우리나라 주요 밭작물(콩, 무, 배추)에 대한 $^{99}Tc$의 토양-작물체 전이계수(TF)를 조사하기 위하여 온실 내에서 포트실험을 수행하였다. 토양은 경주 방폐장 주변 네 곳(콩 두 곳, 무 및 배추 두 곳)의 밭에서 채취하였다. 파종 3-4 주 전에 건조 토양을 $^{99}Tc$ 용액과 혼합한 다음 포트에 담고 관개하였다. TF 값은 건조 토양 중 $^{99}Tc$ 농도(Bq$kg^{-1}$-dry)에 대한 작물체 내 농도(Bq $kg^{-1}$-dry or fresh)의 비로 나타내었다. TF 값은토양 간에 큰 차이가 없었다. 콩알의 TF 값은 경엽부에 비해 극히 낮아 $^{99}Tc$의 종실로의 이동성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 콩알, 무 뿌리, 무 잎 및 배추 잎에 대한 $^{99}Tc$ 전이계수의 대표치가 각각 두 토양에 대한 산술평균치인 $1.8{\times}10^{-1}$, $1.2{\times}10^1$, $3.2{\times}10^2$, $1.3{\times}10^2$(건조 작물체 기준)로 제안되었다. 채소류의 경우 신선 작물체에 대한 대표치도 제안되었다. 본 제안치는 대표성이 충분치 못하므로 지속적으로 최신화 할 필요가 있다.
우리나라 주요 밭작물(콩, 무, 배추)에 대한 $^{99}Tc$의 토양-작물체 전이계수(TF)를 조사하기 위하여 온실 내에서 포트실험을 수행하였다. 토양은 경주 방폐장 주변 네 곳(콩 두 곳, 무 및 배추 두 곳)의 밭에서 채취하였다. 파종 3-4 주 전에 건조 토양을 $^{99}Tc$ 용액과 혼합한 다음 포트에 담고 관개하였다. TF 값은 건조 토양 중 $^{99}Tc$ 농도(Bq $kg^{-1}$-dry)에 대한 작물체 내 농도(Bq $kg^{-1}$-dry or fresh)의 비로 나타내었다. TF 값은토양 간에 큰 차이가 없었다. 콩알의 TF 값은 경엽부에 비해 극히 낮아 $^{99}Tc$의 종실로의 이동성이 매우 낮은 것으로 나타났다. 콩알, 무 뿌리, 무 잎 및 배추 잎에 대한 $^{99}Tc$ 전이계수의 대표치가 각각 두 토양에 대한 산술평균치인 $1.8{\times}10^{-1}$, $1.2{\times}10^1$, $3.2{\times}10^2$, $1.3{\times}10^2$(건조 작물체 기준)로 제안되었다. 채소류의 경우 신선 작물체에 대한 대표치도 제안되었다. 본 제안치는 대표성이 충분치 못하므로 지속적으로 최신화 할 필요가 있다.
In order to investigate the soil-to-plant transfer factor (TF) of $^{99}Tc$ for Korean major upland crops (soybean, radish and Chinese cabbage), pot experiments were performed in a greenhouse. Soils were collected from four upland fields (two for soybean and two for radish and Chinese cab...
In order to investigate the soil-to-plant transfer factor (TF) of $^{99}Tc$ for Korean major upland crops (soybean, radish and Chinese cabbage), pot experiments were performed in a greenhouse. Soils were collected from four upland fields (two for soybean and two for radish and Chinese cabbage) around Gyeongju radioactive-waste disposal site. Three to four weeks before sowing, dried soils were mixed with a $^{99}Tc$ solution and the mixtures were put into pots and irrigated. TF values were expressed as the ratios of the $^{99}Tc$ concentrations in plants (Bq $kg^{-1}$-dry or fresh) to those in soils (Bq $kg^{-1}$-dry). There was no great difference in the TF value between soils. The TF values for soybean seeds were extremely lower than those for the straws, indicating a very low mobility of $^{99}Tc$ to seeds. As representative TF values of $^{99}Tc$, $1.8{\times}10^{-1}$, $1.2{\times}10^1$, $3.2{\times}10^2$ and $1.3{\times}10^2$ (for dry plants), arithmetic means for two soils, were proposed for soybean seeds, radish roots, radish leaves and Chinese cabbage leaves, respectively. In the case of the vegetables, proposals for fresh plants were also made. The proposed values are not sufficiently representative so successive updates are needed.
In order to investigate the soil-to-plant transfer factor (TF) of $^{99}Tc$ for Korean major upland crops (soybean, radish and Chinese cabbage), pot experiments were performed in a greenhouse. Soils were collected from four upland fields (two for soybean and two for radish and Chinese cabbage) around Gyeongju radioactive-waste disposal site. Three to four weeks before sowing, dried soils were mixed with a $^{99}Tc$ solution and the mixtures were put into pots and irrigated. TF values were expressed as the ratios of the $^{99}Tc$ concentrations in plants (Bq $kg^{-1}$-dry or fresh) to those in soils (Bq $kg^{-1}$-dry). There was no great difference in the TF value between soils. The TF values for soybean seeds were extremely lower than those for the straws, indicating a very low mobility of $^{99}Tc$ to seeds. As representative TF values of $^{99}Tc$, $1.8{\times}10^{-1}$, $1.2{\times}10^1$, $3.2{\times}10^2$ and $1.3{\times}10^2$ (for dry plants), arithmetic means for two soils, were proposed for soybean seeds, radish roots, radish leaves and Chinese cabbage leaves, respectively. In the case of the vegetables, proposals for fresh plants were also made. The proposed values are not sufficiently representative so successive updates are needed.
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가설 설정
따라서 TF 값은 방사성 핵종이 대체로 밭갈이 정도의 깊이로 잘 혼합된 토양에서 작물을 재배하여 측정한다[9-11]. 이렇게 구한 TF 값을 밭갈이 깊이의 토양 내에 균일하게 분포하고 있는 것으로 가정하고 계산한 토양 중 방사성 핵종의 농도에 곱해 줌으로써 작물체 내 농도를 산정할 수 있다.
제안 방법
IAEA[9]가 최근에 발간한 핸드북에서는 건조 작물체 기준의 전이계수 값만을 제시하고 있으나 엽채류의 경우 신선 작물체에 대한 전이계수 값이 보다 실용적일 것으로 판단되어 본 연구에서는 두 가지 값을 모두 제시하였고 콩의 경우에는 거의 건조 상태로 수확되므로 건조 작물체 기준의 값만을 제시하였다.
IAEA[9]는 최근에 발간한 핸드북을 통하여 핵종별로 각 작물군에 대한 TF 값의 일반기대치를 제시함으로써 부지 특성 자료가 없을 경우에 참조할 수 있도록 하였다. IAEA의 일반기대치는 각국에서 생산된 전이계수 자료를 취합, 정리하여 특정 핵종과 작물군의 조합에 대한 전이 계수 자료가 세 개 이상일 경우에는 그 기하평균치로 하였고 두 개일 경우에는 산술평균치로 하였다. 본 실험과 관련 있는 작물군(두과 채소류, 엽채류, 뿌리 작물군)에 대하여 IAEA가 제시하고 있는 99Tc 전이계수의 일반기대치와 본 조사치를 비교해 보면 다소 차이가 있다.
1 g을 직경 5 cm의 planchet에 담고 증류수와 콜로디온 용액으로 처리하여 planchet 바닥에 골고루 펴서 건고, 침착시킨 다음 low-background alpha/beta counter (LB-5100, TENNELEC)로 30 분 간 베타선을 계측하였다. 대조용 작물체도 위와 똑 같이 처리, 계측하여 background 계수치를 확보하였다. 오염토양 작물체에 대한 계수치에서 background 계수치를 제하여 순계수치를 얻어 99Tc 농도 계산에 사용하였다.
본 연구에서는 경주 방사성 폐기물 처분장(이하 방폐장이라 함) 주변 밭 토양에서의 주요 작물들에 대한 99Tc의 전이계수를 조사코자 실험온실 내에서 포트재배를 통하여 무, 배추, 콩에 대한 99Tc 흡수실험을 수행하였다.
어느 집단의 대표치는 그 집단의 평균적인 특성을 반영하는 것이어야 하므로 IAEA의 일반기대치와 마찬가지로 가용한 자료에 대한 평균치로 하는 것이 타당할 것이다. 본 연구에서는 작물체 별로 두가지 토양에 대한 TF 값밖에 얻지 못하였으므로 상기 IAEA의 방식에 준하여 두 값에 대한 산술평균치를 대표치(안)로 제시하였다(표 5). 제안된 대표치는 건조 작물체로 보면 무 잎 > 배추 잎 ≧ 무 뿌리 > 콩알의 순으로 작물체 간에 최대 2,000 배 가까운 차이를 보이고 있다.
분쇄된 작물체 시료를 회화하여 얻은 회분 시료에 대하여 전베타 계측을 실시하였다. 회화시 99Tc의 산화, 증발로 인한 손실을 방지하기 위하여 적당량의 분쇄 시료를 회화용기에 담고 시료가 완전히 잠길 정도로 암모니아수(비중 0.
파종일은 콩의 경우 6월 16일, 무와 배추의 경우 8월 26일이었다. 상자당 콩은 세 구멍, 무와 배추는 한 구멍에 각각 수 립씩 파종하고 생육 초기에 적절히 솎아 내어 구멍 당 콩은 두 개체(상자 당 여섯 개체), 무와 배추는 한 개체를 육성하였다.
5 g을 지표에 뿌려 주었다. 세 작물 모두 지표와 작물체의 상태에 따라 1-3 일 정도에 한 번씩 충분히 급수하였고 전 생육기간에 걸쳐 살균제와 살충제를 서너 차례 작물체에 살포하였다. 또한 유리 재배실의 모든 창문은 떼어 내고 상부에 3 대의 전기 환풍기를 작동함으로써 환기를 꾀하고 온도 상승을 억제하였다.
실험 작물을 육성하기 위하여 오염 토양(99Tc와 혼합된 토양)이 담긴 플라스틱 포트(윗내경 31 cm, 아래내경 27 cm, 높이 30 cm)를 실험온실 내에 3 반복으로 배치하고 파종하였다. 대조용 작물은 동일한 포트에 비오염 토양을 담고 파종, 육성하였다.
대조용 작물체도 위와 똑 같이 처리, 계측하여 background 계수치를 확보하였다. 오염토양 작물체에 대한 계수치에서 background 계수치를 제하여 순계수치를 얻어 99Tc 농도 계산에 사용하였다. 계측오차는 5% 내외였다.
우리나라 주요 밭작물인 콩, 무, 배추에 대하여 경주 방폐장 주변에서 채취한 두 가지 밭토양에 99Tc를 처리하고 작물을 재배하여 99Tc의 토양-작물체 전이계수를 조사하였다. 전이계수 값은 토양 간에는 큰 차이가 없었으나 작물이나 작물 부위 간에는 큰 차이가 있었다.
콩은 파종 후 119일(10월 13일)에 포트의 지표로부터 약 7-8 cm 높이에서 낫으로 줄기를 베어 작물체를 채취한 다음 줄기, 잎, 콩깍지, 콩알로 분리하여 온실 내에서 약 4 주 간 자연 건조하였다. 건조한 콩알은 액체질소로 급속 동결한 다음 막자사발을 이용하여 분쇄하였고 다른 부위들의 경우 믹서기로 잘게 분쇄하였다.
포트의 개수는 총 24 개로 작물별로 오염 토양이 여섯 포트, 비오염 토양이 두 포트였다. 파종하기 3-4 주 전에 건조 상태의 오염토 또는 비오염토를 포트 당 20 kg씩 담고 급수하여 표토의 수분이 파종에 적당한 상태가 되도록 하였다. 급수에 의해 토양의 높이는 다소 하강하여 25 cm 내외로 되었다.
회분 시료 0.1 g을 직경 5 cm의 planchet에 담고 증류수와 콜로디온 용액으로 처리하여 planchet 바닥에 골고루 펴서 건고, 침착시킨 다음 low-background alpha/beta counter (LB-5100, TENNELEC)로 30 분 간 베타선을 계측하였다. 대조용 작물체도 위와 똑 같이 처리, 계측하여 background 계수치를 확보하였다.
분쇄된 작물체 시료를 회화하여 얻은 회분 시료에 대하여 전베타 계측을 실시하였다. 회화시 99Tc의 산화, 증발로 인한 손실을 방지하기 위하여 적당량의 분쇄 시료를 회화용기에 담고 시료가 완전히 잠길 정도로 암모니아수(비중 0.88)를 가한 다음 파라 필름으로 봉하고 1 일 간 방치한 후 필름을 제거하고 서서히 가열하여 암모니아수를 증발시키고 건고 시료를 얻었다. 건고된 시료는 전기로에서 회화하였다.
대상 데이터
2010년 4월에 방폐장 주변 반경 5 km 이내 지역에 분포하는 네 곳의 밭에서 실험에 사용할 토양을 채취하였다. 콩 재배용 토양은 구길리(Gookil-ri)와 상라리(Sangra-ri)의 밭에서, 배추와 무 재배용 토양은 대본리(Daebon-ri)와 읍천리(Eupcheon-ri)의 밭에서 채취하였다(그림 1).
Tc와 혼합된 토양)이 담긴 플라스틱 포트(윗내경 31 cm, 아래내경 27 cm, 높이 30 cm)를 실험온실 내에 3 반복으로 배치하고 파종하였다. 대조용 작물은 동일한 포트에 비오염 토양을 담고 파종, 육성하였다. 포트의 개수는 총 24 개로 작물별로 오염 토양이 여섯 포트, 비오염 토양이 두 포트였다.
2010년 4월에 방폐장 주변 반경 5 km 이내 지역에 분포하는 네 곳의 밭에서 실험에 사용할 토양을 채취하였다. 콩 재배용 토양은 구길리(Gookil-ri)와 상라리(Sangra-ri)의 밭에서, 배추와 무 재배용 토양은 대본리(Daebon-ri)와 읍천리(Eupcheon-ri)의 밭에서 채취하였다(그림 1). 콩의 경우 수 년에 걸쳐 콩을 재배하던 밭이었고 배추와 무의 경우에도 동일 작물을 재배한 적이 있는 밭이었다.
대조용 작물은 동일한 포트에 비오염 토양을 담고 파종, 육성하였다. 포트의 개수는 총 24 개로 작물별로 오염 토양이 여섯 포트, 비오염 토양이 두 포트였다. 파종하기 3-4 주 전에 건조 상태의 오염토 또는 비오염토를 포트 당 20 kg씩 담고 급수하여 표토의 수분이 파종에 적당한 상태가 되도록 하였다.
성능/효과
세 작물 모두 지표와 작물체의 상태에 따라 1-3 일 정도에 한 번씩 충분히 급수하였고 전 생육기간에 걸쳐 살균제와 살충제를 서너 차례 작물체에 살포하였다. 또한 유리 재배실의 모든 창문은 떼어 내고 상부에 3 대의 전기 환풍기를 작동함으로써 환기를 꾀하고 온도 상승을 억제하였다.
Tc 전이계수의 대표치가 제안되었다. 밭작물에 대한 대표치는 기 제안된 벼에 대한 대표치보다 훨씬 높아 밭작물에 대한 조사의 중요성이 시사되었다. 건조와 관련된 불확실성의 해소책으로 건조하여 소비되는 채소 부위에 대해서도 신선 작물체에 대한 대표치를 사용하는 방안이 제시되었다.
본 실험 결과에 입각하여 작물체 별로 99Tc 전이계수의 대표치가 제안되었다. 밭작물에 대한 대표치는 기 제안된 벼에 대한 대표치보다 훨씬 높아 밭작물에 대한 조사의 중요성이 시사되었다.
따라서 99Tc는 작물체 내에서 종 실로의 이동성이 매우 낮은 핵종으로 볼 수 있다. 뿌리흡수 정도는 비교적 높지만 작물체 내에서 종실로의 이동성은 비교적 낮은 것으로 알려져 있는 90Sr[16,17]에 대하여 최 등[18]이 pH 6.4의 사질양토에서 조사한 콩알 전이계수는 본 측정치보다 5 배 정도 높았으나 잎 전이계수는 본 측정치에 비해 14 배 정도나 낮았고 또한 줄기나 깍지의 경우에도 본 측정치에 비해 수 배 정도 낮았다. 이로써 99Tc는 90Sr보다도 작물체 내에서 종실로의 이동성은 훨씬 낮으나 토양으로부터의 흡수도는 높은 것으로 추정된다.
작물체 부위별 TF 값은 잎 > 줄기 > 깍지 > 콩알의 순으로 줄기와 잎은 콩알보다 각각 100 배 및 600 배 정도나 높았다.
제안된 대표치는 건조 작물체로 보면 무 잎 > 배추 잎 ≧ 무 뿌리 > 콩알의 순으로 작물체 간에 최대 2,000 배 가까운 차이를 보이고 있다.
전이계수 값은 토양 간에는 큰 차이가 없었으나 작물이나 작물 부위 간에는 큰 차이가 있었다. 특히 콩의 경우 종실 전이계수가 경엽부에 비해 현저히 낮아 99Tc가 종실로의 이동성이 매우 낮은 핵종임이 확인되었다. 유사한 작물군에 대한 IAEA의 일반기대치와의 비교를 통해서 국내 재배종에 대한 특성 자료 확보가 평가의 신뢰도 향상을 위해 중요하다는 점이 강조되었다.
후속연구
08 정도가 된다. 따라서 본 실험에서 얻은 건조 작물체 값을 신선 작물체 값으로 환산하기 위하여 위와 같은 IAEA의 건조중비를 이용할 경우 또 다른 과대평가의 요인이 발생할 수 있으므로 주의할 필요가 있다.
위의 제안은 매우 한정된 자료에 의거한 것이므로 우리나라 타지는 물론 방폐장 주변에 대해서도 대표성이 충분치 못하다. 따라서 상기의 제안치는 자료가 확충될 때까지 잠정적으로 사용해야 할 것이며 차후 추가적인 조사가 이루어지는 대로 개선하여 보다 대표성이 높은 값을 도입할 필요가 있다.
건조와 관련된 불확실성의 해소책으로 건조하여 소비되는 채소 부위에 대해서도 신선 작물체에 대한 대표치를 사용하는 방안이 제시되었다. 본 제안치는 매우 한정된 자료에 입각하고 있어서 대표성이 불충분하므로 추가적인 조사를 통하여 보다 대표성이 높은 값을 도입할 필요가 있다. 이러한 일의 중요성은 고준위 폐기물 처분장 부지가 정해지면 더욱 커질 것으로 본다.
이것은 앞에서 설명한 대로 99Tc는 논에서는 주로 99TcO2와 같은 환원형으로 존재하고 밭에서는 주로 99TcO4-와 같은 산화형으로 존재하기 때문이다[6,7]. 이처럼 높은 TF 값으로 볼 때 밭작물에 대한 99Tc 전이계수 조사와 함께 흡수억제 대책에 관한 연구도 반드시 수행될 필요가 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
테크네튬-99는 자연에서 어떤 형태로 존재하는가?
Tc는 밭과 같이 산소가 풍부한 유기조건의 토양에서는 주로 TcO4-와 같은 산화형으로 존재하고[5] 논과 같이 산소가 소진된 무기조건의 토양에서는 주로 TcO2와 같은 환원형으로 존재한다[6]. 전자는 후자와 달리 토양 내에서 점토나 유기물과 같은 기질에 흡착하지 않고 토양 용액 속에 녹아 있어 작물체의 뿌리를 통하여 매우 잘 흡수되는 것으로 알려져 있다[5,7].
테크네튬-99의 특징은 무엇인가?
테크네튬-99(technetium-99, 99Tc)는 반감기(2.1×105년)가 매우 길므로 중저준위 방사성 폐기물 처분 시 주요 관심 핵종으로 되어 있다[1,2]. 또한 99Tc는 사용후 핵연료에 비교적 많이 함유되어 있으므로 재처리나 고준위폐기물 처분에 대한 환경영향 평가에 있어서도 중요한 핵종이다[3,4].
산소가 풍부한 유기조건의 토양에서 Tc는 어떤 방식으로 작물체에 흡수되는가?
Tc는 밭과 같이 산소가 풍부한 유기조건의 토양에서는 주로 TcO4-와 같은 산화형으로 존재하고[5] 논과 같이 산소가 소진된 무기조건의 토양에서는 주로 TcO2와 같은 환원형으로 존재한다[6]. 전자는 후자와 달리 토양 내에서 점토나 유기물과 같은 기질에 흡착하지 않고 토양 용액 속에 녹아 있어 작물체의 뿌리를 통하여 매우 잘 흡수되는 것으로 알려져 있다[5,7].
Webster S, Salt CA, Howard BJ. Sea-to-land transfer of technetium-99 through the use of contaminated seaweed as an agricultural soil conditioner. J. Environ. Radioact. 2003;70:127-137.
Denys S, Echevarria G, Florentin L, Leclerc- Cessac E, Morel JL. Availability of 99Tc in undisturbed soil cores. J. Environ. Radioact. 2003;70:115-126.
Ishii N, Koiso H, Takeda H, Uchida S. Environmental conditions for the formation of insoluble Tc in water ponds located above paddy fields. J. Environ. Radioact. 2008;99:965-972.
Till JE, Meyer HR. Radiological Assessment. U.S. Nuclear Regulatory Commission. NUREG/ CR-3332, ORNL-5968. 1983.
International Atomic Energy Agency. Handbook of Parameter Values for the Prediction of Radionuclide Transfer in Terrestrial and Freshwater Environments. Technical Reports Series No. 472. IAEA. Vienna, 2010.
International Atomic Energy Agency. Quantification of Radionuclide Transfer in Terrestrial and Freshwater Environments for Radiological Assessments. IAEA-TECDOC-1616. IAEA. Vienna, 2009
최용호, 임광묵, 전인, 박두원, 금동권, 한문희. 경주 방사성 폐기물 주변 논에 대한 방사성 요오드와 테크 네튬의 토양-쌀알 전이계수. 방사성폐기물학회지 2010;8:329-337.
Yanagisawa K, Muramatsu Y, Kamada H. Tracer experiments on the transfer of technetium from soil to rice and wheat plants. Radioisotopes. 1992;41:397-402.
Bell JN, Minski MJ, Grogan HA. Plant uptake of radionuclides. Soil Use Manag. 1988;4:76-84.
조성진, 박천서, 엄대익. 토양학(삼정). 향문사. 서울. 1997.
Abbazov MA, Dergunov ID, Mikulin RG. Effect of soil properties on the accumulation of strontium-90 and cesium-137 in crops. Sov. Soil Sci. 1978;10:52-56.
Choi YH, Kang HS, Jun I, Keum DK, Park HK, Choi GS, Lee H, Lee CW. Transfer of $^{90}Sr$ to rice plants after its acute deposition onto flooded paddy soils. J. Environ. Radioact. 2007;93: 157-169.
Choi YH, Lee CW, Lee KS, Lee JH, Jo JS, Chung KH, Absroption and accumulation of Sr-90 by rice and soybean and its soil-to-plant transfer coefficients. J. Kor. Nucl. Soc. 1992;24:121-129.
임광묵, 전인, 최용호, 최상도, 금동권. 경주 처분장 주변 밭토양에 대한 채소류의 $^{99}Tc$ 전이계수 측정. 대한방사선방어학회 20011 춘계학술발표회 논문요약집 2011:152-153.
Mousny JM, Roucoux P, Mytennaere C. Absorption and translocation of technetium in pea plants. Environ. Exp. Bot. 1979;19:263-268.
Cataldo DA, Garland TR, Wildung RE, Fellows RJ. Comparative metabolic behavior and interrelationships of Tc and S in soybean plants, Health Phys. 1989;57:281-287.
Woodard-Blankenship B, Neel JW, Papin PJ. Localization and morphological effects of technetium- 99 on higher plant cells. Water Air Soil Pollut. 1995;81:411-428.
Harms AV, van Elteren JT, Wolterbeek HT, de Goejj JJ. A dual radiotracer speciation technique with emphasis on probing of artefacts: a case study for technetium and spinach (Spinacia oleracea L.). Analyt. Chim. Acta. 1999;394:271-279.
최용호, 김국찬, 이창우, 이강석, 이정호, 박찬걸, 조용우. 콩 및 채소류에 대한 Mn-54, Co-60, Zn-65, Cs-137의 토양-작물체간 전이계수. 대한방사선방어학회지 1991;16:55-65.
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