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문제 정의
- 1999년부터 현재까지 자연 방사성물질에 대한 정량적인 자료가 많지만 정성적인 연구는 아직 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 지금까지 국립환경과학원이 조사한 전국단위의 자연방사성물질 자료를 토대로 라돈, 우라늄, 전알파, 라듐 간의 산출특성 및 상관관계를 정성적으로 분석하는 것이 목적이다.
제안 방법
- 각 자연방사성물질별 Log 값을 취한 후 일정한 범위로 구분하여 히스토그램으로 나타내었다(Fig. 2). 라돈은 전체자료 1, 051개 중 562개(53.
- 이를 토대로 측정된 지점의 농도와 공간적 분포를 이용하여 자연 방사성 물질별 농도 분포도를 작성하였다. 분석된 자연 방사성물질은 라돈, 우라늄, 전알파 그리고 라듐이었으나 라듐 농도는 검출된 자료가 적어 제외시키고 라돈, 우라늄, 전 알파의 농도 분포도만 도시하였다. 자연방사성물질의 농도등급은 USEPA의 대체최고허용농도(Alternative Maximum Contaminant Level, AMCL)와 우리나라 검출된 자연 방사성물질 농도를 고려하여 라돈은 0~300, 300~1, 000, 1, 000~ 2, 000, 2, 000~4, 000, 4, 000~65, 000pCi/L로 우라늄은 0~ 0.
- 1). 여기서 화산암은 화성암, 탄산염암은 퇴적암에 포함되지만 다른 암석이 비해 상대적으로 넓게 분포되어 있고 기존 연구와 달리 지질별 특성을 파악하기 위해 별도로 구분하였다.
- , 2013). 연구수행을 위해 한국지질자원연구원의 1:1, 000, 000 지질도폭을 기초로 여러 암석들을 5개로 단순화 시켜 화성암(화강암), 탄산염암, 화산암, 변성암, 퇴적암로 분류하였다(Fig. 1). 여기서 화산암은 화성암, 탄산염암은 퇴적암에 포함되지만 다른 암석이 비해 상대적으로 넓게 분포되어 있고 기존 연구와 달리 지질별 특성을 파악하기 위해 별도로 구분하였다.
- 이 연구는 우리나라 지하수내 자연방사성물질인 라돈, 우라늄, 전알파, 라듐 농도의 산출특성을 분석하기 위해 지질을 5개로 단순화 시켰으며 기초통계, 공간적 농도 분포, 일원 분산분석, 상관분석을 실시하였다.
- 또한 사후분석을 통해 집단 간 차이의 정도를 알 수 있다. 이 연구에선 5개의 지질분류를 독립변수로 하고 각 자연 방사성물질 농도를 종속변수로 정하여 일원분산분석을 실시하였다. 더불어 자연방사성물질 간에 어느 정도의 관련성이 있는지를 분석하기 위해 상관관계 분석을 실시하였다.
- 이를 토대로 측정된 지점의 농도와 공간적 분포를 이용하여 자연 방사성 물질별 농도 분포도를 작성하였다. 분석된 자연 방사성물질은 라돈, 우라늄, 전알파 그리고 라듐이었으나 라듐 농도는 검출된 자료가 적어 제외시키고 라돈, 우라늄, 전 알파의 농도 분포도만 도시하였다.
- 분석된 자연 방사성물질은 라돈, 우라늄, 전알파 그리고 라듐이었으나 라듐 농도는 검출된 자료가 적어 제외시키고 라돈, 우라늄, 전 알파의 농도 분포도만 도시하였다. 자연방사성물질의 농도등급은 USEPA의 대체최고허용농도(Alternative Maximum Contaminant Level, AMCL)와 우리나라 검출된 자연 방사성물질 농도를 고려하여 라돈은 0~300, 300~1, 000, 1, 000~ 2, 000, 2, 000~4, 000, 4, 000~65, 000pCi/L로 우라늄은 0~ 0.01, 0.01~5, 5~30, 30~100, 100~3, 000µg/L로 전알파는 0~0.1, 0.1~0.5, 0.5~15, 15~100, 100~350pCi/L로 등급화를 하였다. 화성암(화강암), 탄산염암, 변성암, 화산암, 퇴적암 5개의 지질구분을 한 후 지질분류에 따라 각 자연 방사성물질의 평균 농도가 차이가 있는지를 알아보기 위해 일원 분산분석(one-way analysis of variance)을 수행하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 수집된 지하수 각 자료의 총 개수는 라돈 1, 051개, 우라늄 1, 013개, 전알파 978개, 라듐 89개이다. 이를 토대로 측정된 지점의 농도와 공간적 분포를 이용하여 자연 방사성 물질별 농도 분포도를 작성하였다.
- 본 연구의 지하수내 자연방사성물질 자료는 국립환경과학원과 한국지질자원연구원이 전국단위로 대상으로 2000년부터 2011년까지 수행한 9년치 자료(NIER, 2000; 2001; 2002; 2006; 2007; 2008; 2009; 2010; 2011)를 토대로 라돈 999개, 우라늄 973개, 전알파 945개 그리고 라듐 89개를 각각 수집하였다. 이 자료는 자연방사성물질 고농도(화강암) 지역에 위치한 마을상수도 지하수 관정을 대상으로 중점적으로 수행하였다.
- , 2007; 2012; 2013). 이 연구는 남한 전체 대상으로 수행을 하였다. 우리나라는 다른 나라에 비해 선캄브리아기부터 시작하여 신생대까지 다양한 암석과 지층으로 구성되어 있다.
- 999개, 우라늄 973개, 전알파 945개 그리고 라듐 89개를 각각 수집하였다. 이 자료는 자연방사성물질 고농도(화강암) 지역에 위치한 마을상수도 지하수 관정을 대상으로 중점적으로 수행하였다. 그 밖에 자연방사성물질 자료는 논문 및 보고서를 통해 자료를 추가 수집하였다(Han and Park, 1996; Jeon, 2009; Kim, 2013; C&H Inc.
데이터처리
- Table 3. One-way ANOVA test showing the mean differences in radionuclide concentrations between groundwaters hosted by the five main rock types.
- 이 연구에선 5개의 지질분류를 독립변수로 하고 각 자연 방사성물질 농도를 종속변수로 정하여 일원분산분석을 실시하였다. 더불어 자연방사성물질 간에 어느 정도의 관련성이 있는지를 분석하기 위해 상관관계 분석을 실시하였다.
- 5~15, 15~100, 100~350pCi/L로 등급화를 하였다. 화성암(화강암), 탄산염암, 변성암, 화산암, 퇴적암 5개의 지질구분을 한 후 지질분류에 따라 각 자연 방사성물질의 평균 농도가 차이가 있는지를 알아보기 위해 일원 분산분석(one-way analysis of variance)을 수행하였다. 일원 분산분석이란 세 개 이상의 집단들에 대한 평균을 비교하여 한 요인이 종속변수에 영향을 얼마나 주는지 알 수 있다.
성능/효과
- 2pCi/L)과 중앙값(0pCi/L) 차이가 없는 반면 우라늄과 전 알파는 상대적으로 큰 차이를 보였다. 각 자연 방사성물질의 표준편차값이 평균값보다 상회하고 변동계수는 라돈, 우라늄, 전알파 그리고 라듐 순으로 크게 나타났다. 특히 각 자연 방사성 물질들은 일부 고농도 지하수가 포함되어 있어 산술평균에 큰 영향을 주고 있다(Cho et al.
- 결론적으로 여러 가지 변수(지하환경, 시료 채취시기 및 방법 등)로 인해 모암인 우라늄 농도에 따른 라돈, 전알파, 라듐간의 농도는 큰 연관성이 없었다. 하지만 라돈과 우라늄은 화산암(화강암) 지역, 변성암지역 순으로 고농도를 보였고 퇴적암에선 가장 낮은 농도를 분석되었다.
- 05보다 작기 때문에 지질에 따른 자연방사성물질 평균농도가 통계적으로 가장 유의미한 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 그 다음 변성암과 퇴적암(P=7.83E-14), 화성암-화산암(P=2.96E-10), 화산암-변성암(P=1.17E-04) 그리고 화성암-탄산염암(P=5.13E-04) 순으로 유의미하게 보였다. 그 외 우라늄의 경우 탄산염암-퇴적암(P=0.
- 4에 도시하였다. 도시한 결과, 라돈- 우라늄(r2=0.014), 라돈-전알파(r2=0.004), 라돈-라듐(r2=0.041), 우라늄-전알파(r2=0.0001), 우라늄-라듐(r2=0.0004) 그리고 전 알파-라듐(r2=0.001)로 매우 낮은 결정계수가 나타나 서로 상관성이 없는 것으로 분석된다. 결정계수가 낮게 나타난 것은 모암 내 자연방사성물질을 포함하고 있는 지질, 광물의 농도, 지하수 환경 등 복합적인 요인에 의한 것으로 사료된다(Dana et al.
- 하지만 라돈과 우라늄은 화산암(화강암) 지역, 변성암지역 순으로 고농도를 보였고 퇴적암에선 가장 낮은 농도를 분석되었다. 또한 다른 자연 방사성물질에 비해 라돈은 지질에 따라 상대적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 향후 자연방사성에 대한 각 지하수 관정의 심도별, 고도별 및 지화학적인 다양한 접근 방법과 더 나아가 지역별 암 발생율(폐암, 위암) 자료를 이용한다면 보다 유의미한 연구결과가 도출될 것으로 기대된다.
- 위해 일원분산분석 결과값을 Table 3에 나타냈다. 라돈, 우라늄, 전알파, 라듐 중 라돈의 화성암-퇴적암 그룹이 P값(2.71E-30)이 유의수준 0.05보다 작기 때문에 지질에 따른 자연방사성물질 평균농도가 통계적으로 가장 유의미한 수준에서 차이가 있는 것으로 나타났다. 그 다음 변성암과 퇴적암(P=7.
- , 2013). 라돈과 라듐은 각각 평균값(4, 907pCi/L)과 중앙값(4, 240pCi/L), 평균값(0.2pCi/L)과 중앙값(0pCi/L) 차이가 없는 반면 우라늄과 전 알파는 상대적으로 큰 차이를 보였다. 각 자연 방사성물질의 표준편차값이 평균값보다 상회하고 변동계수는 라돈, 우라늄, 전알파 그리고 라듐 순으로 크게 나타났다.
- 49로 나타났다. 마지막으로 89개의 라듐 농도는 0~17.4pCi/L로 보였고 평균값 0.2pCi/L, 중앙값 0pCi/L, 표준편차 2.3pCi/L 그리고 변동계수 11.50으로 나타났다. 각 자연방사성물질의 평균값과 중앙값이 최대값에 비해 매우 낮은 것은 다수의 지역이 낮은 농도를 나타나기 때문이다(Ju et al.
- 라돈에 비해 우라늄, 전알파, 라듐은 히스토그램에서 정상분포를 보였다. 우라늄은 전체 자료 1, 013개 중 30µg/L 이상이 121개(11.9%), 전알파는 전체자료 978개 중 15pCi/L 이상이 34개(3.5%) 그리고 라듐 전체 자료 89개 중 5pCi/L 이상인 4개(4.5%)가 USEPA의 대체 최고허용농도를 초과한 것으로 나타났다. 이는 분석된 자료에서 높은 라돈 농도를 나타나더라도 우라늄, 전알파, 라듐은 약한 상관관계를 나타날 것으로 추정할 수 있다.
- 우리나라 지질구분에 따른 지하수의 자연방사성물질별 농도 분포도 도시결과, 라돈 농도분포는 1, 051개 자료 중 605 개(63.9%)가 4, 000pCi/L 이상으로 나타났다(Fig. 3a). 고농도를 보인 지역은 거의 화성암(화강암) 지역이었고 1, 000 pCi/L 이하인 낮은 지역은 퇴적암 지역으로 분석되었다.
- 우선 1, 051개의 지하수 라돈 농도는 최소 0.4 pCi/L에서 64, 688pCi/L까지 매우 넒은 범위를 나타났다. 평균값 4, 907pCi/L, 중앙값 4, 240pCi/L, 표준편차 5, 420 pCi/L 그리고 변동계수는 1.
- 반면 전알파는 유의수준보다 높게 나타나 유의미하지 않는 것으로 분석되었다. 이 결과, 다른 자연 방사성물질 비해 라돈이 지질에 상대적으로 크게 영향을 받는 것으로 분석된다. 이는 라돈이 화성암지역에서 높은 라돈 농도가 보이는 반면 퇴적암 지역에서는 낮은 라돈농도를 나타나는 것으로 분석된다.
- 3c). 전알파는 화강암에서 고농도로 나타난 라돈과 우라늄에 비해 상대적으로 낮은 상관성을 보였다.
- 지질별 지하수의 라돈 평균값은 화성암 지역이 6, 175pCi/L 로 가장 높았고 변성암 지역 5, 032pCi/L, 화산암 지역 1, 584pCi/L, 탄산염암 지역 1, 388pCi/L 그리고 퇴적암 지역 745pCi/L 순으로 나타났다. 지질별 우라늄 평균값은 화성암 지역 지하수는 40.20µg/L, 변성암 지역 지하수는 17.24µg/L, 탄산염암 지역 지하수는 15.52µg/L, 퇴적암 지역 지하수는 1.58µg/L 그리고 화산암 지역 지하수는 0.53µg/L 순으로 나타났다.
- 정리하였다. 지질별 지하수의 라돈 평균값은 화성암 지역이 6, 175pCi/L 로 가장 높았고 변성암 지역 5, 032pCi/L, 화산암 지역 1, 584pCi/L, 탄산염암 지역 1, 388pCi/L 그리고 퇴적암 지역 745pCi/L 순으로 나타났다. 지질별 우라늄 평균값은 화성암 지역 지하수는 40.
- 0µg/L로 역시 넓은 범위를 보였다. 평균값 27.5µg/L, 중앙값 1.1µg/L, 표준편차 135.0µg/L 그리고 변동계수는 4.90을 나타났다. 978개의 전알파 농도는 0~312.
- 농도는 큰 연관성이 없었다. 하지만 라돈과 우라늄은 화산암(화강암) 지역, 변성암지역 순으로 고농도를 보였고 퇴적암에선 가장 낮은 농도를 분석되었다. 또한 다른 자연 방사성물질에 비해 라돈은 지질에 따라 상대적으로 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 히스토그램을 통해 라돈은 전체 자료 1, 051개 중 562개 (53.5%)가 USEPA의 대체최고허용농도가 초과하였고 우라늄은 전체 자료 1, 013개 중 30µg/L 이상이 121개(11.9%), 전알파는 전체 자료 978개 중 15pCi/L 이상이 34개(3.5%) 그리고 라듐 전체 자료 89개 중 5pCi/L 이상인 4개(4.5%) 가 USEPA의 대체최고허용농도를 초과한 것으로 나타났다.
후속연구
- 각 지질별로 자연 방사성물질의 상관분석을 해보았지만 마찬가지로 서로 매우 낮은 결정계수가 나타났다. 추가적으로 자연방사성물질과 주요 양·음이온의 상관분석을 한다면 보다 신뢰성이 있는 연구 결과가 도출될 것으로 사료된다.
- 또한 다른 자연 방사성물질에 비해 라돈은 지질에 따라 상대적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 향후 자연방사성에 대한 각 지하수 관정의 심도별, 고도별 및 지화학적인 다양한 접근 방법과 더 나아가 지역별 암 발생율(폐암, 위암) 자료를 이용한다면 보다 유의미한 연구결과가 도출될 것으로 기대된다.
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