국제원자력기구(IAEA)에서 주관하는 국제비교프로그램 EMRAS-2(Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2) 내 도시오염평가분과에서 설계한 가상 방사능오염 시나리오에 대해 국내모델 METRO-K를 사용하여 도시환경을 구성하는 오염표면의 선량률에 대한 중요도를 분석하였다. 선량률에 대한 오염표면의 기여는 평가위치와 사건 발생 후 시간에 따라 뚜렷이 다른 차이를 나타냈다. 또한 사건이 발생한 당시 강우의 유무와 강우의 강도에 따라서도 오염표면의 기여는 뚜렷한 차이를 나타냈다. 결과적으로 만일 원자력발전소의 사고나 방사능분산장치의 폭발 등과 같은 불의의 사건이 발생하여 도시지역을 오염시킬 경우 방사능피폭에 따른 인체 위해 뿐 아니라 경제적 사회적 영향을 최소화하기 위해서는 해당 환경을 구성하고 있는 표면의 특성을 고려하여 적절한 대응행위를 선택하는 것이 중요하다는 사실을 알 수 있었다.
국제원자력기구(IAEA)에서 주관하는 국제비교프로그램 EMRAS-2(Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2) 내 도시오염평가분과에서 설계한 가상 방사능오염 시나리오에 대해 국내모델 METRO-K를 사용하여 도시환경을 구성하는 오염표면의 선량률에 대한 중요도를 분석하였다. 선량률에 대한 오염표면의 기여는 평가위치와 사건 발생 후 시간에 따라 뚜렷이 다른 차이를 나타냈다. 또한 사건이 발생한 당시 강우의 유무와 강우의 강도에 따라서도 오염표면의 기여는 뚜렷한 차이를 나타냈다. 결과적으로 만일 원자력발전소의 사고나 방사능분산장치의 폭발 등과 같은 불의의 사건이 발생하여 도시지역을 오염시킬 경우 방사능피폭에 따른 인체 위해 뿐 아니라 경제적 사회적 영향을 최소화하기 위해서는 해당 환경을 구성하고 있는 표면의 특성을 고려하여 적절한 대응행위를 선택하는 것이 중요하다는 사실을 알 수 있었다.
EMRAS-2 (Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2) is an international comparison program, which is organized by the International Atomic Energy Agency (IAEA), in order to harmonize the modelling of radionuclide behavior in the environment. To do so, the urban contamination working grou...
EMRAS-2 (Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2) is an international comparison program, which is organized by the International Atomic Energy Agency (IAEA), in order to harmonize the modelling of radionuclide behavior in the environment. To do so, the urban contamination working group within EMRAS-2 has designed the hypothetical scenarios for a specified urban area. In this study, the importance of contaminated surfaces composing an urban environment was analyzed in terms of dose rate using METRO-K, which has been developed to take a Korean urban environment into account. The contribution of contaminated surfaces to exposure dose rate showed distinctly a great difference as a function of specified locations and time following a hypothetical event. Moreover, it showed a distinct difference according to the existence of precipitation, and its intensity. Therefore, if an urban area is contaminated radioactively by any unexpected incidents such as an accident of nuclear power plants or an explosion of radioactive dispersion devices (RDDs), appropriate measures should be taken with consideration of the type of surface composing the contaminated environment in order to minimize not only radiation-induced health detriment but also economic and social impacts.
EMRAS-2 (Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2) is an international comparison program, which is organized by the International Atomic Energy Agency (IAEA), in order to harmonize the modelling of radionuclide behavior in the environment. To do so, the urban contamination working group within EMRAS-2 has designed the hypothetical scenarios for a specified urban area. In this study, the importance of contaminated surfaces composing an urban environment was analyzed in terms of dose rate using METRO-K, which has been developed to take a Korean urban environment into account. The contribution of contaminated surfaces to exposure dose rate showed distinctly a great difference as a function of specified locations and time following a hypothetical event. Moreover, it showed a distinct difference according to the existence of precipitation, and its intensity. Therefore, if an urban area is contaminated radioactively by any unexpected incidents such as an accident of nuclear power plants or an explosion of radioactive dispersion devices (RDDs), appropriate measures should be taken with consideration of the type of surface composing the contaminated environment in order to minimize not only radiation-induced health detriment but also economic and social impacts.
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문제 정의
EMRAS-2는 9개의 분과 (Working Group)로 구성되어 있으며, 그 중에서 도시오염 평가분과(Urban Area Working Group)는 방사성물질의 대기중 확산과 표면으로 침적을 포함하여 도시지역에서 오염 평가를 위해 사용할 수 있는 모델의 예측결과를 비교 ·논의하고 이를 통해 얻어진 지식과 경험 등으로부터 모델의 개선과 향상을 도모하는 것을 목표로 한다.
본 논문에서는 EMRAS-2의 도시오염평가분과에서 설계한 방사성물질의 침적 후 대응행위 시나리오에 대해 METRO-K를 사용하여 평가한 도시환경을 구성하는 표면의 중요도를 비교‧분석하였다.
가설 설정
EMRAS-2의 침적후 대응행위 시나리오에 적용하기 위해 공기중 커마를 재수정하였으며, 그 방법의 예시를 그림 3에 나타냈다. 그림에서 나타낸 바와 같이 5층 건물의 오염지붕으로부터 3층 실내의 공기 커마(K2)는 10층 건물의 오염 지붕으로부터 8층 실내의 공기 커마와 같다고 가정하였다. 또한 오염나무로부터 5층 건물의 3층 실내에서 커마(KB)는 10층 건물의 3층 실내에서 공기 커마와 같다고 가정하였다.
또한 오염나무로부터 5층 건물의 3층 실내에서 커마(KB)는 10층 건물의 3층 실내에서 공기 커마와 같다고 가정하였다. 도로의 폭이 다른 경우 동일한 도로의 폭으로 세분화하고, 각 세분화된 도로로부터 받는 공기커마는 거리의 제곱에 반비례한다고 가정하여 추산하였다.
사건이 발생한 당일에 공기중 농도는 두 핵종에 대해 각각 1 MBq day m-3, 입자의 크기는 1 μm를 가정하였다. 도시오염평가분과에서는 동 시나리오에 대해 사건이 발생한 당일에 비가 없는 경우, 적은 비(3 mm day-1)와 많은 비(20 mm day-1)가 내릴 경우 대해, 그리고 그러한 사건이 여름철(6월 1일)과 겨울철(1월 1일)에 각각 발생한 경우를 가정하였다. 평가지점은 그림 2에 나타낸 바와 같이 상업지구에 위치한 24층 건물(Building 1으로 표시)의 외부를 포함한 4개 지점(Building 1의 1층, 10층, 24층의 실내와 외부), 공원지역의 2개 지점(공원내 오솔길과 주차장)이며, 8가지 각기 다른 대응행위의 조합된 시나리오에 대해 평가 수행을 요청받았다.
그림에서 나타낸 바와 같이 5층 건물의 오염지붕으로부터 3층 실내의 공기 커마(K2)는 10층 건물의 오염 지붕으로부터 8층 실내의 공기 커마와 같다고 가정하였다. 또한 오염나무로부터 5층 건물의 3층 실내에서 커마(KB)는 10층 건물의 3층 실내에서 공기 커마와 같다고 가정하였다. 도로의 폭이 다른 경우 동일한 도로의 폭으로 세분화하고, 각 세분화된 도로로부터 받는 공기커마는 거리의 제곱에 반비례한다고 가정하여 추산하였다.
사건이 발생한 당일에 공기중 농도는 두 핵종에 대해 각각 1 MBq day m-3, 입자의 크기는 1 μm를 가정하였다.
제안 방법
EMRAS-2는 9개의 분과 (Working Group)로 구성되어 있으며, 그 중에서 도시오염 평가분과(Urban Area Working Group)는 방사성물질의 대기중 확산과 표면으로 침적을 포함하여 도시지역에서 오염 평가를 위해 사용할 수 있는 모델의 예측결과를 비교 ·논의하고 이를 통해 얻어진 지식과 경험 등으로부터 모델의 개선과 향상을 도모하는 것을 목표로 한다. 동 분과에서는 모델 예측결과를 비교하기 위해1) 단거리 대기확산 시나리오,2) 중거리 대기확산 시나리오, 3) 침적 후 대응행위 시나리오를 설계하였다. 방사성물질의 침적 후 대응행위 시나리오에는 서울의 한 도심지역이 대상지역으로 선정되었으며 한국원자력연구원에서 개발한 도시오염평가모델 METRO-K의 평가결과가 참여 중에 있다[2,3].
핵종의 침적이 진행되는 동안에는 이전 시간에 침적된 핵종에 대해 방사능 붕괴와 run-off를 고려하여 표면 농도를 보정하며 기타 다른 환경적 요소에 의한 제거는 고려치 않는다. 침적이 완료된 시점에서 각기 다른 표면에 대한 총 침적량이 계산되면 공기 커마(kerma)에 대한 데이터 라이브러리를 사용하여 피폭자의 거주 위치에 따른 선량률을 평가한다. 공기에 있는 방사성핵종의 침적이 완료된 후 표면의 농도는 기상 및 기후 등의 환경적 요소에 의해 희석된다.
그림 2는 EMRAS-2의 도시오염평가분과에서 선정된 방사성물질의 침적후 대응행위 시나리오를 위해 선정된 서울의 한 중심가를 보여 준다. 평가 참여자를 위해 동 지역의 지형, 기후, 생활, 건물특성 등에 대한 자료를 문서화하여 제공하였으며, 보다 상세자료를 요구하는 평가자들을 위해 건물의 좌표 및 속성(건물높이, 표면구성, 재질 등), 주변 환경구성(건물, 도로, 공원 등)에 대한 속성자료를 GIS(Geographical Information System)로 구현하여 제공하였다. 방사능오염의 발단은 명확하게 정의하지 않았지만 도시 지역에서 테러분자에 의한 방사능분산장치의 폭발을 염두하여 60Co와 239Pu이 선택되었다.
대상 데이터
도시오염평가분과에서는 동 시나리오에 대해 사건이 발생한 당일에 비가 없는 경우, 적은 비(3 mm day-1)와 많은 비(20 mm day-1)가 내릴 경우 대해, 그리고 그러한 사건이 여름철(6월 1일)과 겨울철(1월 1일)에 각각 발생한 경우를 가정하였다. 평가지점은 그림 2에 나타낸 바와 같이 상업지구에 위치한 24층 건물(Building 1으로 표시)의 외부를 포함한 4개 지점(Building 1의 1층, 10층, 24층의 실내와 외부), 공원지역의 2개 지점(공원내 오솔길과 주차장)이며, 8가지 각기 다른 대응행위의 조합된 시나리오에 대해 평가 수행을 요청받았다.
성능/효과
외부는 보행길로 시멘트 또는 벽돌 블록으로 포장되어 있다. 본 결과에서 사건이 발생한 당일에 강우는 표면의 침적에 중요한 역할을 하며, 강우의 정도보다는 강우의 존재에 보다 민감하였다.
건물 외부에서의 선량률이 건물 내부에서의 선량률보다 높게 나타났다. 토양 또는 잔디로 구성된 공원의 오솔길에서의 선량률이 포장된 주차장에서의 선량률보다 높게 나타났으며, 또한 시간에 따른 선량률도 상대적으로 완만하게 감소하였다. Building 1의 건물외부에서의 선량률이 건물 내부에서의 선량률보다 높게 나타났으며, 건물내부에서의 선량률도 위치에 따라 큰 차이를 나타냈다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
EMRAS-2 중 도시오염 평가분과의 목표는 무엇인가?
국제원자력기구(IAEA)가 주관하는 국제비교프로그램 EMRAS-2 (Environmental Modelling for RAdiation Safety, Phase 2)는 이전 프로그램인 EMRAS-1 (2003∼2007)의 후속 프로그램으로 변화하는 방사선환경방호의 새로운 관심사에 대한 국제적 조화를 목적으로 2009년 초에 조직되어 2012년 초까지 운영될 예정이다[1]. EMRAS-2는 9개의 분과 (Working Group)로 구성되어 있으며, 그 중에서 도시오염 평가분과(Urban Area Working Group)는 방사성물질의 대기중 확산과 표면으로 침적을 포함하여 도시지역에서 오염 평가를 위해 사용할 수 있는 모델의 예측결과를 비교·논의하고 이를 통해 얻어진 지식과 경험 등으로부터 모델의 개선과 향상을 도모하는 것을 목표로 한다. 동 분과에서는 모델 예측결과를 비교하기 위해 1) 단거리 대기확산 시나리오, 2) 중거리 대기확산 시나리오, 3) 침적 후 대응행위 시나리오를 설계하였다.
공기중 방사성물질은 어떻게 표면으로 떨어지게 되는가?
공기중 방사성물질은 확산과 중력 뿐 아니라 강우에 의해 표면으로 떨어지게 되는데 전자를 건침적(dry deposition), 후자를 습침적(wet deposition)이라 한다. 건침적된 방사성 물질 중에서 일정 부분은 표면의 습기 등에 의해 고착되는데, 고착된 핵종은 바람이나 강우 등과 같은 외부의 환경적 요소에 의해 쉽게 제거되지 않는다.
건침적, 습침적된 공기중 방사성물질의 특징은 무엇인가?
공기중 방사성물질은 확산과 중력 뿐 아니라 강우에 의해 표면으로 떨어지게 되는데 전자를 건침적(dry deposition), 후자를 습침적(wet deposition)이라 한다. 건침적된 방사성 물질 중에서 일정 부분은 표면의 습기 등에 의해 고착되는데, 고착된 핵종은 바람이나 강우 등과 같은 외부의 환경적 요소에 의해 쉽게 제거되지 않는다. 반면 나머지 일정 부분은 핵종과 표면 간에 고착정도가 약해 상대적으로 환경적 요소에 의해 쉽게 제거된다. 전자를 고착성 분율(fixed fraction), 후자를 이동성 분율(mobile fraction)이라 한다. 습침적된 핵종은 대부분 고착성이 되며, 표면에 따라 일정 강우량 이상에서는 run-off가 일어난다. Run-off가 일어나는 최소 강우량을 임계량이라 하며 이는 표면의 종류와 상태 등에 따라 다르다. 임계량을 초과한 강우는 모두 run-off 되지만, run-off water에 포함된 일정 부분의 방사성물질은 표면에 잔류하게 된다. 건침적된 이동성 핵종은 시간이 경과함에 따라 습기 등으로 인해 계속해서 일정부분은 고착성 핵종이 되며, 만일 도중에 강우가 있다면 모두 고착성이 되고 임계량 이상에서는 run-off가 되어 일정 부분은 표면에서 제거된다. 방사성물질의 환경누설은 체르노빌 원전사고에서 보았듯이 십 수일동안 지속될 수 있는데 METRO-K에서는 하루 단위로 공기중 평균농도(Bq m-3)와 강우량(mm) 자료를 사용하여 단계적으로 각기 다른 표면에서의 총 침적량을 계산한다.
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