가. 핵종 선정 및 방사능 농도
국내 고리 1호기 폐기물 발생드럼에 대한 발생량은 연구사례 별 차이를 보이고 있 으나 초기 발생량은 약 80,000 드럼 정도 추정하고 있다. 이와 관련하여 중·저준 위 관리 방폐물 시행계획 (2020)에서는 한 호기당 해체시 발생되는 중·저준위방사 성폐기물 드럼을 14,500 드럼으로 목표로 하고 있고 극저준위방사성폐기물 중 소형 금속류에 대하여 4,100 드럼으로 절감시킬 계획을 가지고 있어 다량의 절단작업이 요구된다.
절단 작업이 많아짐에 따라 대량의 에어로졸이 발생하며, 이로 인한 절단작업자의 심각한 내부피폭을 야기될 것으로 사료된다. 따라서 본 연구에서는 원전 해체시 절 단공정에서 발생하는 방사성에어로졸 흡입으로 인한 작업자의 내부피폭선량을 평가 하였다.
해체시 발생하는 방사성에어로졸의 핵종 및 방사능 농도의 경우 원전 가동 연수와 작업환경, 위치에 따라 큰 차이가 발생하여 대표성을 가진 오염도를 선정하는 것은 쉽지 않다. 절단시 발생하는 에어로졸로 인한 작업자의 내부피폭평가는 IMBA 전산코 드를 통해 수행하였다. 핵종을 적용함에 있어서 원자력안전위원회고시 제 2020-6호, 방사성핵종 별 자체처분 허용농도에서 제시하는 257 개의 핵종을 모두 평가할 수 없 어 동 고시에서 제시하고 있는 저준위방사성폐기물 농도 제한치 11가지 핵종 중 전알 파를 제외한 10가지 핵종이 존재한다고 가정하였다.
방사능 농도의 경우 선정 핵종 별 동 고시에서 제시하고 있는 자체처분 허용농도 의 100 배를 적용하여 극저준위 수준으로 오염되어 있다고 가정하여 평가하였다. 추 가적으로 추후 원전 해체시 발생하는 피폭선량평가의 편의를 위하여 평가핵종 모두 단위 농도로 가정하여 평가를 수행하였다. 본 연구에서 선정한 핵종 및 방사능 농도 는 Table 11과 같다.
불가리아 원전 Kozloduy PMF 공정에서 발생한 핵종 정보 및 HEPA Filter에 의한 포집량은 Table 12 와 같다.
핵종 반감기 포집량(MBq)
54Mn 312 d 0.362
58Co 70.86 d 0.181
59Fe 45 d 0.0603
60Co 5.26 y 3.44
Nb 34.99 d 0.0603
Ag 249.95 d 0.362
Cs 2.1 y 0.362
Cs 30 y 1.21
Total - 6.04 MBq
Table 12. Plasma Melting Facility에서 발생된 에어로졸 농도
핵종 반감기
핵종별 자체처분 허용농도
(Bq/g)
극저준위 농도 (Bq/
g) 단위 농도 (Bq/g)
3H 12.3 년 100 10,000 1
14C 5,730 년 1 100 1
60Co 5.26 년 0.1 10 1
59Ni 76,000 년 100 10,000 1
63Ni 100.1 년 100 10,000 1
90Sr 28.7 년 1 100 1
94Nb 20,300 년 0.1 10 1
99Tc 211,100 년 1 100 1
129I 1.57 x 107년 0.01 1 1
137Cs 30.2 년 0.1 10 1
Table 11. 핵종별 에어로졸 방사능 농도
나. 작업시간
국내 근로기준법 상‘1 주 간의 근로시간은 휴게시간을 제외하고 40 시간을 초과할 수 없으며, 1 일의 근로시간은 휴게시간을 제외하고 8 시간을 초과할 수 없다‘라고 명시되어있다. 본 연구에서는 365일, 하루 8 시간을 적용하였 지만 절단작업자가 하루 8 시간 절단 작업만 수행하기는 힘들다고 판단하여 절단작업시간 Fsi(실질적 작업 5.3 시간, 작업준비 및 휴식 2.7 시간) 고려하 여 평가하였다.
불가리아 Kozloduy PMF의 경우 가동시간이 40 주 (280 d)로 명시되어 있어 이를 반영하여 평가를 수행하였다.
다. 호흡률 [1.2 m
3/hr (Light work) / 1.68 m
3/hr (Heavy work)]
ICRP-66에서는 성인 남성작업자 및 연령 별 활동 유형에 따른 호흡률을 권 고하고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 Table 13 과 같이 경미한 작업 (Ligh t work, 1.2 m3/hr), 격렬한작업(Heavy work, 1.68 m3/hr)을 적용하였다.
직업상활동 호흡률
Light Worker 1.2 m3/hr
Heavy Worker 1.68 m3/hr
Table 13. 작업자 호흡률 (ICRP-66)
라. 입자크기
(1) 에어로졸의 방사능 중앙 공기역학적 직경 (AMAD)
방사능 중앙 공기역학적 직경(AMAD)는 공기분진의 방사선학적 중간값을 나 타내는 직경으로서 내부피폭 평가 시 고려되는 여러 인자 중 하나이다.
ICRP에서는 작업공간 5μm, 공공장소 1μm 적용을 권고하고 있으나 실제 절단 공정에서 발생하는 AMAD의 경우 ICRP에서 권고하는 값보다 매우 작다.
따라서 본 연구에서는 선행 연구사례에서의 열적절단(Plasma Arc Torch, Ele ctrical Arc Cut Rod) 2가지 공법, 기계적절단 (Chop Saw, Reciprocating Sa w) 2가지 공법 총 4가지 공법의 입자분포와 절단시 발생하는 에어로졸의 질 량을 통하여 AMAD를 평가하였다[44,45].
선행연구사례로부터 절단공법에 따른 입자분포와 절단시 발생하는 에어로 졸의 질량으로부터 입자 크기별 질량분포를 확인하였고 최소자승회귀분석법을 활용하여 누적분율분포의 50 % 지점인 입자 크기(MMAD)를 통하여 평가하였다[46].
에어로졸 분포에 따른 방사능 농도를 분석해야 하지만 현실적으로 불가능한 점을 반영하여 도입된 개념인 MMAD가 있다. 절단과정에서 발생된 방사성에어로졸이 비교 적 넓지 않은 밀폐된 공간 내에 균일하게 분포하는 경우 같다는 가정을 반영하여 평가를 수행하였으며 Lung Dynamics에 관한 ICRP Task Group에서도 서로 동등한 것 으로 사용하였다[47,48].
또한, MMAD를 통하여 AMAD 도출은 대수정규분포의 경우에 한하여 식 12(Ha tch-Choate Equation)과 같은 대수정규변환식을 활용하여 도출이 가능하다[4 7,48].
exp ln
(12)· σg : 기하학적 표준편차
변환형식에만 의존하는 상수로서 - 0.995는 AMAD의 형식에 의하여만 결정되 는 상수이며, 두 직경의 비는 σg의 값으로써만 정해진다.
Method Plasma Arc Torch Electrical Arc Cut Rod
Particle size distribution
Cumulative Function
Table 14. 열적절단공법 별 입자분포
Method Chop Saw Reciprocating Saw
Particle size distribution
Cumulative Function
Table 15. 기계적절단공법 별 입자분포
입자 크기 별 질량누적분율에서는 입경 외에 질량농도의 누적분율이므로 질량농도를 도출해야한다. 측정데이터로부터 질량농도 도출은 아래 식과 같다
×
× log
log
(13)
· dM/dlogD : 질량농도
· M : 에어로졸 총 질량 (mg)
· logp,u : 상단직경 (μm)
· logp,l : 하단직경 (μm)
에어로졸 총 질량과 같은 경우 절단 방법에 따른 에어로졸 발생율 (Plasma Torch : 1 g/min, Electrical Arc Cut Rod 1 g/min, Chop Saw : 0.27 g/min, Reciprocating Saw 0.1 g/min)과 하루 실질작업시간(318 min)을 적용하여 평가 하였으며 내부피폭 선량평가 시 AMAD(Activity Median Aerodynamic Diamete r)는 열적절단기술인 Plasma Torch : 0.15μm, Electrical Arc Cut Rod : 0.
15μm, 기계적 절단기술인 Chop Saw : 3.8μm, Reciprocating Saw : 1.96μm를 적용하였다.
금속절단공법 AMAD
열적절단
Plasma Arc Torch 0.15 μm
Electrical Arc Cut Rod 0.15 μm
기계적절단
Chop Saw 3.8 μm
Reciprocating Saw 1.96 μm
Table 16. 절단 공법 별 AMAD
마. 흡수형태(F/M/S)
호흡기 계통을 통하여 인체내 흡수된 방사성핵종의 경우 혈액으로 흡수되 는 정도는 흡수형태에 따라 달라진다. 인체내 침착된 방사성핵종의 경우 혈 액으로 흡수되어 소화기 계통으로 이동, 림프절로의 이동 등 이동하게 된다.
방사성 입자가 체내의 혈관을 통해 순환하여 장기 등에 침착된다. 흡수형 태 F는 에어로졸의 입자직경과 무관하게 혈액을 통해 장기 등에 침착된다.
흡수형태 M,S는 에어로졸 방사성핵종 입자 크기에 따라 호흡기 계통내에 머 무르는 기간이 길어진다.
이에 따라, 방사성 입자의 크기에 따른 피폭선량의 변화는 체내 흡수형태 에 따라 다른 양상을 보인다. 핵종의 흡수형태에 따른 선량의 변화는 흡수형 태 M과 S는 가파르게 감소하는 반면에 흡수형태 F의 경우 선량이 비교적 완 만하게 감소한다[52].
- F (Fast) : 용해 반감기가 10분인 물질이 100%
- M (Moderate) : 용해 반감기가 10분인 물질 10%와 140일인 물질 90%가 혼합된 물질 - S (Slow) : 용해 반감기가 10분인 물질 0.1%와 7000일인 물질 99.9%가 혼합된 물질
ICRP-66 호흡기모델(HRTM)에서는 핵종의 화학적 형태에 대한 정보가 없을 경우 흡수형태 M을 사용하라고 권고하였으며 본 연구에서도 이를 적용하여 평가하였다.
바. 마스크 방진률
열적절단공법(Plasma Arc Torch, Electrical Arc Cut Rod)과 기계적절단공법(Cho p Saw, Reciprocating Saw)을 통한 절단과정에서 발생된 방사성에어로졸에 대한 내 부피폭평가 결과 국내 법정선량한도 이상으로 평가됨에 따라 작업자는 에어로졸로 인한 내부피폭 방지를 위해 마스크의 착용이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 마 스크 방진률을 도입하여 평가를 수행하였다.
국내 마스크 방진률과 같은 경우 Table 17 과 같으며, KF 80 의 경우 0.04 μm ~ 1.0μm(평균 0.6μm) 입자를 80 % 이상 차단이 가능하고 KF 94 또는 KF 99 의 경우 입자크기 0.05μm ~ 1.7μm(평균 0.4μm) 입자를 94% 이상 차단 또는 9 9% 이상 차단이 가능하다.
마스크 방진률을 반영하여 평가한 결과 열적절단공법의 경우 입자의 크기가 매우 작아 방진률이 99.9 % 이상의 마스크를 착용하여야 하며 기계적절단공법의 경우 99
% 이상의 마스크를 착용해야 한다[53,54,55].
구분 등급
마스크 KF80 KF94 KF99
평균 입자크기 0.6 μm 0.4 μm 0.4 μm
분진포집효율 미세입자 80 %
이상 차단
미세입자 94 % 이상 차단
미세입자 99 % 이상 차단 Table 17. 마스크분진포집효율