이동형 방사화학 분석설비에서의 피폭 최소화 방안 도출에 관한 연구
이상헌, 이민호, 안준열, 송종순*
조선대학교, 광주광역시 동구 필문대로 309
본 연구에서는 이동형 방사화학 분석설비에서의 전처리 작업자에 대한 피폭최소화 방안을 도출하기 위한 기초자료로서 주요 핵종에 대한 전처리 방법 및 피폭경로를 도출하였다.
전처리 작업자 피폭평가를 위한 평가방법으로는 점 커널방식을 활용하였으며 선원항, 시료의 크기, 방출율, 호흡율, 작업시간 등과 같은 입력인자들은 가정하여 예비평가를 수행하였다.
향후, 방사화학 분석 환경에서의 실측값을 도입하여 평가함으로써 ICRP103에서 제시하는 계획피폭 상황 시 선량제약치를 도출해보고자 한다.
CONCLUSIONS
[1] ICRP Document(ICRP Publication 103, 109) [2] ICRP Document(ICRP Publication 74)
[3] ICRP Document(ICRP Publication 68)
[4] Nuclear Security Systems and Measures for the Detection of Nuclear and Other Radioactive Material out of Regulatory Control, IAEA
[5] Radiation Protection and Safety of Radiation Sources_International Basic Safety Standards, IAEA
REFERENCES
피폭경로 도출
전처리 작업자의 피폭경로를 도출하기 위해서 MSDS 및 NSDS를 조사하여 핵종별 주요 전처리 방법을 도출하였다.
- Fe-55 : 피부에 흡수되거나 접촉으로 인한 감염, 섭취, 흡입, 주입 - Ni-63, Sr-90, Nb-94, Tc-99 : 피부에 접촉으로 인한 감염, 섭취, 흡입
- Co-60, Cs-137 : 피부에 흡수되거나 접촉으로 인한 감염, 섭취, 흡입, 상처를 통해 피부에 침투 - H-3, C-14 : 피부에 흡수되거나 접촉으로 인한 감염, 섭취, 흡입, 주입
- I-129 : 피부에 접촉으로 인한 감염, 섭취, 흡입
전처리 작업자 피폭평가 방법 - Point-Kennel method (외부피폭)
Ι 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚/ℎ𝑟𝑟 = � 𝜙𝜙 × 𝐶𝐶𝐶𝐶
𝜙𝜙 = � 𝑑𝑑𝜙𝜙 = �
0
𝑅𝑅 𝑚𝑚 𝐴𝐴 × 2𝜋𝜋𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝
4𝜋𝜋 𝑝𝑝 2 + ℎ 2 = 𝑚𝑚 𝐴𝐴 2 � 0
𝑅𝑅 𝑝𝑝𝑑𝑑𝑝𝑝 𝑝𝑝 2 + ℎ 2
= 𝑚𝑚 𝐴𝐴
2 𝑝𝑝 2 + ℎ 2 𝑅𝑅 0 =
𝑚𝑚 𝐴𝐴
2 ln 𝑅𝑅 2 + ℎ 2 − ln ℎ 2
= 𝑆𝑆 2 𝐴𝐴 ln 𝑅𝑅 2 ℎ +ℎ 2 2
= 𝑆𝑆 2 𝐴𝐴 ln 1 + 𝑅𝑅 ℎ 2
- 공기 중 방사성물질 농도 측정에 의한 산정법 (내부피폭)
내부피폭 = 섭취량 × 환산인자 𝑚𝑚𝑚𝑚/𝐵𝐵𝐵𝐵
INTRODUCTION
원자력발전소 해체 시 발생하는 방사성폐기물은 다양한 형상과 준위를 갖고 있으며 해체폐기물의 처리, 처 분 등을 위해서는 정확한 방사화학 분석이 필요한 실정이다. 또한, 원전 해체 시 대량의 방사성폐기물이 발 생되므로 자체처분용 방사성폐기물의 교차오염 방지를 위해 신속분류가 필요하다. 해체 폐기물 중에서 자 체처분 대상폐기물은 임시저장소에서 간단한 제염 후 측정을 통하여 자체처분 할 예정이다. 자체처분 대상 외 폐기물은 해체 방사성폐기물 처리시설에서 제염 후 측정을 통하여 자체처분 또는 부피감용을 수행할 예 정이다.
본 연구에서는 이동형 방사화학 분석설비에서의 전처리 작업자의 피폭 최소화 방안을 도출하기 위하여 첫 째, 중 ⋅저준위 방사성폐기물 인도규정에서 제시하는 규명핵종에 대하여 전처리작업 시 예상 가능한 피폭경 로를 조사하였다. 둘째, 피폭최소화 관점에서의 결과를 도출하기 위하여 ICRP 103에서 제시하는 피폭상황 에 따른 방호접근법을 적용하고자 한다. 이를 위해 피폭상황(계획피폭, 비상피폭)에 따른 선량평가를 보수 적으로 수행하였다.
Contents
- 전처리 방법 및 피폭경로 도출 -
휘발성핵종
휘발성 핵종 분석을 위한 전처리방법은 동결건조법, 연소법, 전해농축법, 알칼리용융법, 증류법, AMP 공침법, 직접법, AMP-MnO₂공침법, 활성탄 흡착법, 용매추출법 등이 있다. 핵종별 주요 전처리 방법은 아래표와 같다.
비휘발성 핵종
비휘발성 핵종 분석을 위한 전처리방법은 알칼리 용융법, 습식산화법, 음이온 교환수지, AMP-MnO₂ 공침법, 발연 질산법, 추출 크로마토그래피, 이온교환수지 등이 있다. 핵종별 주요 전처리 방법은 아래 표와 같다.
핵종분리 공정
계측 /분석 공정 전처리 공정
α/β ICP- AES
γ LSC
시료 분류
시료 보관
시료관리 출입 관리
핵종 선속밀도
(γ/cm2·sec)
Ka/∅
(pGy·cm2)
E/Ka
(Sv/Gy)
외부피폭선량 (mSv/yr)
58Co 1.21E+02 3.73E+00 1.01E+00 3.27E+00
60Co
1.21E+01 4.99E+00 1.00E+00 4.36E-01
1.21E+01 5.47E+00 1.00E+00 4.74E-01
94Nb
1.19E+01 3.27E+00 1.02E+00 2.85E-01
1.21E+01 3.96E+00 1.01E+00 3.49E-01
137Cs 1.03E+01 3.10E+00 1.02E+00 2.35E-01
144Ce 1.35E+02 5.30E-01 1.30E+00 6.68E-01
Total 5.72E+00
핵종 선속밀도
(γ/cm2·sec)
Ka/∅
(pGy·cm2)
E/Ka (Sv/Gy)
외부피폭선량 (mSv/hr)
58Co 1.21E+02 3.73E+00 1.01E+00 1.64E-03
60Co
1.21E+01 4.99E+00 1.00E+00 2.18E-04
1.21E+01 5.47E+00 1.00E+00 2.39E-04
94Nb
1.19E+01 3.27E+00 1.02E+00 1.43E-04
1.21E+01 3.96E+00 1.01E+00 1.74E-04
137Cs 1.03E+01 3.10E+00 1.02E+00 1.18E-04
144Ce 1.35E+02 5.30E-01 1.30E+00 3.34E-04
Total 2.86E-03
핵종 섭취량
(Bq/hr)
환산계수 (Sv/Bq)
내부피폭선량 (mSv/hr)
3H 2.20E+05 1.8E-13 3.96E-05
14C 2.20E+03 5.8E-10 1.28E-03
60Co 2.20E+02 2.9E-08 6.37E-03
63Ni 2.20E+05 4.4E-10 9.68E-02
94Nb 2.16E+02 4.5E-08 9.71E-03
90Sr 2.20E+03 1.5E-07 3.30E-01
99Tc 2.20E+03 3.9E-09 8.58E-03
129I 2.20E+01 3.7E-08 8.14E-04
137Cs 2.08E+02 4.8E-09 9.97E-04
144Ce
4.31E+03 4.9E-08 2.11E-01
2.12E+04 4.9E-08 1.04E+00
Total 1.71E+00
전처리방법 내용 적용 핵종
직접 증류법
HTO는 일반적인 물과 물리화학적 성질이 거의 같으므로 일반적인 증류장치를 이용하여 간단하게 시료 전처리 해수, 강수, 지하수, 지표수 등 일반적인 물 시료에 적용할 수 있음
시료에 휘발성 물질이나 염산이나 질산 같은 산 종류가 공존하면 증류 시 함께 증류되는 단점이 있음
H-3 동결건조법 건조대상물을 미리 동결시키고 고진공속에서 만들어낸 얼음 결정을 승화하는 방법
연소법 동결건조된 시료를 석영관이나 고압연소로 등으로 시료를 연소시켜 나오는 물을 냉각트랩으로 포진하여OBT를 분리하는 방법
전해농축법 시료를 증류한 다음 전기분해cell에 넣고 전해질로 Na2O2를 넣고 물을 전기분해 할 때 isotopic effect에 의해 H2O와 HTO간의 전기분해되는 속도차이가 생기게 되어 결국에는 물시료 중HTO가 농축되는 방법
알칼리 용융법
알칼리 화합물을 융제로 사용하여 고온 산화과정을 통해 불용성염을 가용성 염으로 변화시켜 시료를 완전히 분해하는 방법
산 또는 알칼리에 의해 완전히 분해되지 않는Al2O3, CaO, phosphates, silicates, carbide 등을 포함하고 있는 토양, 슬러지, 암석 등과 같은 난분해성 매질 시료의 전처 리에 적용
단시간 내에 전처리가 가능하다는 장점은 있으나 보편적으로 전처리 장비의 무게가 무겁고 분석 소요 비용도 높다는 단점이 있음
C-14 I-129
증류법 요오드의 휘발을 이용하여 액체를 가열하여 기체로 만들었다가 그것을 냉각시켜 다시 액체로 만드는 방법 I-129
AMP 공침법 환경 시료 중 물 시료에 포함된 세슘 동위원소를 추출하기 위한 전처리방법
산성 범위에서AMP는 세슘 동위원소에 대한 선택적 흡착 특성이 강한 것으로 알려져 있음
Cs-137 Ce-144
직접법 토양시료를 채취하여 돌덩이 등의 이물질을 제거하고 열풍건조기로 건조하여 상온에서 식힌 후 분쇄기로 잘 부숴서 체로 치는 방법 Cs-137
AMP-MnO₂공침법 물 시료에 인몰리브덴산 암모늄을 첨가하여 세슘을 공침시켜 포집하고 여액에 이산화망간을 첨가하여 망간, 철, 코발트, 아연, 지르코늄, 니오븀, 루테늄, 세륨 등을
공침시켜 포집하는 방법 Ce-144
활성탄 흡착법 용해성 유기물을 활성탄을 사용하여 흡착, 제거하는 방법
I-129 용매추출법
원자로에서 빼낸 핵연료를 일정기간 냉각한 후 용제에 녹여 생긴 용액을 어떤 종류의 유기용매에 접촉시키면 수용액 모양의 핵분열성 물질은 유기상 중에 추출되 며 핵분열생성물은 추출되기 어려워 원래의 용액 중에 남게 되는 것을 이용하는 방법
액체처리이므로 연속적으로 원격조작을 비교적 용이하게 할 수 있고 또한 추출조작도 몇 단이나 반복해서 할 수 있으므로 대규모 분리에 적합
전처리방법 내용 적용 핵종
알칼리 용융법
알칼리 화합물을 융제로 사용하여 고온 산화과정을 통해 불용성염을 가용성 염으로 변화시켜 시료를 완전히 분해하는 방법
산 또는 알칼리에 의해 완전히 분해되지 않는Al2O3, CaO, phosphates, silicates, carbide 등을 포함하고 있는 토양, 슬러지, 암석 등과 같은 난분해성 매질 시료의 전처 리에 적용
단시간 내에 전처리가 가능하다는 장점은 있으나 보편적으로 전처리 장비의 무게가 무겁고 분석 소요 비용도 높다는 단점이 있음
Fe-55 Ni-59 Ni-63
습식산화법
농도의 유기물 또는 유기폐수를 고온과 고압조건에서 산화시키는 방법
소각과 같이 적용 범위가 넓으며 처리에 소요되는 에너지 효율이 소각에 비해 높음
고온 및 고압에서 산소 이용효율을 극대화 시킬 수 있는 연소법으로 산화 가능한 모든 물질을 처리 할 수 있는 장점이 있음
Fe-55 Ni-59 Ni-63
음이온 교환수지
Ca(Sr)-oxalate 침전과정에서 회수한 상등액과 8M HNO₃에 용해되지 않은 침전물을 혼합한 옥살산매질의 용액을 음이온교환수지 분리관을 사용하여 Ni, Fe, Nb순으 로 순차적으로 분리하는 방법
Fe-55 Ni-59 Ni-63 Nb-94 Tc-99
AMP-MnO₂공침법 물시료에 인몰리브덴산 암모니움을 첨가하여 세슘을 공침시켜 포집하고 여액에 이산화망간을 첨가하여 망간, 철, 코발트, 아연, 지르코늄, 니오븀, 루테늄, 세륨 등 을 공침시켜 포집하는 방법
Nb-94 Co-58 Co-60
발연질산법
옥살산염을 질산으로 용해한후 비중1.52인 발연질산을 이용하여 농도에 따른 Sr과 Ca의 용해도 차이로 분리하는 방법 모든 시료에 대하여 적용될 수 있는 장점이 있음
하지만 전처리에 오랜 시간이 소요되고 다량의 유해한 이산화질소 및 발연질산 폐액이 배출되고, 그 취급이 위험
Sr-90 추출 크로마토
그래피
Eichrom사에서 개발한 Sr-spec resin을 이용하는 방법
용리액의 산 농도가 높아질수록 분배계수가 커져Sr은 레진에 존재하며 용리액의 산 농도가 낮아지면 용리액쪽으로 추출되는 방법
이온교환수지 일반적으로 많이 사용하는 이온교환수지를 이용하여Ca과 Sr을 분리
시료량이 많고Ca의 양이 많은 해수 시료 등에는 분리 시 많은 시약 폐액이 발생하고 유해한 에탄올을 사용한다는 단점이 있음
