국내 사이클로트론 이전 및 해외 해체 사례 분석을 통한 해체 계획 기준 도입 연구 A Study on the Adoption of Cyclotron Decommissioning Plan Criteria by the Analysis of Domestic Relocation and Abroad Dismantling Practices원문보기
사이클로트론은 그 자체의 수명에 의한 마모 파손뿐만 아니라 사용목적의 변경, 장소 이전, 업그레이드 등의 다양한 이유로 해체 또는 폐기를 경험하게 된다. 실제 미국과 유럽에서도 후자의 이유로 해체된 사례가 많고 또한 많은 양의 저준위 방사성 폐기물을 발생시켰으며 이에 따른 큰 해체 비용을 야기하였다. 유럽과 미국에서는 미래 해체 비용 감소 를 위해 많은 연구를 수행하였으며 미국에서는 허가시 해체 자금 계획(DFP, Decommissioning Funding Plan)을 제출 하도록 하고 있다. 사이클로트론 해체를 위해서는 기술적 측면(해체 절차, 제염 기술 등)과 안전성 측면(잔류 방사능, 예상선량 등)에서 해체 작업의 성취 정도를 예측함으로 해체 비용의 감소 및 방사성 폐기물관련 문제를 해결할 필요가 있다. 본 연구에서는 ANL (Argonne National Laboratory)과 벨기에(유럽위원회 주관)에서 수행된 사이클로트론 해체 사례를 분석하고 2012년 12월 수행된 국내 서울대학교병원 사이클로트론 해체 이전 사례를 살펴봄으로써 향후 사이클 로트론 해체 기준 수립을 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다. 이를 위하여 IAEA (International Atomic EnergyAgency)와 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 사이클로트론 해체 관련 기준을 분석하고 향후 방사성 폐기물 규제해제(이하 자체처분) 및 재사용과 해체 자금 계획(DFP)의 국내 도입 방안을 제시하였다. 도출된 자료는 사이클로 트론 해체시 방사화되는 정도를 예측하고 국내에 적용할 수 있는 효율적인 해체 요건과 기준들을 정립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
사이클로트론은 그 자체의 수명에 의한 마모 파손뿐만 아니라 사용목적의 변경, 장소 이전, 업그레이드 등의 다양한 이유로 해체 또는 폐기를 경험하게 된다. 실제 미국과 유럽에서도 후자의 이유로 해체된 사례가 많고 또한 많은 양의 저준위 방사성 폐기물을 발생시켰으며 이에 따른 큰 해체 비용을 야기하였다. 유럽과 미국에서는 미래 해체 비용 감소 를 위해 많은 연구를 수행하였으며 미국에서는 허가시 해체 자금 계획(DFP, Decommissioning Funding Plan)을 제출 하도록 하고 있다. 사이클로트론 해체를 위해서는 기술적 측면(해체 절차, 제염 기술 등)과 안전성 측면(잔류 방사능, 예상선량 등)에서 해체 작업의 성취 정도를 예측함으로 해체 비용의 감소 및 방사성 폐기물관련 문제를 해결할 필요가 있다. 본 연구에서는 ANL (Argonne National Laboratory)과 벨기에(유럽위원회 주관)에서 수행된 사이클로트론 해체 사례를 분석하고 2012년 12월 수행된 국내 서울대학교병원 사이클로트론 해체 이전 사례를 살펴봄으로써 향후 사이클 로트론 해체 기준 수립을 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다. 이를 위하여 IAEA (International Atomic Energy Agency)와 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 사이클로트론 해체 관련 기준을 분석하고 향후 방사성 폐기물 규제해제(이하 자체처분) 및 재사용과 해체 자금 계획(DFP)의 국내 도입 방안을 제시하였다. 도출된 자료는 사이클로 트론 해체시 방사화되는 정도를 예측하고 국내에 적용할 수 있는 효율적인 해체 요건과 기준들을 정립하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
There are many reasons for decommissioning of cyclotron such as not only age-related deficiency, any serious wear or damage but also relocation, upgrade and changing mission. Decommission of cyclotron in USA and EU give rise to a lot of low-level radioactive waste and costs. Various research on deco...
There are many reasons for decommissioning of cyclotron such as not only age-related deficiency, any serious wear or damage but also relocation, upgrade and changing mission. Decommission of cyclotron in USA and EU give rise to a lot of low-level radioactive waste and costs. Various research on decommissioning of particle accelerator have been carried to reduce the cost of decommissioning in USA and EU. In USA, the NRC require DFP (Decommissioning Funding Plan) to authorized licenser by 10 CFR Part 30.35. To resolve radioactive waste problem and reduce the estimated cost of cyclotron decommissioning, we should consider technical aspects (decommissioning procedures, decontamination techniques, etc.) and safety aspects(residual radioactivity, the expected dose, etc) for decommissioning. In this study, we analyzed practical information on the decommissioning of cyclotron in ANL (Argonne National Laboratory) and Belgium (EU). And we investigated the experience on the cyclotron relocation from SNUH (Seoul National University Hospital) to SKKU (Sungkyunkwan University). From these results, we provide the basic data for establishing of relevant standards on domestic cyclotron decommissioning. It is necessary to adopt the DFP for safe and economic decommissioning and waste recycling. These result could be utilized for the establishment on the standards and useful requirements.
There are many reasons for decommissioning of cyclotron such as not only age-related deficiency, any serious wear or damage but also relocation, upgrade and changing mission. Decommission of cyclotron in USA and EU give rise to a lot of low-level radioactive waste and costs. Various research on decommissioning of particle accelerator have been carried to reduce the cost of decommissioning in USA and EU. In USA, the NRC require DFP (Decommissioning Funding Plan) to authorized licenser by 10 CFR Part 30.35. To resolve radioactive waste problem and reduce the estimated cost of cyclotron decommissioning, we should consider technical aspects (decommissioning procedures, decontamination techniques, etc.) and safety aspects(residual radioactivity, the expected dose, etc) for decommissioning. In this study, we analyzed practical information on the decommissioning of cyclotron in ANL (Argonne National Laboratory) and Belgium (EU). And we investigated the experience on the cyclotron relocation from SNUH (Seoul National University Hospital) to SKKU (Sungkyunkwan University). From these results, we provide the basic data for establishing of relevant standards on domestic cyclotron decommissioning. It is necessary to adopt the DFP for safe and economic decommissioning and waste recycling. These result could be utilized for the establishment on the standards and useful requirements.
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문제 정의
이러한 사항들을 중심으로 국내 실정에 맞는 해체에 관한 기준을 수립하기 위해 이미 선행되어진 국외 해체 사례들을 살펴보았다. 본 논문에서는 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 해체 자금 계획(DFP; Decommissioning Funding Plan)[9] 및 IAEA Technical Report Series 보고서의 방사성 폐기물 자체처분 처리 절차[13]를 살펴보고 국내 사이클로트론의 해체시 필요한 요건들을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 구체적으로는 국내 대부분인 소형 사이클로트론(평균 에너지 15~20 MeV)을 주요한 시설로 보고 주변 콘크리트(차폐체) 방사화와 해체 비용 등을 분석할 것이다.
서울대학교병원에서 성균관대학교로 이전 해체 작업이 처음 수행되었을 뿐이다. 본 연구는 국내 사이클로트론 해체시 적용할 수 있는 주요 해체 기준과 개선방안을 분석하였다.
본 연구는 국외 사이크로트론 해체 사례와 국내 사이크로트론 이전 사례를 바탕으로 국내 사이클로트론 해체시 적용할 수 있는 요건들을 분석하였다. 이를 위해서 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 해체 자금 계획(DFP; Decommissioning funding plan) 및 IAEA technical report series 보고서의 방사성 폐기물 자체처분 처리 절차를 살펴보았다.
사이클로트론 해체시 고려해야 할 사항은 많으나 그 중에서도 사이클로트론 부품과 주변 차폐체의 방사화 및 잔류 방사능, 해체 규제 절차 그리고 해체 후 자재들의 폐기문제 등은 중요한 사항들이다. 이러한 사항들을 중심으로 국내 실정에 맞는 해체에 관한 기준을 수립하기 위해 이미 선행되어진 국외 해체 사례들을 살펴보았다. 본 논문에서는 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 해체 자금 계획(DFP; Decommissioning Funding Plan)[9] 및 IAEA Technical Report Series 보고서의 방사성 폐기물 자체처분 처리 절차[13]를 살펴보고 국내 사이클로트론의 해체시 필요한 요건들을 분석하는 것을 목적으로 한다.
제안 방법
사이클로트론 부품 운반물은 방사선 안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙 운반물 및 덧포장의 등급 분류기준에 따라 모두 제3종 황색운반물 등급이고, 표면오염검사를 실시하여 관리구역에서 반출하는 물품 표면의 방사성 물질 오염도가 허용표면오염도의 1/10이하로 반출하였다. 그리고 해체 비용은 안전관리비용 8천만원, 초기 예상비용은 2억원이고 최대 3억원을 예상하였으나 그 이상 비용이 사용되었다.
본 논문에서는 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 해체 자금 계획(DFP; Decommissioning Funding Plan)[9] 및 IAEA Technical Report Series 보고서의 방사성 폐기물 자체처분 처리 절차[13]를 살펴보고 국내 사이클로트론의 해체시 필요한 요건들을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 구체적으로는 국내 대부분인 소형 사이클로트론(평균 에너지 15~20 MeV)을 주요한 시설로 보고 주변 콘크리트(차폐체) 방사화와 해체 비용 등을 분석할 것이다.
본 연구는 국외 사이크로트론 해체 사례와 국내 사이크로트론 이전 사례를 바탕으로 국내 사이클로트론 해체시 적용할 수 있는 요건들을 분석하였다. 이를 위해서 NRC (Nuclear Regulatory Commission)의 해체 자금 계획(DFP; Decommissioning funding plan) 및 IAEA technical report series 보고서의 방사성 폐기물 자체처분 처리 절차를 살펴보았다. 선행된 해체 사례와 본 논문에서 다루고자 하는 연구문제를 중심으로 필요한 기준수립 사항을 제시하면 다음과 같다.
대상 데이터
사이클로트론 부품 운반물은 방사선 안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙 운반물 및 덧포장의 등급 분류기준에 따라 모두 제3종 황색운반물 등급이고, 표면오염검사를 실시하여 관리구역에서 반출하는 물품 표면의 방사성 물질 오염도가 허용표면오염도의 1/10이하로 반출하였다. 그리고 해체 비용은 안전관리비용 8천만원, 초기 예상비용은 2억원이고 최대 3억원을 예상하였으나 그 이상 비용이 사용되었다. 현재 서울대학교병원 사이클로트론 사용시설은 해체 작업 및 제염작업이 완료되면서 일반시설로 전환되었다.
성능/효과
EU에서 제시한 사이클로트론의 해체 비용은 시나리오에 따라 최소 8.3 백만유로(약 12억원)에서 최대 77 백만 유로(약 100 억원) 수준으로 나타났다. Table 5에서 국가별로 비용이 다른 것은 방사성 폐기물을 관리하는 비용과 인건비의 차이로 나타난다.
VUB 사이클로트론 해체는 1998년에 수행되었으며, 사이클로트론 주변 콘크리트 분석 결과 방사화된 핵종은 전체의 70%가 152Eu으로 나타났고 25%가 60Co 그리고 134Cs, 154Eu, 54Mn 등이 방사화된 핵종으로 나타났으며 최대 비방사능은 2,200 Bq kg-1으로 확인되었다. 보고서에서는 비용을 산정하기 위해 영국, 독일, 프랑스에 대하여 규제해제농도기준(clearance level)에 따라 방사성 폐기물량을 추정하고 그에 따른 처리비용을 Table 5와 같이 계산하였으며 처분 비용 계산시 적용된 기준들은 Table 6과 같다[5].
결과적으로 해체시 발생되는 주요문제는 방사성 폐기물과 관련되어 있고 방사성 폐기물 발생량을 줄인다면 전반적인 해체비용을 감소시킬 수 있다는 것을 의미한다. 본 연구에서 사이클로트론 해체시 다루고자 하는 문제와 그 내용을 정리하면 다음과 같다.
)을 성균관대학교에 재설치하기 위함이다. 사이클로트론의 부품 중 타겟트리(Tagetry), 스토퍼(Stopper), 디(Dee) 및 전자석의 일부 부품은 (p,n)반응이 이루어지는 주요 위치이므로 방사화 가능성이 높으며 특히 타겟트리(Tagetry) 및 스토퍼(Stopper)의 경우 실제 방사화가 되었음이 확인되었고 표면 방사선량율이 최대 1.21 mSv hr-1가 측정 되었으나 주변 콘크리트 쪽에는 방사화가 진행되지 않은 것으로 확인되었다. 사이클로트론 부품과 차폐체의 방사선량 율은 Table 8과 같다.
앞서 해외 사례로 볼 때 사이클로트론의 해체 비용은 방사성 폐기물의 양과 처분 방식에 따라 크게 증가될 수 있음을 확인하였다. 사이클로트론 30기 이상이 가동되고 있는 국내 상황에서 해체에 관한 적절한 절차가 수립되어 있지 않는다면 많은 양의 저준위 방사성 폐기물의 발생과 큰 방사성 폐기물 처리 비용 등으로 혼란을 야기할 수 있을 것으로 예상된다.
. 이러한 과정으로 투과력이 강한 2차 감마선을 방출하는 방사성 폐기물이 발생하며 해체 작업과정 중 피폭을 유의할만한 동위원소는 그리 많지 않지만, 장반감기를 가진 동위원소들 중 152Eu, 154Eu, 60Co, 134Cs가 상대적으로 큰 반응단면적을 가진 것으로 확인되었다.(152Eu: 5,900σ, 60Co: 17σ, 134Cs: 29σ) 그 자세한 에너지와 내용은 Table 2와 같다[7].
인건비는 독일이 가장 높았으며 숙련 정도에 따라 다른 인건비를 적용하여 계산하였다. 주목할 만한 사항은 독일과 프랑스는 인건비가 비슷 하나 프랑스는 극저준위(VLLW) 방사성 폐기물을 적용하고 있기 때문에 극저준위 방사성 폐기물의 처분 비용은 프랑스 저준위 방사성 폐기물 비용의 1/10, 독일 저준위 방사성 폐기물 비용의 1/25을 적용함으로써 방사성 폐기물 관리 비용 측면에서 독일보다 저렴하게 나타났다. 다만 방사성 폐기물 처분 비용을 제외한 값은 프랑스가 더 높게 나타나는 것으로 추정되었다.
후속연구
이는 성공적인 사이클로트론 해체를 위해 기술적인 측면(해체 절차, 제염 기술 등)과 안전성 측면(잔류 방사능, 예상선량 등)을 모두 고려하여 방사성 폐기물의 재사용 대상을 적절히 선정해 방사성폐기물처분장으로 가는 경우와 구분할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 사이클로트론 해체 방사성 폐기물의 재사용시 발생할 수 있는 방사선의 부정적 인식관련, 지역주민들의 반발 등이 발생될 수 있으므로 다양한 시나리오 검토를 통해 안전하고 합리적인 재사용이 이루어질 수 있는 기준 수립에 관한 연구의 필요성도 요구된다.
본 연구를 통해 국내 사이클로트론 해체시 방사성 폐기물 처리 비용의 감소뿐만 아니라 국내 규제 및 제도 방안 개선, 향후 사이클로트론을 포함한 원자력시설 해체에 대비할 수 있는 기초 자료를 체계화하는데 도움이 될 것이라 예상한다.
사이클로트론 해체는 사용자가 설치하는 순간 필연적으로 경험해야할 상황이며, 가속 에너지와 시설 규모의 정보를 통해 사이클로트론 건설시 해체 계획을 수립하는 해체 자금 계획(DFP) 방안이 필요할 것으로 판단된다. 현재 국내에서는 해체를 결정한 시점에서 해체계획서를 윈자력안전위원회에 제출하도록 되어 있다.
또한 사이클로트론 해체시 발생하는 방사성 폐기물의 자체처분 및 재사용의 이득적인 측면을 고려하여 국내 실정에 맞는 처리 절차를 구축할 필요가 있다. 이는 성공적인 사이클로트론 해체를 위해 기술적인 측면(해체 절차, 제염 기술 등)과 안전성 측면(잔류 방사능, 예상선량 등)을 모두 고려하여 방사성 폐기물의 재사용 대상을 적절히 선정해 방사성폐기물처분장으로 가는 경우와 구분할 필요가 있을 것으로 판단된다. 또한 사이클로트론 해체 방사성 폐기물의 재사용시 발생할 수 있는 방사선의 부정적 인식관련, 지역주민들의 반발 등이 발생될 수 있으므로 다양한 시나리오 검토를 통해 안전하고 합리적인 재사용이 이루어질 수 있는 기준 수립에 관한 연구의 필요성도 요구된다.
특히 사이클로트론의 방사화 영향력이 큰 타겟트리(Targetry), 스토퍼(Stopper), 전자석(Magnet), 디(Dee) 같은 부품의 해체시 처리 방안은 제조사(판매사)측과 사전 논의를 통하여 해체 자금 계획(DFP) 문서에 마련해야 할 것이다. 이를 바탕으로 추후에 해체가 이루어 질 때 필요에 따라 변경․보완하여 적절한 예산으로 효율적인 해체의 자체평가기준으로 사용할 수 있을 것이라 예측된다.
사이클로트론 30기 이상이 가동되고 있는 국내 상황에서 해체에 관한 적절한 절차가 수립되어 있지 않는다면 많은 양의 저준위 방사성 폐기물의 발생과 큰 방사성 폐기물 처리 비용 등으로 혼란을 야기할 수 있을 것으로 예상된다. 이에 시설 건설시 해체계획을 세우는 해체 자금 계획(DFP) 방안은 추후 해체가 이루어 질 때 신뢰할 만한 해체 계획을 마련하고 예상치 못한 조기 해체에 대비할 수 있을 것이라 판단된다. 그대로 해체 자금 계획(DFP)을 도입하는 것은 무리가 있을 수 있기 때문에 현 국내 실정에 맞는 해체 자금 계획(DFP) 적용방안 체계를 수립할 필요성이 있다.
그대로 해체 자금 계획(DFP)을 도입하는 것은 무리가 있을 수 있기 때문에 현 국내 실정에 맞는 해체 자금 계획(DFP) 적용방안 체계를 수립할 필요성이 있다. 특히 사이클로트론의 방사화 영향력이 큰 타겟트리(Targetry), 스토퍼(Stopper), 전자석(Magnet), 디(Dee) 같은 부품의 해체시 처리 방안은 제조사(판매사)측과 사전 논의를 통하여 해체 자금 계획(DFP) 문서에 마련해야 할 것이다. 이를 바탕으로 추후에 해체가 이루어 질 때 필요에 따라 변경․보완하여 적절한 예산으로 효율적인 해체의 자체평가기준으로 사용할 수 있을 것이라 예측된다.
이러한 법적 기준을 근거로 자체처분 신청시 시료가 대상 방사성 폐기물에 대한 대표성을 확보하고 있는가의 여부를 검토하여 방사성 폐기물 표면방사선량률 측정의 적절성 및 핵종분석 방법론 및 결과의 적합성 등을 근거로 재사용 승인하는 과정을 거친다. 향후 사이클로트론의 해체 방사성 폐기물 자체처분 및 재사용 처분 계획도 이를 바탕으로 평가하는 것이 바람직하다[17].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
사이클로트론은 어떠한 원리로 개발되었는가?
1929년 Ernest O. Lawrence가 자기장이 구심력을 만드는 원리를 이용해 사이클로트론을 개발하면서 1934년 캘리포니아 대학교(버클리)에 최초의 사이클로트론이 설치되었다. 초기 사이클로트론은 기초과학연구나 입자 물리연구에 주로 사용되어 그 이용이 한정적이었지만, 1970년대 PET (Positron Emission Tomography, 양전자단층촬영)이 개발되면서 의료용 동위원소 추적자를 생산하는 장비로 그 수가 급격히 증가하였다.
사이클로트론의 일반적인 해체 기간은 어떠한가?
사이클로트론의 일반적인 수명은 30년으로 예상되지만, 국외의 사이클로트론 해체 사례를 보면 실제로 장비 노후화에 의한 이유보다 사용목적의 변경, 장소이전, 업그레이드 등의 이유로 조기해체가 이루어지고 있다. 해체 기간은 시설 규모에 따라 상이하며 짧게는 몇 주일에서 길게는 2년까지 나타났다. 실제로 국내 사이클로트론 해체 작업도 장비 노후화가 아닌 서울대학교병원에서 성균관대학교로 이전하면서 수행되었다.
의료용 사이클로트론은 무엇과 함께 설치되는가?
이러한 의료용 사이클로트론은 에너지 및 시설규모가 크지 않고 핫셀과 같은 부대시설과 함께 설치된다. 때문에 의료용 사이클로트론은 일반적인 원자력 시설의 해체 절차와는 다르게 적용되어야 한다.
참고문헌 (17)
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