. 이 폭발로 인해 켈리는 쓰러지거나 사다리에서 떨어져 땅에 떨어졌다. 그는 방향 감각을 잃고 일어나 믹서를 끄고 다시 켠 후 건물 밖으로 뛰쳐나갔다. 다른 기술자들은 켈리가 운동 실조 (조절되지 않은 근육 운동) 상태로 건물 밖에서 "몸이 타고 있어! 몸이 타고 있어!"라고 반복해서 말하는 것을 발견했다.[5]
혼합 탱크에서 임계 사고가 발생할 가능성은 거의 없다고 여겨졌기 때문에 기술자들은 켈리가 알파 방사선, 산성 용액, 또는 둘 다에 노출되었을 것이라고 판단했다. 그 중 한 명은 켈리를 화학 샤워실로 데려갔고, 다른 한 명은 믹서를 껐다. 다른 직원들이 몇 분 안에 현장에 도착하여 켈리가 거의 의식이 없는 상태임을 확인했다. 그의 얼굴이 밝은 붉은색을 띠는 것은 피부 홍반 (피부의 발적)으로, 피부 방사선 증후군에 의해 발생한 것이었다.[5]
2. 2. 사고 당시 상황
켈리는 혼합 탱크의 내용물을 관찰하기 위해 사다리에 올라가 관찰창을 통해 들여다보고 있었다. 실험실에서 함께 일하던 다른 두 명의 기술자는 쿵 하는 소리와 함께 밝은 청색 섬광을 목격했다.[5] 이 폭발로 인해 켈리는 쓰러지거나 사다리에서 떨어져 땅에 떨어졌다. 그는 방향 감각을 잃고 일어나 믹서를 끄고 다시 켠 후 건물 밖으로 뛰쳐나갔다. 다른 기술자들은 켈리가 운동 실조 (조절되지 않은 근육 운동) 상태로 건물 밖에서 "몸이 타고 있어! 몸이 타고 있어!"라는 말을 반복하는 것을 발견했다.[5]
혼합 탱크에서 임계 사고가 발생할 가능성은 거의 없다고 여겨졌기 때문에 기술자들은 켈리가 알파 방사선, 산성 용액 등에 노출되었을 것이라 판단하고, 그 중 한 명이 그를 화학 샤워실로 데려가는 동안 다른 한 명은 믹서를 껐다. 다른 직원들이 몇 분 안에 현장에 도착하여 켈리가 거의 의식이 없는 상태임을 확인했다. 그의 얼굴이 밝은 붉은색을 띠는 것은 피부 홍반 (피부의 발적)으로, 피부 방사선 증후군에 의해 발생한 것이었다.[5]
3. 피폭 및 치료
처음에는 임계 반응을 예상하지 못하고 켈리가 화학 물질에 노출되었다고 판단하여 그를 샤워실로 데려갔다. 그러나 켈리가 거의 의식을 잃어가고 피부 방사선 증후군에 의한 홍반 증상을 보이자, 급성방사선증후군임을 인지했다.[22][5]
로스앨러모스 국립연구소의 방사선 감시팀은 즉시 사고 현장을 조사했다. 처음에는 플루토늄 유출을 의심했으나, 알파선은 검출되지 않았다. 그러나 18분 후, 혼합 탱크 근처에서 시간당 수십 라드에 달하는 강력한 감마선이 검출되었다. 이는 다량의 핵분열 생성물에 의한 것으로, 다른 기술자들의 증언과 함께 임계사고 발생을 확인시켜 주었다.[22][5]
사고 1시간 40분 후, 켈리는 심한 구토와 구역질을 보이다가 잠시 안정되어 대화와 채혈이 가능했다. 혈액 샘플 분석 결과, 켈리는 약 9 Gy의 고속 중성자와 27 Gy의 감마선에 노출되어 총 36 Gy의 방사선량을 받은 것으로 나타났다. 이는 성인에게 치명적인 수준인 2 Gy를 훨씬 넘는 것이며, 중간 치사량 (4.5~5 Gy)의 7배가 넘는 수치였다.[6][7][8]
1958년12월 30일의 사고는 복잡한 플루토늄 회수 과정에서 발생했다. 작업자가 전동 교반기를 작동시키자, 용액 처리조 내 유기상과 수용액의 경계면이 변화하며 임계 상태를 초과하게 된 것이다. 이 사고로 켈리는 120시버트를 초과하는 방사선에 피폭되어 사망했다.
3. 1. 켈리의 증상 및 치료 과정
켈리는 혼란, 구토, 홍반 등의 증상을 보였다.[22] 의료진은 켈리의 고통을 완화하기 위해 페티딘과 모르핀을 주사하였지만, 켈리는 성인 치사량의 7배가 넘는 방사선에 노출되어 회복이 불가능했다.[18]
혈액 검사 결과 켈리의 혈액 내 모든 림프구가 사라졌고,[18] 소듐-24가 검출되었다.[18] 골수 검사 결과 골수가 물처럼 묽고 적혈구가 없는 상태임이 확인되었다.[18] 켈리는 고속 중성자선에 9 그레이(Gy), 감마선에 27 Gy, 총 36 Gy의 방사선에 노출되었다.[18] 이는 성인 남성 반수 치사량의 7배가 넘는 수치였다.[23]
의료진은 켈리에게 계속 수혈을 하였지만,[18] 켈리는 복부 통증을 호소하며 고통스러워했고, 결국 피폭 35시간 후 심부전으로 사망했다.[24][25]
3. 2. 켈리의 사망
사고 후 첫 1시간 40분 동안 켈리는 혼란스러워하며 구토와 구역질을 반복했다. 페티딘 투여 후 안정을 되찾고 의식을 회복하여 정상적인 대화가 가능했으며, 맥박 측정과 채혈도 가능했다.[18] 혈액 검사 결과 켈리는 9 그레이(Gy)의 고속 중성자선과 27 Gy의 감마선에 노출되어 총 36 Gy의 방사선에 노출된 것으로 나타났다. 이는 성인 남성의 반수 치사량보다 7배 이상 높은 수치였다.[23]
응급실 의료진은 페티딘과 모르핀을 투여하여 고통을 완화하려 했으나, 이전의 동물 대상 방사능 피폭 연구 결과 켈리의 죽음은 피할 수 없다는 것을 알고 있었다. 피폭 6시간도 안 되어 혈액 내 림프구가 거의 사라졌고,[18] 24시간 후 골수 생검 결과 골수가 물처럼 묽어져 적혈구를 생성하지 못하는 상태임을 확인했다. 계속된 수혈에도 불구하고 효과가 없었다.[18]
피폭 2일차 밤, 켈리는 복부 통증이 심해져 약물로도 통제할 수 없었으며, 정맥 주사도 효과가 없어 중단되었다.[18] 피폭 35시간 후, 켈리는 심한 불안, 초조, 발한과 함께 피부가 벗겨지고 맥박이 불규칙해지다가 심부전으로 사망했다.[24][25]
4. 사고 원인 및 영향
1958년 12월 30일, 세실 켈리는 플루토늄 회수 공정을 진행하던 중 사고를 당했다. 켈리는 1,000L 용량의 스테인리스강 혼합 탱크를 운용하고 있었는데, 이 탱크에는 다른 실험에서 남은 잔류 플루토늄-239와 유기 용매, 산 등이 섞인 수용액이 들어 있었다. 원래 이 용액은 플루토늄 농도가 낮아야 했지만, 알 수 없는 이유로 플루토늄 폐기물이 탱크에 과도하게 투입되어 농도가 매우 높아졌다.[21]
켈리가 혼합 탱크를 작동시키자 용액이 소용돌이치면서 문제가 발생했다. 밀도가 높은 수용액 층은 바깥쪽으로 밀려나고, 플루토늄이 농축된 층은 용기 중심으로 모이면서 임계 질량을 초과했다.[22] 이로 인해 핵 연쇄 반응이 일어나 다량의 중성자와 감마선이 방출되었다. 켈리는 이 사고로 약 36 Gy의 방사선에 피폭되었는데, 이는 성인 중간 치사량의 7배가 넘는 양이었다.[6][7][8]
사고 직후, 켈리는 운동 실조 증세를 보이며 "몸이 타고 있어!"라고 외쳤다.[5] 동료들은 켈리를 화학 샤워실로 옮기고 믹서를 껐지만, 켈리는 곧 의식을 잃었다. 그의 얼굴은 피부 홍반으로 붉게 변해 있었는데, 이는 피부 방사선 증후군의 증상이었다.[5]
당시 로스앨러모스 국립 연구소는 맨해튼 계획의 일환으로 원자 폭탄 개발을 위한 가혹한 환경에서 작업이 이루어졌으며, 안전 대책이 미흡했던 것으로 보인다.[16]
4. 1. 사고 조사 및 책임
사고 조사 결과, 혼합 탱크에 플루토늄이 과도하게 축적된 원인은 명확하게 밝혀지지 않았다. 초기에는 켈리 본인에게 책임을 돌리려는 시도도 있었다.[4]켈리의 동료인 로버트 L. 낸스는 탱크에 남아있는 플루토늄을 회수하는 임무를 맡았다. 이 과정에서 낸스는 탱크의 용매가 예상보다 약하다는 것을 알게 되었고 (장기간 방사선 노출로 분해되었을 가능성), 이 때문에 플루토늄이 더 높은 농도로 축적되었을 수 있다고 추정했다. 그러나 낸스가 작성한 보고서는 출판 승인을 받지 못했다.[4]
로스앨러모스는 맨해튼 계획에서 원자 폭탄 개발을 위해 만들어진 군사 시설이었으며, 당시에는 안전 대책이 미흡하거나 무시되는 등 가혹한 노동 환경에서 작업이 이루어졌을 것으로 추정된다.[16]
4. 2. 사고의 영향
이 사고는 핵물질 안전 관리의 중요성을 강조하고 관련 규정 및 절차를 강화하는 계기가 되었다. 세실 켈리의 시신은 부검을 통해 방사선 피폭의 영향을 연구하는데 사용되었으며, 이는 핵 공격 시 인체에 미치는 영향을 이해하는데 기여했다.[9][10]사고 후, 켈리는 심한 구토와 구역질을 반복하다가 안정되어 다시 정상적으로 대화할 수 있었다. 그러나 혈액 샘플 분석 결과, 켈리는 약 9 Gy의 고속 중성자와 27 Gy의 감마선에 노출되어 총 36 Gy의 방사선에 피폭된 것으로 나타났다. 이는 성인의 중간 치사량(LD)의 7배가 넘는 양이었다.[6][7][8] 의료진은 페치딘과 모르핀으로 고통을 완화하려 했으나, 켈리는 사고 발생 35시간 만에 심부전으로 사망했다.[9][10]
사고 조사에서는 혼합 탱크에 고농도 플루토늄이 채워진 원인이 명확히 밝혀지지 않았고, 초기에는 켈리에게 책임이 돌아갔다. 그러나 켈리의 동료인 로버트 L. 낸스는 탱크 내 용매가 예상보다 약하다는 것을 발견했고, 이로 인해 플루토늄이 더 높은 농도로 축적되었을 가능성을 제시했다. 하지만 낸스의 보고서는 출판 승인을 받지 못했다.[9]
켈리는 사고 당시 플루토늄을 섭취하거나 흡입하지 않았지만, 이전부터 공기 중 미세 플루토늄 입자에 노출되어 있었다. 따라서 이 사건은 "기회 실험"으로 간주되어, 켈리의 사망부터 부검까지 모든 과정이 상세히 기록되었다. 그의 장기는 병리학적 검사를 위해 보관되었고 플루토늄 수치가 분석되었다. 이러한 조직 분석 결과는 핵 공격 시 인체에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 자료로 활용되었다.[9] 켈리의 흉골 골수 생검은 골수 이식 가능성을 확인하기 위해 수행되었지만, 실제 이식은 고려되지 않았다.[9]
1958년12월 30일 발생한 이 사고는, 당시 맨해튼 계획의 일환으로 핵무기 개발이 진행되던 로스앨러모스 국립 연구소의 열악한 안전 관리 환경을 보여주는 사례로 여겨진다.[16]
5. 법적 분쟁 및 합의
1996년, 세실 켈리의 유족은 클래런스 러쉬보(Clarence Lushbaugh)를 상대로 소송을 제기했다.[12][13] 이 소송은 로스앨러모스 국립 연구소의 의료 과실을 주장하는 집단 소송으로 이어졌으며,[14][15] 2002년과 2007년에 걸쳐 피고 측의 합의금 지불로 마무리되었으나, 피고 측은 잘못을 인정하지 않았다.
5. 1. 소송 내용
켈리의 사망으로 아내 도리스 켈리(Doris Kelley)와 당시 8세와 18개월 된 두 자녀가 남겨졌다. 도리스는 남편이 방사선에 피폭된 사실을 그가 살아있을 때 통보받지 못했고, 연구소 관계자들이 자택을 방문한 직후에야 남편의 사망 소식을 들었다. 그들은 구두로 남편의 사망에 대한 금전적 보상을 제공하겠다고 확신하며, 그녀가 연구소에 소송을 제기하지 않도록 설득했다. 이러한 약속에도 불구하고 도리스가 받은 유일한 보상은 건강상의 이유로 은퇴해야 할 때까지 빈곤에 가까운 수준으로 연구소에서 평생 근무할 수 있는 직위였다.1996년, 도리스 켈리와 그의 딸 케이티 켈리-마로(Katie Kelley-Mareau)는 세실 켈리에 대한 부검을 실시한 병리학자 클래런스 러쉬보](Clarence Lushbaugh)]를 상대로 소송을 제기했다.[12][13] 이 소송은 1958년부터 1980년까지 여러 해 동안 로스앨러모스(Los Alamos)의 의사, 병원, 행정부가
5. 2. 합의 결과
1996년, 도리스 켈리와 그의 딸 케이티 켈리-마로는 세실 켈리에 대한 부검을 실시한 병리학자 클래런스 러쉬보를 상대로 소송을 제기했다.[12][13] 이 소송은 1958년부터 1980년까지 여러 해 동안 로스앨러모스의 의사, 병원, 행정부가 친족의 동의 없이 사망자로부터 장기를 적출한 의료 과실을 주장했다.[14][15] 켈리의 부검은 이러한 유형의 사후 분석의 첫 번째 사례였지만, 러쉬보와 다른 사람들에 의해 로스앨러모스에서 이후 수년간 더 많은 부검이 수행되었다.[13] 이 사건의 증언 과정에서 러쉬보는 켈리의 시신에서 약 3.63kg의 장기와 조직을 가져갈 권한을 누구에게 받았는지 묻는 질문에 "신이 허락했다"고 답했다. 이 집단 소송은 피고 측이 2002년에 950만달러, 2007년에 추가로 80만달러를 지불하여 합의되었다. 피고 측은 어떠한 잘못도 인정하지 않았다.참조
[1]
보고서
Accidental Radiation Excursion at the Y-12 Plant
https://www.osti.gov[...]
[2]
서적
The Encyclopedia of the Chemical Elements
Reinhold Book Corporation
[3]
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A review of criticality accidents: 2000 revision
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Los Alamos National Laboratory
2000-05
[4]
서적
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Dell Publishing
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