[국내논문]발전용원자로에서 뱃치방식으로 배출되는 액체상 방사성물질의 방사능 평가결과에 대한 불확도 해석 Uncertainty Analysis of the Calculated Radioactivity in Liquid Effluent Released as Batch Mode from a Nuclear Power Plant원문보기
발전용원자로에서 뱃치방식으로 환경으로 배출된 액체유출물 내에 함유된 방사능 평가 결과에 오차를 유발하는 시료채취, 제조, 방사능 계측, 유출물 배출체적 측정 등 다양한 인자를 분석하였다. 환경배출 방사능 평가에 포함된 많은 인자들은 단일 측정에 의해 얻어지고 환경배출 방사능의 참값을 알 수 없음에 따라, 평가결과의 오차를 예측하는 것은 원칙적으로 불가능하다. 이에 따라 1993년 ISO가 권고한 측정의 불확도 표현지침에 근거하여 액체폐기물 배출방사능에 대한 불확도 평가모델을 수립하고 가상적인 조건에 대한 액체유출물 환경배출 방사능 평가결과의 불확도를 평가하였다. 그 결과, 액체유출물을 통한 환경배출 방사능 평가결과에 불확도를 유발하는 인자의 상대적인 기여도는 배출폐액의 체적, 시료의 체적, 총방사능 계측값의 순서를 갖는 것으로 나타났다. 또한 개별 변수의 확률분포와 특성값을 토대로 몬테칼로 모사법을 적용하여 최종 환경배출 방사능 평가결과의 확률분포를 해석함으로써, 지금까지 단일 값을 평가 및 보고되었던 발전용 원자로의 액체상 방사성물질 환경배출량이 실제로는 일정한 확률분포를 갖고 있음을 확인하였다.
발전용원자로에서 뱃치방식으로 환경으로 배출된 액체유출물 내에 함유된 방사능 평가 결과에 오차를 유발하는 시료채취, 제조, 방사능 계측, 유출물 배출체적 측정 등 다양한 인자를 분석하였다. 환경배출 방사능 평가에 포함된 많은 인자들은 단일 측정에 의해 얻어지고 환경배출 방사능의 참값을 알 수 없음에 따라, 평가결과의 오차를 예측하는 것은 원칙적으로 불가능하다. 이에 따라 1993년 ISO가 권고한 측정의 불확도 표현지침에 근거하여 액체폐기물 배출방사능에 대한 불확도 평가모델을 수립하고 가상적인 조건에 대한 액체유출물 환경배출 방사능 평가결과의 불확도를 평가하였다. 그 결과, 액체유출물을 통한 환경배출 방사능 평가결과에 불확도를 유발하는 인자의 상대적인 기여도는 배출폐액의 체적, 시료의 체적, 총방사능 계측값의 순서를 갖는 것으로 나타났다. 또한 개별 변수의 확률분포와 특성값을 토대로 몬테칼로 모사법을 적용하여 최종 환경배출 방사능 평가결과의 확률분포를 해석함으로써, 지금까지 단일 값을 평가 및 보고되었던 발전용 원자로의 액체상 방사성물질 환경배출량이 실제로는 일정한 확률분포를 갖고 있음을 확인하였다.
A series of factors such as sampling, pretreatment measurement, volume estimation which induces uncertainty of the calculated radioactivity in liquid effluent released from a nuclear power plant were analyzed. It is innately impossible to estimate exact error of the calculated radioactivity, since m...
A series of factors such as sampling, pretreatment measurement, volume estimation which induces uncertainty of the calculated radioactivity in liquid effluent released from a nuclear power plant were analyzed. It is innately impossible to estimate exact error of the calculated radioactivity, since most of the input parameters are determined by a single measurement and true value of the released radioactivity cannot be known. In this paper, a systematic model to calculate uncertainty of the released liquid radioactivity was developed based upon the guidance report published by the ISO in 1993, and the model was applied to a set of hypothetical batch release conditions. As a result, the Priority of each input parameter was turned out to be (1) wastewater volume, (2) sample volume, and (3) measured radioactivity of the sample. In addition, probability distribution of the released radioactivity was simulated by Monte Carlo method combining the probability distribution of each input parameter It was shown that the radioactivity released to the environment, which has been reported as a single value, has a certain form of probability distribution.
A series of factors such as sampling, pretreatment measurement, volume estimation which induces uncertainty of the calculated radioactivity in liquid effluent released from a nuclear power plant were analyzed. It is innately impossible to estimate exact error of the calculated radioactivity, since most of the input parameters are determined by a single measurement and true value of the released radioactivity cannot be known. In this paper, a systematic model to calculate uncertainty of the released liquid radioactivity was developed based upon the guidance report published by the ISO in 1993, and the model was applied to a set of hypothetical batch release conditions. As a result, the Priority of each input parameter was turned out to be (1) wastewater volume, (2) sample volume, and (3) measured radioactivity of the sample. In addition, probability distribution of the released radioactivity was simulated by Monte Carlo method combining the probability distribution of each input parameter It was shown that the radioactivity released to the environment, which has been reported as a single value, has a certain form of probability distribution.
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문제 정의
미국의 규제지침과 산업기술기준에 제시된 관련 요건은 시료채취, 제조, 방사능 계측 등 환경배출 방사능 평가과정에 수반되는 전반적인 오차의 유발요인을 고려하여 평 가결과에 내포된 총오차를 평가해야 한다는 것으로 정리할 수 있다. 그러나 실제 방사성물질의 환경배출량에 대한 참값을 알 수 없으므로 엄밀한 의미에서 『오차』를 평가하는 것은 불가능하며, 따라서 동 규제지침에서 요구하는 총오차는 『오차』라기 보다 평가결과에 대한 통계적인 『불확도』의 범위를 산출하라는 의미로 해석되어야 한다[9L 이에 따라 본 연구에서는 국내 발전용원자로의 액체유출물 배출에 의한 환경배출 방사능 평가 결과의 (1)불확도를 평가하기 위한 일반화된 모델을 개발하여 개상적인 배출조건에 적용함으로써 지금까지 단일 값으로 보고되고 있는 액체유출물 배출량의 불확도를 평가하고, 또한 환경 배출량 평가모델에 반영된 개별 변수의 확률분포를 토대로 최종 배출방사능의 종합적인 확률분포를 분석하고자 한다.
1995년 국제표준화기구(ISO: International Organization for Standardization)는 측정에 수반되는 불확도 평가지침을 확정하였으며, 1999년 한국표준과학연구원은 이를 토대로 측정불확도 표현지침을 발간하였다[9, 10]. 본 논문에서는 ISO의 불확도 평가지침을 기준으로 액체 방사성유출물에 함유된 방사능 평가 결과의 불확도를 평가하기 위한 기본 방법론을 다음과 같이 도출하였다.
국내 발전용원자로의 운영기술지침서 또는 방사성배출물 관리계획서에서는 액체유출물의 배출방식을 뱃치(Batch)와 연속으로 구분하고, 배출방식 및 분석대상 핵종에 따라 상이한 시료채취 및 분석요건을 적용하고 있다. 본 논문에서는 실제로 가장 적용 빈도가 높은 뱃치배출 액체유출물에 대한 그랩시료(Grab Sample) 채취를 통한 총방사능 즉정시 수반되는 불확도를 평가하기 위한 모델을 수립하였다. 뱃치배출은 주로 액체폐기물을 탱크에 수집한 후 배출하되 배출기간 동안에는 탱크로 추가 폐액의 유입이 배제된 조건으로 정의되며, 이 경우 배출 전에 그랩시료를 채취하여 방사능을 분석해야 한다.
가설 설정
일반적으로 액체유출물 시료는 LOOOmL 용량의 마리넬리 비이커에 수집되며, 채취된 시료체적에 불확도를 유발하는 요인은 비이커의 체적, 온도에 따른 액체체적의 변화 등이다. 본 논문에서 가정한 사례에서는 공급자 인증서에서 비이커의 규격을 (1.0xl0-3)±(1.0xW4) n?로 제시하고 있으나 신뢰수준이 별도로 주어지지 않았으므로, 비이커의 체적이 직사각형 확률분포를 갖는 것으로 가정하는 것이 타당하다. 수식 (5)를 적용하여 비이커 체적의 표준불확도는 다음과 같이 구할 수 있다:
제안 방법
지금까지 도출된 불확도 평가방법론과 국내 발전용원자로의 운영조건에 근거하여 설정된 전형적인 액체유출물 뱃치배출 조건(표 1 참조)을 기준으로 표준불확도와 합성표준불확 도를 평가하였다.
지금까지 단일 값으로 보고되고 있는 국내 발전용원자로의 액체폐기물 환경배출 방사능 평가결과에 포함된 불확도를 ISO의 평가지침에 근거하여 정량적으로 분석할 수 있는 원칙과 방법론을 도출하였다. 특히 국내 원전에서 가장 적용범위가 넓은 액체유출물 뱃치 배출방식을 기준으로 총방사능 평가 결과의 불확도 평가모델을 개발하고, 특정한 조건하에서 주요 변수들의 불확도, 합성표준불확도 및 최종 결과의 확장불확도를 정량적으로 평가하였다.
지금까지 단일 값으로 보고되고 있는 국내 발전용원자로의 액체폐기물 환경배출 방사능 평가결과에 포함된 불확도를 ISO의 평가지침에 근거하여 정량적으로 분석할 수 있는 원칙과 방법론을 도출하였다. 특히 국내 원전에서 가장 적용범위가 넓은 액체유출물 뱃치 배출방식을 기준으로 총방사능 평가 결과의 불확도 평가모델을 개발하고, 특정한 조건하에서 주요 변수들의 불확도, 합성표준불확도 및 최종 결과의 확장불확도를 정량적으로 평가하였다. 본 논문에서 가정한 액체유출물 배출조건에서 환경배출 방사능 평가결과에 영향을 주는 인자들의 상대적인 중요도는 배출폐액의 체적, 시료의 체적, 시료의 총방사능 계즉값 등의 순서인 것으로 분석되었다.
이론/모형
따라서 최종적인 배출방사능의 확률분포는 수식(6)을 기준으로 하여 변수별 확률분포와 표 1에 제시된 변수별 범위를 이용하여 규명할 수 있다. 이를 위해 본 연구에서는 확률분포를 고려한 분석방법으로 Monte Carlo모사법을 적용하였고 상용 평가도구인 Crystal Ball을 이용한 평가결과를 그림 1에 도시하였다. 그 결과 배출방사능의 확률분포는 왜도(Skewness)가 0.
성능/효과
최종 평가 결과의 확률분포는 궁극적으로 전체 평가과정에 수반된 불확도에 대한 종합적인 정보를 제공할 뿐 아니라 제한치 대비 안전 여유도 및 제한치를 만족하는 사례(Case)의 누적 확률분포에 대한 정보를 제공함으로써 불확실성이 큰 안전성 평가결과에 대한 상대 표준불확도, 1;(#)규제 판단에 도움을 줄 수 있다. 본 논문에서 지금까지 평가된 결과는 액체유출물 배출 방사능 및 구성인자들에 대한 불확도에 대한 충분한 정보를 제공하고 있으나, 최종적인 배출방사능의 통계적인 분포를 규명하기 위해서는 추가적인 평가가 요구된다.
이를 위해 본 연구에서는 확률분포를 고려한 분석방법으로 Monte Carlo모사법을 적용하였고 상용 평가도구인 Crystal Ball을 이용한 평가결과를 그림 1에 도시하였다. 그 결과 배출방사능의 확률분포는 왜도(Skewness)가 0.26로서 다소 왼쪽으로 편향된 정규분포를 보여주고 있으며, 첨도(Kurtosis)는 +3.0으로 정규분포 보다 다소 첨용성(Leptokurtic)을 나타내고 있다. 한편 가상적인 조건에서 확률분포의 범위는 2.
특히 국내 원전에서 가장 적용범위가 넓은 액체유출물 뱃치 배출방식을 기준으로 총방사능 평가 결과의 불확도 평가모델을 개발하고, 특정한 조건하에서 주요 변수들의 불확도, 합성표준불확도 및 최종 결과의 확장불확도를 정량적으로 평가하였다. 본 논문에서 가정한 액체유출물 배출조건에서 환경배출 방사능 평가결과에 영향을 주는 인자들의 상대적인 중요도는 배출폐액의 체적, 시료의 체적, 시료의 총방사능 계즉값 등의 순서인 것으로 분석되었다. 이를 통해 현재 국내 원전에서 방사성유출물관 리 관련 요건에 따라 수행되고 있는 방사능계측기, 유량계기계열 또는 수위계기계열에 대한 주기적인 교정 및 점검은 환경배출 방사능 평가 결과의 계통오차를 감소시키고 최종적인 평가 결과의 불확도를 저감시키는데 중요한 역할을 하고 있음을 알 수 있다.
따라서 특정 원전에서 일정 기간 동안 배출된 액체방사성유출물의 방사능에 대한 불확도를 평가하기 위해서는 실제 현장의 액체유출물 감시조건을 반영한 평가가 수행되어야 한다. 또한 본 논문에서는 Monte Carlo모사법을 이용하여 개별 변수의 확률분포를 조합함으로써 뱃치 방식으로 배출되는 액체유출물에 함유된 방사능의 확률분포를 유도하였으며, 그 결과 최종 배출방사능의 확률분포는 다소 편향성과 첨형성이 있는 정규분포를 갖는 것으로 나타났다.
후속연구
)규제 판단에 도움을 줄 수 있다. 본 논문에서 지금까지 평가된 결과는 액체유출물 배출 방사능 및 구성인자들에 대한 불확도에 대한 충분한 정보를 제공하고 있으나, 최종적인 배출방사능의 통계적인 분포를 규명하기 위해서는 추가적인 평가가 요구된다.
본 논문의 평가결과는 환경배출 방사능 평가결과를 단일 값으로 간주해온 지금까지 관행에 개선의 필요성이 있음을 암시하고 있다. 또한 현장에서 방사성유출물 환경배출량 평 가결과의 오차와 불확도를 자체적으로 평가하여 방사성유출물 관리의 품질을 제고하기 위한 목적으로 활용될 수 있으며, 향후 개별 원자력 이용시설 환경배출 방사능의 제한치 대비 안전여유도에 대한 확률론적 평가 등 규제검증 목적으로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 논문의 평가결과는 환경배출 방사능 평가결과를 단일 값으로 간주해온 지금까지 관행에 개선의 필요성이 있음을 암시하고 있다. 또한 현장에서 방사성유출물 환경배출량 평 가결과의 오차와 불확도를 자체적으로 평가하여 방사성유출물 관리의 품질을 제고하기 위한 목적으로 활용될 수 있으며, 향후 개별 원자력 이용시설 환경배출 방사능의 제한치 대비 안전여유도에 대한 확률론적 평가 등 규제검증 목적으로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이를 위해 향후 연속배출 및 복합시료에 대한 불확도 평가방법과 기체유출물에 대한 불확도 평가방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 예상된다.
또한 현장에서 방사성유출물 환경배출량 평 가결과의 오차와 불확도를 자체적으로 평가하여 방사성유출물 관리의 품질을 제고하기 위한 목적으로 활용될 수 있으며, 향후 개별 원자력 이용시설 환경배출 방사능의 제한치 대비 안전여유도에 대한 확률론적 평가 등 규제검증 목적으로도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이를 위해 향후 연속배출 및 복합시료에 대한 불확도 평가방법과 기체유출물에 대한 불확도 평가방법에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 예상된다.
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