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대기 누출 방사성물질 선원 위치 추적을 위한 3차원 궤적모델 개발
Development of Three-Dimensional Trajectory Model for Detecting Source Region of the Radioactive Materials Released into the Atmosphere 원문보기

Journal of radiation protection and research, v.41 no.1, 2016년, pp.31 - 39  

서경석 (한국원자력연구원) ,  박기현 (한국원자력연구원) ,  민병일 (한국원자력연구원) ,  김소라 (한국원자력연구원) ,  양병모 (한국원자력연구원)

초록
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연구배경: 우리나라를 포함한 중국, 대만, 북한, 일본 등에서 원전, 재처리시설과 같은 원자력시설의 증가에 따라 주변국 핵활동 분석의 종합적 대책이 필요하다. 우리나라와 포괄적핵실험금지조약기구(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, CTBTO)는 동북아시아 지역에서 핵종 탐지소를 운영 중으로, 핵종탐지 장비에서 특이 값 측정시 모니터링 자료의 분석과 더불어 배출원 탐색모델을 이용하여 핵종의 기원이 어디인지 추정하고 평가하는 것은 주변국 핵활동에 대한 감시 및 안전성 확보 측면에서 중요하다. 재료 및 방법: 주변국의 은밀한 핵활동 시 방사성핵종의 기원을 추정하기 위하여 3차원 전진/후진형 궤적모델을 개발하였다. 개발된 궤적모델은 궤적 미분방정식을 유한차분법을 이용한 방법으로 주어진 바람자료를 이용하여 방사성핵종의 방출지점으로부터 입자의 궤적을 순차적으로 찾아가는 전진형 모델과 시간 역산으로 방출기원을 추정하는 후진형 모델로 구성되었다. 결과 및 논의: 개발된 궤적모델의 검증을 위하여 체르노빌 사고 당시 측정된 농도자료를 이용하였다. 검증결과 관측지점의 농도가 높게 측정된 지점과 방출기원에서 가까운 지역으로부터 시간 역산의 방출지점을 추정한 결과의 정확도가 높았다. 3차원 궤적모델은 방출시간, 방출높이, 방출간격 등의 변수에 의해 계산결과가 달라지는 불확도를 내포하고 있는데, 이러한 궤적모델의 불확도를 최소화하기 위해 한국원자력연구원에서 개발한 대기확산모델(long-range accident dose assessment system, LADAS)를 이용하여 fields of regards (FOR) 기법에 의해 오염물 방출영역을 추정한바 신뢰성 있는 결과를 얻었다. 결론: 본 연구를 통하여 개발된 배출원 탐색모델은 주변국의 은밀한 핵활동 시 핵종 탐지장비와 연계하여 방사성핵종의 방출지역과 기원을 파악하여 우리나라의 핵종탐지 능력을 향상하고 핵활동 및 방사선 안전 분야에서 주도적 역할을 할 수 있을 것으로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Background: It is necessary to consider the overall countermeasure for analysis of nuclear activities according to the increase of the nuclear facilities like nuclear power and reprocessing plants in the neighboring countries including China, Taiwan, North Korea, Japan and South Korea. South Korea a...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 핵종탐지 장비의 특이 값 검출 시 핵종의 방출위치를 역으로 추정할 수 있는 3차원 궤적모델을 개발하였고, 개발된 모델의 검증을 위하여 체르노빌 사고 시 관측된 측정자료와 비교를 수행하였다. 개발된 궤적모델의 검증 결과 후진 궤적경로산정에 불확도가 내재해 있음이 파악되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
주변국의 은밀한 핵활동 분석을 위하여 배출정보를 분석하는 방법은 어떤 방법이 있는가? 주변국의 은밀한 핵활동 분석을 위하여 배출정보를 분석하는 방법으로 오염물의 이동경로를 추정하는 궤적 모델[2], 대기확산모델과 결합하여 Fields of Regards(FOR) 기법을 이용하여 방출영역을 추정하는 방법[3], 자료동화기법인 Bayesian 방법을 이용하여 방출지역, 기간 및 방출량을 추정하는 방법[4, 5] 등이 현재 폭 넓게 이용되고 있다. 그 중 Bayesian 기법은 관측 농도를 기반으로 하여 오염물의 방출지역, 기간 및 방출량을 산정할 수 있는 최신의 기법 중 하나이나, 이러한 방출정보 추정을 위하여 복잡한 수치모델과 많은 컴퓨터의 계산시간을 요구한다.
사소한 사고나 은밀한 핵활동에 의하여 대기로 누출된 방사성핵종은 어떻게 검출 가능한가? 중국, 일본, 대만, 북한 및 우리나라를 포함하여 주변국에는 많은 원자력시설이 운영 중에 있다. 이러한 시설에서 사소한 사고나 은밀한 핵활동에 의하여 대기로 누출된 방사성핵종은 한국원자력안전기술원과 포괄적핵실험금지조약기구(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization, CTBTO)에서 운영 중인 핵종탐지 장비에서 검출될 수 있다. 핵종탐지 장비에 특이 값이 검출될 시 이 핵종의 방출기원을 역 추정하여 주변국에서 수행된 은밀한 핵활동을 파악하는 것은 국가적 차원에서 매우 중요한 일이다.
선진 각국에서는 원자력 시설의 사고 시 국민과 환경을 보호하기 위하여 자국 실정에 적합한 대기 확산모델의 예시는? 체르노빌 원전 사고 이후 선진 각국에서는 원자력 시설의 사고 시 국민과 환경을 보호하기 위하여 자국 실정에 적합한 대기 확산모델을 개발하여 운영 중에 있다. 대표적인 모델로 미국 NARAC [6], 일본 WSPEEDI [7], 유럽공동체 RODOS [8] 시스템이 있으나, 대부분 모델은 원자력시설의 사고 후 대기 중으로 방출된 방사성물질의 농도를 산정하는 기술이다. CTBTO에서는 전 세계 핵종 모니터링 포스트를 운영하며, 모니터링 포스트에서 특이 값이 검출될 시 이들 핵종의 기원 추적을 위하여 WebGrape 모델을 구축하여 운영하고 있다[9].
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참고문헌 (14)

  1. Geer L. Radionuclide evidence for low-yield nuclear testing in North Korea in April/May 2010. Science and Global Security. 2012;20:1-29. 

  2. Draxler R. Evaluation of an ensemble dispersion calculation. J. Appl. Meteorol. 2003;42:308-317. 

  3. Tinker R, Orr B, Grzechnik M, Hoffma E, Saey P, Solomon S. Evaluation of radioxenon releases in Australia using atmospheric dispersion modelling tools. J. Environ. Radioact. 2010; 101(5):353-361. 

  4. Bocquet M, Wua L, Chevallierc F. Bayesian design of control space for optimal assimilation of observations. Part I: Consistent multiscale formalism. Q. J. R. Meteorolog. Soc. 2011;137(658):1340-1356. 

  5. Mukherjee C, Kasibhatla P. S., West M. Bayesian statistical modeling of spatially correlated error structure in atmospheric tracer inverse analysis. Atmos. Chem. Phys. 2011;11:5365-5382. 

  6. Nasstrom JS, Sugiyama G, Leone JM, Ermak DL. A real-time atmospheric dispersion modeling system. UCRL-JC-135120. Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, CA, 1993; 1-8. 

  7. Furuno A, Terada H, Chino M, Yamazawa H. Experimental verification for real-time environmental emergency response system; WSPEEDI by European tracer experiment. Atmos. Environ. 2004;38:6989-6998. 

  8. Erhart J, Sauer J, Schule O, Benz G, Rafat M, Richter J. Development of RODOS, a comprehensive decision support system for nuclear emergencies in European overview. Radiat. Prot. Dosim. 1993;50:195-203. 

  9. Wotawa G. Meteorological analysis of the spring-2010 radionuclide measurements in Eastern Asia. EGU2012-9463. European Geosciences Union, Vienna, Austria 2012;9463. 

  10. Korea Institute of Nuclear Safety. Functionality advancement of AtomCARE. KINS/GR-509. Daejeon, Republic of Korea. 2013;2:1-112. 

  11. Suh KS, Jeong HJ, Kim EH, Hwang WT, Han MH. Verification of the Lagrangian particle model using the ETEX experiment. Annals of Nuclear Energy. 2006;33:1159-1163. 

  12. Seibert P. Convergence and accuracy of numerical methods for trajectory calculation. J. Appl. Meteorol. 1993;32:558-566. 

  13. Klug W, graziani G, Grippa G, Pierece D, Tassone C. Evaluation of long range atmospheric transport models using environmental radioactivity data from the Chernobyl accident. EUR 14148 EN. Luxembourge, Luxembourge . Commission of the European Communities. 1992;1-366. 

  14. Wotawa G, et al. Atmospheric transport modelling in support of CTBT verification-overview and basic concepts. Atmos. Environ. 2003;37:2529-2537. 

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