건축자재에 포함된 천연방사성핵종은 실내공간에 거주하는 일반인의 주요 피폭선원이다. 본 연구에서는 콘크리트 벽체에 존재하는 천연방사성 핵종에 의한 한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하였다. 한국인의 주거실태, 실내공간의 크기 등을 고려하여 선량평가를 위한 표준 방의 크기를 결정하였다. 표준 방 이외의 다양한 크기의 공간에 대해서도 선량평가를 실시하였다. 방사선수송 코드인 MCNPX를 사용하여 실내공간에서의 공기 중 흡수선량을 계산하였으며, 이를 이용하여 유효선량률을 계산하였다. 콘크리트 벽체로만 이루어진 $3{\times}4{\times}2.8m^3$ 크기의 표준 방의 경우, 콘크리트 내 우라늄계열, 토륨계열, $^{40}K$ 핵종의 농도에 따라 공기 중 흡수선량률은 0.80, 0.97, 0.08 nGy $h^{-1}$ per Bq$kg^{-1}$이었으며, 유효선량률은 0.57, 0.69, 0.058 nSv $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$이었다. 실내공간의 크기를 $5-30m^2$로 다양하게 변화시키더라도 천장/바닥 그리고 벽에 의한 상반된 선량률 변화로 인하여 전체 방사선량률은 실내 면적의 변화에 상관없이 거의 일정한 값을 보였다. 실제 국내에서 주로 사용되는 콘크리트 내의 천연방사성 핵종의 농도 및 한국인의 실내공간에서 생활양식 등을 토대로 한국인의 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률 및 연간 유효선량을 평가하였다. 콘크리트 내의 우라늄계열, 토륨계열, $^{40}K$ 핵종의 농도가 각각 26, 39, 596 Bq $kg^{-1}$인 경우 공기 중 흡수선량률은 대략 104 nGy $h^{-1}$이었다. 일반인의 실내 점유율이 89%인 경우, 연간 유효선량은 0.59 mSv이었다. 국내의 일반적인 실내공간에서 콘크리트 벽체 내에 존재하는 천연방사성물질에 의한 연간 유효선량은 실내점유율${\times}8760\;h\;y^{-1}{\times}(0.57C_U+0.69C_{Th}+0.058C_K)$을 이용하여 계산할 수 있다.
건축자재에 포함된 천연방사성핵종은 실내공간에 거주하는 일반인의 주요 피폭선원이다. 본 연구에서는 콘크리트 벽체에 존재하는 천연방사성 핵종에 의한 한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하였다. 한국인의 주거실태, 실내공간의 크기 등을 고려하여 선량평가를 위한 표준 방의 크기를 결정하였다. 표준 방 이외의 다양한 크기의 공간에 대해서도 선량평가를 실시하였다. 방사선수송 코드인 MCNPX를 사용하여 실내공간에서의 공기 중 흡수선량을 계산하였으며, 이를 이용하여 유효선량률을 계산하였다. 콘크리트 벽체로만 이루어진 $3{\times}4{\times}2.8m^3$ 크기의 표준 방의 경우, 콘크리트 내 우라늄계열, 토륨계열, $^{40}K$ 핵종의 농도에 따라 공기 중 흡수선량률은 0.80, 0.97, 0.08 nGy $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$이었으며, 유효선량률은 0.57, 0.69, 0.058 nSv $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$이었다. 실내공간의 크기를 $5-30m^2$로 다양하게 변화시키더라도 천장/바닥 그리고 벽에 의한 상반된 선량률 변화로 인하여 전체 방사선량률은 실내 면적의 변화에 상관없이 거의 일정한 값을 보였다. 실제 국내에서 주로 사용되는 콘크리트 내의 천연방사성 핵종의 농도 및 한국인의 실내공간에서 생활양식 등을 토대로 한국인의 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률 및 연간 유효선량을 평가하였다. 콘크리트 내의 우라늄계열, 토륨계열, $^{40}K$ 핵종의 농도가 각각 26, 39, 596 Bq $kg^{-1}$인 경우 공기 중 흡수선량률은 대략 104 nGy $h^{-1}$이었다. 일반인의 실내 점유율이 89%인 경우, 연간 유효선량은 0.59 mSv이었다. 국내의 일반적인 실내공간에서 콘크리트 벽체 내에 존재하는 천연방사성물질에 의한 연간 유효선량은 실내점유율${\times}8760\;h\;y^{-1}{\times}(0.57C_U+0.69C_{Th}+0.058C_K)$을 이용하여 계산할 수 있다.
Naturally occurring radioactive materials (NORM) in building materials are main sources of external radiation exposure to the general public. The objective of this study was to assess external radiation dose in Korean dwellings due to NORM in concrete walls. Reference room model for dose assessment ...
Naturally occurring radioactive materials (NORM) in building materials are main sources of external radiation exposure to the general public. The objective of this study was to assess external radiation dose in Korean dwellings due to NORM in concrete walls. Reference room model for dose assessment was made by analyzing room structure and housing scale of Korean dwellings. In addition, dose assessments were made for varying room sizes. Absorbed doses to air and effective dose rates were calculated using radiation transport code MCNPX. Assuming a reference room of $3{\times}4{\times}2.8m^3$, absorbed dose rates in air were 0.80, 0.97, 0.08 nGy $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$ for uranium series, thorium series, and $^{40}K$, respectively. Effective dose rates were 0.57, 0.69, 0.058 nSv $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$, respectively. Radiation dose resulting from concrete of ceiling and floor increased with room area while radiation dose from concrete of walls decreased with room area. Therefore, total radiation doses were almost the same for the varying room area from 5 to $30m^2$. Effective dose in Korean dwellings was calculated based on measurement data of NORM concentration in concrete and occupancy fraction of Korean population by location. Annual effective dose was 0.59 mSv assuming that indoor occupancy fraction was 0.89 and concentrations of uranium series, thorium series and $^{40}K$ were 26, 39, 596 Bq $kg^{-1}$, respectively. Finally, annual effective dose in Korean dwellings can be calculated by the following equation: Effective dose=indoor occupancy fraction${\times}8760\;h\;y^{-1}{\times}(0.57C_U+0.69C_{Th}+0.058C_K)$.
Naturally occurring radioactive materials (NORM) in building materials are main sources of external radiation exposure to the general public. The objective of this study was to assess external radiation dose in Korean dwellings due to NORM in concrete walls. Reference room model for dose assessment was made by analyzing room structure and housing scale of Korean dwellings. In addition, dose assessments were made for varying room sizes. Absorbed doses to air and effective dose rates were calculated using radiation transport code MCNPX. Assuming a reference room of $3{\times}4{\times}2.8m^3$, absorbed dose rates in air were 0.80, 0.97, 0.08 nGy $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$ for uranium series, thorium series, and $^{40}K$, respectively. Effective dose rates were 0.57, 0.69, 0.058 nSv $h^{-1}$ per Bq $kg^{-1}$, respectively. Radiation dose resulting from concrete of ceiling and floor increased with room area while radiation dose from concrete of walls decreased with room area. Therefore, total radiation doses were almost the same for the varying room area from 5 to $30m^2$. Effective dose in Korean dwellings was calculated based on measurement data of NORM concentration in concrete and occupancy fraction of Korean population by location. Annual effective dose was 0.59 mSv assuming that indoor occupancy fraction was 0.89 and concentrations of uranium series, thorium series and $^{40}K$ were 26, 39, 596 Bq $kg^{-1}$, respectively. Finally, annual effective dose in Korean dwellings can be calculated by the following equation: Effective dose=indoor occupancy fraction${\times}8760\;h\;y^{-1}{\times}(0.57C_U+0.69C_{Th}+0.058C_K)$.
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문제 정의
실내공간에서의 방사선 량률은 그 실내공간을 이루고 있는 벽체내의 방사선원 이외에도 거실 혹은 옆방과 같은 이웃 공간, 위층, 아래층, 옆집에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 민감도 연구를 실시하였다. 위층, 중간층, 아래 층에 각각 3개의 실내공간을 구성하고 중간층 가운데 실내공간에서 선량평가를 실시하였다.
실내공간에서의 방사선 량률은 그 실내공간을 이루고 있는 벽체내의 방사선원 이외에도 거실 혹은 옆방과 같은 이웃 공간, 위층, 아래층, 옆집에 의해서도 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 이에 대한 민감도 연구를 실시하였다. 위층, 중간층, 아래 층에 각각 3개의 실내공간을 구성하고 중간층 가운데 실내공간에서 선량평가를 실시하였다.
본 연구에서는 콘크리트 벽체에 존재하는 천연방사성 핵종에 의한 한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하였다.
본 연구의 목표는 콘크리트 벽체에 존재하는 천연방사성 핵종에 의한 한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하는 것이다. 이를 위해 우선 콘크리트 내 우라늄 계열, 토륨계열, 40K 핵종의 농도별 외부피폭 방사선량률을 계산하였다.
가설 설정
우라늄계열 핵종에서는 214Pb, 214Bi 등의 핵종의 24개 감마선 방출 에너지, 토륨계열에서는 228Ac, 212Bi 등의 핵종의 20개 감마선 방출 에너지, 40K의 경우는 1460 keV의 감마선 에너지를 고려하여 선량평가 하였다. 각 계열내의 핵종은 평형상태에 있는 것으로 가정하였다. 본 연구에서 고려한 우라늄 및 토륨계열 핵종의 감마선 에너지 및 방출분율을 표 2에 요약하였다 [11].
1 m2의 출입문이 있는 공간을 가정하였다(그림 2-b). 다음으로 출입 문과 함께 창이 존재하는 공간을 가정하였다(그림 2-c 와 d). 이 경우 출입문이 있는 긴 벽체의 맞은편 벽에, 바닥에서 1 m 높이에 각각 1.
두 번째는 긴 벽체의 한쪽 끝에 0.9×2.1 m2의 출입문이 있는 공간을 가정하였다(그림 2-b).
국내 주거실태조사에 따르면 2010년 기준으로 아파트, 단독주택, 다세대주택, 연립주택에 각각 47, 40, 5, 4%의 국민이 거주하는 것으로 조사되었다[12]. 따라서 본 연구에서는 아파트를 국내의 대표 주거형태로 가정하고 선량평가를 실시하였다. 아파트 외에 단독주택, 다세대 주택 등에서도 다수의 국민이 거주한다.
8 m3(가로×세로×높이)로 결정하였다(그림 1)[14]. 방의 구조에 따른 피폭선량의 변화를 알아보기 위하여 그림 2와 같이 네 가지 방의 구조를 가정하였다. 우선 가장 단순한 구조인 문과 창이 존재하지 않는 콘크리트 벽체로 둘러싸인 직육면체의 공간을 가정하였다(그림 2-a).
한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하기 위해, 국내에서 사용되는 콘크리트 내의 천연방사성 핵종의 농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간 통계정보를 이용하여 연간 유효선량을 평가하였다 (그림 7). 선량평가는 모든 벽이 콘크리트 벽체로 이루어졌다고 가정하고 실시하였다 (그림 2-a 참조). 국내의 경우 콘크리트 벽체에 의한 유효선량은 연간 0.
집에서는 침실 혹은 방에서 68%, 거실에서 17%, 부엌 및 식당에서 8%, 그리고 욕실 등 기타 공간에서 7%의 시간을 소요하는 것으로 조사되었다. 실내공간에서의 연간 피폭 유효선량은 실내공간 점유율을 89%로 가정하여 평가 하였다. 이는 유엔방사선영향과학위원회(UNSCEAR)에서 선량평가를 위해 가정한 실내공간 점유율과 비슷한 수준이다 [1].
따라서 실내공간의 크기를 5-30 m2로 변화시키면서 피폭선량을 계산하였다. 실내공간의 형태는 가로 및 세로의 길이가 같고, 실내공간의 높이는 2.8 m로 가정하였다.
방의 구조에 따른 피폭선량의 변화를 알아보기 위하여 그림 2와 같이 네 가지 방의 구조를 가정하였다. 우선 가장 단순한 구조인 문과 창이 존재하지 않는 콘크리트 벽체로 둘러싸인 직육면체의 공간을 가정하였다(그림 2-a). 두 번째는 긴 벽체의 한쪽 끝에 0.
이 경우 출입문이 있는 긴 벽체의 맞은편 벽에, 바닥에서 1 m 높이에 각각 1.2×1.4 m2와 2.4×1.4 m2 크기의 창이 있는 것으로 가정하였다.
선량평가를 위해 MCNPX 코드를 사용하였다. 콘크리트 벽체는 그림 1과 같이 짧은 벽체, 긴 벽체, 가로 벽체(천장과 바닥)의 세 쌍으로 나누어 모사하였으며, 모든 벽체의 두께와 밀도는 동일하며, 구성성분은 표 1과 같다고 가정하였다. 이러한 벽체 내에 천연방사성물질이 균일하게 분포하며, 등방성으로 방사선을 방출하는 것으로 선원항을 모사하였다.
제안 방법
MCNPX 코드 모사를 통해 계산된 공기 중 흡수선량 및 최근 국제방사선방호위원회(ICRP)에서 제시한 외부피폭에 대한 환산인자를 이용하여 실내공간에서의 각 핵종에 의한 유효선량률을 계산하였다. 국제방사선방호위원회(ICRP)에서는 최근 ICRP 103 방사선방어에 대한 권고 및 ICRP 110 기준 선량평가 모의체 보고서 발행에 맞춰서, 기존 ICRP 74 보고서에서 제공하였던 외부피폭에 대한 선량계수를 개정하였다[18-21].
또한 한국인에 대한 실내에서의 외부피폭 방사선량 정도를 평가하기 위해 국내에서 사용되는 콘크리트의 방사능농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간 통계정보를 이용하여 연간 유효선량을 평가하였다. 그리고 최종적으로 국내의 일반적인 실내공간에서의 콘크리트 벽체 내에 존재하는 천연방사성 물질에 의한 연간 유효선량을 일반화하여 평가할 수 있는 방법론을 제시하였다.
2 시간으로 가장 길게 나타났다. 따라서 본 연구에서는 일반인이 하루 중 가장 많은 시간을 보내는 침실의 크기를 바탕으로 실내공간에서의 선량평가를 실시하였다. 침실 외에도 사무실, 거실 및 복도, 목욕실 등의 다양한 공간에서 시간을 소요하므로, 표준 크기의 방 이외에서의 공간에 대해서도 선량평가를 실시하였다.
(3 m×4 m) 면적의 침실 외에 이보다 더 넓거나 좁은 침실, 복도, 화장실, 사무실 등에서 시간을 보낸다. 따라서 실내공간의 크기를 5-30 m2로 변화시키면서 피폭선량을 계산하였다. 실내공간의 형태는 가로 및 세로의 길이가 같고, 실내공간의 높이는 2.
수집된 자료를 바탕으로 방사선 수송코드를 이용하여 콘크리트 내 핵종별 농도에 따른 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률을 계산하였다. 또한 국내에서 사용되는 콘크리트 벽체의 방사능 농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간을 조사하였다. 이를 바탕으로 한국인의 실내공간에서의 외부피폭에 의한 연간 유효선량을 평가하였다.
본 연구에서 제시한 방사선량률은 실측된 콘크리트 벽체의 천연방사성 핵종의 농도 및 일반인의 실내 점유율의 정보가 가용한 경우 각 실내공간에서의 외부 피폭 방사선량 계산에 활용될 수 있다. 또한 한국인에 대한 실내에서의 외부피폭 방사선량 정도를 평가하기 위해 국내에서 사용되는 콘크리트의 방사능농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간 통계정보를 이용하여 연간 유효선량을 평가하였다. 그리고 최종적으로 국내의 일반적인 실내공간에서의 콘크리트 벽체 내에 존재하는 천연방사성 물질에 의한 연간 유효선량을 일반화하여 평가할 수 있는 방법론을 제시하였다.
본 연구에서 계산된 콘크리트의 방사능 농도당 공기중 흡수선량률 및 국내에서 사용되는 콘크리트 내의 방사능 농도를 이용하여 실내에서의 선량률을 계산하였다. 콘크리트 내의 우라늄계열, 토륨계열, 40K 핵종의 농도가 각각 26, 39, 596 Bq kg-1인 경우 선량률은 대략 104 nGy h-1이었다.
본 연구에서 기준 방으로 설정된 침실 이외에 화장실, 거실, 사무실 등과 같이 다양한 크기의 타 공간에 대한 선량평가를 위해 실내 면적의 크기를 변화시키면서 피폭선량을 평가하였다 (그림 6). 천장 및 바닥을 구성하는 콘크리트에 의한 효과와 벽을 구성하는 콘크리트에 의한 효과를 분리하여 선량평가를 실시하였다.
058 nSv h-1 per Bq kg-1이었다. 본 연구에서 제시한 콘크리트 벽체의 방사능 농도당 피폭선량률은 실측된 콘크리트 벽체의 방사능 농도 값이 가용할 경우, 혹은 건축이 시작되기 전에 건축자재의 방사능 측정을 통해 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가할 수 있게 해준다.
유효선량 환산인자는 광자의 에너지에 따라 다르게 나타난다 (그림 3). 본 연구에서는 우라늄 및 토륨계열 핵종의 에너지별 방출률을 고려하여, 우라늄 및 토륨계열 핵종에 대해서는 0.71 Sv Gy-1를 40K에 대해서는 0.76 Sv Gy-1를 이용하여 유효선량을 평가하였다.
이러한 핵종별 선량률의 차이는 각 계열 핵종에서 방출하는 감마선 방출분율 및 에너지가 다르기 때문이다. 본 연구에서는 우라늄계열 핵종에 대해서는 24개 감마선 에너지, 토륨계열 핵종에 대해서는 20개 감마선 에너지, 40K에 대해서는 1개의 감마선 에너지에 대해 선량평가 하였다. 본 연구에서 고려한 감마선방출분율 및 에너지 곱의 합은 우라늄계열, 토륨계열, 40K에 대해 대략 0.
이에 대한 이유로 예상되는 것들은 다음과 같다. 본 연구에서는 콘크리트 벽체에서 방출되는 감마선만을 고려하여 선량평가를 실시한 반면, 기존 연구에서는 방사선량을 실측하였다. 따라서 실측된 값은 본연구에서 고려한 콘크리트 벽체의 방사선원 이외에도 실외의 지각방사선에 의한 영향, 건축 마감재로 사용되는 목재, 석재 등에 의한 영향, 공기 중에 존재하는 라돈 및 딸핵종에 의한 영향, 감마선 이외의 타 방사선에 의한 영향 등을 모두 포함하므로 본 연구의 결과보다 실내선량률이 높을 수 있다.
회전(ROT) 입사의 경우 위의 경우들이 서로 합쳐져서 중간 정도의 값을 보였다. 본 연구의 경우 천연방사성 핵종이 콘크리트 내에 균일하게 분포하고 있으므로 등방(isotropic) 입사방향에 대한 유효선량 환산인자를 이용하였다. 유효선량 환산인자는 광자의 에너지에 따라 다르게 나타난다 (그림 3).
선량평가를 위한 기준 방의 크기는 대한주택공사에서 국민주택으로 설계한 아파트의 침실 크기를 참고하여 3×4×2.8 m3(가로×세로×높이)로 결정하였다(그림 1)[14].
선량평가를 위해 국내 표준 실내공간의 크기를 결정하였다. 표준 실내공간의 크기는 한국인의 장소별 소요시간을 기반으로 결정되었다.
한국인의 실내공간에서의 외부피폭 방사선량 평가를 위해 국내의 주거실태, 실내공간의 구조 및 크기, 콘크리트 벽체의 물리적 화학적 특성을 조사하였다. 수집된 자료를 바탕으로 방사선 수송코드를 이용하여 콘크리트 내 핵종별 농도에 따른 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률을 계산하였다. 또한 국내에서 사용되는 콘크리트 벽체의 방사능 농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간을 조사하였다.
실제 국내에서 주로 사용되는 콘크리트 내에 포함된 천연방사성 핵종의 방사능 농도를 이용하여 실내공간에서의 유효선량률을 평가하였다. 국내에서 사용하는 건축자재 내의 천연방사성핵종의 농도를 Lee 등이 측정하였다[22].
실제 국내에서 주로 사용되는 콘크리트 내의 천연방사성 핵종의 농도 및 한국인의 생활양식 등을 토대로 한국인의 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률 및 연간 유효 선량을 평가하였다. 공기 중 흡수선량률은 104 nGy h-1이었으며, 연간 유효선량은 0.
외부피폭 방사선량 계산은 감마 방출 천연방사성핵종인 우라늄계열, 토륨계열, 40K 핵종에 대해 실시되었다. 우라늄계열 핵종에서는 214Pb, 214Bi 등의 핵종의 24개 감마선 방출 에너지, 토륨계열에서는 228Ac, 212Bi 등의 핵종의 20개 감마선 방출 에너지, 40K의 경우는 1460 keV의 감마선 에너지를 고려하여 선량평가 하였다.
이러한 벽체 내에 천연방사성물질이 균일하게 분포하며, 등방성으로 방사선을 방출하는 것으로 선원항을 모사하였다. 외부피폭 방사선량 평가를 위해 실내 중간지점 1 m 높이에서의 선량을 계산하였다.
K 핵종에 대해 실시되었다. 우라늄계열 핵종에서는 214Pb, 214Bi 등의 핵종의 24개 감마선 방출 에너지, 토륨계열에서는 228Ac, 212Bi 등의 핵종의 20개 감마선 방출 에너지, 40K의 경우는 1460 keV의 감마선 에너지를 고려하여 선량평가 하였다. 각 계열내의 핵종은 평형상태에 있는 것으로 가정하였다.
따라서 본 연구에서는 이에 대한 민감도 연구를 실시하였다. 위층, 중간층, 아래 층에 각각 3개의 실내공간을 구성하고 중간층 가운데 실내공간에서 선량평가를 실시하였다. 이 경우 주위에 다른 공간이 존재하지 않는 경우에 비해 우라늄계열, 토륨계열, 40K에 의한 선량률은 각각 8%, 9%, 15% 증가하였으며, 총 유효선량은 11% 증가하였다.
유효선량률은 본 연구에서 계산한 실내공간에서의 공기 중 흡수선량률과 국제방사선방호위원회(ICRP)에서 최근 제시한 유효선량 환산인자를 이용하여 계산하였다. 유효선량률은 콘크리트 벽체의 우라늄계열 핵종, 토륨계열 핵종, 40K의 농도에 따라 각각 0.
Trevisi 등은 유럽국가의 건축자재 내의 방사능 농도에 대한 정보를 광범위하게 수집하였다[23]. 이 중 콘크리트 내의 방사능 농도에 대해서는 2700 개 이상의 표본 결과를 바탕으로 각 국가별로 방사능 농도를 제시하였다 (표 3). 국내의 경우 콘크리트 내의 평균 방사능 농도는 226Ra의 경우 26 Bq kg-1, 232Th의 경우 39 Bq kg-1, 40K의 경우 596 Bq kg-1로 전체적으로 유럽의 경우와 비슷한 수준이었다.
또한 국내에서 사용되는 콘크리트 벽체의 방사능 농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간을 조사하였다. 이를 바탕으로 한국인의 실내공간에서의 외부피폭에 의한 연간 유효선량을 평가하였다.
본 연구의 목표는 콘크리트 벽체에 존재하는 천연방사성 핵종에 의한 한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하는 것이다. 이를 위해 우선 콘크리트 내 우라늄 계열, 토륨계열, 40K 핵종의 농도별 외부피폭 방사선량률을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 방사선량률은 실측된 콘크리트 벽체의 천연방사성 핵종의 농도 및 일반인의 실내 점유율의 정보가 가용한 경우 각 실내공간에서의 외부 피폭 방사선량 계산에 활용될 수 있다.
국제방사선방호위원회(ICRP)에서는 최근 ICRP 103 방사선방어에 대한 권고 및 ICRP 110 기준 선량평가 모의체 보고서 발행에 맞춰서, 기존 ICRP 74 보고서에서 제공하였던 외부피폭에 대한 선량계수를 개정하였다[18-21]. 전신피폭에 대해서는 전방에서 후방으로(antero-posterior), 후방에서 전방으로 (postero-anterior), 좌측 측방(left lateral), 우측 측방 (right lateral), 회전(rotational), 등방(isotropic) 등 총 6가지 입사방사선 방향에 따른 선량환자 인자를 계산하였다. 입사방사선의 방향에 따른 자유공기 중 커마 당 유효선량 환산인자를 그림 3에 요약하였다.
본 연구에서 기준 방으로 설정된 침실 이외에 화장실, 거실, 사무실 등과 같이 다양한 크기의 타 공간에 대한 선량평가를 위해 실내 면적의 크기를 변화시키면서 피폭선량을 평가하였다 (그림 6). 천장 및 바닥을 구성하는 콘크리트에 의한 효과와 벽을 구성하는 콘크리트에 의한 효과를 분리하여 선량평가를 실시하였다. 천장 및 바닥의 면적은 실내 면적이 증가함에 따라 함께 증가한다.
최종적으로 실내공간에서의 유효선량률 및 실내 거주 시간을 바탕으로 한국인 성인에 대한 연간 피폭선량을 계산하였다. 환경부에서 국내 16개 광역시도에 거주하는 만 18세 이상의 성인 1980명에 대하여 실내에서 거주하는 연간 시간을 조사하였다 (그림 4) [13].
따라서 본 연구에서는 일반인이 하루 중 가장 많은 시간을 보내는 침실의 크기를 바탕으로 실내공간에서의 선량평가를 실시하였다. 침실 외에도 사무실, 거실 및 복도, 목욕실 등의 다양한 공간에서 시간을 소요하므로, 표준 크기의 방 이외에서의 공간에 대해서도 선량평가를 실시하였다.
한국인의 실내공간에서의 외부피폭 방사선량 평가를 위해 국내의 주거실태, 실내공간의 구조 및 크기, 콘크리트 벽체의 물리적 화학적 특성을 조사하였다. 수집된 자료를 바탕으로 방사선 수송코드를 이용하여 콘크리트 내 핵종별 농도에 따른 실내공간에서의 외부피폭 방사선량률을 계산하였다.
한국인의 실내에서의 외부피폭 방사선량을 평가하기 위해, 국내에서 사용되는 콘크리트 내의 천연방사성 핵종의 농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간 통계정보를 이용하여 연간 유효선량을 평가하였다 (그림 7). 선량평가는 모든 벽이 콘크리트 벽체로 이루어졌다고 가정하고 실시하였다 (그림 2-a 참조).
대상 데이터
선량평가를 위해 콘크리트 벽체의 화학적 구성은 미국 국립표준연구소(NIST)에서 제공하고 있는 값을 사용하였다(표 1) [15]. 콘크리트 벽체의 두께 및 밀도는 가장 일반적으로 사용되는 값인 20 cm 및 2.
실내공간의 크기는 연구마다 다양하게 설정되어 선량평가가 이루어졌는데, 이 중에서 유럽위원회(EC)에서는 5×4×2.8 m3, 핀란드 방사선 및 원자력안전청(STUK)에서는 12×7×2.8 m3 크기의 공간을 선량평가에 사용하였다.
최종적으로 실내공간에서의 유효선량률 및 실내 거주 시간을 바탕으로 한국인 성인에 대한 연간 피폭선량을 계산하였다. 환경부에서 국내 16개 광역시도에 거주하는 만 18세 이상의 성인 1980명에 대하여 실내에서 거주하는 연간 시간을 조사하였다 (그림 4) [13]. 한국 성인의 경우 하루 중 약 89%의 시간(21.
이론/모형
2.2 실내공간에서의 외부피폭 선량계산
선량평가를 위해 MCNPX 코드를 사용하였다. 콘크리트 벽체는 그림 1과 같이 짧은 벽체, 긴 벽체, 가로 벽체(천장과 바닥)의 세 쌍으로 나누어 모사하였으며, 모든 벽체의 두께와 밀도는 동일하며, 구성성분은 표 1과 같다고 가정하였다.
성능/효과
08 nGy h-1 per Bq kg-1의 값을 보였다. 동일한 콘크리트 내 방사능 농도에 대해서는 토륨계열의 핵종, 우라늄계열 핵종, 40K 순으로 높은 선량률을 나타내었으며, 우라늄계열 핵종 및 40K의 선량률은 토륨계열 핵종에 비해 대략 82% 및 8% 수준이었다. 이러한 핵종별 선량률의 차이는 각 계열 핵종에서 방출하는 감마선 방출분율 및 에너지가 다르기 때문이다.
본 연구에서는 콘크리트 벽체에서 방출되는 감마선만을 고려하여 선량평가를 실시한 반면, 기존 연구에서는 방사선량을 실측하였다. 따라서 실측된 값은 본연구에서 고려한 콘크리트 벽체의 방사선원 이외에도 실외의 지각방사선에 의한 영향, 건축 마감재로 사용되는 목재, 석재 등에 의한 영향, 공기 중에 존재하는 라돈 및 딸핵종에 의한 영향, 감마선 이외의 타 방사선에 의한 영향 등을 모두 포함하므로 본 연구의 결과보다 실내선량률이 높을 수 있다. 국내의 콘크리트 내 천연방사성핵종의 농도에 대한 정보는 극히 제한적이다.
본 연구에서 가정한 방의 구조, 즉 출입문 및 창문 유무 및 크기에 따라서 선량률이 조금씩 다르게 나타났으나, 그 차이는 크지 않았다. 출입문만 있는 경우(그림 2-b), 출입문과 함께 1.
본 연구에서는 우라늄계열 핵종에 대해서는 24개 감마선 에너지, 토륨계열 핵종에 대해서는 20개 감마선 에너지, 40K에 대해서는 1개의 감마선 에너지에 대해 선량평가 하였다. 본 연구에서 고려한 감마선방출분율 및 에너지 곱의 합은 우라늄계열, 토륨계열, 40K에 대해 대략 0.81, 0.88, 0.16 MeV 이었다.
인체 내에서 주요 장기의 위치가 다르기 때문에, 유효선량 환산인자는 입사 방사선의 방향에 따라 차이가 있었다. 상대적으로 조직가 중치가 높은 갑상선, 유방, 생식기 등이 인체의 앞면에 위치해 있으므로, 전방에서 후방으로(AP)의 입사의 경우 타경우에 비해 상대적으로 높은 환산인자 값을 보였다. 측방(LAT)입사의 경우 전후방(AP) 혹은 후전방(PA)에 비해 상대적으로 관통해야 하는 몸통의 두께가 두꺼워서 낮은 유효선량 환산인자 값을 보였다.
위층, 중간층, 아래 층에 각각 3개의 실내공간을 구성하고 중간층 가운데 실내공간에서 선량평가를 실시하였다. 이 경우 주위에 다른 공간이 존재하지 않는 경우에 비해 우라늄계열, 토륨계열, 40K에 의한 선량률은 각각 8%, 9%, 15% 증가하였으며, 총 유효선량은 11% 증가하였다.
4시간)을 실내에서 보내는 것으로 조사되었는데, 이 중 약 64%는 집에서, 36%는 집외 실내, 주로 사무실에서 생활하는 것으로 조사되었다. 집에서는 침실 혹은 방에서 68%, 거실에서 17%, 부엌 및 식당에서 8%, 그리고 욕실 등 기타 공간에서 7%의 시간을 소요하는 것으로 조사되었다. 실내공간에서의 연간 피폭 유효선량은 실내공간 점유율을 89%로 가정하여 평가 하였다.
하지만 이 경우 콘크리트 내의 총 방사선원의 양은 증가하지만, 선량평가 지점에서 선원의 거리가 멀어지기 때문에 종합적으로 실내공간에서의 방사선량률은 실내 면적이 증가함에 따라 감소한다. 천장/바닥 그리고 벽의 상반된 실내면적에 따른 선량률 변화 때문에 전체 방사선량률은 실내 면적의 변화에 상관없이 거의 일정한 값을 보였다. 따라서 본 연구에서는 선량평가를 위해서 표준방의 크기를 정해놓고 선량평가를 하였지만, 표준방에서의 선량평가 결과를 화장실, 거실, 사무실과 같은 타 공간에도 적용할 수 있을 것이다.
후속연구
따라서 본 연구에서는 Lee 등의 연구에서 제시한 값을 사용하였는데, 연구의 규모가 작기 때문에 상기 연구에서 주어진 건축자재내의 방사성핵종의 농도가 상대적으로 낮아, 평가된 선량값이 낮을 수 있다 [22]. 따라서 건축자재내 방사성핵종에 대한 전국적인 규모의 연구가 향후 더 수행되어야 할 것으로 판단된다.
천장/바닥 그리고 벽의 상반된 실내면적에 따른 선량률 변화 때문에 전체 방사선량률은 실내 면적의 변화에 상관없이 거의 일정한 값을 보였다. 따라서 본 연구에서는 선량평가를 위해서 표준방의 크기를 정해놓고 선량평가를 하였지만, 표준방에서의 선량평가 결과를 화장실, 거실, 사무실과 같은 타 공간에도 적용할 수 있을 것이다.
이를 위해 우선 콘크리트 내 우라늄 계열, 토륨계열, 40K 핵종의 농도별 외부피폭 방사선량률을 계산하였다. 본 연구에서 제시한 방사선량률은 실측된 콘크리트 벽체의 천연방사성 핵종의 농도 및 일반인의 실내 점유율의 정보가 가용한 경우 각 실내공간에서의 외부 피폭 방사선량 계산에 활용될 수 있다. 또한 한국인에 대한 실내에서의 외부피폭 방사선량 정도를 평가하기 위해 국내에서 사용되는 콘크리트의 방사능농도 및 한국인의 실내에서의 소요시간 통계정보를 이용하여 연간 유효선량을 평가하였다.
본 연구에서 제시한 콘크리트 벽체의 방사능 농도당 피폭선량률은 실측된 콘크리트 벽체의 방사능 농도 값이 가용할 경우, 측정된 건축물 내 실제 외부피폭 방사선량률을 제공할 수 있다. 완성된 건축물 이외에도, 건축이 시작되기 전에 건축자재의 방사능을 측정하여 실내에서의 피폭선량을 예상할 수 있게 해준다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
방사선 피폭에 대한 국민의 관심이 고조된 사건은?
후쿠시마 원자력발전소 사고 이후 방사선 피폭에 대한 국민의 관심이 고조되었다. 이러한 시기에 콘크리트, 타일, 석고보드, 벽지 등에서 방사성핵종이 검출되었다는 보고 등은 건축자재로 인한 방사선 피폭에 대한 일반인의 염려를 크게 증대시켰다.
천연방사성핵종의 특징은?
천연방사성핵종은 자연환경 중에 항상 존재하면서 일반인 피폭의 가장 큰 부분을 차지한다. 그 중에서도 일반적으로 하루 중 가장 많은 시간을 보내는 실내공간에서의 피폭선량은 천연방사성핵종에 의한 일반인 피폭의 중요한 부분을 차지한다.
건축자재 중 콘크리트가 외부피폭을 유발하는 이유는?
콘크리트의 경우 그 구성은 골재, 시멘트, 물, 공기 등으로 이루어져 있으며, 자재의 성능향상을 위하여 플라이애시, 고로슬래그, 실리카퓸 등의 산업 부산물을 혼화재로 사용하기도 한다. 상기 콘크리트의 구성성분으로 사용되고 있는 물질들은 천연방사성핵종을 함유하고 있는데, 이러한 천연방사성핵종 중 외부피폭을 유발하는 감마 방출 선원은 우라늄계열 핵종, 토륨계열 핵종, 40K을 포함한다[1,2].
참고문헌 (24)
United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. Vol. I Sources. 2000.
United Nations Scientific Committee on Effects of Atomic Radiation. Sources and effects of ionizing radiation. UNSCEAR 2008 Report to the General Assembly with Scientific Annexes. Volume I. 2010.
Risica S, Bolzan C, Nuccetelli C. Radioactivity in building materials: room model analysis and experimental methods. Sci. Total Environ. 2001; 272:119-26.
Al-Jundi J, Ulanovsky A, Prohl G. Doses of external exposure in Jordan house due to gamma-emitting natural radionuclides in building materials. J. Environ. Radioact. 2009;100:841-846.
Moharram BM, Suliman MN, Zahran NF, Shennawy SE, El Sayed AR. External exposure doses due to gamma emitting natural radionuclides in some Egyptian building materials. Appl. Radiat. Isot. 2012;70:241-248.
European Commission. Radiation protection principles concerning the natural radioactivity of building materials. Radiation Protection 112. 1999.
Radiation and Nuclear Safety Authority. Radiation dose assessments for materials with elevated natural radioactivity. STUK-B-STO 32. 1995.
Mustonen, R. Methods for evaluation of radiation from building materials. Rad. Prot. Dosim. 1984;7: 235-238.
통계청. 국가통계포털 - 행정구역별 주택현황. 2012.
환경부. 한국형 노출지수 개발 및 운영체계 구축. GOVP1200812666. (2007).
Lee JH, Lee C. Analytical study for the plan of unit household in national housing scale - Oriented on the cases of Korean housing corporation since 2005: Focused on analysing area. Journal of the Korean Institute of Interior Design. 2010;19: 180-189.
Hubbell JH, Seltzer SM. Tables of x-ray mass attenuation coefficients and mass energyabsorption coefficients from 1 keV to 20 MeV for elements Z1 to 92 and 48 additional substance. National Institute of Standards and Technology. 2004.
Al-Sulaiti H, Nasir T, Al Mugren KS, Alkhomashi N, Al-Dahan N, Al-Dosari M, Bradley DA, Bukhari S, Matthews M, Regan PH. Determination of the natural radioactivity levels in north west of Dukhan, Qatar using high-resolution gamma-ray spectrometry. Appl. Radiat. Isot. 2011;70:1344- 1350.
한국토지주택공사. 주택분야 건출설계 지침. 2010.
International Commission on Radiological Protection. The 2007 recommendations of the International Commission on Radiological Protection. ICRP Publication 103. Oxford; Pergamon Press. 2007.
International Commission on Radiological Protection. Adult reference computational phantoms. ICRP Publication 110. Oxford; Pergamon Press. 2009.
International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for radiological protection quantities for external radiation exposures. ICRP Publication 116. Oxford; Pergamon Press. 2010.
International Commission on Radiological Protection. Conversion coefficients for use in radiological protection against external radiation. ICRP Publication 74. Oxford; Pergamon Press. 1997.
Lee SC, Kim CK, Lee DM, Kang HD. Natural radionuclides contents and radon exhalation rates in building materials used in South Korea. Radiat. Prot. Dosim. 2001;94:269-274.
Trevisi R, Risica S, D'Alessandro M, Paradiso D, Nuccetelli C. Natural radioactivity in building materials in the European Union: a database and an estimate of radiological significance. J. Env. Radioact. 2012;105:11-20.
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