원전에서는 많은 종류의 방사성물질이 생성되어 일부는 환경으로 방사성유출물로서 배출되고 있다. 이러한 방사성유출물 중에서 탄소 동위원소인 Carbon-14는 자연에서 이미 높은 준위의 백그라운드를 형성하고 있기 때문에, 원전에서 Carbon-14가 배출되더라도 환경이나 일반인의 피폭방사선량에 미치는 영향이 미미하여 과거에는 배출감시와 환경감시를 수행하지 않았다. 그런데, 핵연료 제조기술 발달과 운전방법 개선으로 핵연료로부터 불활성기체와 입자방사성물질의 방출이 계속 감소하고 있다. 또한 방사선계측기술의 향상에 따라 삼중수소와 Carbon-14 같은 저준위 베타방사능 핵종의 검출준위가 낮아져, 이들 핵종이 일반인 선량평가에서 미치는 비율이 상대적으로 높아지고 있다. 본 논문은 원자력시설에서 발생하는 Carbon-14에 대해 미국의 기술보고서와 논문 등을 검토하여 배출관리와 환경 영향평가에 대한 방사선감시의 기술적 배경을 조사하였다. 이를 바탕으로 Carbon-14 방사성핵종의 배출감시 방안에 대한 타당성을 제시하고자 하였다.
원전에서는 많은 종류의 방사성물질이 생성되어 일부는 환경으로 방사성유출물로서 배출되고 있다. 이러한 방사성유출물 중에서 탄소 동위원소인 Carbon-14는 자연에서 이미 높은 준위의 백그라운드를 형성하고 있기 때문에, 원전에서 Carbon-14가 배출되더라도 환경이나 일반인의 피폭방사선량에 미치는 영향이 미미하여 과거에는 배출감시와 환경감시를 수행하지 않았다. 그런데, 핵연료 제조기술 발달과 운전방법 개선으로 핵연료로부터 불활성기체와 입자방사성물질의 방출이 계속 감소하고 있다. 또한 방사선계측기술의 향상에 따라 삼중수소와 Carbon-14 같은 저준위 베타방사능 핵종의 검출준위가 낮아져, 이들 핵종이 일반인 선량평가에서 미치는 비율이 상대적으로 높아지고 있다. 본 논문은 원자력시설에서 발생하는 Carbon-14에 대해 미국의 기술보고서와 논문 등을 검토하여 배출관리와 환경 영향평가에 대한 방사선감시의 기술적 배경을 조사하였다. 이를 바탕으로 Carbon-14 방사성핵종의 배출감시 방안에 대한 타당성을 제시하고자 하였다.
effluents to the environment. The activity of carbon-14, one of the radioactive effluents, in the environment is already high level and its effect on radiation exposure to the public and the environment is insignificant; thus, NPPs did not perform the carbon-14 monitoring in effluents in the past. B...
effluents to the environment. The activity of carbon-14, one of the radioactive effluents, in the environment is already high level and its effect on radiation exposure to the public and the environment is insignificant; thus, NPPs did not perform the carbon-14 monitoring in effluents in the past. By the way, effluents of noble gas and particulate radioactive materials originated from nuclear fuels has been continuously reduced due to both the advancement of manufacturing and integrity technology for nuclear fuels and the improvement of operation methods of NPPs. Futhermore, the portion of dose assessment by tritium and carbon-14 to the public has been relatively increased because the lower limit of detection for low-energy beta sources, such as tritium and carbon-14, is low due to the advancement of radiation detection technology. In this paper, the technical background for carbon-14 monitoring in nuclear facilities was investigated using United States technical reports and papers. This paper also reviews whether carbon-14 monitoring is necessary or not based on the investigated documents.
effluents to the environment. The activity of carbon-14, one of the radioactive effluents, in the environment is already high level and its effect on radiation exposure to the public and the environment is insignificant; thus, NPPs did not perform the carbon-14 monitoring in effluents in the past. By the way, effluents of noble gas and particulate radioactive materials originated from nuclear fuels has been continuously reduced due to both the advancement of manufacturing and integrity technology for nuclear fuels and the improvement of operation methods of NPPs. Futhermore, the portion of dose assessment by tritium and carbon-14 to the public has been relatively increased because the lower limit of detection for low-energy beta sources, such as tritium and carbon-14, is low due to the advancement of radiation detection technology. In this paper, the technical background for carbon-14 monitoring in nuclear facilities was investigated using United States technical reports and papers. This paper also reviews whether carbon-14 monitoring is necessary or not based on the investigated documents.
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문제 정의
원전의 방사성유출물 감시와 원전 주민 선량평가에서 삼중수소와 Carbon-14 핵종은 해를 거듭할수록 그 중요성이 부각되고 있다. 따라서 본 논문은 원자력시설에서 발생하는 Carbon-14에 대해 외국의 기술 보고서와 논문을 검토하여 원전의 방사성유출물에 대한 배출관리와 환경영향평가에 대한 방사선감시의 기술적 배경을 조사하였다. 이를 바탕으로 원전의 방사성유출물 중의 하나인 Carbon-14 배출감시의 타당성을 제시하고자 하였다.
따라서 본 논문은 원자력시설에서 발생하는 Carbon-14에 대해 외국의 기술 보고서와 논문을 검토하여 원전의 방사성유출물에 대한 배출관리와 환경영향평가에 대한 방사선감시의 기술적 배경을 조사하였다. 이를 바탕으로 원전의 방사성유출물 중의 하나인 Carbon-14 배출감시의 타당성을 제시하고자 하였다.
제안 방법
미국 EPA 보고서는 우라늄연료주기시설(Uranium Fuel Cycle Facilities)의 정상운전으로 발생하는 Carbon-14에 의한 건강영향을 우주선과 핵실험에 의해 발생하는 Carbon-14에 의한 건강영향과 비교하여 평가하였고, 이를 근거로 규제가 필요하지 않다는 기술적 근거를 제시하고 있다[7]. 즉, Carbon-14는 가압경수로 연료주기시설 (LWR fuel cycle facility)에서 25 Ci(GWy)-1, 가압경수로 연료재처리시설(LWR fuel reprocessing facility)에서 830 Ciy-1 (18.4 Ci(GWy)-1), PWR 원전에서5 Ci(GWy)-1, BWR 원전에서 10 Ci(GWy)-1 정도 발생하는 것으로 평가하였다. 한편 이들 시설에서 발생하는 Carbon-14 화학형으로 가압경수로 연료재처리시설과 BWR 원전은 이산화 탄소, PWR 원전은 탄화수소가 주 화학형이라고 밝히고 있다.
이외에 중저준위 및 고준위 방사성폐기물처분장에서도 Carbon-14 장반감기 베타방출 방사성핵종에 의한 방사선 학적 건강영향을 고려하여 감시를 수행하고 있다[14]. 특히 고준위 페기물처분장(High-level waste disposal site) 에서 Carbon-14 선량을 평가하였다. 그 결과 감시기간 (약 10,000년 고려) Carbon-14 방출로 지구상 인간이 받는 집단선량은 상당하나(An appreciable global popula-tion dose, 14 million person-rem), 개인선량은 매우 낮은 것으로 (0.
대상 데이터
Carbon-14의 감시에 대해 영국의 환경청(Environmental Agency)에서는 Carbon-14 방사성유출물에 대한 배출한계를 설정하여 운영 중에 있다. 여기에서는 국제방사선방호위원회(International Commission on Radiological Protection: ICRP)의 ICRP-60 방사선방호 원칙에 따라 섭취경로와 결정그룹(Critical group)을 대상으로 설정하였다. 표 3에 Carbon-14의 배출한계 설정 내용을 제시하였다[19].
성능/효과
특히 고준위 페기물처분장(High-level waste disposal site) 에서 Carbon-14 선량을 평가하였다. 그 결과 감시기간 (약 10,000년 고려) Carbon-14 방출로 지구상 인간이 받는 집단선량은 상당하나(An appreciable global popula-tion dose, 14 million person-rem), 개인선량은 매우 낮은 것으로 (0.0001 mSv or 0.01 mrem) 평가하고 있다.
그 결과 총 방출량은 9.6 Ciy-1 이었고, 주요 방출경로는 기체 감쇄계통(Gas decay system)과 원자로 및 보조건물 배기 계통(Containment & Auxiliary building ventilation system)이라고 밝히고 있다.
이 결과에 따르면 1000 MWe급 가압경수로형(Prsssurized Water Reactor: PWR) 원전에서 연간 5-7 Ciy-1, 동급의 비등경수로형(Boiling Water Reactor: BWR) 원전에서는 10 Ciy –1 정도의 Carbon-14가 생성되어 방출된다고 평가하였고, 이 값을 근거로 Carbon-14의 감시를 수행하였다.
미국에서 1970-80년대 Carbon-14의 방사선학적 위해를 인지하고 US EPA와 US NRC에서 Carbon-14 감시의 필요성이 제기되었으나, 피폭방사선량 평가결과 규제를 요구할 수준이 아닌 것으로 나타났다. 이 결과에 의하면 BWR 원전에서 Carbon-14 배출로 인해 원전주민이 받을수 있는 최대 개인선량(Maximum individual dose)은 0.0086 mSvy-1 (0.86mremy-1)라고 평가하였다. 당시 이러한 평가결과를 반영하여 1970년대 Regulatory guide 1.
이에 따라 당시 미국의 대부분 원전에서 Carbon-14를 방사성유출물로서 감시하지 않았으며, 방출과 주민선량 평가를 연계시키지 않았다. 일부 원전에서는 1980년대 Carbon-14 측정결과를 기반으로 주민선량 평가에 연계하고 있음을 확인하였다.
주민선량평가에서는 기본지침으로 Regulatory guide 1.21 및 1.109를 이용하였으며, 대기확 산계수는 8.96×10-7 sm-3 을 사용하고, 전체 방출량(9.6 Ci) 중 과거 측정결과를 반영한 이산화탄소의 비율 26% 인 2.5 Ci를 주민선량 계산코드에 입력하였고(Default value), 그 결과 Carbon-14 섭취로 인한 원전주민 최대 개인선량(Maximum individual dose)은 0.0025 mSv (0.25 mrem)라고 결론을 내리고 있다‡ .
이러한 Carbon-14의 자발적인 감시에 대해 당시 미국의 원자력규제기관은 자연에 이미 높게 존재하고 있는 높은 준위의 백그라운드 Carbon-14로 인해 원전에서 배출되는 Carbon-14의 방사선학적 위해도가 낮을 것이라는 입장을 견지하고 있었다[5]. 즉, 원전에서 방출되는 양은 연간 10 Ci 미만으로 미미하고, 특히 자연에는 우주선과 핵실험 과정에서 생성된 Carbon-14의 준위가 매우 높아서 이로 인한 피폭방사선량은 무시할 수준이라는 결론을 내리고 있었다[1,5]. 이에 비해 환경보호국(Environmental Protection Agency: EPA)에서 초창기 Carbon-14의 감시 필요성을 제기하였으나, 환경에서의 측정과 다양한 평가를 통해 감시의 실효성이 부족하다는데 공감하고 있었다.
후속연구
따라서 국내 원전에서의 Carbon-14 감시방안의 결정에 미국 원전의 감시기술 동향을 면밀히 추적하여 반영할 필요가 있다고 판단된다. 또한 미국 이외의 국가에서의 Carbon-14의 감시동향과 국제원자력기 구(International Atomic Energy Agency: IAEA)의 Carbon-14 감시기술 동향에 대해서도 조사와 분석이 필요하다고 본다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Carbon-14는 어디에서 생성되는가?
원전에서 배출되는 방사성유출물 중에서 탄소의 동위 원소인 Carbon-14는 우주선에 의해 다량 생성되기 때문에 환경에서 Carbon-14의 농도가 높게 유지되고 있다. 또한 1950-1960년대 핵실험에 의해 추가적으로 Carbon-14가 많이 생성되었고, 결과적으로 이 핵종이 환경에서 백그라운드를 더욱 높게 형성하는 계기가 되었다 [1].
원전의 가동 초창기에 누설됬던것은?
원자력시설에서는 많은 종류의 방사성유출물이 생성되 고, 일부는 환경으로 배출되고 있다. 특히 원전의 가동 초창기에는 핵연료 제조기술, 원전 운전 및 보수기술의 미숙으로 핵연료에서 생성된 불활성기체와 입자 방사성핵 종이 계통내로 누설되고, 이들 방사성핵종의 일부분은 방사성유출물로서 환경으로 배출되었다. 이에 따라 원전주 민에 대한 피폭방사선량에서 핵연료로부터 누설된 불활성가스와 입자방사성물질에 의한 원전 주민선량의 기여가 높게 나타났다 *.
저준위 베타방사선 방출 핵종의 중요성이 높아지게 된 배경은?
따라서 원자력시설에서 Carbon-14가 배출되더라도 환경이나 일반인의 피폭방사선량에 미치는 영향이 미미 하였고, 이에 따라 과거에는 Carbon-14에 대한 배출감시와 환경감시의 필요성이 낮았다. 그런데, 핵연료 제조기 술의 발달로 연소 후 방사성물질을 핵연료 내에 밀봉하는 기술이 향상되었고, 원전의 운전과 보수방법의 개선으로 계통에서 환경으로 배출되는 불활성기체나 입자 방사성 물질의 방출을 획기적으로 줄일 수 있게 되었다. 이에 따라 핵연료의 결함과 상관없이 일정하게 배출되는 삼중수 소나 Carbon-14와 같은 저준위 베타방사선 방출 핵종의 중요성은 상대적으로 높아지게 되었다 * .
참고문헌 (23)
National Council on Radiation Protection and Measurements. Carbon-14 in the Environment. NCRP Report No. 81. 1985
한국수력원자력(주). 방사선관리연보. 2008
한국수력원자력(주). 원자력발전소 주변 환경방사능조사 및 평가보고서. 2008
United States Nuclear Regulatory Commission. Calculation of Releases of Radioactive Materials in Gaseous and Liquid Effluents from Pressurized Water Reactors. US NRC. NUREG-0017. 1976
Oak Ridge national Laboratory. Cabon-14 Production in Nuclear Reactors. ORNL/NUREG/TM-12. 1977
United States Environmental Protection Agency. Public Health Consideration of Carbon-14 Discharges from the Light-Water Cooled Nuclear Power Reactor Industry. US EPA. ORP/TAD-76-3. 1976
United States Environmental Protection Agency. Health Impact Assessment of Carbon-14 Emissions from Normal Operations of Uranium Fuel Cycle Facilities. EPA-520/5-80-004. 1981
United States Nuclear Regulatory Commission. Measuring, Evaluating, and Reporting Radioactivity in Solid Wastes and Releases of Radioactive Materials in Liquid and Gaseous Effluents from Light-Water-Cooled Nuclear Power Plants. US NRC. Regulatory Guide 1.21. 1974
Killough GG, Rohwer PS. A New Look at the Dosimetry of C-14 Released to the Atmosphere as Carbon Dioxide. Health Physics 1978;34:141-159
Indian Point Nuclear Power Plants Unit 3. Offsite Dose Calculation Manual and Annual Radiological Environmental Operating Report. 2001
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Sejkora K. Carbon-14 Monitoring in the United States. Proceeding of the 10th Annual RETS-REMP Workshop. 2001
United States Environmental Protection Agency. Review of the Release of Carbon-14 in Gaseous Form from High-Level Waste Disposal. US EPA. EPA-SAB-RAC-93-010. 1993
United States Nuclear Regulatory Commission. Calculation of Annual Doses to Man from Routine Releases of Reactor Effluents for the the Purpose of Evaluating Compliance with 10 CFR Part 50. US NRC. Regulatory Guide 1.109. Appendix I. 1977
United States Nuclear Regulatory Commission. Measuring, Evaluating, and Reporting Radioactivity in Solid Wastes and Releases of Radioactive Materials in Liquid and Gaseous Effluents from Light-Water-Cooled Nuclear Power Plants. US RC. DG-1186 for Regulatory Guide 1.21. 2008
United States Nuclear Regulatory Commission. Measuring, Evaluating, and Reporting Radioactivity in Solid Wastes and Releases of Radioactive Materials in Liquid and Gaseous Effluents from Light-Water-Cooled Nuclear Power Plants. USNRC. Regulatory Guide 1.21. 2009
International Atomic Energy Agency. Generic Models for Use in Assessing the Impact of Discharges of Radioactive Substances to the Environment. IAEA. Safety Series No. 19. 2001
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Canadian Standards Association. Guidelines for Calculating Derived Release Limits for Radioactive Material in Airborne and Liquid Effluents for Normal Operation of Nuclear Facilities. CAN/CSAN288.1-M87. 1987
Advisory Committee on Radiological Protection of Canada. Report of a Working Group of the ACRP - The Management of Carbon-14 in Canadian Nuclear Facilities. ACRP-14. 1995
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