[논문]글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용한 삼중수소 환경 방사능 추정

최희주; 이한수; 강희석; 이창우

글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용한 삼중수소 환경 방사능 추정
Estimation of Tritium Concentration in the Environment based upon Global Tritium Cycling Model 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.28 no.1, 2003년, pp.1 - 8

최희주 (한국원자력연구소) , 이한수 (한국원자력연구소) , 강희석 (한국원자력연구소) , 이창우 (한국원자력연구소)

초록
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원자력 발전소에 대한 주기적 안전성 평가에서는 발전소 주변 환경감시 프로그램 적절성의 확보를 요구한다. 이를 위하여 고리 원자력발전소 주변에 대하여 과거에 측정된 삼중수소의 환경방사능 자료를 분석하고, 새로이 시료를 채취하여 농도를 측정하였다. 분석결과 고리 원자력 발전소 주변에서의 삼중수소 농도가 국내 자연 환경 방사능 농도와 유사하였다 국내 삼중수소 환경방사능 변화를 모델링을 통하여 추정하였다. 이 모델링에서는 NCRP 62에서 권고한 7격실 글로벌 삼중수소 순환 모델 중 지구 전체에 대한 것과 북반구에 대한 것을 비교하였다. 이들 모델식에 대한 수치해는 AMBER 프로그램을 이용하여 구하였으며, 대기 중으로 방출되는 삼중수소의 선원항으로 4가지 경우를 고려하였다. 계산결과, 지표수의 삼중수소 농도가 해수나 지하수의 농도보다 놀게 나타났고, 우주선에 의한 삼중수소 발생이 가장 중요한 삼중수소 발생원 이었으며, 핵실험에 의해 발생된 삼중수소는 많이 감소하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The periodic safety review of operational nuclear power plants requires that the plants should keep a well organized environmental monitoring program. The past records of environment monitoring data were analyzed. and the tritium concentrations of the samples in the surface and ground water around Kori site were measured. It was shown that the tritium concentrations around the Kori site were slightly higher than that of natural background. The change of background tritium concentration was estimated through a numerical modeling. Two different versions of 7 compartments model - the world and the northern hemisphere - defined in NCRP-62 were modeled for the global tritium cycling. The numerical solution of the model was obtained using a computer program, AMBER. The four cases of tritium source-terms into the atmosphere were considered. The results showed that the tritium concentration in the surface soil water was higher than that in sea water or surface stream water. Also, it was shown that the tritium produced by the interaction between cosmic rays and the gases were the major source of tritium, and the tritium produced by nuclear weapon test decreased considerably.

주제어

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문제 정의

토양수와 지표 하천수이다. 따라서 이들 중의 삼중수소 환경 방사능 변화를 관찰하였다. Fig.
본 연구의 목적은 고리 원자력발전소 주변 환경에서 측정된 삼중수소 농도 중 자연 환경 방사능에 의한 값을 추정하기 위한 것이다. 이를 위하여 NCRP-62[4]에 제시된 지구를 7개의 격실로 나눈 글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용하였다.

가설 설정

삼중수소에 의한 인체에의 피폭을 계산하기 위해서는 지구 환경 내의 삼중수소 농도를 평가하여야 한다. 이를 위하여 글로벌 삼중수소 순환 모델이 이용되며, 이 모델의 기본 가정은 HTO 형태로 존재하는 삼중수소가 물의 순환과 동일하게 지구 내에서 순환한다는 것이다. 가장 단순한 모델은 미국 EPA[2]가 대기 중 수증기량은 무시하고 북반구를 단 1개의 격실(compartment)로 간주한 것이다.
지구 내에서 삼중수소가 어떤 분포를 하는지를 예측하기 위한 모델의 기본 가정은 HT0 가 물과 동일하게 순환한다고 가정하고, 유사한 거동을 하는 수권을 하나의 격실로 간주하여 각 수권사이의 물의 이동을 계산하는 것이다. 본 연구에서는 삼중수소 순환을 계산하기 위하여 NCRP 62 모델을 이용하였다(Fig.

제안 방법

삼중수소 발생원으로 4가지의 선원항 값을 구하여 계산하였다. 글로벌 삼중수소 순환 모델에는 대기권에서의 체류시간을 고려하여 지구 전체를 고려한 것과 북반구만을 고려한 것 2가지 경우를 비교하였다. 격실 사이의 물질전달 계산은 AMBER 컴퓨터 프로그램을 이용하였으며, 계산 결과는 국내 환경에서의 삼중수소 농도를 측정한 값들과 비교하였다.
기존에 측정된 값의 신뢰도를 확인하며, 위치에 따른 삼중수소 농도 변화 여부를 알아보기 위하여 1999년도 고리 발전소 주변 풍향 분포를 분석하여 3지점을 선정하고 이곳의 지하수와 지표 하천수를 채취하여 삼중수소 농도를 측정하였다. 삼중수소 농도 측정은 전기분해법과 직접법 두 가지 방법을 이용하였다.
격실 사이의 물질전달 계산은 AMBER 컴퓨터 프로그램을 이용하였으며, 계산 결과는 국내 환경에서의 삼중수소 농도를 측정한 값들과 비교하였다. 또한, 환경 중 삼중수소 농도에 가장 큰 영향을 주는 주요 선원을 추적하였다.
본 연구에서는 1945년부터 1975년 사이의 모든 핵실험 자료 중 지상에서 수행된 것을 대상으로 삼중수소 선원항을 결정하였다[10]. 핵실험과 같이 인공적으로 발생된 삼중수소의 경우 대기권에서의 체류시간이 비교적 짧아 지구 전체 모델과 북반구 모델 2가지에 대하여 계산을 수행하고 비교하였다.
이 모델은 지구 전체 삼중수소 농도를 주정하기 위한 것이나 고리 발전소 주변도 큰 차이가 없을 것으로 판단되어 이용하였다. 삼중수소 발생원으로 4가지의 선원항 값을 구하여 계산하였다. 글로벌 삼중수소 순환 모델에는 대기권에서의 체류시간을 고려하여 지구 전체를 고려한 것과 북반구만을 고려한 것 2가지 경우를 비교하였다.
삼중수소의 국내 환경 방사능에 대해서는 일부 측정자료만 있어, 이들 값을 모델링을 통해 추정하였다. 삼중수소 자연 환경 방사능을 구하기 위해 NCRP 62에서 권고한 7격실 글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용하였다.
48X10" Bq (4 MCi)이다. 우주선에 의한 연간 삼중수소 발생량을 대기 중으로의 선원항으로 간주하고 각 격실에 서의 삼중수소 농도를 구하였다. Fig.
이에 따라 국내 원자력 관련 연구기관에서는 필요한 기술개발을 수행하고 있으며, 한국원자력연구소에서는 주기적 안전성평가에 필요한 환경방사선 감시기술을 개발 중에 있다. 원자력 발전소 운전을 통하여 대기 중으로 방출된 방사성 핵종들의 환경 내 거동을 알아보기 위하여 고리 발전소 주변 환경시료 조사결과를 분석하였으며, 풍하 방향을 고려하여 선정한 지점에서 지표수, 지하수를 채취하여 삼중수소 농도를 측정하였다. 측정된 삼중수소의 농도가 환경 방사능값과 유사하였다.
이는 북반구 모델이 비교적 적게 확산되어 더 농도가 높게 나타난 것이다. 원자력시설로부터의 선원항을 어떻게 결정하느냐에 따라 값이 변할 수 있어, 절대값을 맞추는 것보다는 지표수 중 삼중수소 농도 값의 발생원을 예측하는 것에 비중을 두었다. Fig.
있다. 이를 위하여 과거에 측정된 환경방사능 자료를 분석하고, 새로운 시료를 채취하여 삼중수소 농도를 측정하였다. 분석결과 원자력발전소 주변에서의 삼중수소 농도가 자연 환경방사능와 유사하였으며 발전소 운전에 비례하여 축적 경향은 보이지 않았다.
모델식에 대한 해는 AMBER 프로그램을 이용하여 구하였다. 자연방사능을 구하기 위해 고려한 선원항은 우주선에 의한 삼중수소, 핵실험에 의한 삼중수소, 야광체로 이용된 삼중수소와 타 원자력산업체로부터의 삼중수소 4가지 경우를 고려하였다. 계산 결과 체류시간이 비교적 짧은 인공적인 삼중수소의 경우 북반구 모델이 확산 효과가 작아 측정치에 더욱 가까웠다.
선원항을 결정하였다[10]. 핵실험과 같이 인공적으로 발생된 삼중수소의 경우 대기권에서의 체류시간이 비교적 짧아 지구 전체 모델과 북반구 모델 2가지에 대하여 계산을 수행하고 비교하였다. Table 4에 핵실험을 통해 대기 중으로 방출된 삼중수소의 방사능을 나타내었다.

대상 데이터

고리부지 내의 4기의 원자로로부터 방출되는 삼중수소 방출량은 매년 약간 증가하는 추세를 나타내고 있다[8]. 원자력 발전소 주변환경에서 방출된 삼중수소 분포를 기존의 측정자료를 이용하여 분석하였다. Fig.

데이터처리

글로벌 삼중수소 순환 모델에는 대기권에서의 체류시간을 고려하여 지구 전체를 고려한 것과 북반구만을 고려한 것 2가지 경우를 비교하였다. 격실 사이의 물질전달 계산은 AMBER 컴퓨터 프로그램을 이용하였으며, 계산 결과는 국내 환경에서의 삼중수소 농도를 측정한 값들과 비교하였다. 또한, 환경 중 삼중수소 농도에 가장 큰 영향을 주는 주요 선원을 추적하였다.
삼중수소 자연 환경 방사능을 구하기 위해 NCRP 62에서 권고한 7격실 글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용하였다. 모델식에 대한 해는 AMBER 프로그램을 이용하여 구하였다. 자연방사능을 구하기 위해 고려한 선원항은 우주선에 의한 삼중수소, 핵실험에 의한 삼중수소, 야광체로 이용된 삼중수소와 타 원자력산업체로부터의 삼중수소 4가지 경우를 고려하였다.
세 번째 항은 방사성 붕괴, 네 번째 항은 격실-1로의 선원항이다. 미분방정식(1)은 서로 연계되어 있어 해석해는 구하기 쉽지 않으며, 본 연구에서는 AMBER 프로그램[11]을 이용하여 해를 구하여 계산하였다. AMBER 프로그램은 영국의 ENVIRO사에서 개발한 코드로 동적 격실 모델에 대한 해를 구해주는 프로그램이다.

이론/모형

물의 이동을 계산하는 것이다. 본 연구에서는 삼중수소 순환을 계산하기 위하여 NCRP 62 모델을 이용하였다(Fig. 3 참고). NCRP 62 모델에서는 지구 전체를 대기, 해양 표층수(75m), 해양 심층수, 지표 토양수, 심층 지하수, 지표 하천 및 호수(지표 하천수), 염수 호수 및 내륙해의 7개 격실로 구분하고 있다(각 격실 내 물의 부피는 지구 전체를 모델로 한 경우와 북반구만을 모델로 한 경우에 대해 Table 2에 나타내었다).
측정하였다. 삼중수소 농도 측정은 전기분해법과 직접법 두 가지 방법을 이용하였다. Table 1에 시료 채취지점, 지표 하천수, 지하수 중의 삼중수소 농도측정 결과를 열거하였다.
삼중수소 자연 환경 방사능을 구하기 위해 NCRP 62에서 권고한 7격실 글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용하였다. 모델식에 대한 해는 AMBER 프로그램을 이용하여 구하였다.
AMBER 프로그램은 영국의 ENVIRO사에서 개발한 코드로 동적 격실 모델에 대한 해를 구해주는 프로그램이다. 이 프로그램은 임의의 격실과 전달계수에 따라 자동으로 Talbot 알고리즘을 이용한 라플라스변환법 혹은 Dylan 방법을 이용한 수치적 방법을 이용하여 해를 구하고 있다. 이들 격실 사이의 전달계수를 Table 3에 나타내었다.
의한 값을 추정하기 위한 것이다. 이를 위하여 NCRP-62[4]에 제시된 지구를 7개의 격실로 나눈 글로벌 삼중수소 순환 모델을 이용하였다. 이 모델은 지구 전체 삼중수소 농도를 주정하기 위한 것이나 고리 발전소 주변도 큰 차이가 없을 것으로 판단되어 이용하였다.

성능/효과

2는 가압경수로형 원자로를 운전 중인 고리, 영광, 울진 발전소 주변 지하수 중의 삼중수소 농도 변화를 나타낸다. 5년 동안 3개 부지 주변 지하수 중 삼중수소 농도가 증가하는 추세를 보이지는 않지만 모두 전국 평균 수돗물 중 농도보다는 높았다.
자연방사능을 구하기 위해 고려한 선원항은 우주선에 의한 삼중수소, 핵실험에 의한 삼중수소, 야광체로 이용된 삼중수소와 타 원자력산업체로부터의 삼중수소 4가지 경우를 고려하였다. 계산 결과 체류시간이 비교적 짧은 인공적인 삼중수소의 경우 북반구 모델이 확산 효과가 작아 측정치에 더욱 가까웠다. 지표 토양수 중의 삼중수소 농도가 지표 하천수나 해수 중의 농도보다 높았다.
본 연구를 통하여 국내 환경 중의 삼중수소 농도를 지구 전체를 대상으로 하는 모델을 이용하여 구하였으며, 결과로서 고리 원자력발전소 주변 삼중수소 농도 중 일부가 원자력발전소가 아닌 다른 선원에 의한 것임을 확인하였다. 앞으로는 발전소 주변 환경을 격실로 나누고 원자력발전소로부터의 삼중수소를 선원항으로 활용하여 환경 중 삼중수소 농도를 이론적으로 추정하는 연구가 필요한 것으로 판단된다.
원자력 시설로부터 방출되는 삼중수소의 방사능은 시나리오 설정에 많은 영향을 받는다. 본 연구에서는 시나리오 중 원자로로부터 발생량은 일정하나 재처리 시설로부터의 삼중수소 방출량을 가장 보수적으로 간주한 시나리오를 선택하였다. 즉, 삼중수소 방출량이 대략 5.
Table 1에 주어진 삼중수소 농도는 원자력발전소로부터의 거리에 따라 차이를 나타내지는 않고, 대략 지하수가 지표하천수보다 약간 높은 값을 나타내고 있다. 분석 방법에 따라서는 전기분해법 결과가 직접법 결과보다 약간 높은 농도를 나타내었다. 이것은 시료의 농도가 너무 낮아 직접법으로 측정하기에는 어려움이 있었던 것으로 판단된다 시료의 삼중수소 농도는 대략 1~4 Bq/L이다.
이를 위하여 과거에 측정된 환경방사능 자료를 분석하고, 새로운 시료를 채취하여 삼중수소 농도를 측정하였다. 분석결과 원자력발전소 주변에서의 삼중수소 농도가 자연 환경방사능와 유사하였으며 발전소 운전에 비례하여 축적 경향은 보이지 않았다.
8에 나타난 바와 같이 지표 하천수 중의 삼중수소 역시 지표 토양수와 비슷한 발생원의 영향을 받았다. 지표 토양수와 지표 하천수 중의 삼중수소 농도를 비교하여 보면, 지표 토양수의 농도가 더 높았다. 이것은 고리 발전소 주변에서 채취한 시료들의 측정 결과와도 경향이 비슷하다.

후속연구

앞으로는 발전소 주변 환경을 격실로 나누고 원자력발전소로부터의 삼중수소를 선원항으로 활용하여 환경 중 삼중수소 농도를 이론적으로 추정하는 연구가 필요한 것으로 판단된다.

참고문헌 (13)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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