2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 238 _http://www.karp.or.kr
국내 원전의 알파 선원 내부오염 가능성 분석
김한나․김정인․이병일․임영기 방사선보건연구원 E-mail: selene2859@khnp.co.kr중심어 (keyword) : 알파핵종, 알파분광분석기(alpha spectrometry), 내부오염, 알파핵종 감시, 내부선량평가
서 론
월성 1호기의 압력관 교체, 고리 1호기 증기발생기 교체 등 국내 원전의 장기 운영에 따른 설비 노후화 및 설비 개선으로 원전 종사자의 알파핵종의 내부오염 가능성이 증가되고 있다. 2009년 캐나다 Bruce 원전 에서는 알파오염의 잠재성을 간과한 부절적한 방사선 방호 프로그램이 부실하게 수행됨에 따라 많은 종사 자들이 알파방사선에 피폭된 사례가 있다[1]. 근래에 외국원전의 알파핵종에 의한 내부오염사례 가 보고되고 있으며 국내 발전소의 설비개선 지속 추 진이 예상되는 가운데 알파 선원에 의한 내부오염가 능성을 분석하고 대책을 강구할 필요가 있다. 본 연구는 국내외 알파핵종 오염사례 분석 및 국내 의 알파핵종 분석기술에 대한 현황을 조사하여 알파 핵종 오염 가능성을 평가하고자 한다.대상 및 방법
먼저 외국원전의 알파핵종 오염사례 및 국외동향에 대해 조사하였다. 외국원전의 알파핵종 오염사례는 원 자력발전운영협회(INPO)의 Operating Experience Digest(OE Digest)와 미국전력연구센터(EPRI)의 가 동원전 알파 방출핵종 감시 지침 보고서를 활용하였 다[2,3]. 현재 외국원전의 알파핵종에 의한 내부오염 사례가 보고되고 있으나 국내원전에서는 이를 분석한 사례가 거의 없다. 그러므로 국외 원전에서 발생되는 알파 선 원에 의한 내부오염 발생 원인 및 경로 분석을 통하 여 국내 원전에서의 발생가능성을 연구하고 국내 원 전의 알파핵종 감시 및 분석현황에 대해 파악하였다.결과 및 고찰
1977년 미국의 Davis-Besse 원전에서 증기발생기 노즐 댐 설치과정에서 작업자 호흡방어구 미착용으로 알파방출 핵종에 의한 내부오염이 발생하였고, 내부피 폭 작업자 4인 중 최대 뼈에 34mSv, 전신에 4.3mSv 로 평가되었다. 2004년 Millstone Unit2에서는 작업자 가 영구처분을 위해 유출계통의 여과기를 옮기는 동 안 알파오염이 발생하였다. 또한 Sequoyah 원전에서 는 화학 및 체적제어 계통 수용탱크의 제염 및 해체 작업동안 심각한 알파오염이 발견되었다[4]. 캐나다의 Bruce A 발전소 1호기에서 가압중수로 설비교체 중 1차 열수소계통과 관련하여 알파핵종에 의한 내부피폭을 받게 되었고 60명의 직원들이 알파 오염으로 2mSv 상당 피폭, 최대 피폭은 약 16mSv인 것으로 나타났다.Bruce 원전의 경우 Alpha dosimetry에 대한 체계 적인 시스템을 갖추지 않아 현재 과거 종사자에 대한 선량추적을 진행 중이며 알파핵종 모니터링에 관한 관련 절차서를 준비 중이다. 또한 EPRI에서는 알파 핵종 모니터링 및 내부선량평가와 관련한 가이드 라 인을 제시하고 있다. 국내 원전의 경우 원전 외부 유출물에 대한 알파핵 종의 지속적인 감시와 계획 예방정비기간 CV내 대표 지점에 대한 알파핵종 감시가 있지만 이 때 전알파 (gross alpha) 측정만 이루어지고 알파핵종 분석은
2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 제6분과(측정 및 분석)_ 239 하고 있지 않다. 국내 대표적인 알파핵종 내부오염 감시는 핵연료주 식회사 종사자를 대상으로 한 폐카운팅, 공기 중 오염 도 검사가 있다. 또한 국내 알파핵종 분석은 한국원자 력연구원, 한국표준과학연구원, 한국원자력안전기술원 에서 알파 분석 장비를 보유하고 있으나 지속적인 분 석은 이루어지고 있지 않아 분석을 위해서는 상당한 시간이 소요될 것으로 예상된다. 원전 내 알파핵종은 핵연료 내에서 중성자 방사화 및 붕괴로 형성되어 불용성 산화물 형태로 존재하다 핵연료 피폭관의 파손으로 유출된다. 이 때 알파입자 는 공기오염을 유발시켜 체내피폭의 위험성이 크다. 원전 내 주요 알파방출 핵종으로는 238Pu, 239/240Pu, 241 Am, 242Cm, 243/244Cm 이 있다. 표 1은 PWR에서 알파핵종 오염가능 대상 작업에 대해 보여준다.
Table 1. The component or the activity
associated with alpha contamination[3]
PWR
System/Area Component/Activity
Reactor Cavity
Fuel Transfer Canal /Blind Flange Fuel Handling Components(Upender) Reactor Vessel Studs/ Stud Holes
Steam Generator
Diaphragm
Nozzle Dam Installation and Removal
Pressurizer Heaters/Heater Sleeves
Spent Fuel Pool
Sludge/Filters Pumps
Heat Exchanger Reactor Head Interior Reactor Coolant Pump Seals 원전 내 알파핵종 분석은 알파핵종 오염가능 대상 작업을 중심으로 알파시료를 채취하여 그림 1의 전처 리 과정을 통하여 시료로부터 방출되는 알파선을 알파 분광분석기(alpha spectrometry)로 분석한다. 국내 원전에서 알파핵종 오염가능성은 핵연료 피복 관의 파손 및 냉각재 계통 파단 등의 사고시를 제외 하면 알파 핵종의 누설 가능성은 희박하다. 하지만 Bruce 원전의 알파핵종 관리 문제점을 살펴본 봐와 같이 국내 원전에서도 알파 선원에 의한 내부오염 가 능성을 분석하여 내부피폭 평가 절차를 구체화하여야 한다. 또한 알파오염 가능성이 있는 부품이나 물질을 취급할 때는 사전에 측정이 완료된 후 취급하고, 알파 선원 취급 작업자는 작업 전 위험 요소에 대한 조치 사항 및 방사능 오염에 대한 제로화가 이루어지도록 조치한 후 작업을 수행해야 할 것이다. Sample preparation
(e.g., tracer additions, digestions, dissolutions, precipitations)
Radiochemical separations
(e.g., ion-exchange, extraction chromatography) Source preparation(e.g., electrodeposition)
Counting
Fig 1. Radiochemical methods for alpha spectrometry
결 론
이 연구는 알파핵종의 원전 종사자의 내부오염 가 능성 및 알파핵종 분석 현황에 대해 조사하였다. 향후 국내 원전 내 알파선원의 내부오염 분석실험을 통하 여 내부선량평가의 타당성 및 적용범위를 검토하고, 원전 종사자 대상의 알파핵종 모니터링/분석절차 수 립을 통하여 알파핵종 내부선량평가 절차서를 개발한 다면 원전 종사자 내부선량관리에 기여할 것으로 기 대된다. 참 고 문 헌1. Internal exposures from inadequate alpha contamination controls, INPO SEN 286(2010) 2. Recent industry experiences involving alpha
contamination, Operating experience digest(OE Digest), INPO(2007)
3. Alpha monitoring guidelines for operating nuclear power stations, EPRI TR 1019500(2009) 4. Radiation protection and dose assessment
deficiencies result in ineffective internal dose evaluations and workers exiting the plant site with detectable external radioactive contamination, INPO SER 3-02. Rev.1(2003)
