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원전 방사성 콘크리트 기계적 절단의 방사성 에어로졸에 대한 작업자 내부피폭선량 평가
Internal Dose Assessment of Worker by Radioactive Aerosol Generated During Mechanical Cutting of Radioactive Concrete 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.18 no.2, 2020년, pp.157 - 167  

박지혜 (한국과학기술원) ,  양원석 (한국과학기술원) ,  채낙규 (한국과학기술원) ,  이민호 (한국과학기술원) ,  최성열 (한국과학기술원)

초록
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원전 해체 공정 중 다량의 콘크리트 방사성 폐기물의 절단 과정에서 불가피하게 방사성 에어로졸이 생성된다. 방사성 에어로졸은 인체 호흡기 흡착에 의한 내부피폭을 유발하기 때문에 작업자의 방사선 방호를 위한 내부피폭평가가 필수적으로 시행되어야 한다. 그러나 실제 작업환경의 에어로졸 특성값을 사용하기에는 선행 연구가 미비하며 콘크리트에 포함된 방사성 핵종의 수가 많기 때문에 정확한 작업자 내부피폭평가를 위해서는 상당한 시간과 인력이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 사전 연구된 콘크리트 에어로졸 특성값을 활용하여 원전 해체 전 절단 작업자의 내부 피폭량을 빠르게 예측할 수 있는 새로운 방법론을 제시하고자 한다. 본 연구팀은 콘크리트 절단 시 발생하는 사전 연구에서 발표된 에어로졸의 수농도 크기 분포데이터를 뉴턴-랩슨법을 이용하여 피폭평가 계산에 필요한 방사능중앙 공기중역학직경(Activity Median Aerodynamic Diameter)값으로 변환하였다. 또한 원전 정지 10년 후 비방사능 값을 ORIGEN code로 계산하였으며, 최종적으로 핵종별 예탁유효선량을 IMBA 프로그램을 이용하여 계산하였다. 핵종별 예탁유효선량값을 비교한 결과 152Eu에 의한 최대 예탁유효선량은 전체 선량값의 83.09%를 차지하고, 152Eu를 포함한 상위 5개 원소(152Eu, 154Eu, 60Co, 239Pu, 55Fe)의 경우 최대 99.63%를 차지함을 확인하였다. 따라서 원전 해체 전 콘크리트의 구성 원소 중 상위 5개 주요 원소 측정을 먼저 시행한다면 더 빠르고 원활한 방사능 피폭관리 및 해체 작업 안전성 평가가 가능할 것으로 판단된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Removing radioactive concrete is crucial in the decommissioning of nuclear power plants. However, this process generates radioactive aerosols, exposing workers to radiation. Although large amounts of radioactive concrete are generated during decommissioning, studies on the internal exposure of worke...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 추후에 원전 모사 콘크리트 절단시 고해상도 에어로졸 측정장비를 이용하여 인체 흡입 가능한 에어로졸 범위인 수 nm에서 10 μm에 해당 하는 실측 데이터를 확보하고자 한다.
  • 방사성 콘크리트의 방대한 발생량에도 불구하고 원전 해체 시 발생 가능한 방사성에어로졸의 정량적 분석과 내부 피폭 연구는 금속 절단의 경우 몇몇 선행연구가 진행되었으나[6-12], 방사성 콘크리트 폐기물 처리 과정에서 발생하는 방사성 에어로졸 특성분석 연구의 경우 미비한 경향이 있다. 본 연구는 원전 해체 시 방사성 콘크리트 드릴링, 절단 과정에서 발생하는 방사성 에어로졸을 작업자가 흡입하였을 때의 원소별 내부 피폭의 정도를평가하고, 이를 기반으로 하여 작업자의 피폭량을 사전에 예측할 수 있는 기준을 제시하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 과거 Azarmi 연구팀이 수행한 콘크리트 의 드릴링(Drilling)과 절단(Cutting)에 따른 에어로졸 크기 분포 데이터를 분석하였다. 에어로졸을 측정하기 위하 여 Azarmi 연구팀은 고속 반응 차동 이동성 분광계(Fast response differential mobility spectrometer)를 사용하였다[13]

가설 설정

  • 따라서 기계적 절단 방법에서는 기계적 힘에 의해 떨어진 작은 크기의 물질들이 에어로졸 형태로 분산된다. 따라서 본 연구에서는 콘크리트 기계적 절단에서 발생하는 에어로졸의 조성과 콘크리트의 조성이 동일할 것이라고 가정하였다.
  • ICRP 119에 기술되어 있지 않은 원소인 3 H와 14C의 경 우 ICRP 134[16]를 참고하여 기술하였다. 또한 각 핵종의 콘크리트 내 결합 상태의 경우 18족 비활성 기체는 주위 원 소와 결합을 하지 않고 내부에서 기체 형태로 존재하여 인 체에 흡입되더라도 내부에서 반응하지 않는다고 가정하였고, 14C의 경우 콘크리트 속 탄소가 1중 결합의 형태로 존재 한다고 가정하였다.
  • 발생한 에어로졸을 작업자가 전부 흡입하였다고 가정하였 고, 호흡률은 일반 작업자 호흡률(1.2 m3 /hr), 작업 시간은 방 사선 작업종사자 기준 연간 2000시간을 가정하여 적용하였다.
  • 전체 누적 질량의 절반에 해당하는 반지름값을 선형 근사를 이용하여 계산하여 질량중앙공기중역학적 직경(MMAD, Mass Median Aerodynamic Diameter) 값을 구하였다. 입자가 전체적으로 균일하게 분포할 경우 MMAD가 AMAD와 같다고 가정하여 AMAD 값을 도출하였다[26]. 이때 도출된 AMAD 값은 절단과 정시 554.
  • ) 값은 식 (2),(3)의 해를 수치계산법의 일종인 뉴턴-랩슨법(Newton-Raphson method)을 활용하여 계산하였다[24]. 콘크리트 절단 시 발생하는 에어로졸의 형태가 완벽한 구형이라고 가정하고 식 (4)를 이용하여 콘크리트 에어로졸 의 수농도를 질량 농도 분포로 변환하여 도출하였다.
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참고문헌 (30)

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