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문제 정의
- 79 km이다(양정석 외, 2008). 본 연구는 금강유역 지하수와 토양의 환경오염 특성평가 사업 중 한 부분으로, 금강유역에 분포되어 있는 기반암이 다른 토양게서의 자연방사능 특성을 조사하기 위하여 수행하였다. 먼저, 금강유역 주요기반암 7 지역 에서 총 41지점(기반암 지역 당 5-6 토양)의 토양을 채취 하여 우라늄계열의 226Ra, 토륨계열의 228Ac, 그리고 40K를 대상으로 자연방사능 특성을 조사하였다.
제안 방법
- 채취한 토양시료는 polyethylene 시료 병에 넣고 밀봉 하여 24시간 내에 실험실로 운반하여, 전기오븐에서 105℃로 유지시키면서 24시간 건조시킨 후 4분법으로 나누고 이를 다시 시료 혼합장치인 eight branched sampler 를 이용하여 균질하게 혼합하여 자연방사능 이외에 화학 조성 및 물리적 특성 측정실험에도 사용하였다. 226Ra, 228Ac 그리고 40k의 방시능은 측정용기(Marinelli beaker, 450 mL)에 토양시료를 넣고 밀봉하여 226Ra의 자핵종인 222Rn가스의 누출을 방지하고, 3주간 방사평형에 도달시켜 HPGe 감마선 검줄기(relative efficiency: 30%, lwhm: 1.9 keV at 1.333 MeV, CANBERRA, U. S. A.)를 이용하여 각 핵종의 방사능을 측정하였다. HPGe 검출기의 측 정효율은 시료와 동일한 형태의 측정용기에 담겨진 표준 물질(RM-205-05-MIXB, 한국표준과학연구원)을 이용하여 산줄하였다.
- HPGe 검출기의 측 정효율은 시료와 동일한 형태의 측정용기에 담겨진 표준 물질(RM-205-05-MIXB, 한국표준과학연구원)을 이용하여 산줄하였다. Rvhme 4 였으며, 토륨계열은 232Th의 자핵종인 228Ac의 방사능을 그리고 40K는 직접 40K를 측정하였다. 지질물질 중 자연 방사능 측정에 사용되는 용기는 플라스틱으로 제작한 450mL 혹은 l,000mL 용량의 Marinelli beaker를 세계적으로 사용하고 있으나, 226Ra의 측정에서 중간 자핵종인 222Rn의 누출을 억제하기 위하여 본 실험에서는 알루미늄 으로 특수 제작한 측정용기를 사용하였다(이길용 외, 2000).
- 금강유역에 분포되어 있는 대표적인 기반암지역 7곳에서 총 41지점 토양에 함유되어 있는 우라늄계열의 226Ra, 토륨계열의 228Ac, 그리고 비계열 자연방사성핵종인 4<)K의 자연방사능 특성을 분석하였다. 각 핵종의 비방사능(SA) 값으로 기반암 특성을 분석한 결과, 226Ra의 SA 값은 41개 전체 토양의 경우 26.
- 본 연구는 금강유역 지하수와 토양의 환경오염 특성평가 사업 중 한 부분으로, 금강유역에 분포되어 있는 기반암이 다른 토양게서의 자연방사능 특성을 조사하기 위하여 수행하였다. 먼저, 금강유역 주요기반암 7 지역 에서 총 41지점(기반암 지역 당 5-6 토양)의 토양을 채취 하여 우라늄계열의 226Ra, 토륨계열의 228Ac, 그리고 40K를 대상으로 자연방사능 특성을 조사하였다. 이들 세 핵종은 모두 감마선을 방출하는 자연방사성 핵종으로서 HPGe 감마선 검출시스템을 이용하여 각 토양에서 각 핵종의 비방 사능(specific activity: SA)을 즉정하고, 각 핵종의 비방사능(SA ratio: SAR)를 산출하여 금강유역 토양의 자연방 사능 특성을 분석하였다.
- 먼저, 금강유역 주요기반암 7 지역 에서 총 41지점(기반암 지역 당 5-6 토양)의 토양을 채취 하여 우라늄계열의 226Ra, 토륨계열의 228Ac, 그리고 40K를 대상으로 자연방사능 특성을 조사하였다. 이들 세 핵종은 모두 감마선을 방출하는 자연방사성 핵종으로서 HPGe 감마선 검출시스템을 이용하여 각 토양에서 각 핵종의 비방 사능(specific activity: SA)을 즉정하고, 각 핵종의 비방사능(SA ratio: SAR)를 산출하여 금강유역 토양의 자연방 사능 특성을 분석하였다.
- 지역별로 10 m 반경의 구간에서 채취의 편리성과 토양 상태 등을 고려하여 토양오염공정시험법에 따라서 5-6개의 토양시료 채취지점을 결정하였다. 낙엽이나 뿌리와 같은 이물질이 있을 경우 이들을 제거히고 표층토양을 체질 하여 2mm미만의 토양입자를 현장에서 채취 하였다.
- 채취한 토양시료는 polyethylene 시료 병에 넣고 밀봉 하여 24시간 내에 실험실로 운반하여, 전기오븐에서 105℃로 유지시키면서 24시간 건조시킨 후 4분법으로 나누고 이를 다시 시료 혼합장치인 eight branched sampler 를 이용하여 균질하게 혼합하여 자연방사능 이외에 화학 조성 및 물리적 특성 측정실험에도 사용하였다. 226Ra, 228Ac 그리고 40k의 방시능은 측정용기(Marinelli beaker, 450 mL)에 토양시료를 넣고 밀봉하여 226Ra의 자핵종인 222Rn가스의 누출을 방지하고, 3주간 방사평형에 도달시켜 HPGe 감마선 검줄기(relative efficiency: 30%, lwhm: 1.
대상 데이터
- )를 이용하여 각 핵종의 방사능을 측정하였다. HPGe 검출기의 측 정효율은 시료와 동일한 형태의 측정용기에 담겨진 표준 물질(RM-205-05-MIXB, 한국표준과학연구원)을 이용하여 산줄하였다. Rvhme 4 였으며, 토륨계열은 232Th의 자핵종인 228Ac의 방사능을 그리고 40K는 직접 40K를 측정하였다.
- 지역별로 10 m 반경의 구간에서 채취의 편리성과 토양 상태 등을 고려하여 토양오염공정시험법에 따라서 5-6개의 토양시료 채취지점을 결정하였다. 낙엽이나 뿌리와 같은 이물질이 있을 경우 이들을 제거히고 표층토양을 체질 하여 2mm미만의 토양입자를 현장에서 채취 하였다.
- 본 연구에서 실험에 사용한 토양시료의 채취지점은 Table 1과 Fig. 1에서 볼 수 있으며, 토양 채취지점의 정확한 위치와 주변의 지질특성을 알 수 있다. 7개 지역의 토양시료채취지점의 행정구역 및 지질특성은, 1) 청양군 목면의 선캠브리아기 편마암 지역 (CHM), 2) 공주군 옥룡 동의 선캠브리아기 편암 지역(GOR), 3) 금산군 복수면 목소리의 캠브리아기 석회암 지역(KBM), 4) 금산군 복수 면 수영리의 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS), 5) 부여 군 은산면의 쥬라기 퇴적암 지역(BES), 6) 공주군 반포면 의 쥬라기 화강암 지역(GBP), 7) 무주 인터체인지 부근의 백악기 퇴적암 지역(MIC)이다.
- Rvhme 4 였으며, 토륨계열은 232Th의 자핵종인 228Ac의 방사능을 그리고 40K는 직접 40K를 측정하였다. 지질물질 중 자연 방사능 측정에 사용되는 용기는 플라스틱으로 제작한 450mL 혹은 l,000mL 용량의 Marinelli beaker를 세계적으로 사용하고 있으나, 226Ra의 측정에서 중간 자핵종인 222Rn의 누출을 억제하기 위하여 본 실험에서는 알루미늄 으로 특수 제작한 측정용기를 사용하였다(이길용 외, 2000). 또한 저준위 환경방사능의 측정정확도 문제를 해 결하기 위하여 측정기간 동안 질소가스를 측정함 내부로 흘려주어 양갑상태를 유지하여, 공기 중 혹은 측정함에 존재하는 222Rn에 의하여 매우 큰 변화를 보이는 바탕방사 능(back ground radioactivity)을 안정화시켰다(서범경 외, 2001).
- 또한 저준위 환경방사능의 측정정확도 문제를 해 결하기 위하여 측정기간 동안 질소가스를 측정함 내부로 흘려주어 양갑상태를 유지하여, 공기 중 혹은 측정함에 존재하는 222Rn에 의하여 매우 큰 변화를 보이는 바탕방사 능(back ground radioactivity)을 안정화시켰다(서범경 외, 2001). 측정결과의 신뢰도 확보를 위하여 미국 표준국 (National Institute of Standard and Technology: NIST) 에서 개발한 SRM 4353 토양을 이용하였다
성능/효과
- 2) Bq/kg 범위로 토양에 따라서 매우 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 226Ra의 평균 SA 값은 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS)의 178 ±154 Bq/kg으로 가장 높았고, 그 다음 은 쥬라기 화강암 지역 (GBP) (64.2 ±22.3), 쥬라기 퇴적 암 지역(BES) (62.7 ± 36.9), 캠브리 아기 석회암지역 (KBM) (60.9± 11.5), 선캠브리기의 편마암지역(CHM) (58.9 ± 17.5)이었으며, 가장 낮은 지역은 선캠브리아기 편 암 지역 (GOR)과 백악기 퇴적암(MIC) 지역으로 각각 47.3 ± 8.4, 42.5 ± 9.0 Bq/kgAS 나타났다. 특히 KBS 지역 한 지점의 토양에서 226Ra의 비방사능이 485 Bq/kg으 로 100 Bq/kg 미만의 다른 지점에 비해 매우 높았다.
- 특히 KBS 지역 한 지점의 토양에서 226Ra의 비방사능이 485 Bq/kg으 로 100 Bq/kg 미만의 다른 지점에 비해 매우 높았다. 228Ac 방사능은 30.9-157(평균 90.7 ± 32.7) Bq/kg 범위로 상대 표준편차가 약 35%로 나타났으며 226Ra의 평균 SA 값이 가장 높은 KBS 지역에서 126±30 Bq/kg으로 가장 높고 226Ra의 평균 SA 값이 가장 낮은 MIC 지역 토양에서 58.5 ± 10.1 Bq/Kg으로 가장 낮게 측정되어 226Ra의 SA와 228Ac의 SA 값의 정의 관계가 있음을 알 수 있으나, 다른 5개 지역 토양의 경우 측정 오차범위에서 서로 유사한 값을 가지기 때문에 정량적 관계를 입증하기는 곤란하였다. 40K의 경우는 장석, 운모류에서 대부분 기인하므로 점 토류가 많은 부분은 높고 석회암은 매우 낮아 기반암에 영향을 크게 받으나, 전체토양의 평균 SA 값이 639-1560 (평균 990±203) Bq/kg 범위이고 상대표준편차가 11% 정도로 226Ra과 228Ac의 상대표준편차 97%와 36%에 비해서는 오히려 영향을 덜 받는 것으로 나타났다.
- 특히 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS) 한 지점의 토양게서 226Ra의비방사능이 485 Bq/kg으로 100 Bq/kg 미만의 대부분의 다른 지점에 비해 매우 높게 나타났으며, 추후 정밀 조사가 수행 되어야 할 것으로 보인다. 228Ac의 SA 값은 전체 토양에서 30.9-157(90.7132.7) Bq/kg 범위로 나타났으며 KBS 지역에서 가장 높고 M1C 지역에서 가장 낮음을 알 수 있었다. 40K의 경우는 전체토양의 평균 SA 값이 639-1560(990±203) Bq/kg 범위로 토양에 따른 차이는 세 핵종 중 제일 낮게 나타났다.
- 1 Bq/Kg으로 가장 낮게 측정되어 226Ra의 SA와 228Ac의 SA 값의 정의 관계가 있음을 알 수 있으나, 다른 5개 지역 토양의 경우 측정 오차범위에서 서로 유사한 값을 가지기 때문에 정량적 관계를 입증하기는 곤란하였다. 40K의 경우는 장석, 운모류에서 대부분 기인하므로 점 토류가 많은 부분은 높고 석회암은 매우 낮아 기반암에 영향을 크게 받으나, 전체토양의 평균 SA 값이 639-1560 (평균 990±203) Bq/kg 범위이고 상대표준편차가 11% 정도로 226Ra과 228Ac의 상대표준편차 97%와 36%에 비해서는 오히려 영향을 덜 받는 것으로 나타났다. Fig.
- 0373)을 나타내었다. SA 값에서와 마찬가지로 226Ra의 범위가 매우 넓기 때문에 이를 포함하는 226Ra/228Ac, 226Ra/40K SAR의 상 대표준오차는 100% 이상의 큰 값을 가지고 있어 기반암 에 따른 특성차이가 매우 큼을 알 수 있으며, 반면에 228AC/40K는 약 30%의 상대표준오차를 보여 기반암에 대한 영향이 비교적 적음을 알 수 있다. Fig.
- 각 핵종 간의 비방사능 비 (SAR) 값을 분석한 결과226Ra/228Ac 0.343-6.11 (0.865 ±0.882), 226Ra/40K는 0.0258-0.759(0.0814 ±0.1120), 그리고 228Ac/40te 0.0383-0.178 (0.0945 ±0.0373)이었다. 앞의 SA 특성에서와 같이 KBS 지역의 226Ra/228Ac와 226Ra/40K값이 다른 지역보다 높게 나타났으며 이지역의 높은 우라늄 농도에 기인하는 것으로 보인다.
- 특성을 분석하였다. 각 핵종의 비방사능(SA) 값으로 기반암 특성을 분석한 결과, 226Ra의 SA 값은 41개 전체 토양의 경우 26.7-485(74.2 ± 72.2) Bq/kg 범위로 토양에 따라서 매우 큰 차이가 있음을 알 수 있다. 226Ra의 평균 SA 값은 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS) > 쥬라기 화강암 지역(GBP)> 쥬라기 퇴적암 지역(BES) >캠브리아기 석회암 지역(KBM)> 선캠브리아기의 편마암 지역(CHM)> 선캠브리아기의 편암 지역(GOR)> 백악기 퇴적암 지역(MIC)의 순으로 나타났다.
- SAR(specific activity ratio, dimensionless) 값은 세 핵종의 상호 관련성과 기반암 및 토양의 따른 특성을 보 여주는 것으로 226Ra/228Ac, 226Ra/228Ac와 226Ra/228Ac값을 각 토양채취지점에 대하여 산출하였으 며 41개 토양의 전체 평균값과 범위 그리고 7개 기반암지역 각각의 범위와 평균값을 Table 4에 나타내었다. 전체 토양에 대한 SAR 값을 보면, 226Ra/228Ac 0.343-6.11(평균 0.865 ±0.882), 226Ra/228Ac는 0.0258-0.759(평균 0.0814 ± 0.1120), 그리고 228Ac/40kt 0.0383-0.178(평균 0.0945 ± 0.0373)을 나타내었다. SA 값에서와 마찬가지로 226Ra의 범위가 매우 넓기 때문에 이를 포함하는 226Ra/228Ac, 226Ra/40K SAR의 상 대표준오차는 100% 이상의 큰 값을 가지고 있어 기반암 에 따른 특성차이가 매우 큼을 알 수 있으며, 반면에 228AC/40K는 약 30%의 상대표준오차를 보여 기반암에 대한 영향이 비교적 적음을 알 수 있다.
- 2는 41개 전체토양과 226Ra과 228Ac의 상관성이 관찰된 BES, MIC 지역 토양시료의 핵종 간 관련성을 보기위해 228AC를 기준으로 226Ra, 40K의 관계를 나타낸 것이다. 전체 토양의 228Ac에 대한 226Ra, wk의 회귀분석결과 226Ra은 r2= 0.023, 40K는 r2= 0.00093으로 관련성이 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나 BES지역의 경우 226Rae r2= 0.
- 앞의 SA 특성에서와 같이 KBS 지역의 226Ra/228Ac와 226Ra/40K값이 다른 지역보다 높게 나타났으며 이지역의 높은 우라늄 농도에 기인하는 것으로 보인다. 전체적으로 볼 때 SA 값의 차이보다는 적지만, 기반암지역별로 다소 차이가 관찰 되었으나 228Ac/40K 의 경우는 토양에 따른 차이가 거의 구별하기 힘들 정도로 낮아 기반암이나 토양의 특성은 거의 없는 것으로 나타났다.
후속연구
- 226Ra의 평균 SA 값은 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS) > 쥬라기 화강암 지역(GBP)> 쥬라기 퇴적암 지역(BES) >캠브리아기 석회암 지역(KBM)> 선캠브리아기의 편마암 지역(CHM)> 선캠브리아기의 편암 지역(GOR)> 백악기 퇴적암 지역(MIC)의 순으로 나타났다. 특히 캠브리아기 변성퇴적암 지역(KBS) 한 지점의 토양게서 226Ra의비방사능이 485 Bq/kg으로 100 Bq/kg 미만의 대부분의 다른 지점에 비해 매우 높게 나타났으며, 추후 정밀 조사가 수행 되어야 할 것으로 보인다. 228Ac의 SA 값은 전체 토양에서 30.
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