[논문]원전주변 지역 식물의 방사능 오탁에 관한 연구 - 해송과 아왜나무를 대상으로 -

강태호; 조홍하; 정진욱; 국성도

doi:10.13087/kosert.2013.16.3.055

원전주변 지역 식물의 방사능 오탁에 관한 연구 - 해송과 아왜나무를 대상으로 -
Study on Radioactive Contamination of Plant Nearby Nuclear Power Plant - Focused on Pinus thunbergii Parl. and Viburnum awabuki K. KOCH - 원문보기

環境復元綠化 = Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology, v.16 no.3, 2013년, pp.55 - 62

강태호 (동국대학교 경주캠퍼스 조경학과) , 조홍하 (중국료성대학 농학원) , 정진욱 (월성원전환경감시센타) , 국성도 (월성원전환경감시센타)

Abstract ▼ AI-Helper

Generally, the radioactivity from NPP(Nuclear Power Plants) operation can be released below 3% of DRLs(Derived Release Limits) to environment. It was tried to understand which plant was efficient for absorbing radioactivity in this study. Pinus thunbergii Parl. and Viburnum awabuki K. KOCH were analyzed for radioisotope absorption. The samples were collected at three different locations depending on the distance from NPP at the vicinity 10km away, and 30km away. Gamma radionuclide was not detected from the samples, which means that the direct transition into the plant was not significant. Meanwhile, the very low level of radioactive tritium was detected in the samples. One remark was that every plant has different ability for tritium absorption. These results are expected to be applied to propagation and transplanting in radioactively contaminated area or reducing radioactivity in the soil and water near the plants.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

국외에서는 원전사고 후 식물을 이용한 방사능 핵종 저감 연구가 적극적으로 진행되고 있지만, 국내에서는 이분야에 대한 연구가 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원자력시설 주변지역의 방사능 오탁 저감을 위한 식생복원 기술개발을 위해 월성원전환경감시센터(이하 감시센터)와 함께 식물 소재에 따른 방사능 분석을 시행하였다. 이를 통해 식물 소재에 따른 방사능 흡수 정도를 파악하고 토양에 침적된 방사능이 식물체 지하부에서 흡착 후 지상부로 이행하는 정도 등 방사능 거동을 규명하여 방사능 저감능력의 기초 자료를 제공하고자 한다.
본 연구에서는 식물의 종류와 원전으로부터의 거리에 따라 방사능의 양이 어떻게 변화하는지를 확인하였다. 식물의 종류는 아왜나무와 소나무 등 2종의 잎을 대상으로 하였고, 원전으로부터 거리는 원전인근, 10km 위치 그리고 약 30km로 하였다.
따라서 본 연구에서는 원자력시설 주변지역의 방사능 오탁 저감을 위한 식생복원 기술개발을 위해 월성원전환경감시센터(이하 감시센터)와 함께 식물 소재에 따른 방사능 분석을 시행하였다. 이를 통해 식물 소재에 따른 방사능 흡수 정도를 파악하고 토양에 침적된 방사능이 식물체 지하부에서 흡착 후 지상부로 이행하는 정도 등 방사능 거동을 규명하여 방사능 저감능력의 기초 자료를 제공하고자 한다. 이러한 기본적인 연구결과는 방사능 오염이 있는 지역에 식물 이식의 생활률을 확보하기 위한 번식기술이나 재배기술뿐만이 아니라 원자력발전소 주변 지역의 토양 및 물속의 방사능 저감에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

제안 방법

식물의 종류는 아왜나무와 소나무 등 2종의 잎을 대상으로 하였고, 원전으로부터 거리는 원전인근, 10km 위치 그리고 약 30km로 하였다. 방사선의 종류는 감마 방사능과 베타(삼중수소)에 대하여 분석을 수행하였다.
대기중의 HTO는 식물체의 기공을 통하여 식물체 내에서 조직자유수(TWFT：Tissue Free Water Tritum)로 존재하여 생체를 구성하고 있는 일반물과 같은 형태로 거동하며 일부는 조직을 구성하고 있는 탄소와 직접 결합하여 조직결합수(OBT：Organically Bound Tritum)로 존재하게 된다. 식물시료(소나무, 아왜나무)의 조직자유수는 동결건조를 하면 쉽게 분리할 수 있으며 분리된 조직자유수는 약품처리 및 증류를 통해 최종 계측시료로 조제하였다. 상세 전처리 절차는 다음과 같다.
채취지점은 Figure 1과 같이 월성원자력발전소 근접지역과 원전으로부터 10km에 있는 양북 및 30km 이상 떨어진 건천지역으로 구분하고 각 3개소에 Test-bed를 설치하여 지역에서 자생 중인 식물을 채취하였다. 원전으로부터 배출된 방사성물질은 확산에 따른 결과 거리별로 지수 함수적으로 그 농도가 떨어지는 특성이있으므로 거리별로 채취하였으며 대기확산 인자는 고려하지 않았다. 채취된 시료는 화학 또는 물리적 전처리 과정을 통해 식물체별로 감마 방사능과 삼중수소 방사능 분석을 시행 하였다.
1g을 이용해 조직자유수 내 유기물과 염소성분을 제거하였으며 증류장치를 이용해 계측에 필요한 증류수 8mL를 추출하였다. 조직자유수 8mL를 섬광체 12mL와 혼합하여 최종 계측용기(20mL 바이얼) 담아 액체섬광계수기를 이용하여 계측하였다. 액체섬광계수기(LSC：Liquid Scintillation Counter) 는 시료 내에서 베타입자와 섬광체간의 상호작용으로 발생한 섬광을 측정하여 시료중의 방사능 농도를 계측하는 장치이다(삼중수소 전처리 절차서, 2008).
원전으로부터 배출된 방사성물질은 확산에 따른 결과 거리별로 지수 함수적으로 그 농도가 떨어지는 특성이있으므로 거리별로 채취하였으며 대기확산 인자는 고려하지 않았다. 채취된 시료는 화학 또는 물리적 전처리 과정을 통해 식물체별로 감마 방사능과 삼중수소 방사능 분석을 시행 하였다.

대상 데이터

그 결과 월성원전 주변의 삼중수소에 대한 지속적인 모니터링이 요구되며 나아가 삼중수소 방사능 저감화 노력이 필요하다고 판단된다. 본 연구는 국내에서 적용 가능한 상록교목을 찾아내기 위해 제한적으로 수행되었으므로 2종의 실험 식물종으로 한정하였다. 향후, 후속연구를 통해 보다 광범위한 식물종에 대한 검증이 필요하다.
본 연구에서 방사능 분석을 위한 식물소재는 침엽수인 소나무와 활엽수인 아왜나무를 선정 하였다. 채취지점은 Figure 1과 같이 월성원자력발전소 근접지역과 원전으로부터 10km에 있는 양북 및 30km 이상 떨어진 건천지역으로 구분하고 각 3개소에 Test-bed를 설치하여 지역에서 자생 중인 식물을 채취하였다.
본 연구에서는 식물의 종류와 원전으로부터의 거리에 따라 방사능의 양이 어떻게 변화하는지를 확인하였다. 식물의 종류는 아왜나무와 소나무 등 2종의 잎을 대상으로 하였고, 원전으로부터 거리는 원전인근, 10km 위치 그리고 약 30km로 하였다. 방사선의 종류는 감마 방사능과 베타(삼중수소)에 대하여 분석을 수행하였다.
중량이 측정된 시료는 105°C 건조기에서 손으로 쉽게 부수어질 때까지 건조 후 분쇄기를 이용해 계측용 시료용기 (마르넬리 비이커)에 충진하여 최종 1kg의 시료를 제조 하였다.
본 연구에서 방사능 분석을 위한 식물소재는 침엽수인 소나무와 활엽수인 아왜나무를 선정 하였다. 채취지점은 Figure 1과 같이 월성원자력발전소 근접지역과 원전으로부터 10km에 있는 양북 및 30km 이상 떨어진 건천지역으로 구분하고 각 3개소에 Test-bed를 설치하여 지역에서 자생 중인 식물을 채취하였다. 원전으로부터 배출된 방사성물질은 확산에 따른 결과 거리별로 지수 함수적으로 그 농도가 떨어지는 특성이있으므로 거리별로 채취하였으며 대기확산 인자는 고려하지 않았다.

데이터처리

중량이 측정된 시료는 105°C 건조기에서 손으로 쉽게 부수어질 때까지 건조 후 분쇄기를 이용해 계측용 시료용기 (마르넬리 비이커)에 충진하여 최종 1kg의 시료를 제조 하였다. 제조된 시료는 HPGe 검출기에서 80,000～200,000초 동안 계측을 실시하였으며 통계적 유의성을 확인한 후 최종 결과값을 도출하였다(감마분석용 시료채취 및 전처리절차서, 2010).

성능/효과

그 결과 아왜나무와 소나무 잎에서는 모든 위치에서 I-131, Cs-134, Cs-137 등의 감마 방사능이 검출되지 않았다. 그러나 주요 베타선원인 삼중수소는 원전인근과 10km위치에서 아왜나무와 해송 잎에서 미량 검출되었고 그 외의 위치에서는 검출되지 않았다.
삼중수소 방사능의 식물체 흡착 정도 즉 전이 정도를 파악하기 위해 월성원전으로부터 거리별로 솔잎 및 아왜나무 잎을 채취하여 방사능을 분석한 결과를 Table 2에 나타내었다. 분석 결과 원전에서 가까운 원전출입 정문에서 채취한 아왜나무와 솔잎 모두에서 삼중수소 방사능이 각각 39.8Bq/L 및 8.51Bq/L로 가장 높게 검출되었으며 원전으로부터 30km 이상 떨어진 건천에서는 삼중수소가 검출되지 않았다.
31Bq/L이 각각 검출되었다. 상기 결과로부터, 월성원자력 발전소 주변 식물에 의해 삼중수소 농도를 저감하려면 삼중수소 흡수가 상대적으로 큰 아왜나무가 해송보다는 유리하다고 판단된다. 향후 식생복원 기술을 통한 지속적인 삼중수소 저감화를 위해서는 삼중수소 흡수 능력이 상대적으로 큰 식물들에 대한 광범위한 지역으로의 확대 및 연구가 필요하며그 결과 효과적이며 환경적인 삼중수소 감소가 가능할 것으로 기대된다.
, 1997).실험한 6가지 식물 중 유채가 아주 높은 핵종 흡수 능력이 있는 것으로 나타나났다.(Chou F.
그러나 주요 베타선원인 삼중수소는 원전인근과 10km위치에서 아왜나무와 해송 잎에서 미량 검출되었고 그 외의 위치에서는 검출되지 않았다. 원전 인근의 아왜나무와 해송에서의 삼중수소 농도는 39.8Bq/L와 8.51Bq/L로 각각 검출되었으며, 원전에서 10km에 위치한 양북의 아왜나무와 해송에서는 2.22Bq/L와 1.31Bq/L이 각각 검출되었다. 상기 결과로부터, 월성원자력 발전소 주변 식물에 의해 삼중수소 농도를 저감하려면 삼중수소 흡수가 상대적으로 큰 아왜나무가 해송보다는 유리하다고 판단된다.
7% 흡수 능력이 있음을 입증하였다. 인도겨자는 회복능력이 강하고, 현장실험에서 연속으로 3계절 동안 심었을 때 토양중의 ¹³⁷Cs의 평균 방사능이 2,558Bq/kg에서 2,239 Bq/kg으로 감소하였으며, 3개월 동안 회복으로 3,000Bq/kg되는 오염토양의 면적을 29.4%로부터 7.7%로 저감되었음을 확인하였다. 체르노빌핵발전소의 사고부근의 야생식물을 조사한결과, 순형과, 국화과, 선주름이끼와, 장미과의 식물이 ¹³⁷Cs를 축적할 수 있는 양이 큰 것으로 나타났다(>1,000Bq/kg)(Dushenkov et al.
, 2001). 진주암과 토탄이끼혼합 토양에 유칼립투스 묘목을 식재하여 3개월 경과한 후에 토양속의 ¹³⁷Cs 31.0%,⁹⁰Sr 11.3% 축적된 것으로 나타났고, 유칼립투스가 방사성 오염 물질 흡착능력이 있는 것으로 나타났다.(Entry and Emmingham, 1995).
토양과 공기 중에 존재하는 방사능의 식물체 흡착 정도를 알아보기 위해 솔잎과 아왜나무 잎에 대한 감마 방사능을 분석한 결과, Table 1에서 보는 바와 같이 3개소 지점 모두에서 감마선을 방출하는 핵종이 검출되지 않았다.
한편, 지금까지의 환경방사능 분석결과로 볼때, 월성원전 주변지역의 빗물에서 삼중수소 농도가 타 원전 지역에 비하여 상대적으로 높음을 확인할 수 있었다. 그 결과 월성원전 주변의 삼중수소에 대한 지속적인 모니터링이 요구되며 나아가 삼중수소 방사능 저감화 노력이 필요하다고 판단된다.

후속연구

향후 식생복원 기술을 통한 지속적인 삼중수소 저감화를 위해서는 삼중수소 흡수 능력이 상대적으로 큰 식물들에 대한 광범위한 지역으로의 확대 및 연구가 필요하며그 결과 효과적이며 환경적인 삼중수소 감소가 가능할 것으로 기대된다. 다만 대중에 대한 신뢰성 확보 측면에서 원전 주변지역에 더 많은 식물에 대한 연구가 필요하다.
이를 통해 식물 소재에 따른 방사능 흡수 정도를 파악하고 토양에 침적된 방사능이 식물체 지하부에서 흡착 후 지상부로 이행하는 정도 등 방사능 거동을 규명하여 방사능 저감능력의 기초 자료를 제공하고자 한다. 이러한 기본적인 연구결과는 방사능 오염이 있는 지역에 식물 이식의 생활률을 확보하기 위한 번식기술이나 재배기술뿐만이 아니라 원자력발전소 주변 지역의 토양 및 물속의 방사능 저감에도 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
상기 결과로부터, 월성원자력 발전소 주변 식물에 의해 삼중수소 농도를 저감하려면 삼중수소 흡수가 상대적으로 큰 아왜나무가 해송보다는 유리하다고 판단된다. 향후 식생복원 기술을 통한 지속적인 삼중수소 저감화를 위해서는 삼중수소 흡수 능력이 상대적으로 큰 식물들에 대한 광범위한 지역으로의 확대 및 연구가 필요하며그 결과 효과적이며 환경적인 삼중수소 감소가 가능할 것으로 기대된다. 다만 대중에 대한 신뢰성 확보 측면에서 원전 주변지역에 더 많은 식물에 대한 연구가 필요하다.
본 연구는 국내에서 적용 가능한 상록교목을 찾아내기 위해 제한적으로 수행되었으므로 2종의 실험 식물종으로 한정하였다. 향후, 후속연구를 통해 보다 광범위한 식물종에 대한 검증이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	신월성원전 1호기가 상업운전에 들어간 것은 언제인가?	원자력발전은 화석연료에 비해 값싸고 이산화탄소 배출이 적은 것으로 알려지면서 많은 나라에서 주요 에너지원으로 채택되고 있다. 국내의 경우 지난 2012년 7월에 신월성원전 1호기가 상업운전에 들어감으로써 총 23기의 원전이 가동되고 있으며 국내 발전점유율 대비 31.2%를 원전이 담당하고 있다.
	원자력 발전에 대한 국민 불안감이 증대되는 이유는 무엇인가?	현재 에너지 부존자원이 매우 부족한 국내 현실을 고려할 때 당분간 원자력에 의한 전력생산은 피할 수 없을 것으로 보인다. 그러나 최근 원전 가동으로 생성 되는 방사성폐기물 및 방사성 물질에 대한 누출 우려로 원전의 안전성에 대한 국민 불안감이 증대되고 있다. 2011년 3월에 대형 쓰나미에 의해 발생한 후쿠시마 원전사고는 막대한 양의 방사성 물질을 환경 중에 유출함으로써 방사능으로 인한 환경오염과 건강 및 식품안전에 대한 국민 불안감을 확대시켰다.
	후쿠시마 원전사고는 언제 일어났는가?	그러나 최근 원전 가동으로 생성 되는 방사성폐기물 및 방사성 물질에 대한 누출 우려로 원전의 안전성에 대한 국민 불안감이 증대되고 있다. 2011년 3월에 대형 쓰나미에 의해 발생한 후쿠시마 원전사고는 막대한 양의 방사성 물질을 환경 중에 유출함으로써 방사능으로 인한 환경오염과 건강 및 식품안전에 대한 국민 불안감을 확대시켰다.

참고문헌 (12)

Choi, Y. H..Lim, K. M..Choi, H. J..Choi, G. S. Lee, H. S. and Lee, C. W. 2005. Plant uptake and downward migration of 85Sr and 137Cs after their deposition on to flooded rice fields, Journal of Environmental Radioactivity, 78:35-49.
Chou, F. I..Chung, H. P. and Teng, S. P. 2005. Screening plant species native to Taiwan for remediation of 137Cs-contaminated soil and the effects of K addition and soil amendment on the transfer of 137Cs from soil to plants. Journal of Environmental Radioactivity, 80:175-181.

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Dushenkov, S..Mikheev, A. and Prokhnevsky, M. 1999. Phytoremediation of radiocesiumcontaminated soil in the vicinity of Chernobyl, Ukraine. Environmental Science & Technology, 33(3):469-475.

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Entry, J. A. and Emmingham, W. H. 1995. Sequestration of 137Cs and 90Sr from soil by seedlings of Eucalyptus tereticornis. Can. J. Forest Res, 25:1044-1047.

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Fuhrmann, M..Lasat, M. M. and D. Stephen. 2002. Uptake of Cesium-137 and Strontium-90 from contaminated soil by three plant species application to phytoremediation. Plant and Environment Interactions, 31:904-909.
Gouthu, S..Arie, T. and Ambe, S. 1997. Screening of plant species for comparative uptake abilities of radioactive Co, Rb, Sr and Cs from soil. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 222(1-2):247-251.

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Korea Hydro & Nuclear Power Co. 2004. Final Safety Analysis Report for Wolseong No. 1.
Korea Hydro & Nuclear Power Co. 2004. Wolseong Unit 1 operating technical specifications.
Ministry of Education, Science and Technology. 2005. Evaluation and management of radioactive effluent nuclear technology. Korea Electric Power Research Institute.
Sampling and pre-treatment procedures for gamma analysis. 2010 Monitoring center.
Tritium pretreatment procedures. 2008. Monitoring center.

저자의 다른 논문 :

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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