본 논문에서는 대한민국의 제2의 도시인 부산지역의 일반토양을 대상으로 천연방사성핵종인 $^{238}U$, $^{232}Th$, $^{40}K$을 분석하고 이를 바탕으로 일반토양에 의한 거주민의 방사선피폭을 평가하였다. 측정방법으로는 부산지역의 토양 내 천연 방사성 핵종을 정밀 분석하기 위하여 16개의 행정구역을 중심으로 각 지역에서 세 개의 지점을 격자구조로 분리하였으며 이후 총 48개의 토양 시료를 2012년 7월부터 2013년 4월까지 채취하였다. 토양 중 $^{238}U$, $^{232}Th$는 ICP-MS를 사용하여 방사능 농도를 분석하고, $^{40}K$는 감마선 분석 검출기인 HpGe 검출기를 사용하여 방사능 농도를 분석하였다. 이 후 이를 바탕으로 동아시아 지역의 방사능 농도와 비교해 본 결과 $^{238}U$ 핵종은 우리나라가 평균보다 낮은 농도를 나타낸 반면 $^{232}Th$, $^{40}K$핵종은 높은 값을 나타냈다. 이는 한국의 지질대가 천연방사성핵종이 많이 포함되어 있는 화강암지대가 많기 때문이라 판단된다.
본 논문에서는 대한민국의 제2의 도시인 부산지역의 일반토양을 대상으로 천연방사성핵종인 $^{238}U$, $^{232}Th$, $^{40}K$을 분석하고 이를 바탕으로 일반토양에 의한 거주민의 방사선피폭을 평가하였다. 측정방법으로는 부산지역의 토양 내 천연 방사성 핵종을 정밀 분석하기 위하여 16개의 행정구역을 중심으로 각 지역에서 세 개의 지점을 격자구조로 분리하였으며 이후 총 48개의 토양 시료를 2012년 7월부터 2013년 4월까지 채취하였다. 토양 중 $^{238}U$, $^{232}Th$는 ICP-MS를 사용하여 방사능 농도를 분석하고, $^{40}K$는 감마선 분석 검출기인 HpGe 검출기를 사용하여 방사능 농도를 분석하였다. 이 후 이를 바탕으로 동아시아 지역의 방사능 농도와 비교해 본 결과 $^{238}U$ 핵종은 우리나라가 평균보다 낮은 농도를 나타낸 반면 $^{232}Th$, $^{40}K$핵종은 높은 값을 나타냈다. 이는 한국의 지질대가 천연방사성핵종이 많이 포함되어 있는 화강암지대가 많기 때문이라 판단된다.
The presence of $^{238}U$, $^{232}Th$ and $^{40}K$, which are naturally residing radionuclides, in the ordinary soil of Busan, the 2nd largest city in Korea, was anlayzed and the residents' radiation exposure to ordinary soil was evaluated. Regarding the measurement ...
The presence of $^{238}U$, $^{232}Th$ and $^{40}K$, which are naturally residing radionuclides, in the ordinary soil of Busan, the 2nd largest city in Korea, was anlayzed and the residents' radiation exposure to ordinary soil was evaluated. Regarding the measurement methods, to conduct a detailed analysis of the naturally residing radionuclides in the soil of Busan, this study divided the 16 administrative districts into a lattice structure with 3 spots, and collected a total of 48 soil samples (July 2012 and April 2013). ICP-MS was used to analyze the concentration of the radioactivity of $^{238}U$ and $^{232}Th$ in the soil, and a HpGe detector, a gamma ray detector, was used to analyze the radioactivity of $^{40}K$. The measurement values of this study were compared with the concentration of radioactivity of East Asian regions. The concentration of $^{238}U$ nuclides in Korea was lower than the mean, whereas the concentration of $^{232}Th$ and $^{40}K$ nuclides was higher than the mean. The higher mean concentrations of $^{232}Th$ and $^{40}K$ than the mean were attributed to the many granite areas that contain a great deal of naturally occurring radionuclides.
The presence of $^{238}U$, $^{232}Th$ and $^{40}K$, which are naturally residing radionuclides, in the ordinary soil of Busan, the 2nd largest city in Korea, was anlayzed and the residents' radiation exposure to ordinary soil was evaluated. Regarding the measurement methods, to conduct a detailed analysis of the naturally residing radionuclides in the soil of Busan, this study divided the 16 administrative districts into a lattice structure with 3 spots, and collected a total of 48 soil samples (July 2012 and April 2013). ICP-MS was used to analyze the concentration of the radioactivity of $^{238}U$ and $^{232}Th$ in the soil, and a HpGe detector, a gamma ray detector, was used to analyze the radioactivity of $^{40}K$. The measurement values of this study were compared with the concentration of radioactivity of East Asian regions. The concentration of $^{238}U$ nuclides in Korea was lower than the mean, whereas the concentration of $^{232}Th$ and $^{40}K$ nuclides was higher than the mean. The higher mean concentrations of $^{232}Th$ and $^{40}K$ than the mean were attributed to the many granite areas that contain a great deal of naturally occurring radionuclides.
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문제 정의
기존의 연구들은 발전소 부지 내 핵종 감시를 목적으로 90Sr, 137Cs, 238U, 238Pu 을 분석한 사례와 식품류 및 토양에서 Th 분석을 수행한 이력이 있으며[13-14], 최근 건축자재내 포함된 천연방사성핵종에 의한 실내공간의 방사선량 평가에 관한 연구가 일부 진행되고 있으나[15,16], 일반 토양 중 238U, 232Th, 40K을 분석한 사례는 미비한 실정이다. 이에 본 연구는 대한민국의 제2의 도시인 부산지역의 일반토양을 대상으로 천연방사성핵종인 238U, 232Th, 40K을 분석하고 이를 바탕으로 일반토양에 의한 거주민의 방사선피폭을 평가하고자 하였다.
제안 방법
끝으로 불순물을 제거하기 위해 450 μm 필터로 여과한 후 Thermo Elemental사의 Thermo Electron Corporations X-series 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Inductively coupled plasma-mass spectrometer)를 사용하여 238U, 232Th를 분석하였다. 238U, 232Th시료의 정량분석을 위해한 개의 시료를 3개로 분리하여 분석한 다음 평균을 내어한 지역의 환경방사성핵종의 결과 값으로 인용하였다.
감마방출 방사성핵종의 측정방법은 전처리가 완료된 시료를 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고 분석기로 구성되어진 감마분광계에서 배경방사능(background) 및 시료를 80,000초 동안 계측하였다. 계측이 완료된 스펙트럼은 분석용 프로그램으로 에너지 분해능과 효율교정이 완료된 스펙트럼을 적용하여 시료 중의 감마방출 핵종인 40K을 분석하였다.
감마방출 방사성핵종의 측정방법은 전처리가 완료된 시료를 고순도 게르마늄 검출기와 다중파고 분석기로 구성되어진 감마분광계에서 배경방사능(background) 및 시료를 80,000초 동안 계측하였다. 계측이 완료된 스펙트럼은 분석용 프로그램으로 에너지 분해능과 효율교정이 완료된 스펙트럼을 적용하여 시료 중의 감마방출 핵종인 40K을 분석하였다. 또한 천연방사성핵종 분석은 ASTM C-1000-05[21] 순서를 인용하여 전처리하였다.
끝으로 불순물을 제거하기 위해 450 μm 필터로 여과한 후 Thermo Elemental사의 Thermo Electron Corporations X-series 유도결합플라즈마 질량분석기(ICP-MS, Inductively coupled plasma-mass spectrometer)를 사용하여 238U, 232Th를 분석하였다.
흡수선량률을 바탕으로 연간 실외 유효선량률로 환산하게 되면, 천연방사성핵종으로부터 실외 거주민이 받는 방사성피폭을 평가할 수 있다. 이를 위해 UNSCEAR 1993에서 제시한 환산인자인 0.7 Sv/Gy를 적용하였으며, 실외인자로 0.2를 제시하였다. 이를 표현한 식은 (2)와 같다[11].
인체에 미치는 실외 유효선량률을 평가하기 위해 1 m 높이에서 232Th, 238U, 40K 으로부터의 흡수선량률을 먼저 평가하였다. 각 지역에서 평가한 비방사능 농도를 흡수선량률로 환산하기 위한 인자는 UNSCEAR 2000에서 제시한 Table 1과 같으며, 흡수선량 변환식은 몬테 칼로 방법인 식(1)을 이용하여서 변환하였다[11].
대상 데이터
환경방사성핵종은 HPGe(Hyper-pure germa- nium) 검출기를 사용하였는데, 본 연구에 사용된 HPGe 검출기는 Canberra에서 제작한 Coaxial Type 검출기(Model Gc3019)로 외부는 N-type Contact와 Axial Well은 P-type Contact로 구성되어 있다. 감마선 에너지 교정을 위한, 교정용 시료는 한국표준과학연구소에서 제작한 55㎖ 원통 형태의 표준시료로서 10개의 혼합 감마선을 함유하고 있다.
본 연구에서 측정한 자료는 화강암이 많이 분포한 한국의 지질 중 인구 350만명이 거주하는 부산지역으로, 거주민의 보건 및 안전을 위해 토양 중 천연방사성핵종에 따른 유해성평가가 충분히 필요한 지역이다. 후쿠시마 이후 거주민의 피폭선량평가가 대두되고 있는 가운데 일반인의 연간 방사선피폭 중 천연 방사성핵종이 85%를 차지하는 것임에도 불구하고 기존토양에 대한 유해성 평가는 지나치게 중금속에 한정되어 왔다.
부산지역 16곳, 각 지역별 3개의 시료, 총 48곳의 천연 방사성핵종인 238U, 232Th, 40K 농도는 부록 Table 1과 같다. 이를 세부적으로 살펴보면, 238U, 232Th, 40K 농도 범위는 각각 3.
부산지역의 토양 내 천연 방사성핵종 및 환경방사성 핵종을 정밀 분석하기위하여 16개의 행정구역을 중심으로 각 지역에서 세 개의 지점을 격자구조로 구분하여 총 48개의 토양 시료를 2012년 7월부터 2013년 4월까지 채취하였다.
일반적으로 시료채취 구역은 지형 특성에 따라 정사각형이나 원을 기준으로 설정한다. 설정된 채취구역을 일정한 크기 또는 격자구조로 구분하고, 구분된 위치 중 3-10개 구역을 선택하여 시료를 채취한다. 채취한 시료를 고루 섞어 한 개의 샘플로 제작한다.
토양시료 채취는 토양 단면이 노출된 곳에서 채취지역을 1 m×1 m로 선정하고, 깊이가 5 ㎝인 sampling ring을 이용하여 10여 곳을 임의대로 선택하여 시료를 채취하였다.
환경방사성핵종은 HPGe(Hyper-pure germa- nium) 검출기를 사용하였는데, 본 연구에 사용된 HPGe 검출기는 Canberra에서 제작한 Coaxial Type 검출기(Model Gc3019)로 외부는 N-type Contact와 Axial Well은 P-type Contact로 구성되어 있다. 감마선 에너지 교정을 위한, 교정용 시료는 한국표준과학연구소에서 제작한 55㎖ 원통 형태의 표준시료로서 10개의 혼합 감마선을 함유하고 있다.
이론/모형
K 으로부터의 흡수선량률을 먼저 평가하였다. 각 지역에서 평가한 비방사능 농도를 흡수선량률로 환산하기 위한 인자는 UNSCEAR 2000에서 제시한 Table 1과 같으며, 흡수선량 변환식은 몬테 칼로 방법인 식(1)을 이용하여서 변환하였다[11].
계측이 완료된 스펙트럼은 분석용 프로그램으로 에너지 분해능과 효율교정이 완료된 스펙트럼을 적용하여 시료 중의 감마방출 핵종인 40K을 분석하였다. 또한 천연방사성핵종 분석은 ASTM C-1000-05[21] 순서를 인용하여 전처리하였다. 이를 세부적으로 살펴보면 동일지역 토양을 5 g씩 비커에 3개로 따로 담아 무게를 측정하고, 회수율 파악을 위해 185Re 용액을 첨가한다.
성능/효과
Table 2의 값을 토대로 산정한 우리나라의 유효선량 률은 연간 0.48 mSv로 UNSCEAR에서 제시한 전 세계지역의 평균선량인 0.07 mSv/yr 보다 약 6.8배 높게 나타났으며, 동아시아 전체 평균보다는 대략 1.3배 정도 높게 나타났다. 농축지수는 최대값 1.
방사능 농도와 유효선량률 및 농축지수를 동아시아 지역 나라들과 비교한 결과, 방글라데시, 홍콩을 제외하고, 타 지역 나라들에 비해 부산지역의 유효선량률 및 농축지수가 더 높게 분석되었다. 이는 앞에서 말한 것처럼 화강암 지역이 많이 분포되어 있는 우리나라의 특징 때문인 것으로 사료되며, 향후 천연방사성핵종에서 생성된 라돈가스로부터의 거주민의 방사선피폭을 줄이기 위한 방안을 강구해야 할 것이다.
K 평균 농도 범위를 살펴보면 각각 2〜690, 1〜360, 7〜2168 Bq/kg의 분포를 나타낸다. 본 연구와 비교해 보았을 때 238U 핵종은 우리나라가 평균보다 낮은 농도를 나타낸 반면 232Th, 40K 핵종은 높은 값을 나타냈다. 평균 농도 값이 높은 것은 한국의 지질대가 천연방사성핵종이 많이 포함되어 있는 화강암지대가 많기 때문인 것으로 판단된다.
09 mSv로 나타났다. 이 측정값을 바탕으로 동아시아 국가별 흡수선량률과 연간 실외 유효선량률을 비교해 본 결과 방글라데시나 홍콩, 그리고 말레이시아 지역은 부산지역의 평균보다 높았으나 타 국가들은 부산지역의 평균보다 낮음을 확인할 수 있었다[Fig. 1].
후속연구
방사능 농도와 유효선량률 및 농축지수를 동아시아 지역 나라들과 비교한 결과, 방글라데시, 홍콩을 제외하고, 타 지역 나라들에 비해 부산지역의 유효선량률 및 농축지수가 더 높게 분석되었다. 이는 앞에서 말한 것처럼 화강암 지역이 많이 분포되어 있는 우리나라의 특징 때문인 것으로 사료되며, 향후 천연방사성핵종에서 생성된 라돈가스로부터의 거주민의 방사선피폭을 줄이기 위한 방안을 강구해야 할 것이다.
이에 본 연구는 부산이라는 지역적 한계는 있었으나 시료 수에 있어서 비교적 신뢰할 수 있는 수준이기에 향후 후속 연구를 통해 전 국토에 대한 자료를 확보한다면 계획적이고 체계적인 거주민의 방사선피폭 관리를 할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
환경방사성 핵종의 두가지 종류는 각각 어떤 것들이 있는가?
환경방사성 핵종은 인공방사성핵종과 천연방사성핵종으로 구분할 수 있다. 인공방사성핵종에는 스트론튬-90(90Sr), 세슘-137(137Cs)과 같은 반감기가 길고, 인체에 유해한 방사성물질이 있으며, 지각을 구성하는 흙이나 암석에 존재하는 우라늄(U)계열(238U, 234U, 230Th, 226Ra, 210Pb과 210Po), 토륨(Th)계열(232Th, 228Th)의 천연방사성 핵종은 빗물이나 지하수를 통해 곡물류와 식수에 흡수된 후 섭취에 의해 인체 내로 들어가고, 공기 중의 방사성핵종은 호흡을 통하여 인체 내로 흡수되어 내부피폭의 주된 원인이 된다[2-6].
토양은 어떤 자원인가?
토양은 인간과 모든 동식물이 생명을 유지할 수 있는 바탕으로서 오래 전부터 여러 형태로 이용되어 온 무한한 가치를 지닌 자연이며 자원이다. 토양환경보전법에서는 토양오염 물질로 중금속, 유류(동 식물성제외), 유기인화합물, 페놀류, 시안화합물 등 16개 항목을 지정하고 있지만, 방사성핵종에 대한 오염기준은 세워져 있지 않다[1].
토양환경보전법에서 지정한 토양오염 물질은 무엇이 있는가?
토양은 인간과 모든 동식물이 생명을 유지할 수 있는 바탕으로서 오래 전부터 여러 형태로 이용되어 온 무한한 가치를 지닌 자연이며 자원이다. 토양환경보전법에서는 토양오염 물질로 중금속, 유류(동 식물성제외), 유기인화합물, 페놀류, 시안화합물 등 16개 항목을 지정하고 있지만, 방사성핵종에 대한 오염기준은 세워져 있지 않다[1].
참고문헌 (23)
K. C. Kang "Immobilization of radionuclides in soil using pillared clays and organic waste (fishbone)", Department of Environmental Engineering, Graduate School, Kyungpook National University, 2007.
El-Arabi A. M "226Ra, 232Th and 40K concentrations in igneous rocks from eastern desert, Egypt and its radiological implications", Radiation measurement, 42, pp.94-100, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.radmeas.2006.06.008
Dragovic S, Jankovic Lj, Onjia A and Bacis G "Distribution of primordial radionuclides in surface soils from serbia and montenegro", Radiation Measurements, 41, pp.611-616, 2006. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.radmeas.2006.03.007
Florou H, Trabidou G, Nicolaou G "An assessment of the external radiological impact in areas of Greece with elevated natural radioactivity", Journal of Environmental Radioactivity, 93, pp.74-83, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2006.11.009
Bolca M, Sac MM, Cokuysal B, Karali T and Ekdal E "Radioactivity in soils and various foodstuffs from the Gediz River Basin of Turkey", Radiation Measurements, 42, pp.263-270, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.radmeas.2006.12.001
H. M. Lee, Ki-Hoon Moon, Jin-Seop Kim, Jung Keun Ahn, Hyun-Chul Kim "Distribution of Some Environmental Radionuclides in Rocks and Soils of Guemjeong-Gu Area in Busan", Korea, Jour. Petrol. Soc. Korea, 17(3), pp.179-190, 2008.
M. S. Choi "Concentrations and Internal Doses of Naturally Occurring Radioisotopes in Typical Korean food", Department of Physics, Graduate School, Kyung pook National University, 2008.
P. H. Moon "A study on human exposure and non-carcinogenic risk by uranium in some areas", Dept. of Environmental Health The Graduate School of Public Health Yonsei University, 2003.
M. K. Kwon "Removal of Radionuclides (Cobalt, Strontium, and Cesium) in Ground water using Permeable Reactive Barriers(PRBs)", Department of Environmental Engineering, Graduate School, Kyung pook National University, 2008.
UNSCEAR, 2000. Source and Effects of Ionizing Radiation, 2000.
P. B. Rodriguez, F. V. Tome, J. C. Lozano "Assessment of the vertical distribution of natural radionuclides in a mineralized uranium area in south-west spain", Chemosphere, 95, pp. 527-534, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.chemosphere.2013.09.111
X. J. Lin "Thorium Concentrations in Foodstuff and their Internal Dose, Department of Physics", Graduate School, Kyungpook National University, 2004.
Y. H Choi "A Study on Cesium Radioisotope Measurement Method for Environmental Soil by Ammonium Molybdophosphate", Graduate School, Gyeongsang National University, 2010.
Y. H. Cho, C. J. Kim, J. Y. Yun, D. H. Cho and K. P. Kim "External exposure due to natural radionuclides in building materials in korean dwellings", Journal of radiation protection, 37(4), pp.181-190, 2012.
Y. H. Cho "External exposure due to natural radionuclides in building materials in korean dwellings", University of science and technology, 2013.
B. K. Seo, J. W. Sung, H. D. Kim, D. W. Lee "Distribution of Radioactivities of $^{226,228}Ra$ , $^{137}Cs$ and $^{40}K$ in soil in Busan Area, Journal of Radiation Protection, 26(4), pp.441-445, 2001.
J. H. Kim, A. R. Kim, S. J. Ko, J. H. Whang "Evaluation of Radiation Exposure to Residents by Naturally Residing Radionuclides in the Soil of Korea", Journal of radiological science and technology, 32(2), pp.441-445, 2009.
Environmental Radioactivity Survey Data in Korea, 2006, KINS/ER-028, Vol. 38, 2006.
ASTM C-1000-05, Standard Test Method for Radiochemical Determination of Uranium Isotopes in Soil by Alpha Spectrometry
Y. H. Shin "Gravity anomaly and the distribution of granitoids in the southern part of the Korean Peninsula". Journal of the Geological Society of Korea. 42(p3), pp.383-396, 2006.
NCRP report No. 94, Exposure of the population in the United States and Canada from Natural Background Radiation, 1987.
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