본 논문에서는 저준위 환경방사능 측정시 이용되는 검출한계에 대한 기본개념 및 수식을 통계학적 이론을 기초로 서술하였다. 방사능을 정확하게 검출할 신뢰도를 95%로 설정하여 알파 베타 및 감마선 측정기에 대한 검출한계치값을 계산하였다. 또한 환경 방사능 계측에 많이 사용되는 방사능 핵종에 대해 최소 검출 방사능 농도값을 검출한계치 개념을 근거로 계산하여 저준위 환경 방사능 분석시 환경방사능 측정결과에 대한 신뢰도 평가에 활용 가능 하도록 하였다.
방사성 폐기물 중에 함유된 핵종 및 방사능을 측정하기 위해서는 여러 가지 방사선 계측기가 이용되고 있다. 본 연구에서는 각각의 핵종에 대하여 측정 가능한 검출기를 선정하고 원전 방사성폐기물 중 방사능을 측정 하기위한 시스템을 구성하였다. 그리고 그 계측 시스템의 바탕 값 및 계측효율을 주기적으로 측정하고 품질관리를 위한 관리도를 작성하여 계측기의 안전성을 확보하고 분석결과에 대한 신뢰도를 향상시키고자 하였다. Gamma spectrometer의 바탕 값 평균은 1.59 cps이었으며 표준 시료에 대한 평균값은 45,248 dps로 거의 대부분의 측정값이 $2{\sigma}$ 이내에서 크게 벗어나지 않음을 나타냈다. Low background ${\alpha}/{\beta}$ counting 시스템의 알파 바탕 값 평균은 0.31 cpm이고 알파선 계측효율은 34.38% 이었으며, 베타 바탕 값은 1.3 cpm이고 베타선 계측효율 46.5% 이었다. 또한 액체섬광계수기는 3H 영역에서 바탕 값이 2.52 cpm, 계측효율 58.5% 이었으며, 14C 영역에서의 바탕 값은 3.31 cpm 이었고 계측효율은 95.6% 이었다. 본 연구에서는 바탕 값 및 계측효율로부터 최소검출방사능을 설정함으로써 시료의 측정 가능한 범위를 구하였다. 측정결과, gamma spectrometer의 최소검출방사능은 3.2 Bq/$m\ell$이었으며, ${\alpha}/{\beta}$counting 시스템의 경우는 알파 및 베타 영역에서 각각 20.5 Bq/$m\ell$, 23.0 Bq/$m\ell$이고 liquid scintillation counter의 경우는 3.8 Bq/$m\ell$로 나타났다.
한국원자력연구원 새빛연료과학동의 굴뚝에서 대기로 방출되는 배기의 방사능을 측정, 분석 및 평가하였다. 동 시설에서는 연구용원자로 하나로의 핵연료를 생산하는 외에 첨단 핵연료를 연구하고 있으며 환경을 보호하기 위하여 시설외부로 방출되는 굴뚝배기 방사능 감시기를 연속 가동하고 있다. 2008년 1월 $\sim$ 3월동안 굴뚝배기 방사능 감시기의 밀리포어 집진+CY8필터에 포집된 방사능과 핵종을 정기적으로 측정하고 핵종을 분석한 결과, 천연방사성 핵종인 라돈($^{222}Rn$)과 토론($^{220}Rn$)의 단 반감기의 딸핵종들 및 40K이 미량으로 검출되었으나 72시간 이내에 계측기의 최소검출방사능(MDA) 이하로 붕괴하였으며 우라늄 핵종은 검출되지않았다. 이로서 한국원자력연구원 새빛연료과학동으로부터 우라늄 핵종은 대기중으로 방출되지 않는 것으로 평가되었다.
본 연구는 국내에서 유통되는 수산물에 대한 방사능 농도 조사 결과를 바탕으로 평상시 수산물의 방사능 농도에 대한 기초자료 생산을 목표로 수행되었으며, 그 과정에서 사고 상황에 맞는 신속한 분석 방법과 최소검출가능농도 설정에 대해 고찰하였다. 국민건강통계의 섭취빈도를 참고로 하여 수산물 시료의 종류를 결정하였고, 전처리 과정을 간소화하여 $^{40}K$, $^{137}Cs$, $^{134}Cs$, $^{131}I$의 방사능 농도를 분석하였다. 그 결과 $^{40}K$는 21.9-3050 Bq/kg의 방사능 농도 범위를 나타내었으며, 인공방사성 핵종인 $^{137}Cs$, $^{134}Cs$, $^{131}I$의 방사능 농도는 최소검출가능농도 이하였다. 따라서, 2013년부터 2015년까지 조사한 국내 유통 수산물에 대해서는 후쿠시마사고의 영향이 없는 것으로 판단할 수 있으며, 선량적인 측면에서 역시 분석한 핵종에 의한 추가적인 방사선 피폭 영향이 없다고 볼 수 있다. 최소검출가능농도의 경우 $^{137}Cs$ 0.140-1.97, $^{134}Cs$ 0.0900-1.89, $^{131}I$ 0.124-1.94 Bq/kg의 범위를 나타내었으며, 시료량 및 $^{40}K$의 농도에 최소검출가능농도 변동을 확인할 수 있었다. 측정시간, $^{40}K$의 농도, 검출기 종류 등의 인자에 따른 최소검출가능농도 설정에 관한 논의가 추후 필요할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 검출한계에 대한 기본개념을 기초로 백그라운드 측정시간과 시료측정시간을 고려한 검출한계치 유도과정을 기술하였다. 환경시료 중 Pu의 MDA값 결정에 영향을 미치는 여러인자들 중에서 시료량, 백그라운드 측정시간 및 시료측정시간 변화에 따른 MDA 변동값을 계산하였다. 환경시료에 대한 저준위 방사능 동위원소 측정시 본 연구결과를 통해 도출된 백그라운드 및 시료 측정시간의 적절한 배분에 의한 MDA 계산은 환경방사능 측정결과에 대한 신뢰도 평가에 활용이 가능하다.
2011년 3월 일본 앞바다의 쓰나미 피해로 인하여 후쿠시마 원전 사고로 바다에 스며든 방사능 물질은 태평양까지 흘러 바다 생물에 오염을 일으켰다. 물 시료를 채취하여 전처리하였다. 방사성 물질의 방출에 의한 원전부지 주변 지역과의 비교평가를 위해 긴급보호 조치계획구역(20 ~ 30 km) 떨어진 지역으로 기상상태, 인구분포 등을 고려하여 비교지점으로 선정하였다. 또한 원전주변 주민들이 받게 되는 최소검출방사능을 분석하고 유효선량을 평가하고자 한다. 물 시료의 삼중수소 방사능 분석결과 대부분 시료에서 불검출로 나타났으며, 일반인에 대한 연간 법적 기준치 1 mSv의 0.0014 % ~ 0.777 % 로 인체에 미치는 영향은 거의 없는 것을 알 수 있다. 따라서 원전부지 주변의 물 시료 측정과 분석을 통해 방사능 방출로 인한 주변주민, 그리고 일반대중의 피폭상황 등 불안감해소에 도움이 될 것으로 사료된다.
2003년도 시중에 유통중인 수입식품에 대한 방사능 오염실태를 조사하였다. 조사 대상시료는 핵실험 및 핵사고 (주변)국가나 원자력발전소를 보유한 국가에서 수입된 식품 중 허용기준치를 초과한 사례가 있는 식품류와 방사능 농도가 일반적으로 높다고 기존에 보고된 식품류 등으로 선정하였다. 모든 시료는 건조 후 분말화하여 사용하였으며, 방사능 농도는 감마핵종분석기를 이용하여 측정하였다. 2003년도에 시장에서 구입한 수입식품 시료에서는 식품공전의 방사능 잠정허용기준에 명시된 핵종(Cs-137, Cs-134, I-131) 중 Cs-137만이 검출되었으며, 나머지 핵종은 모두 최소검출방사능(MDA) 이하였다. 차가버섯을 제외한 수입식품의 방사능 농도는 17.0 Bq/kg이하 또는 모두 MDA값을 보였다. 그러나 러시아에서 수입된 차가버섯의 경우는 최대 131.25 Bq/kg으로 식약청의 식품 중의 방사능 잠정허용기준치인 370 Bq/kg 보다 낮은 값으로 나타났으나, 잠정허용기준치의 35%에 해당되었다. 따라서 전체 차가버섯 중 높은 방사능 농도를 보이는 비율을 낮지만, 국민의 방사능 오염에 대한 민감성을 고려할 때 지속적인 방사능 오염도 평가가 필요할 것으로 사료된다.
최근 포괄적 핵실험금지조약 (Comprehensive Test Ban Traety : CTBT)의 체결은 전세계적으로 핵활동 감시 네트워크를 구축하는 것이다. 핵실험금지 위원회의 전문가들은 대기 방사성핵종의 측정을 핵실험 감시에 필수적인 요소로 제안하였으며, 이에 따른 기술적 요구사항을 제시하였다. 본 연구는 이를 근거로 핵활동으로부터 생성된 핵분열생성물을 검출하기 위하여 고성능 공기채집장치(High Volume Air Sampler: HVAS)와 여과지 압축기 그리고 고순도 게르마늄 반도체검출기(HPGe)로 대기 입자 방사성핵종 측정시스템을 구성하였다. 조속한 시일 내에 탐지와 최적의 측정 조건으로 본 시스템을 운영하기 위하여 CTBT 감시 전략에서 주요 핵종들에 대한 최소검출 방사능 농도(Minimum Detectable Concentration : MDC)를 decay time, counting time 그리고 sampler volumetric flow rate 등을 고려하여 결정하였다. 그 결과 각각 $10{\pm}$2h, $20{\pm}$2h, $850{\pm}50m^3$//h 정도로 선정하였다. 감마선 스펙트럼 분석에서 $^{212}Pb$ 방사능 농도의 변화는 Compton continuum의 baseline에 영향을 미치게 되므로 이에 기인한 MDC 관계식을 도출하였다. 이들 결과는 CTBT 감시 전략에 실제적인 도구로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 원자력 사고 또는 방사선 비상 시 지표면에 침적될 수 있는 감마선방출 핵종의 방사능을 신속하게 평가하기 위해 이용될 수 있는 NaI(Tl), $LaBr_3$(Ce) 및 $CeBr_3$ 섬광검출기의 성능을 비교 평가하였다. 검출성능은 최소검출가능방사능(MDA, Minimum Detectable Activity)을 통해 평가하였으며, 각 검출기의 지표면 침적 감마선방출 핵종에 대한 검출효율은 수학적 모델링과 점선원을 이용하여 반실험적으로 산출하였다. MDA 평가를 위한 백그라운드 감마선에너지스펙트럼은 비교적 넓고 평탄한 초지에서 측정되었으며, 원자력 사고 시 방출될 수 있는 주요 핵종에 대한 각 검출기의 MDA를 산출하였다. 그 결과 일반 환경방사능 준위에서 지표면 침적 감마핵종에 대한 각 검출기의 MDA 크기는 대체로"NaI(Tl)> $LaBr_3$(Ce)> $CeBr_3$"로 평가되었으며, 백그라운드 준위가 유사한 에너지 영역에서는 분해능이 가장 우수한 $LaBr_3$(Ce)에서 최소 값을 보였다. 이는 관심 핵종의 감마선에너지 영역에 대한 각 검출기의 자체 및 측정 환경 백그라운드, 측정 효율, 그리고 에너지 분해능 특성을 바탕으로 비교 분석되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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