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문제 정의
- 본 연구에서는 우리나라의 주요 종실작물로서 두류에 속하는 콩을 대상으로 HTO 증기피폭 실험을 작물의 생육단계별로 실시하여 작물체의 HTO 흡수, TFWT 농도 변화 및 OBT 생산 등과 같은 'H의 거동을 조사하고 피폭시기의 영향을 분석함으로써 예측모델 수립을 위한 기초 정보를 제공함과 동시에 기존 모델에 대한 비교ㆍ검증 자료를 생산코자 하였다.
제안 방법
- Vial에 채집된 연소수 시료내 3H 농도는 액체 섬광계수기(Quantulus 1220)로 분석하였다. 계측 시간은 20~30 분이었고 한 시료를 세 번 계측하여 평균값을 취하였다.
- 가열과 동시에 fan을 작동시켜 증발된 HTO가 상자 내에 고루 퍼지게 하였다. 가열이 끝난 직후에는 상부의 뚜껑을 열고 외부에 있는 fan을 5분간 작동시켜 신선한 공기를 주입하고 환기를 꾀하였다.
- 채취한 시료는 부위별로 나누어 냉동, 보관한 후 동결건조법으로 조직자유수를 추출하여 TFWT 농도를 측정하였다. 동결 건조된 작물체 시료는 믹서기를 이용하여 분쇄한 후 습한 공기에 의한 교환과정을 통하여 잔류 TFWT와 치환성 OBT를 제거하였다. 이렇게 처리된 시료들은 강력한 흡수제인 P2O5를 이용하여 수일 간 건조시킨 후 산화연소장치 (Oxidizer 306, Canberra- Packard)에서 연소시켜 발생된 연소수를 20 scintillation vial에 채집 하였다.
- 생육밀도가 A 형인 재배상자에서는 피폭 직후에 주당 1 개체씩 2 개체를 채취하고 나머지 2 개체는 수확기(10월 5일)에 채취하였다. 생육밀도 가 B 형인 재배상자에서는 피폭 직후에 임의의 2 주로부터 주당 1 개체씩 2 개체를 채취한 후 시간경과에 따라 5~6 회에 걸쳐 1 개체 또는 2 개체씩 채취하였고 최종적으로 수확기에 2 개체를 채취하였다.
- 피폭상자의 환기가 종료된 직후 상자의 상부를 들어낸 다음 흡습지를 제거하고 시료를 채취하였다. 생육밀도가 A 형인 재배상자에서는 피폭 직후에 주당 1 개체씩 2 개체를 채취하고 나머지 2 개체는 수확기(10월 5일)에 채취하였다. 생육밀도 가 B 형인 재배상자에서는 피폭 직후에 임의의 2 주로부터 주당 1 개체씩 2 개체를 채취한 후 시간경과에 따라 5~6 회에 걸쳐 1 개체 또는 2 개체씩 채취하였고 최종적으로 수확기에 2 개체를 채취하였다.
- 우리나라의 주식작물인 콩의 생육단계별로 HTO 피폭실험을 실시하고 콩의 잎, 줄기, 깍지, 콩알에 있어서 피폭 직후(h0) 및 수확시에 TFWT 농도를 측정하여 공기수분중 HT0 평균 농도에 대한 백분율(상대농도)로 나타낸 것은 각각 그림 2~5에서 보는 바와 같다.
- 우리나라의 주요 종실작물인 콩에 대하여 HT0 증기 피폭 실험을 수행하여 HTO 증기의 작물체 직접오염 경로를 분석하고 HTO의 흡수, TFWT 농도의 변화, OBT 생산 등 3H의 작물체내 거동을 조사하였다.
- 동결 건조된 작물체 시료는 믹서기를 이용하여 분쇄한 후 습한 공기에 의한 교환과정을 통하여 잔류 TFWT와 치환성 OBT를 제거하였다. 이렇게 처리된 시료들은 강력한 흡수제인 P2O5를 이용하여 수일 간 건조시킨 후 산화연소장치 (Oxidizer 306, Canberra- Packard)에서 연소시켜 발생된 연소수를 20 scintillation vial에 채집 하였다.
- 이식 4~5 일 전에 상자당 퇴비 40 g, 복합비료 7 g(N : P : K=21%, 17%, 17%), 석회 37 g을 뿌리고 표층토와 혼합하였다. 적당량의 수돗물을 2~3 일 간격으로 지표에 공급하였고 병충해 방제를 위해 살균제와 살충제를 수차례 살포하였다.
- 채취한 시료는 부위별로 나누어 냉동, 보관한 후 동결건조법으로 조직자유수를 추출하여 TFWT 농도를 측정하였다. 동결 건조된 작물체 시료는 믹서기를 이용하여 분쇄한 후 습한 공기에 의한 교환과정을 통하여 잔류 TFWT와 치환성 OBT를 제거하였다.
- 피폭상자의 환기가 종료된 직후 상자의 상부를 들어낸 다음 흡습지를 제거하고 시료를 채취하였다. 생육밀도가 A 형인 재배상자에서는 피폭 직후에 주당 1 개체씩 2 개체를 채취하고 나머지 2 개체는 수확기(10월 5일)에 채취하였다.
- 피폭실험은 오전 9시에서 10시 사이에 시작하였다. 피폭중에는 펌프를 이용하여 매 5 분 동안 피폭상자 내부의 공기 1.5 l를 증류수가 담긴 20 ml의 scintillation vial에 통과시켜 공기중 수분을 포집하였고 상자 내부의 온도와 습도를 5 분 간격으로 측정, 기록하였다. 조도는 비슷한 조건하 에서 조도계로 측정하여 구하였다.
대상 데이터
- 피폭일자는 7월 2일, 7월 13일, 7월 30일, 8월 9일, 8월 24일, 9월 17일이었다. 7월 2일과 8월 9일 피폭에서는 생육밀도가 B 형인 재배상자를 사용하였고 나머지 피폭에서는 A 형인 재배상자를 사용하였다.
- 우리나라의 장려품종인 황금콩을 가로 41 cm, 세로 33 cm, 높이 23 cm인 플라스틱 포트에 육성하였다. 재배포트들은 야외에 배치하였으며 포트 내 토양은 pH 5.
- 이때 재배상자 내 토양의 표면을 흡습지로 피복하여 HTO 증기가 토양에 직접 닿지 않도록 하였다. 피폭일자는 7월 2일, 7월 13일, 7월 30일, 8월 9일, 8월 24일, 9월 17일이었다. 7월 2일과 8월 9일 피폭에서는 생육밀도가 B 형인 재배상자를 사용하였고 나머지 피폭에서는 A 형인 재배상자를 사용하였다.
데이터처리
- Vial에 채집된 연소수 시료내 3H 농도는 액체 섬광계수기(Quantulus 1220)로 분석하였다. 계측 시간은 20~30 분이었고 한 시료를 세 번 계측하여 평균값을 취하였다.
성능/효과
- 7월 2일과 8월 9일 피폭에서 피폭 직후부터 최종 수확시까지 콩의 부위별로 TFWT 농도 변화를 조사한 것은 각각 그림 6 및 그림 7과 같다. 두 시기 피폭에서 모두 잎과 줄기에서는 농도가 처음 하루동안 급격히 감소하다가 이후에는 감소 속도가 점점 느려졌다. 피폭 직후 수 시간 동안에는 잎에서 줄기에 비해 빨리 감소하였으나 그 이후에는 서로 비슷한 속도로 감소하였다.
- 6×10-3의 범위로 피폭시기에 따른 변이가 종실과 꼬투리에서 경엽부에 비해 훨씬 컸다. 또한 OBT 상대농도는 생육초기 피폭에서는 경엽부가 종실보다 높았으나 생육중기 이후 협실비대기 피폭에서는 종실이 경엽부보다 훨씬 높았다.
- 수확시 OBT 농도도 부위 및 피폭시기에 따라 달랐으며 최고치 및 최저치 모두 종실에서 관찰되었다. 콩 종실의 OBT 농도는 종실의 발육 최성기 피폭시 가장 높았고 작물체의 생육초기 피폭시 가장 낮았다.
- 수확시 TFWT 상대농도는 잎에서는 피폭시기 에 따라 6.0×10~5~8.1×10-4%였고 줄기, 깍지, 종실에서는 각각 4.0×10-5~1.2×10-3, 3.7×10-5~1.4×10-3, 3.9×10-5~2.2×10-3%의 범위로 피폭시기에 따라 대체로 수 십 배 정도의 차이를 보였으며 피폭시기가 늦어질수록 점점 증가하는 경향이었다. 위와 같은 수확시 농도는 피폭 직후에 비해 수천에서 수십만 배 감소한 것이다.
- 8월 9일 피폭에서는 처음 하루 동안에는 잎과 줄기에서 깍지와 콩알에 비해 훨씬 빨리 감소하였으나 이후 10여일 동안은 반대로 깍지와 종실에서 더 빨리 감소하였다가 그후로 수확시까지 비슷한 속도로 감소하였다. 이에 따라 피폭 종료 후 1시간 경과시부터는 깍지와 콩알에서의 TFWT 농도가 잎보다 높아지기 시작하여 하루 경과시에는 약 100 배 정도의 차이를 보였다가 차이가 점점 작아져 수확시에는 종실과 경엽부 간에 2 배 정도의 차이만 나타났다.
- 상대습도는 대체로 처음에는 증가하다가 어느 정도 경과한 다음부터는 서서히 감소하였고 평균은 80 - 85% 정도였다. 조도는 구름이 많은 날을 제외하고는 피폭이 진행됨에 따라 점점 증가하는 경향이었으며 평균은 구름의 양에 따라 대체로 40 - 70 klux의 범위였다.
- 줄기에서 피폭 직후 TFWT 상대농도는 최고6.4%, 최저 2.1%로 생육초기 피폭시에 높은 경향이었으며 전반적으로 잎에서보다 훨씬 낮았다. 생육 초기에는 줄기의 부피 대 표면적의 비가 크고 또한 목화되지 않아 활력이 왕성하기 때문에 HT0가 보다 용이하게 흡수되었을 것으로 판단된다.
- 수확시 OBT 농도도 부위 및 피폭시기에 따라 달랐으며 최고치 및 최저치 모두 종실에서 관찰되었다. 콩 종실의 OBT 농도는 종실의 발육 최성기 피폭시 가장 높았고 작물체의 생육초기 피폭시 가장 낮았다. 콩이 생육중에 HT0 증기에 피폭되면 종실 소비에 따른 섭취피폭 선량은 대부분의 경우 거의 전적으로 OBT에 기인하고 TFWT의 영향은 미미할 것으로 예상되었다.
- 피폭 직후 TFWT 농도는 대체로 잎>깍지> 종실 > 줄기의 순이었으나 수확시에는 특히 생육 후반기 피폭의 경우 종실에서 가장 높았다. TFWT 농도는 수확시까지 부위 및 피폭시기에 따라 수천~수십만 배 감소하였다.
- 피폭시간 동안의 공기수분 중 HTO 평균농도는 HTO 용액의 증발속도, 상자 내부의 절대습도, 수분의 벽면 응결정도, 외부로의 HTO 누출량, 작물체의 HTO 홉수량 등에 따라 최고 3 배 정도의 차이를 나타내었다.
후속연구
- 위와 같은 콩잎에서의 TFWT 상대농도는 최 등[6, 10]이 비슷한 조건에서 조사한 벼 잎에서의 상대농도보다 훨씬 낮은 것이다. 따라서 본 실험에서 콩의 경우 피폭상자내 고온, 다습 조건으로 인하여 생리활동에 다소 지장이 있었던 것으로 추정되나 확실한 것은 보다 세밀한 보충실험이 있어야 밝혀질 수 있을 것이다.
- 본 연구결과는 원자력 시설로부터 HTO의 단기적 사고방출시 두류내 3H 농도 예측을 위한 모델 수립에 활용될 수 있고 현존하는 모델에 대해서는 검증을 위한 자료로도 이용될 수 있을 것으로 본다.
- 콩 지상부의 HTO 증기 흡수는 부위, 피폭시기 및 기상 조건에 따라 차이가 있었다. 피폭 직후 콩 잎내 TFWT 농도가 예상보다 훨씬 낮아 고온 및 다습 조건에 대한 콩 잎의 생리적 반응에 대한 보충연구의 필요성이 대두되었다.
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