한국방사선산업학회

(1)

서

론

국내 원자력법 제104조의6에 의거하여 원자력이용시 설의 운영자는 방사선안전관리 등의 기술기준에 관한 규칙 제133조 및 고시 제2008-28호의 “원자력이용시설 주변의 방사선환경조사 및 방사선환경영향평가에 관한 고시”에 준하여 분석을 실시하고 있지만, 정읍방사선과 학연구소 (이하 연구소)는 법에서 정한 방사선환경 조사 대상이 아니다 (교육과학기술부 2008). 그러나 연구소에는 저준위와 고준위 방사선조사시설, 감마파이토트론, 전자선가속기, 감마셀조사장치, 개봉선 원연구실 등 다양한 방사선이용시설이 2006년부터 본격 운영되고 있고 2009년부터는 사이클로트론 시설 설치 및 운영될 예정이다. 따라서 본 연구에서는 원자력법에 따른 방사선환경조 사 대상은 아니지만 다양한 방사선이용시설을 갖추고 있는 정읍방사선과학연구소의 주변 환경방사능 준위를 관련 법령에 준하는 분석을 실시하고 검출하한치(MDA: Minimum Detectable Activity)를 평가하여 운전의 안전 성을 검증하고자 하였다.

연구 및 방법

본 연구에서는 먼저 분석대상 핵종으로 감시핵종과 참 고핵종을 선정한 후 감시핵종에 대해서 MDA를 평가함 으로써 분석에 대한 신뢰성을 확보하고자 하였다 (Knoll

Journal of Radiation Industry 2 (2) : 93~96 (2008)

─ ─ 93 ──

방사선과학연구소 주변 환경방사능 분석 최소검출치에 대한 고찰

이윤종∙이승진1_∙김희강1_∙문지연1_∙한상준1,_*

한국원자력연구원 방사선과학연구소, 1_{영광원전 환경∙안전 감시센터}

Consideration on Minimum Detectable Activity for Environmental

Radioactivity Monitoring around Jeongeup ARTI in 2007

Yun-Jong Lee, Seung Jin Lee1_{, Hee Kang Kim}1_{, Ji Youn Moon}1_{and Sang Jun Han}1,_*

Korea Atomic Energy Research Institute, Advanced Radiation Technology Institute, Jeongeup 580-185, Korea 1_{YeongGwang NPP Supervisory Center for Environment Radiation & Safety, YeongGwang 513-807, Korea}

Abstract -- In order to verify reliability as to the result of environmental radioactivity monitoring

around Jeongeup ARTI, MDA analysis was carried out by using regulations and correlations, which are related. By evaluation result as to MDA, all of the samples and nuclide except 134_{Cs and} 137_{Cs among gamma samples of pine are included within the values which related regulations} present, and also the standard deviations of MDA are presented at a reliable level. From the analysis results, it is judged that there will be no problem with the reliability of environmental radioactivity result around Jeongeup ARTI.

Key words : Jeongeup ARTI, Environmental monitoring, Radioactivity, MDA

* Corresponding author: Sang Jun Han, Tel. +82-61-353-9995, Fax. +82-61-353-9997, E-mail. [email protected]

(2)

1997; 강 등 2002). MDA는 각 검출기의 계측효율, 분석 시료량, 분석시간 등에 의해 크게 영향을 받기 때문에 환경시료를 분석하기 전에 MDA에 영향을 줄 수 있는 요인들을 평가함으로써 분석 결과에 대한 신뢰성을 확 보할 필요가 있을 것으로 판단하였다. 1. 분석대상 핵종 본 연구에서는 연구소 방사선시설운영에 따른 주변 환경 영향을 평가하는 것이기 때문에 현재 연구소에 허 가된 방사성 동위원소를 기준으로 분석대상 핵종을 선 정하였다. 또한 선정된 분석대상 핵종을 감시핵종으로 선정한 후 MDA를 평가하였고, 원자력발전소에서 나올 수 있는 몇 가지 대표 핵종을 고려하여 참고핵종으로 선정하여 평가하였다 (Table 1, 2). 연구소에서 주로 사용하는 선원으로는 60_Co,137_Cs,3_H, 99m_Tc_{등이 있고, 이들 선원 중} 60_Co,137_Cs_{선원은 밀봉} 선원 형태로 운영되고 있으며, 나머지 선원들은 개봉선 원으로 운영되고 있다. 사용핵종 중 99m_Tc_{은 반감기가 6} 시간으로 매우 짧아 감시핵종에서 제외하였다. 2. MDA 계산식 MDA는 환경방사능 분석을 수행할 때 품질관리 측면 에서 사용되고 있는 인자로 시료 및 핵종에 대한 MDA 만족여부를 판단함으로써 분석 결과에 대한 신뢰성을 평가하고 있다. MDA에 영향을 주는 주요 변수는 시료 의 전처리 단계인 시료량에 결정을 주는 증류, 건조, 회 화, 공침 등과 분석조건은 계측기의 검출효율 및 분석시 간, 백그라운드 등이다. 본 연구에서는 MDA에 영향을 줄 수 있는 인자들을 평가한 후 MDA 데이터 산포 등 변동 폭을 고려함으로써 분석 결과에 대한 신뢰성을 확 보하고자 하였다. 본 연구에서의 최소검출치 계산식은 L’Annunziata (2003)을 따랐다. ① 감마동위원소 분석 MDA 계산식 Ts N Ts LD==k

[

B++·mmm‚ Ib++·mmm‚ 2 (B1++_B₂₎++_·mmm‚ 2 σI_b2

]

0.5 (1) Tb 2n Tb MDA==k2++_2L_C ₍₂₎

B: The value of the continuum subtracted Ib: Net peak area of the background measurement

Ts: The live time of the sample measurement

Tb: The live time of the separate background

measure-ment ② 전베타방사능 분석 MDA 계산식 k (자유도) k k 1 1 nDL==mmmmmmmm×

[

mm++

[

·mm‚ 2 + +_4n_b_×·mmm++_mmm‚

]

0.5

]

(3) 2 Ts Ts Ts Tb nDL MDA==mmmmmmmmmm ₍₄₎ (E×V×60) k: degree of freedom E (%): Counting efficiency V (ml): Sample volume ③ 삼중수소 분석 MDA 계산식 k (자유도) k k 1 1 nDL==mmmmmmmm×

[

mm++

[

·mm‚ 2 + +_4n_b_×·mmm++_mmm‚

]

0.5

]

(5) 2 Ts Ts Ts Tb nDL MDA==mmmmmmmmmm ₍₆₎ (E×V×60) k: degree of freedom E (%): Counting efficiency V (ml): Sample volume ④ 스트론튬 방사능 분석 MDA 계산식 k (자유도) k k 1 1 nDL==mmmmmmmm×

[

mm++

[

·mm‚ 2 + +_4n_b_×·mmm++_mmm‚

]

0.5

]

(7) 2 Ts Ts Ts Tb nDL MDA==mmmmmmmmmmmmm ₍₈₎ (E×V×60×Y) k: degree of freedom E (%): Counting efficiency V (kg): Sample volume Y (%): Chemical recovery ratio 이윤종∙이승진∙김희강∙문지연∙한상준

94

Table 1. Analysis nuclide selected

ARTI isotope NPP isotope Natural isotope

Table 2. Monitoring and reference nuclide selected every samples

Sample Observation_isotope Reference_isotope Rain water, Lake water,

Valley water, 131_I,3_H,전β 60Co, 134Cs,

Drinking water, 137_Cs,99m_Tc

Subterranean water

Soil 60_Co,134_Cs,137_Cs,90_Sr 99m_Tc Pine needles 60_Co,134_Cs,137_Cs,3_H 99m_Tc Cabbage, Rice, Honey 60_Co,134_Cs,137_Cs 99m_Tc

60_Co,137_Cs,3_H, 99m_{Tc etc.}

3_H,54_Mn,58_Co,59_Fe,60_Co,65_Zn,

(3)

결

과

전베타 방사능은 연구소 부지 및 주변지역의 분석대 상 시료인 빗물을 선정하여 계측을 수행한 후 그 결과 에 근거하여 MDA 분석을 수행하였다. 빗물 시료에 대 한 MDA 분석 결과 본 연구에서 제시한 MDA 범위는 5.04~5.47 mBq l-1_{로, 평균}1)_{은 5.24±0.153 mBq l}-1_로 각각 나타났다. 또한 교육과학기술부 고시 (이하 고시)에 서 제시한 MDA는 150 mBq l-1_{로 본 연구에서 제시한} 값이 고시에서 제시한 값에 비해 상당히 낮게 나타나고 있는 것을 아래의 Table 3을 통해 수치적으로 확인할 수 있다. 이러한 분석 결과에 근거하여 본 연구에서는 전베 타 분석 결과에 대한 신뢰도에는 큰 문제가 없는 것으 로 판단하였다. 삼중수소를 분석하기 위하여 대상 시료로는 연구소 부지 및 주변지역의 빗물, 식수, 계곡수, 저수지수, 지하 수, 솔잎2)_{시료를 선정하여 븐석하였고 이에 대한 MDA} 분석 결과를 Table 4에 나타내었다. Table 4에서 보여주듯 이 분석한 각 시료별 MDA 결과를 살펴보면 물시료인 빗물, 식수, 계곡수, 저수지수, 지하수시료에서의 평균값 은 각각 1.06±0.0991 Bq l-1_{, 1.07}_{±0.0339 Bq l}-1_{, 1.04}_± 0.0476 Bq l-1_{, 1.06}_{±0.0926 Bq l}-1_{, 1.04}_{±0.0493 Bq l}-1_로 나타났고, 솔잎시료에서 MDA 평균과 표준편차가 1.02 ±0.0858 Bq l-1_{로 나타났다. 교육과학기술부 고시에서는} 물 및 솔잎 시료에 대한 MDA 기준을 5 Bq l-1_{로 제시하} 고 있는데 본 연구에서 제시한 MDA 값은 최대 1.3 Bq l-1_{미만으로 고시를 만족하고 있고, 표준편차 또한 상당} 히 낮아 데이터의 분산 정도가 낮음을 알 수 있다. 이러 한 분석 결과로부터 본 연구에서는 삼중수소 분석 결과 에 대한 신뢰도에는 문제가 없는 것으로 판단하였다. 감마동위원소 분석에 대한 MDA 결과를 시료와 핵종 별로 구분하여 나타내었다. 시료별로는 토양, 물시료, 농 축산물 시료를 선정하였고, 핵종별로는 감시핵종과 참고 핵종 중 감시핵종3)_{에 대해서만 분석을 수행하였고, 그} 결과를 Table 5~7에 나타내었다. 토양시료에 대한 각 핵종별 MDA 분석결과를 살펴보 면 60_Co_{은 0.464±0.077 Bq (kg-dry)}-1_,134_Cs_{은 0.477±} 0.105 Bq (kg-dry)-1_,137_Cs_{은 0.315±0.0727 Bq (kg-dry)}-1

Environmental Radioactivity Monitoring around Jeongeup ARTI 95

Table 3. Total β MDA of rain

Sample MDA (mBq l

-1₎

Min Max Mean S.D4) _Regulation Rain water 5.04 5.47 5.24 0.153 150

Table 4.3_{H MDA every samples}

Sample MDA (Bq l

-1₎

Min Max Mean S.D Regulation Rain water 0.974 1.28 1.06 0.0991 Drinking water 1.01 1.11 1.07 0.0339 Valley water 0.983 1.07 1.04 0.0476 Lake water 0.953 1.28 1.06 0.0926 5 Subterranean water 1.01 1.10 1.04 0.0493 Pine needless 0.941 1.10 1.02 0.0858 1) 각 시료별 핵종별 MDA에 대한 평균값 즉, MDA 변동폭을 평가하기 위함. 2) 솔잎 시료에 대한 조직자유수 중3_H_{농도 기준} 3) 핵종에 대한 MDA 분석은 환경조사계획에서 정한 감시핵종에 대해서만 적용한다. 4) S.D: Standard Deviation

Table 5. Every nuclide MDA of soil sample

Isotope MDA [Bq(kg-dry)

-1_]

Min Max Mean S.D Regulation

60_Co _0.312 _0.599 _0.464 _0.077 ₂ 134_Cs _0.304 _0.712 _0.477 _0.105 ₅ 137_Cs _0.216 _0.472 _0.315 _0.0727 ₅

Table 6.131_{I MDA of water sample}

Sample MDA (Bq l

-1₎

Min Max Mean S.D Regulation Rain water 0.0283 0.0608 0.0387 0.0094

Valley water 0.0401 0.0653 0.054 0.0128 Lake 0.0219 0.0710 0.0454 0.0128 0.1 Drinking water 0.0313 0.0880 0.0533 0.0159 Subterranean water 0.0453 0.0695 0.060 0.0129

Table 7. Every nuclide MDA of agriculture and stock farm

pro-ducts

Sample Isotope MDA [Bq(kg-fresh)

-1_]

Min Max Mean S.D Regulation Pine 60_Co _0.0853 _0.158 _0.129 _0.0322 ₁ 134_Cs _0.0761 _0.132 _0.110 _0.0243 _0.1 needless ₁₃₇ Cs 0.0856 0.126 0.107 0.0168 0.1 60_Co _0.0884 _0.103 _{0.0944 0.00762} ₁ Cabbage 134_Cs _0.0712 _0.0803 _{0.0766 0.00476} _0.1 137_Cs _0.0852 _0.0924 _{0.0899 0.00413} _0.1 60_Co _0.0848 _0.0985 _{0.0902 0.00728} ₁ Rice 134_Cs _0.0789 _0.0844 _{0.0820 0.00283} _0.1 137_Cs _0.0883 _0.0932 _{0.0912 0.00257} _0.1 60_Co _0.0707 _0.105 _0.0851 _0.0178 ₁ Honey 134_Cs _0.0588 _0.0855 _0.0694 _0.0142 _0.1 137_Cs _0.0613 _0.0865 _0.0726 _0.0128 _0.1

(4)

로 나타났다. 물시료에 대한 분석 결과는 감시핵종인 131_I 에 대해서만 적용하였으며 대상시료는 빗물, 계곡수, 저 수지수, 식수, 지하수를 분석하였다. 분석한 결과는 각각 시료에 대해서 0.0387±0.0094 Bq l-1_{, 0.054}_{±0.0128 Bq} l-1_{, 0.0454}_{±0.0128 Bq l}-1_{, 0.0533}_{±0.0159 Bq l}-1_{, 0.06}_± 0.0129 Bq l-1_{로 나타났다. 솔잎시료와 농축산물 시료인} 배추, 쌀, 꿀시료에 대해서 MDA를 분석하였으며, 대상핵 종은 감시핵종인 60_Co,134_Cs,137_Cs_{를 적용하였다 (Table} 7). 분석한 결과는 먼저 솔잎시료는 60_Co_{은 0.129±0.0322} Bq (kg-fresh)-1_,134_Cs_{는 0.11±0.0243 Bq (kg-fresh)}-1_, 137_Cs_{은 0.107±0.0168 Bq (kg-fresh)}-1_{로, 배추시료의} 60_Co_{은 0.0944±0.00762 Bq (kg-fresh)}-1_,134_Cs_{는 0.0766} ±0.00476 Bq (kg-fresh)-1_,137_Cs_{은 0.0899±0.00413 Bq} (kg-fresh)-1_{로, 쌀시료} 60_Co_{은 0.0902±0.00728 Bq} (kg-fresh)-1_,134_Cs_{는 0.082±0.00283 Bq (kg-fresh)}-1_,137_Cs_은 0.0912±0.00257 Bq (kg-fresh)-1_,_꿀시료의 60_Co_{은 0.0851} ±0.0178 Bq (kg-fresh)-1_,134_Cs_{는 0.0694±0.0142 Bq} (kg-fresh)-1_,137_Cs_{은 0.0726±0.0128 Bq (kg-fresh)}-1_{로 측정되} 었다. 연구소 부지 및 주변지역에 대한 토양시료의 MDA 분 석 결과를 Table 8에 나타내었다. Table에서 보는 바와 같이 MDA 범위는 0.0888~0.114 Bq (kg-dry)-1_{이고 평} 균 0.0995±0.00844 Bq (kg-dry)-1_{로 나타났다.}

고

찰

본 연구에서는 환경조사계획, 품질관리 등에 이르기까 지 교육과학기술부 고시를 준용하여 적용하였으며 환경 방사능 분석을 위한 MDA 또한 고시를 적용하여 비교 하였다. MDA 분석 결과는 분석대상 시료 및 각 시료별 감시핵종에 대해서 분석한 결과 솔잎시료 중 감마동위 원소인 134_Cs_와 137_Cs_{핵종을 제외한 모든 고시에서 정한} MDA 기준치를 만족하였고 분석평균 대비 표준편차 또 한 양호한 수준으로 분석이 수행되었음을 확인할 수 있 었다. 솔잎시료 중 감마동위원소인 134_Cs_및 137_Cs_{의 MDA가} 일부 시료에서 기준치인 0.1 Bq (kg-dry)-1_{를 초과하여} 나타난 것은 시료를 채취하여 전처리를 수행하고 분석 을 실시한 결과 시료량의 부족 내지는 분석시간의 부족 에 의한 것으로 나타났다. 원자력시설주변 및 방사성 동위원소 이용시설주변 지 역에 대해서 환경방사능을 분석함은 방사선/능에 대해 서 환경을 보호함은 물론 관련 산업을 활성화시키는 데 있어 지역민에 대한 신뢰를 구축하는 데 있어 매우 중 요한 수단이다. 따라서 환경방사능 분석을 수행함에 있어 방사능 분석 조건 (시료량, 계측효율, 계측시간, 분석방법 등)은 MDA 에 의해 결정되므로 가능한 한 이보다 낮추어 환경 중 에 극미량이라도 존재하는 방사능의 정량분석이 가능하 도록 해야 한다. 향후 본 연구를 통해 제시된 MDA 분석 및 평가 방법 을 근거로 계측 및 분석 결과에 대한 신뢰성에 영향을 줄 수 있는 여러 가지 인자들을 고려함과 동시에 연구 소에 적용할 수 있는 환경방사능 분석 MDA를 종합 평 가하여 적용함으로써 신뢰할만한 데이터를 구축할 것으 로 판단된다.

참 고 문 헌

강희동, 김도성, 최희동, 이모성. 2002. 경북대학교 방사선과 학연구소. 감마선분광분석. pp. 45-76.

Knoll GF. 1997. Radiation Detection and Measurement, pp. 126-174.

교육과학기술부, 2008. 고시 제2008-28호.

L’Annunziata MF. 2003. Radioactivity counting statistics. In: Handbook of Radioactivity Analysis. 2nd ed. pp. 609-634, Academic Press.

Manuscript Received: May 29, 2008 Revision Accepted: June 16, 2008 이윤종∙이승진∙김희강∙문지연∙한상준

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Table 8.90_{Sr MDA of soil sample}

Sample MDA [Bq (kg-dry)

-1_]

Min Max Mean S.D Regulation