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SUMMARY
목차
제1장 연구개발 개요 16
제2장 국내외 기술개발 현황 18
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 20
제1절 방사선피폭 저감기술 개발 및 적용 20
1. 서론 20
2. 국내 중수형 원자로 피폭현황 조사 21
가. 월성 1-4호기 계획예방정비 피폭자료 DB 구축 22
나. 방사선 작업 허가서에 따른 세부작업 분류 48
다. 방사선 피폭 저감 데이터베이스 프로그램 개발 60
3. 고피폭 방사선작업 피폭저감 우선순위 도출 69
가. 주요작업 우선순위 분석 69
나. 세부작업 우선순위 분석 74
다. 중수형 원자로 특성 분석 81
라. 중수형 원자로와 경수형 원자로 비교 분석 92
4. 해외 사례분석 95
가. ISOE 및 해외 중수형 원자로 현황 95
나. 캐나다 원자력 안전 정책 104
다. Canada Atomic Energy Control Board(AECB) 120
5. 방사선피폭 금전가 산정 및 피폭저감 평가 방안 136
가. 비용 이득 분석 기본 원리 136
나. 방사선피폭 금전가 산정 154
다. CANDU Owners Group BCA(Benefit-Cost Analysis) 156
라. 최종 결과 173
6. 결론 199
제2절 원전 중성자장 측정 및 분석 202
1. 서론 202
2. 원전의 중성자 선장 측정 203
3. 중성자 검출 원리 205
가. 저속중성자 검출 207
나. 고속 중성자 검출 209
4. Bonner Multi-sphere Spectrometer System 210
5. 중성자선장 측정 결과 214
가. 4층 지역에서의 중성자 스펙트럼 217
나. 5층 지역에서의 중성자 스펙트럼 222
다. 중성자 area monitor 및 TLD의 중성자 선량 측정 227
6. 측정결과 분석 228
가. BMS 측정 결과 및 여러 종류의 neutron area monitor의 환산 중성자 선량당량 228
나. BMS측정 중성자 선량과 TLD 측정 선량의 비교 230
7. 결론 231
제4장 목표달성 및 관련분야에의 기여도 233
제1절 연구개발목표의 달성도 233
제2절 기술발전에의 기여도 234
제5장 연구개발결과의 활용계획 235
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 236
제7장 참고문헌 238
표 3-1. 원전 종사자 피폭저감화 목표 20
표 3-2. 국내 중수형 원자로 현황 21
표 3-3. 월성 제 1발전소(1-2호기)와 제 2발전소(3-4호기)의 방사선피폭현황 23
표 3-4. 월성 원자력 발전소 연간 계획예방정비 현황 26
표 3-5. 계획예방정비 기간 중 가장 높은 방사선량을 가져온 작업(기타작업 제외) 29
표 3-6. 월성 1호기 연간 계획예방정비 현황 30
표 3-7. 월성 2호기 연간 계획예방정비 현황 38
표 3-8. 월성 3호기 연간 계획예방정비 현황 42
표 3-9. 월성 4호기 연간 계획예방정비 현황4호기 45
표 3-10. 2002~2005년 발전소 방사선작업 데이터 명세 49
표 3-11. 작업허가서에 따른 중수로 주요작업 분류 및 상세 데이터 50
표 3-12. 작업허가서에 따른 중수로 세부작업 분류 및 상세 데이터 51
표 3-13. 작업허가서에 따른 경수로 주요작업 분류 및 상세 데이터(데이타) 55
표 3-14. 작업허가서에 따른 경수로 세부작업 분류 및 상세 데이터 56
표 3-15. 주요작업별 분석요소에 따른 순위 71
표 3-16. 주요작업당 작업횟수에 대한 평균 작업자수, 시간, 선량에 대한 순위 72
표 3-17. 집단선량 10순위까지의 주요작업 작업분석 73
표 3-18. 작업횟수에 따른 세부작업 분류 순위 76
표 3-19. 작업자수에 따른 세부작업 분류 순위 77
표 3-20. 작업시간에(작업시간) 따른 세부작업 분류 순위 78
표 3-21. 집단선량에 따른 세부작업 분류 순위 79
표 3-22. 집단선량 30순위까지의 세부작업 작업분석 80
표 3-23. 중수로와 경수로의 주요작업 집단선량 순위 비교 93
표 3-24. 중수로와 경수로의 세부작업 집단선량 순위 비교 94
표 3-25. 암의 치료비용 155
표 3-26. 방사선작업자 피폭의 구간별 현황 155
표 3-27. 중성자 발생원별 평균에너지 204
표 3-28. 중성자스펙트럼 분석 장치의 특징 206
표 3-29. 원자로 건물 내 측정위치 및 측정시간 215
표 3-30. 원자로건물 4층 측정지점에서의 중성자 플루언스, 평균에너지 및 선량률 218
표 3-31. 4층 측정지점에서의 에너지 구간별 중성자 플루언스 및 선량률 비율 221
표 3-32. 원자로건물 5층 측정지점에서의 중성자 플루언스, 평균에너지 및 선량률 223
표 3-33. 5층 측정지점에서의 에너지 구간별 중성자 플루언스 및 선량률 비율 226
표 3-34. 월성 원전 중요 개소에서의 중성자 환산선량율 및 두 종류의 중성자 Area monitor와 TLD 측정값 227
표 3-35. 중성자 선량률 및 여러 종류의 Neutron area monitor의 환산 선량률(선량율) 229
표 3-36. Bonner sphere 측정 환산값(ICRP74 적용)과 월성 원전 TLD 측정값과의 비교 230
그림 3-1. 월성 제 1발전소(1-2호기)와 제 2발전소(3-4호기)의 방사선피폭현황 24
그림 3-2. 월성 원자력 발전소 연간 계획예방정비 현황 27
그림 3-3. 2003~2005 년도에 따른 주요작업의 집단선량 82
그림 3-4. 2003~2005 년도에 각 호기별 집단선량 84
그림 3-5. 호기별 주요작업 집단선량 비교 85
그림 3-6. 2003년 호기별 주요작업 집단선량 비교 86
그림 3-7. 2004년 호기별 주요작업 집단선량 비교 87
그림 3-8. 2005년 호기별 주요작업 집단선량 비교 88
그림 3-9. 작업구분에 따른 작업횟수, 실제인원, 시간, 집단선량의 비율 90
그림 3-10. 주요작업 집단선량 중 O/H 기간에 일어나는 비율 91
그림 3-11. 세계 원전 피폭 현황(1993-2003) 97
그림 3-12. 세계 중수로 피폭 현황(1998) 98
그림 3-13. 세계 중수로 피폭 현황(1999) 99
그림 3-14. 세계 중수로 피폭 현황(2000) 100
그림 3-15. 세계 중수로 피폭 현황(2001) 101
그림 3-16. 세계 중수로 피폭 현황(2002) 102
그림 3-17. 세계 중수로 피폭 현황(2003) 103
그림 3-18. 일반적인 작업자 방호 관리 체계(AECB 및 기관) 121
그림 3-19. 일반적인 작업자 방호 관리 체계(발전소) 122
그림 3-20. AECB Staff Annual Report 124
그림 3-21. 방사선피폭의 경제성 평가 모델 156
그림 3-22. 비용-이득 분석의 전체적인 과정 159
그림 3-23. BCA Workbook 초기화면 161
그림 3-24. BCA Workbook 프로젝트 입력자료 166
그림 3-25. BCA Workbook 설계 입력자료 170
그림 3-26. BCA Workbook 일반 입력자료 172
그림 3-27. BCA Workbook 최종결과자료 177
그림 3-28. BCA Workbook 시간 관련 중간 결과 자료 181
그림 3-29. BCA Workbook 계산 중간결과 188
그림 3-30. BCA Workbook 공중보건 결과자료 189
그림 3-31. BCA Workbook 작업자 세부결과 193
그림 3-32. BCA Workbook 작업수행 세부결과 197
그림 3-33. BCA Workbook 경제성 세부결과 198
그림 3-34. 252Cf의(이미지참조) 중성자 에너지 스펙트럼... 203
그림 3-35. 중수감속선원(D²O)의 에너지스펙트럼 204
그림 3-36. 중성자 에너지 스펙트럼 측정장치(BMS) 210
그림 3-37. 중성자 측정 흐름도 211
그림 3-38. BMS의 6Lil(n, a)³H(이미지참조) 반응에 의한 스펙트럼 211
그림 3-39. BMS의 각 구에 대한 중성자 응답함수 212
그림 3-40. 각 측정 위치별 count rate, Lil(EU) 216
그림 3-41. 월성 3호기 원자로건물 4층 측정지점 217
그림 3-42. 측정지점 A에서의 중성자 에너지 스펙트럼 218
그림 3-43. 측정지점 B에서의 중성자 에너지 스펙트럼 219
그림 3-44. 측정지점 I에서의 중성자 에너지 스펙트럼 219
그림 3-45. 측정지점 J에서의 중성자 에너지 스펙트럼 220
그림 3-46. 월성 3호기 원자로건물 5층 측정지점 222
그림 3-47. 측정지점 C에서의 중성자 에너지 스펙트럼 223
그림 3-48. 측정지점 D에서의 중성자 에너지 스펙트럼 224
그림 3-49. 측정지점 E에서의 중성자 에너지 스펙트럼 224
그림 3-50. 측정지점 F에서의 중성자 에너지 스펙트럼 225
그림 3-51. 측정지점 G에서의 중성자 에너지 스펙트럼 225
그림 3-52. 측정지점 H에서의 중성자 에너지 스펙트럼 226
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I. 제목
원전종사자 방사선 피폭저감기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
국내 원전은 1978년 고리 1호기 운전을 시작으로 현재 20기의 원전이 운전 중에 있고, 4기의 원전이 추가 건설되고 있어 이에 따라 원전 작업자의 방사선 피폭선량도 증가하는 추세이다. 또한 지속적으로 원전 건설이 계획되어 있어 원전은 양적으로 팽창할 것으로 보인다. 이러한 지속적인 원전의 양적 팽창의 예상에 따라 작업종사자들에 대한 효율적인 방사선 관리의 필요성이 증대될 것으로 예상된다. 또한 방사선방호 규제에 대한 전 세계적으로 더욱 강화되고 있으며 더불어 중성자 피폭선량, 내부 피폭선량 평가 등 보다 전문적인 방사선 관리 필요성이 제기되고 있음을 고려할 때 효율적인 중수형 원자로 작업자 방사선 피폭 저감 방안이 필요하다.
국내에서는 2001년 한수원에서 "방사선량 저감화 중장기 대책"을 수립하여 피폭저감을 수행하고 있으며, "원전 종사자 피폭저감기술 개발(I)"이 수행되어 피폭저감 프로그램을 개발하였으나 이를 중수로형 발전소에 적용하기에는 무리가 있어 중수로형 원전에 적합한 피폭저감 프로그램 추가 개발이 필요하게 되었다.
중수형 원자로 방사선 작업의 효율적인 피폭저감 방안 마련을 위해서는 기존의 월성 1-4호기에서 나타난 작업자 피폭선량을 분석하는 작업이 필요하다. 이를 통하여 고피폭이 일어나는 원인과 작업을 파악하고 그에 대한 적절한 피폭저감 방안을 마련하는 것이 필요하다. 이를 바탕으로 피폭저감 기술에 대한 포괄적 조사ㆍ분석과 경제성을 평가하여, 최적 또는 최선의 피폭저감기술을 원전에 적용하여야할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 국내의 중수형 원자로 방사선작업 현황을 조사하여 고피폭 작업 순위를 분석하고 관련 피폭 저감 기술 개발 시 개선방안의 타당성을 평가하는 방안을 검토하여 과피폭 방지를 위한 방사선작업수행 개선방안을 도출하는데 목적을 두었다. 이를 위해 중수로용 피폭저감프로그램이 개발되어야 하며 이를 바탕으로 모든 원전에 적용 가능한 프로그램이 개발되어야 한다. 이 프로그램을 바탕으로 최적 방사선 작업절차가 개발되어야하며, 개선된 절차의 비용/이득 평가를 위하여 방사선피폭 금전가가 산정되어야 한다. 또한, 중성자 선량의 경우 방사선 작업자의 중성자 피폭선량을 올바르게 평가하기 위해서는 실제 작업장의 중성자선장 정보를 파악하고 이를 바탕으로 피폭선량 평가방법 등을 확립하여야 한다. 따라서 월성원전의 중성자장을 측정하고 이를 바탕으로 중성자 선량평가 방법을 확립하여야 한다.
원전 방사선방호 분야는 원전 종사자 및 주변주민의 건강보호와 직결될 뿐만 아니라 원전에 대한 일반 국민의 신뢰성과도 직접 관련되는 매우 중요한 분야로서 국가 원자력 중ㆍ장기연구개발사업으로 추진할 필요가 있다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
본 과제의 최종목표는 국내 원전에 적용가능한 방사선피폭 저감기술 개발/적용 및 원전 중성자장 측정/분석으로 본 연구의 주요 연구수행 내용을 요약하면 다음과 같다.
● 2003년부터 2005년까지의 중수형 원자로의 방사선작업 데이터를 수집 및 분석하여 중수형 원자력발전소의 특성, 호기별 선량율 추이 변화, 경수로와의 비교를 통해 문제점을 분석하여 고피폭을 유발하는 주요작업 및 세부작업을 선별하였으며 이를 바탕으로 중수로용 피폭저감프로그램을 개발
● 전 원전에 대하여 피폭자료의 조회, 통계처리, 저감효과 예측, 연간 추이 비교 등이 가능한 중수로-경수로 통합 피폭저감프로그램을 개발
● 피폭저감프로그램을 통하여 작업별 방사선작업피폭 평가, 원전별 비교평가, 연도별 작업횟수 및 인원과 피폭선량의 변화 등을 착인할 수 있으며 이전 데이터를 바탕으로 피폭저감 방안 도입시 예상되는 선량저감효과를 예측 가능
● 국내외에서 개발된 방사선 피폭량 금전가 산정을 비교 검토하여 국내 원전 현실에 맞는 방사선 피폭 금전가를 산정
● 개선방안의 적응방안 및 타당성 평가를 위하여 비용-이득 분석 방법론을 제시하고 분석하였으며 중수로-경수로 통합 피폭저감프로그렘의 예측 기능을 통해 예상되는 저감 효과와 그 이득을 비교하는 방법을 제시함으로써 개선방안의 적절히 활용될 수 있는 평가도구를 제시
● 월성원전 원자로건물내 주요 작업지역에서 Bonner Multi-sphere Spectrometer를 이용한 중성자 에너지스펙트럼을 측정하였고 측정 데이터를 바탕으로 unfolding을 수행
● 측정된 data를 과기부 고시(2002, ICRP60 권고)의 중성자-선량당량 전환인수로서 중성자 선량평가 수행. 중성자 area monitor인 Berthold사 LB6411와 월성원전에서 사용 중인 TLD로 스펙트럼 측정지점과 동일한 장소에서 중성자 선량당량을 측정 및 비교 수행
IV. 연구개발결과
(1) 해외중수로 피폭현황 조사
ISOE(Inforlnation System on Occupation Exposure)의 중수형 원자로 관련 자료를 분석하였다. ISOE는 OECD/NEA에 의해 1992년 설립되었고 IAEA의 협조에 의해 OECD 가입국이 아닌 나라들도 참여가 허용되었으며 총 30개국이 참여하고 있다. 매년 발표되는 "Occupational Exposure at Nuclear Power Plants" 보고서는 각국의 원전 피폭선량 현황을 비교하고 운전 경험을 요약하여 기술하고 있다 이 보고서를 통해 중수로의 집단선량 등에 대한 분석을 수행하였다.
(2) 중수로 방사선피폭 종합평가
원전 작업종사자 방사선 피폭 저감을 위해서는 고피폭을 유발하는 방사선작업들을 파악하는 것이 필요하다. 이러한 방사선작업들에 대해서 적절한 설계개선이나 피폭저감 기술들을 도입하거나 작업절차 개선 등이 필요할 것이다. 이를 위하여 본 연구에서는 작업종사자 피폭현황을 분석하였다. 2002년 이후에 기록된 방사선작업허가서의 기록된 모든 내용을 근거로 하여 모든 작업에 대해 분석함으로써 작업별 피폭현황을 파악하고 고피폭 원인을 분석하였다.
(3) 중수로용 피폭저감 프로그램 개발
DB 프로그램은 중수형 원자로 작업자피폭자료의 조회, 통계처리 및 작업자피폭선량 평가, 그리고 피폭선량의 추이분석을 위해서 개발되었다. DB 프로그램은 Visual C++을 이용하여 개발하였으며 일반 PC에서 ORD-DB.mdb 데이터 파일과 함께 사용이 가능하다. DB 프로그램은 데이터 파일에 작업자 피폭자료를 넣어서 사용할 수 있다. DB 프로그램을 통하여 쉽게 작업을 분류하고 그에 따른 결과 값을 쉽게 비교할 수 있도록 Graphic User Interface를 사용하여 사용자의 편의를 도모하였다.
(4) 원전 방사선작업절차 최적대안 개발
방선안전관리 시스템에 기록된 방사선작업허가서의 기록내용을 근거로 2002년부터 2005년까지 중수로의 36952개, 경수로 48973개의 피폭자료에 대하여 데이터베이스가 구축되었다. 이러한 데이터베이스를 바탕으로 중수로의 주요작업별, 상세작업별 고피폭작업들을 분석하였다.
(5) 경수로-중수로 통합 피폭저감프로그램 개발
원자로 작업자피폭자료의 조회, 통계처리 및 작업자피폭선량 평가, 그리고 피폭선량의 추이분석이 가능하며 피폭자료의 조회 및 통계처리에 대한 작업을 수행할 수 있으며, 호기, 작업연도, 작업코드 등을 조합 선택하여 원하는 작업을 수행할 수 있는 DB 프로그램을 개 발하였다.
(6) 방사선 피폭 금전가 산정 및 비용/이득 평가
국내외에서 개발된 방사선 피폭량 금전가 산정을 비교 검토하여 국내 원전 현실에 맞는 방사선 피폭 금전가를 산정하였다. 또한 개선방안의 적응방안 및 타당성 평가를 위하여 비용/이득 분석 방법론을 제시하고 분석하였으며 중수로-경수로 통합 피폭저감프로그램의 예측 기능을 통해 예상되는 저감 효과와 그 이득을 비교하는 방법을 제시함으로써 개선방안의 적절히 활용될 수 있는 평가도구를 제시하였다.
(7) 원전 중성자장 측정
월성원전 원자로 건물내 작업자 출입이 빈번한 10개 지점을 선정하여 Bonner Multi sphere Spectrometer(이하 BMS)를 이용하여 직접 중성자 스펙트럼을 측정하였다. BMS와 Portable MCA 등을 사용하여 측정하였으며, 측정 된 data를 BUMS 코드로 unfolding하여 실제 중성자 에너지 스펙트럼을 구하였다. unfolding한 스펙트럼을 바탕으로 중성자 선량평가를 수행하였으며 이를 원전에서 사용중인 렘메터와 TLD측정값과 비교하였다.
V. 연구개발결과의 활용계획
본 연구에서는 방사선작업절차의 최적대안을 개발하기 위해 원전의 주요 방사선작업 및 세부작업을 종합적으로 분석하였으며, 원전별 비교 등을 통해 종합적 피폭저감방안을 제시하였다. 또한 현장방문을 통해 실질적인 자료가 수집되도록 하였다. 이러한 연구결과를 향후 원전 방사선 작업 수행에 적용하면 원전 증사자의 피폭저감에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대되는 바 많은 원전에서의 적용에 주력할 것이다.
방대하고 다양한 각 원전의 DB를 구축하고 통합하여 관리함으로써 향후 자료의 추가로 계속적인 활용이 가능하며 이는 연구 결과가 단기간에 끝나는 것이 아닌 오랜기간 활용될 수 있을 것으로 판단되며 이를 통해 원전 방사선관리가 한층 향상될 것으로 기대된다. 이를 바탕으로 대국민 신뢰도 또한 증진 될 것이다.
중수로 원자로인 월성원자력발전소의 원자로 주변 상시 출입개소를 10군데 선택하여 Bonner sphere system으로 측정하고 선량 평가한 후 다른 중성자 측정기와의 비교분석을 통하여 현장에서의 사용상 문제점과 효용성을 평가하였으며 이는 원전의 중성자 선량 판리에 활용될 것이다 또한 본 과제를 통해 원전 중성자 스펙트럼 측정기법을 확립하였으며 이는 전원전 주요 작업지역의 중성자 스펙트럼 DB화의 초석이 될 것이다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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