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문제 정의
- 현재 중저준위 방사성 폐기물 처분장이 건설 중에 있고 고준위 폐기물 처분에 대해서도 사회적 논의가 시작되었으므로 위와 같은 방사성 요오드와 테크네튬의 토양-작물체 전이계수에 대한 환경특성 자료를 시급히 확보할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 경주 중저준위 방사성 폐기물 처분장(이하 방폐장) 주변 논토양에서의 방사성 요오드와 테크네튬의 토양-쌀알 전이계수를 조사하기 위하여 2 년에 걸쳐 벼의 방사성 추적자 흡수 실험을 수행하였다.
제안 방법
- 99Tc 농도는 한 흙상자의 쌀알에 대한 회분 시료를 두 개의 planchet에 200 mg씩 담고 증류수를 가하여 골고루 편 다음 적외선등 하에서 건고시키고 low-background alpha/beta counter (LB-5100, TENNELEC)를 이용한 전베타 계수법으로 각각 측정하여 평균을 취하였다. 여기서 99Tc 농도는 대조용 흙상자에서 생산된 쌀알의 회분 시료 200 mg에 대해 같은 방법으로 구한 베타선의 background 계수치를 뺀 순계수치로부터 산출하였다.
- 경주 방폐장 주변 논토양에 대하여 방사성 동위원소 추적자실험을 수행하고 방사성 요오드 및 테크네튬의 토양-쌀알 전이계수를 측정하였다. 토양 간 전이계수의 차이는 두 핵종 모두 토양의 유기물 및 점토 함량과 pH의 차이에 의한 것으로 설명되었다.
- 관개는 이식 후 130 일까지 계속되었고 이식 후 55 일부터 1 주 간 물을 빼 중간낙수를 실시하였다. 논에서 일어나는 관개수의 지하침투를 모사하기 위해서 매 주 상자 당 3.4 리터의 물을 배수공을 통하여 배수하였다. 이는 우리나라의 논에서 관개기간 동안 하루에 평균 5.
- 동위원소 간에는 방사능 붕괴 이외에는 물리·화학적 특성이 동일하므로 125I에 대한 실험 결과는 관심핵종인 129I에 대해서도 적용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 분석의 용이성 등을 고려하여 129I 대신에 125I 를 사용하였다.
- 매년 4 월에 삽과 중장비를 이용하여 지표로부터 20 cm 이내에서 논토양을 채취하여 실험온실로 운반한 다음 넓게 펼쳐서 자갈과 작물유체 등을 제거하고 1 주일 이상 자연 건조시켰다. 이렇게 채취, 운반한 토양으로부터 매년 논별로 2 kg 정도씩의 시료를 취하여 약 10 일 간 실내에 넓게 펴서 충분히 말린 다음에 pH, 유기물 함량, 점토 함량과 같은 토양의 특성을 조사하였다.
- 모내기 4 일 전, 완숙퇴비와 소석회를 상자 당 각각 90 g 및 10 g씩 살포한 다음 모종삽을 이용하여 표층토와 섞어 주었다. 모내기 하루 전에는 수도용 복합비료(N : P : K=21% :17% : 17%)를 상자당 3.
- 3 g씩 추비로서 더 공급되었다. 벼의 생육 중 필요에 따라 수 회에 걸쳐 살충제와 살균제를 작물체에 살포하였다. 벼의 출수는 모내기 후 79 일에 시작하였다.
- 이것은 아래에서도 마찬가지이다. 실험은 방사성 요오드의 경우 3 반복, 테크네튬의 경우 2 반복으로 수행되어 두 실험 모두 각 토양에 대한 대조용 흙상자 한 개씩을 포함, 도합 12 개씩의 흙상자가 소요되었다.
- 매년 4 월에 삽과 중장비를 이용하여 지표로부터 20 cm 이내에서 논토양을 채취하여 실험온실로 운반한 다음 넓게 펼쳐서 자갈과 작물유체 등을 제거하고 1 주일 이상 자연 건조시켰다. 이렇게 채취, 운반한 토양으로부터 매년 논별로 2 kg 정도씩의 시료를 취하여 약 10 일 간 실내에 넓게 펴서 충분히 말린 다음에 pH, 유기물 함량, 점토 함량과 같은 토양의 특성을 조사하였다.
- 이렇게 준비된 흙상자에 우리나라 장려품종인 주남벼의 모를 이식하였다. 이식일은 5 월 22 일이었고 재식밀도는 상자 당 16 개체로 네 곳에 각각 네 개체씩 모내기하였다.
- 벼는 실험온실 내에 배치된 철제 흙상자(가로 30 cm, 세로 30 cm, 높이 40 cm)에서 재배·육성되었다. 흙상자의 바닥에 4 cm 깊이로 쇄석을 깔고 그 위에 촘촘한 그물망을 놓은 다음 건조 토양을 상자 당 30.4 kg씩 담고 표면수의 깊이가 수 cm 정도 되게 관개하여 재배논을 모사하였다. 흙상자의 최하부에 배수공을 뚫고 수도꼭지를 부착하여 필요시 배수할 수 있도록 하였다.
- 4 kg씩 담고 표면수의 깊이가 수 cm 정도 되게 관개하여 재배논을 모사하였다. 흙상자의 최하부에 배수공을 뚫고 수도꼭지를 부착하여 필요시 배수할 수 있도록 하였다. 이렇게 준비된 흙상자에 우리나라 장려품종인 주남벼의 모를 이식하였다.
대상 데이터
- 방폐장 주변 반경 5 km 이내 지역을 대상으로 2 년에 걸쳐 실험 토양을 채취하였다. 2007 년에는 방사성 요오드 전이계수 실험을 위하여 세 곳(대본리, 구길리, 읍천리)의 논에서 토양을 채취하였고 2008 년에는 테크네튬 실험을 위해서 상기 세 곳에 상라리 한 곳의 논을 추가하여 채취하였다. 표 1과 그림 1은 토양을 채취한 논의 위치를 나타내고 있다.
- 방폐장 주변 반경 5 km 이내 지역을 대상으로 2 년에 걸쳐 실험 토양을 채취하였다. 2007 년에는 방사성 요오드 전이계수 실험을 위하여 세 곳(대본리, 구길리, 읍천리)의 논에서 토양을 채취하였고 2008 년에는 테크네튬 실험을 위해서 상기 세 곳에 상라리 한 곳의 논을 추가하여 채취하였다.
- 실험에 사용한 방사성 핵종은 방사성 요오드의 경우 125I였고 테크네튬의 경우 99Tc였다. 동위원소 간에는 방사능 붕괴 이외에는 물리·화학적 특성이 동일하므로 125I에 대한 실험 결과는 관심핵종인 129I에 대해서도 적용할 수 있다.
이론/모형
- 쌀알의 125I 농도는 한 흙상자에서 얻은 쌀알 시료 전부를 그대로 하나의 계측용기에 담아 HPGe detector (EG&G ORTEC)를 이용한 감마스펙트로메트리법으로 측정하였다.
성능/효과
- 이와 같이 용해된 요오드는 작물에 그대로 흡수될 수 있다. 따라서 본 연구에서 벼의 125I 흡수량은 비교적 많았을 것으로 추정되나 흡수된 125I의 쌀알로의 이동은 미미했던 것으로 보인다[24,25]. 그러나 본 실험에서 얻은 방사성 요오드의 쌀알 전이계수 값들은 IAEA[3]가 벼 이외의 곡류 종실에 대한 요오드의 전이계수 기대치로 제시한 6.
- 본 연구에서는 점토의 경우 위에서 설명한 대로 그 함량이 낮을수록 전이계수가 높았으나 유기물의 경우에는 위와는 달리 그 함량이 높을수록 전이계수가 높았다. 이에 대해서는 토양 간 유기물 함량의 차이는 최대 2 배 이내로 그리 크지 않아 약 3 배 정도의 차이를 보인 점토의 영향에 의해 유기물의 영향이 가려졌을 것으로 추정해 볼 수 있다.
- 이상으로 볼 때 본 연구에서의 쌀알에 대한 테크네튬의 전이계수는 Yanagisawa 등[31,32]의 조사 결과에 비해 대체로 수 배 높았다고 할 수 있겠다. 이러한 차이는 그들의 실험에서는 토양의 유기물 함량이 7.
- 6 kBq ml-1)과 400 g의 건조토양을 반구형 혼합기로 5 분 간 잘 섞어 전혼합토(pre-mix)를 제조한 다음 V 형 토양혼합기를 이용하여 흙상자의 상부 약 20 cm에 해당하는 건조토양(20 kg)과 전혼합토를 10 분 간 섞었다. 일차로 혼합된 20.4 kg의 흙으로부터 70 g씩 세 개의 시료를 채취하여 조사한 혼합 불균일도(125I 감마선 계수치의 평균에 대한 표준편차의 백분율)는 2.9 %에 불과하여 고르게 혼합되었음을 보여 주었다. 위와 같이 조제한 20.
- 따라서 표 5와 같은 현미에 대한 값을 평가모델에서 사용코자 할 때에는 현미-백미 가공계수(processing factor)를 도입하여 도정에 따른 농도의 감소를 고려해 주어야 한다. 현미-백미 가공계수로는 국내 특성치가 생산될 때까지 다소 보수적으로 방사성 요오드에 대해서는 0.5, 테크네튬에 대해서는 0.8 정도를 사용하는 것이 적절할 것으로 판단된다.
후속연구
- 여기서 유의해야 할 점은 본 자료는 소수의 토양에 대한 한 번의 실험으로부터 도출된 것이 므로 해당 부지에 대해서도 대표성이 충분하다고 보기 어렵다. 따라서 앞으로 경주 부지는 물론 차후 결정될 고준위 폐기물 처분장 부지 주변에 대해서도 조사가 많이 수행될 필요가 있다.
- 이 값들은 현미에 대한 것이므로 백미에 대해서는 도정에 따른 농도 감소를 고려해야 한다. 위의 제안은 소수의 토양에 대한 일회의 조사 결과에 입각한 것이므로 차후 보다 대표성이 높은 값을 얻기 위하여 지속적으로 노력할 필요가 있다. 특히 고준위 폐기물 처분장 부지가 정해지면 우선적으로 연구가 수행되어야 할 것으로 본다.
- 제안된 대표치는 경주 방폐장 주변 논토양에 대한 실험 결과에 입각한 것이나 우리나라의 다른 지역에 대해서도 위와 같은 해외의 자료들보다는 적용성이 더 높을 것으로 판단된다. 따라서 현재로선 방폐장 주변은 물론 다른 지역에 대해서도 보다 나은 대안이 생길 때까지는 본 연구 결과를 적용하는 것이 최선이라고 본다.
- 위의 제안은 소수의 토양에 대한 일회의 조사 결과에 입각한 것이므로 차후 보다 대표성이 높은 값을 얻기 위하여 지속적으로 노력할 필요가 있다. 특히 고준위 폐기물 처분장 부지가 정해지면 우선적으로 연구가 수행되어야 할 것으로 본다.
- 한편, 본 연구에서 전이계수는 작물의 수확시가 아니라 작물을 재배하기 이전인 토양과 핵종의 혼합시 토양 내 핵종 농도를 기준으로 산출한 것이므로 상기의 대표치들도 벼의 모내기 전에 논갈이에 따른 토양과 핵종의 혼합시 농도(단, 수확일 기준으로 붕괴 보정한 것)에 적용해야 할 것이다. 이것은 특히 토양 내에서 이동성이 높아 작물 재배 기간 중 하부로의 이동이 심한 핵종일 경우 중요한 일이다.
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