[논문]방사능 확산 검증을 위한 악기상 조건에서의 추적자 야외확산 실증실험

한문희; 김은한; 정효준; 정해선; 박미선; 황원태

doi:10.14407/jrp.2013.38.4.208

방사능 확산 검증을 위한 악기상 조건에서의 추적자 야외확산 실증실험
Field Tracer Experiments under Severe Wether Conditions for the Validation of the Dispersion of Radioactive Materials 원문보기

방사선방어학회지 = Radiation protection : the journal of the Korean association for radiation protection, v.38 no.4, 2013년, pp.208 - 213

한문희 (한국원자력연구원) , 김은한 (한국원자력연구원) , 정효준 (한국원자력연구원) , 정해선 (한국원자력연구원) , 박미선 (한국원자력연구원) , 황원태 (한국원자력연구원)

초록
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원전의 안전성분석보고서에는 운영기간중 만일의 사고에 따른 방사선안전성 확보를 위해 부지의 적합성 평가가 요구된다. 부지 적합성은 극히 보수적인 가정을 적용하여 제한구역경계에서 방사선 피폭영향을 평가하여 판단하게 된다. 이들 평가는 방사선영향평가 모델을 보수적인 기상조건 등에 적용하여 수행된다. 본 연구에서는 보수적인 평가 결과의 타당성 검증을 목적으로 확산에 양호하지 못한 악기상 조건에서 추적자확산실험을 실시하였다. 원전부지 실험에 앞서 대전시 인근 유성구 학하리 평지에서 추적자 확산실험을 실시하였다. 확산실험의 분석결과 기존의 확산조건이 좋은 경우의 실험결과와 비교할 때 크게 두 가지 큰 차이를 발견할 수 있었다. 하나는 풍속이 매우 낮고 풍향의 변화가 심해 주 풍하 방향에서 나타나는 최대 농도를 찾기 어렵다는 것이고, 다른 하나는 대기가 매우 안정하여 지상 10 m 낮은 높이에서의 방출임에도 불구하고 방출점에서 수 백 m 떨어진 지점에서 처음으로 상대적으로 높은 농도 분포가 나타나는 경우가 있다는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The suitability of the site criteria is a basic requirement for securing safety of nuclear power plants. The suitability should be confirmed through the estimation of environmental radiation effects at the exclusion area boundary under the severe weather conditions. In this study, field tracer experiments over short range of 1 km radius under severe weather conditions were conducted at flat area in Daejeon. Severe weather conditions are represented with stable atmospheric condition and low wind speed. In general, the condition is appeared at clean night time with weak wind. The analysis of the measured distribution of the released tracer gas shows two big differences between the results of the past experiments conducted under the favorable weather conditions. One is the difficulty of finding the typical distribution of the released tracer gas with peak concentration in the downwind direction. The other one is the appearance of the contour of the concentration of tracer gas at several hundred meters even though the gas released at 10 m height over the ground.

주제어

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문제 정의

한국원자력연구원에서는 1990년대 중반 평지 야외확산실험을 통해 추적자확산실험 기술과 경험을 축적하여, 1996년 한빛 원전부지를 시작으로 2002년까지 국내 4개 원전부지에서 야외 추적자확산실험을 실시하였다[3]. 당시 실시된 실험은 원전 주변 반경 약 10 km 범위에서 방사선 사고시 방사성물질의 확산예측 및 확산특성 평가를 목적으로 실시 되었다. 이들 실험은 방출되는 추적자 가스가 대상 지역에 충분히 확산되어 추적자의 포집과 분석이 용이한 기상 조건에서 실시되었다.
대전 유성구 학하리 평지실험의 목적은 원전의 부지의 적합성 여부 평가와 관련하여 극히 보수적인 악기상 조건 에서 방사선피폭해석 결과의 타당성을 분석하는 것이다. 이번 실험은 국내에서 처음으로 실시된 악기상 조건에서의 추적자 확산실험이므로 평지실험을 통해 필수 장비의 점검과 실험 결과인 추적자 농도분포의 해석 등의 사전 준비가 필수적이다.
본 연구에서는 원전의 부지 적합성평가과정에서 이용 되는 사고시 방사선영향평가 모델의 적용 타당성을 검토하기 위해, 1 km 이내 좁은 범위를 대상으로 악기상 조건 에서 추적자확산실험을 실시하였다. 악기상 조건하에서의 실험은 평지실험과 원전부지 실험으로 계획하였다.
미국은 DOE (Department of Energy) 지원하에 ASCOT (Atmospheric Studies in Complex Terrain)와 ANATEX (Across North America Tracer Experiment) 등 대규모 실험을 수행하였고, 독일, 이탈리아, 덴마크, 스페인 등 유럽국가에 서도 각국의 상황을 고려하여 확산실험을 수행하였다. 주변국 일본도 방사능 비상대응시스템 SPEEDI (System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information) 개발 프로젝트의 일환으로 JAEA (Japan Atomic Energy Agency)에서 모델 검증을 목적으로 추적자확산 실험을 수행하였다. 중국도 2000년대 중반 미국 전문가의 도움으로 동부지역 원전의 방재대책 수립의 일환으로 추적자 실험을 수행한 바 있다.

제안 방법

포집점은 그림 1과 같이 반경 1 km범위에 샘플러 약 130대를 배치할 수 있도록 80 m 간격으로 배치하였다. 각각의 포집점에는 야간에 식별이 가능하도록 야광 테입으로 띠를 두른 표식을 설치하였다.
본 연구에서는 원전의 부지 적합성평가과정에서 이용 되는 사고시 방사선영향평가 모델의 적용 타당성을 검토하기 위해, 1 km 이내 좁은 범위를 대상으로 악기상 조건 에서 추적자확산실험을 실시하였다. 악기상 조건하에서의 실험은 평지실험과 원전부지 실험으로 계획하였다. 원전부지 실험에 앞서 실험 필수장비의 성능 점검과 실험절 차의 적절성 확인 및 결과해석의 경험 축적을 목적으로 대전시 인근 유성구 학하리 평지에서 추적자 확산실험을 실시하였다.
악기상 조건하에서의 실험은 평지실험과 원전부지 실험으로 계획하였다. 원전부지 실험에 앞서 실험 필수장비의 성능 점검과 실험절 차의 적절성 확인 및 결과해석의 경험 축적을 목적으로 대전시 인근 유성구 학하리 평지에서 추적자 확산실험을 실시하였다.
그렇지만 본 실험과 같은 대규모 실험에서 포집점 수에 해당되는 많은 인력을 동원하는 일은 매우 어렵다. 이후 원전부지에서의 대규모 실험에 적합하도록 자동 연속식 추적자포집기를 개발하게 되었다.
기상관측은 지상관측과 고공 기상관측으로 구분된다. 지상관측에서는 초음파 기상관측 기기와 같은 장비를 이용하여 방출점을 포함하여 8개 포집점 지점에서 풍향과 풍속을 관측하였다. 고공기상관측은 풍선에 자료 송신기능을 갖춘 관측기기를 매달아 하늘로 날려 지상 수 km 높이까지의 온도 등의 자료를 관측하며, 측정된 자료는 실험 당시 대기안정도 결정에 활용된다.
추적자 방출과 포집을 완료한 후 포집기와 샘플백을 수거한 후 가스크로마토그라피를 이용하여 포집된 추적자 가스의 농도를 분석하였다.
추적자 방출과 포집이 이루어지는 동안 실험부지에서 기상 관측을 실시하였다. 기상관측은 지상관측과 고공 기상관측으로 구분된다.
평지실험은 실험 준비상황과 장마 등 기상상황을 고려 하여 2013년 6월 14일과 21일 2차례 실시하였다. 추적자 방출실험 일정을 확정한 후 전날 오후에 각각의 샘플러에 숫자 표식이 부착된 샘플백 6개를 연결하고 배터리를 고정시키는 작업을 진행하였다. 샘플백으로는 표면에 추적자 가스의 흡착이 거의 없는 Saran 백을 이용하였다.
평지실험은 실험 준비상황과 장마 등 기상상황을 고려 하여 2013년 6월 14일과 21일 2차례 실시하였다. 추적자 방출실험 일정을 확정한 후 전날 오후에 각각의 샘플러에 숫자 표식이 부착된 샘플백 6개를 연결하고 배터리를 고정시키는 작업을 진행하였다.
풍속이 2 m sec^-1 이하이며 대기안정도가 매우 안정 상태인 악기상 조건을 만족하기 위해 새벽 2시부터 2시간 동안 추적자를 방출하였다. 포집기는 새벽 2시부터 10분간씩 6번 포집이 이루어지도록 하였다.
추적자 가스는 대기중 농도가 매우 낮고 침적 되지 않으며, 반응성 낮고, 환경에 무해하며 취급과 분석이 용이한 SF 6 를 사용하였다. 풍속이 2 m sec^-1 이하이며 대기안정도가 매우 안정 상태인 악기상 조건을 만족하기 위해 새벽 2시부터 2시간 동안 추적자를 방출하였다. 포집기는 새벽 2시부터 10분간씩 6번 포집이 이루어지도록 하였다.

대상 데이터

5 m s -1 로 다른 지점에 비해 높은 풍속이 측정된 이유는, 이 지점에서만 10 m 높이의 마스트에서 기상이 관측되었기 때문이다. 본 실험에서는 상단 왼쪽편의 기상 관측지점에서 추적자가 방출되었다. 따라서 방출된 추적자는 북풍의 영향으로 남쪽으로 이동하다가 실험 부지 남쪽에서 서풍을 만나 동편으로 이동하게 되는데 그림 6에 이와 같은 상황이 반영되어 있다고 판단된다.
추적자 방출실험 일정을 확정한 후 전날 오후에 각각의 샘플러에 숫자 표식이 부착된 샘플백 6개를 연결하고 배터리를 고정시키는 작업을 진행하였다. 샘플백으로는 표면에 추적자 가스의 흡착이 거의 없는 Saran 백을 이용하였다. 추적자 포집기를 포집점에 배치할 때는 1톤 트럭 7대를 이용하였다.
악기상 조건에서의 추적자 확산실험 수행과 실험결과의 해석은 매우 까다롭기 때문에 평지실험을 통해 실험 과정 점검과 추적자 확산해석의 경험과 기술을 축적할 필요가 있다. 이를 위해 대전 유성구 학하리 평지에서 2013년 6월 14일과 21일 추적자 방출실험을 실시하였다. 포집된 추적자의 농도분포를 분석한 결과 기존의 확산이 양호한 기상조건의 기존 실험결과와 비교할 때 크게 두 가지 큰 차이를 발견할 수 있었다.
추적자 포집기를 포집점에 배치할 때는 1톤 트럭 7대를 이용하였다. 추적자 가스는 대기중 농도가 매우 낮고 침적 되지 않으며, 반응성 낮고, 환경에 무해하며 취급과 분석이 용이한 SF 6 를 사용하였다. 풍속이 2 m sec^-1 이하이며 대기안정도가 매우 안정 상태인 악기상 조건을 만족하기 위해 새벽 2시부터 2시간 동안 추적자를 방출하였다.
샘플백으로는 표면에 추적자 가스의 흡착이 거의 없는 Saran 백을 이용하였다. 추적자 포집기를 포집점에 배치할 때는 1톤 트럭 7대를 이용하였다. 추적자 가스는 대기중 농도가 매우 낮고 침적 되지 않으며, 반응성 낮고, 환경에 무해하며 취급과 분석이 용이한 SF 6 를 사용하였다.
원전부지 악기상 조건 에서의 실험에 앞서 평지실험을 실시하여 실험에 필수적인 장비의 점검과 실험 절차의 확인과정이 필요하다. 평지실험에 적합한 부지는 한국원자력연구원이 위치한 대전 인근에서 찾을 수 있었다. 대전시 유성구 학하리 인근 평탄한 지역에 주거와 상가분양을 목적으로 직선 거리 1 km 조건을 만족하는 토지 구획정리를 마친 부지가 있었다.
주택과 상가 입주가 거의 이루어지지 않았지만 도로 포장과 가로등이 설치되어 있어 야간 실험에 최적의 조건이었다. 포집점은 그림 1과 같이 반경 1 km범위에 샘플러 약 130대를 배치할 수 있도록 80 m 간격으로 배치하였다. 각각의 포집점에는 야간에 식별이 가능하도록 야광 테입으로 띠를 두른 표식을 설치하였다.

성능/효과

한빛원전 실험 당시 3∼5 m sec -1 의 서풍이 일정하게 불어 추적자 농도와 FADAS 모사결과 모두 동편에서 최대 농도가 잘 나타났다.

후속연구

하나는 풍속이 매우 낮고 풍향의 변화가 심해 주 풍하 방향에서 나타나는 최대 농도를 찾기 어렵다는 것이고, 다른 하나는 대기가 매우 안정하여 10 m 높이의 낮은 고도에서 방출하였음에도 불구하고 방출점에서 수 백 m 떨어진 지점에서 처음으로 유의한 농도 분포가 나타난다는 점이다. 본 실험은 국내에서 처음으로 실시된 악기상 조건 에서의 추적자 확산실험으로 국내 원전부지에서의 실험을 준비하는데 매우 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다.
추적자 방출실험을 위해서는 실험 목적에 부합되는 적합한 부지선정이 우선되어야 한다. 원전부지 악기상 조건 에서의 실험에 앞서 평지실험을 실시하여 실험에 필수적인 장비의 점검과 실험 절차의 확인과정이 필요하다. 평지실험에 적합한 부지는 한국원자력연구원이 위치한 대전 인근에서 찾을 수 있었다.
대전 유성구 학하리 평지실험의 목적은 원전의 부지의 적합성 여부 평가와 관련하여 극히 보수적인 악기상 조건 에서 방사선피폭해석 결과의 타당성을 분석하는 것이다. 이번 실험은 국내에서 처음으로 실시된 악기상 조건에서의 추적자 확산실험이므로 평지실험을 통해 필수 장비의 점검과 실험 결과인 추적자 농도분포의 해석 등의 사전 준비가 필수적이다. 악기상 조건은 바람이 약하고 대기안 정도가 매우 안정한 경우에 나타나므로, 실험은 새벽 2시에 추적자 방출로 시작되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	FADAS란 무엇인가?	중국도 2000년대 중반 미국 전문가의 도움으로 동부지역 원전의 방재대책 수립의 일환으로 추적자 실험을 수행한 바 있다. 국내에서는 국가 방사능 방재체제에 필요한 실시간 방사선피폭해석시스템 FADAS (Following Accident Dose Assessment System) 개발과 제와 연계하여 모델의 검증 및 원전부지 확산특성 분석을 목적으로 추적자 확산실험을 수행하였다[1,2]. 한국원자 력연구원에서는 1990년대 중반 평지 야외확산실험을 통해 추적자확산실험 기술과 경험을 축적하여, 1996년 한빛 원전부지를 시작으로 2002년까지 국내 4개 원전부지에서 야외 추적자확산실험을 실시하였다[3].
	추적자 방출실험을 위해서는 무엇이 우선되어야 하는가?	추적자 방출실험을 위해서는 실험 목적에 부합되는 적합한 부지선정이 우선되어야 한다. 원전부지 악기상 조건 에서의 실험에 앞서 평지실험을 실시하여 실험에 필수적인 장비의 점검과 실험 절차의 확인과정이 필요하다.
	해외 야외 추적자확산 실증실험에는 무엇이 있는가?	원자력산업을 추진하는 대부분의 국가에서는 환경특성을 고려한 대기확산 및 방사선피해 예측모델을 개발하여 사용하고 있으며, 개발된 모델의 검증과 개선을 목적으로 야외 추적자확산 실증실험을 실시해오고 있다. 미국은 DOE (Department of Energy) 지원 하에 ASCOT (Atmospheric Studies in Complex Terrain)와 ANATEX (Across North America Tracer Experiment) 등 대규모 실험을 수행하였고, 독일, 이탈리아, 덴마크, 스페인 등 유럽국가에 서도 각국의 상황을 고려하여 확산실험을 수행하였다. 주변국 일본도 방사능 비상대응시스템 SPEEDI (System for Prediction of Environmental Emergency Dose Information) 개발 프로젝트의 일환으로 JAEA (Japan Atomic Energy Agency)에서 모델 검증을 목적으로 추적자확산 실험을 수행하였다. 중국도 2000년대 중반 미국 전문가의 도움으로 동부지역 원전의 방재대책 수립의 일환으로 추적자 실험을 수행한 바 있다. 국내에서는 국가 방사능 방재체제에 필요한 실시간 방사선피폭해석시스템 FADAS (Following Accident Dose Assessment System) 개발과 제와 연계하여 모델의 검증 및 원전부지 확산특성 분석을 목적으로 추적자 확산실험을 수행하였다[1,2].

참고문헌 (4)

Han MH, Kim EH, Suh KS, Hwang WT, Jeong HJ. Development of radiological dose assessment systems to support a radiological emergency preparedness in Korea. Ann. Nucl. Energy. 2012;43:187-191.

상세보기
Han MH, Kim EH, Suh KS, Hwang WT, Choi YG. Field tracer experiments over nuclear sites for the validation of a Korean real-time atmospheric dispersion and dose assessment system (FADAS). Int. J. Environ. Pollut. 2001;16(1-6):227-236.
Han MH, Kim EH, Suh KS, Hwang WT, Jeong HJ. Simulation of the dispersion of radioactive effluents over the Kori site using field tracer experiment. J. Nucl. Sci. Technol. 2004;Supplement 4:423-426.
Lenschow DH. Probing the atmospheric boundary layer. American Meteorological Society. 1986.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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