I. 제목
방사선방호 규제기술 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 국제 방사선방호 기준의 도입 및 이행결과 분석
가. 국제방사선방호기준 이행경험 분석 및 규제환류체제 기반 구축
1992년부터 1997년까지 국제방사선방호위원회의(ICRP)의 권고(ICRP-60, 1991)의 도입방안을 연구하여 1998년도에 가장 핵심사항인 선량한도와 관련된 항목들을 일차적으로 제도화 하였고, 2차적으로는 원자력계가 이 권고치를 수용하고 준비하는데 필요한 5년의 기간을 두어 2003년부터 전면 시행하였다. 그러나 지속적인 기술발달과 방사선이 인체에 미치는 영향에 대한 과학적 근거확인이 확대 되면서 ICRP는 2007년에 새로운 권고를 발간하게 된다. 이번 발간은 2005년에 계획했던 내용과 개념을 수정하고 보충한 것이며 이는 우리가 수용하는 어려움을 많이 완화한 것으로 예측된다.
이번 ICRP 신권고의 도입에 대응하기 위해서는 국내 방사선방호 제도의 기반으로서 ICRP-60을 도입한 이후 원자력산업에 미치는 영향을 평가하여 대비책을 마련하는 것이 필수적이라 할 수 있다. ICRP-60의 권고 항목으로서 원자력법령에 반영되어 적용되고 있는 사항들이 얼마나 방사선 이용업계에 영향을 미쳤는가를 조사하고, 그 정도를 재평가해 봄과 병행하여 그들을 적용하였음에 대한 문제점 등을 분석함으로써 개선과 보완이 이루어 져야 되는 사항들에 대한 기초조사를 수행하는 것이 매우 중요하다.
나. 방사선방호 신권고 초안 분석
2005년에 발간할 계획으로 2004년에 소개된 ICRP 신권고 초안은 국내 방사선 방호의 개념과 인프라의 큰 변화를 요구하였다. 이는 국가의 규제비용과 산업체의 운영비용 그리고 기술력확보의 비용 증가를 초래할 것이므로 국내의 체계적인 대응과 자율적 분석이 시급하게 요구되었다. 그 대상과 방법으로는 우선 초안에 제시한 방사선방호의 기본개념, 요건의 변화 내용 등을 국내 이행 상황과 비교하여 불합리하게 권고하고 있는 내용을 도출하고 이들의 실행이 현실을 적합하게 고려하고 있지 못함과 필요 이상의 경제적 손실을 야기할 것임을 경고함으로써 ICRP가 신권고내용을 변경하게 하는 것이 최선의 방법이다. 이를 위해서는 주변국과의 연합적인 대응 방안을 모색하도록, 신권고 초안에 대한 우리나라의 의견을 도출하고 IAEA, 미국, 일본 등 각국의 주요기관에서 제시한 의견 현황을 분석하여 비교 평가함으로써 차기 권고의 국내 도입에 대비한 규제 대응 전략을 마련하고 불합리한 개념과 요건에 대해서는 국제협력활동을 통해 신권고 내용을 변경하게 할 필요가 있다.
다. 국내 원전사업자의 ICRP-60 이행현황 분석 및 신규요건 조사
ICRP-60이 반영된 국내 원자력법이 2003년부터 국내 원전분야에 전반적으로 적용되었고 이에 따른 이행 현황을 분석 점검하는 것은 새로운 방사선방호 권고 초안을 반영하기 전에 중요한 필수요건으로 평가되고 있다. 적용 요건들에 대한 타당성을 사전에 분석하고 이 결과로 새로운 권고가 원전에 미치는 영향과 적합한 기준을 조명해 봄으로써 신규요건에 필요한 기술적인 기반을 예측할 수 있다. 또한, ICRP-60 권고 도입 시 국내 원자력관계 사업자가 부담했던 경제적 비용과 국가 산업이 부담했던 사회적 비용에 대한 다양한 의견수렴과 경험적 자료는 매우 중요하다. 새로운 ICRP 권고 도입 시 이를 활용한 분석기법을 통해 국가나 원전사업자가 부담해야 할 경제 및 사회적 비용을 예측하는 한편, 방사선안전규제의 합리화를 통한 안전성을 경제적지표로 기술할 수 있으며 불필요한 규제의 부담을 경감할 수 있을 것이다.
이의 대상과 방법으로는 ICRP-60 권고의 주요항목에 대해 국내 원전에서의 이행현황을 분야별로 정성적/정량적으로 분석하고 이를 바탕으로 ICRP가 새로이 권고할 예정으로 있는 방사선방호 기본권고의 세부권고 항목별 이행에 따른 영향분석과 이행요건을 도출할 수 있다
2. 방사선방호 안전규제 정착 및 경제성 평가
가. 원전 방사선방호 규제지침의 토착화
원자력발전소의 방사선방호 기준은 국제표준 지침(NRC, IAEA, 등)을 따르도록 권고하고 있으며 이러한 지침과 기준들이 여러 국가들의 노력으로 국제사회에 제공되고 있다. 우리나라의 경우는 계속해서 원자력발전소를 건설하고 있다는 사실만으로도 선진국 대열로 주장할 수 있지만 국제사회에서 통용되는 원전방사선방호의 기준과 수치를 제공하지 못하는 현실로서는 선진국 대열로 취급받기가 어렵다. 이러한 기반을 강화하기 위해서는 규제지침의 기본틀을 제공한 NRC의 Regulatory Guidance 개정내용을 벤치마킹하고 외국의 사례에 대한 조사를 통하여 국제수준의 지침을 검토하고 국내 원전운영의 특성과 심, 검사 등 과거 현장 규제의 경험을 반영하여 업그레이드된 규제기준을 도출함으로써 방사선안전 현안이 되는 문제점들을 해결할 수 있는 지침을 마련할 필요성이 있다.
나. 방사선방호 경제성 평가 모델 개발
1977년 ICRP의 ALARA 원칙 권고 이후, 1991년 ICRP 60의 방사선방호 권고의 발간에 따라 우리나라 방사선 방호제도의 합리적 최적화가 필요한 상황이다. 그러나 경제성 평가(a value)는 국가의 경제 규모 및 종사자 피폭방사선량의 정도에 따라 다를 수밖에 없음에 따라, 우리나라의 작업환경과 경제사회적 상황을 고려하여 방사선방호의 궁극적인 선량저감의 목표 달성을 위해 우리나라에 구축된 방사선방호 체계에 적합한 경제성 평가 모델을 개발할 필요성이 있다.
이러한 모델은 사용자가 운영하는 작업장의 경제적 체감과 실제적인 비용 단가를 반영하여야 실용적 가치를 갖는다. 그리고 사용이 편리하여야 하며 해당 국가의 경제적 변화에도 적용이 용이한 것이라야 한다는 것이 그동안의 의견수렴과 조사에서 도출한 요구사항이다. 이를 위한 연구에서는 우리나라의 방사선방호에 적합한 경제성 평가 모델을 제시하고 경제적 관점에서 종사자의 피폭방사선량을 최적화할 수 있는 수단을 제공하여야 할 것이다.
3. 개인 유효선량 평가기준의 토착화
가. 외부피폭 선량평가 기술능력 향상 및 종사자 피폭선량분석 체계 구축
외부피폭선량평가의 신뢰성과 정확성을 확보하기 위해 1995년도 부터 판독업무자의 등록제도를 개발하여 시행하여 왔다. 그 성과의 추이는 지속적으로 향상되는 것으로 나타나고 있으나 그러한 추이에 대해서 품질보증과 기술적능력 수준을 보다 정량적이며 과학적인 지표로 나타낼 필요가 있다. 이것은 장비의 노후와 관리인력 교체가 잦은 분야에서는 매우 중요한 지표로 판단되고 왔다.
이를 위해서는 그동안의 외부피폭선량평가 경험과 축적된 정보에 대하여 보다 과학적인 분석기법을 적용하여 품질지표들과 연관된 핵심요건을 도출해야 한다. 현재 17개 판독업무자의 품질과 기술적인 능력은 적합한 수준이지만 다양한 방사선작업환경과 급변하는 적용기술에 적합하기 위해서는 현재의 제도를 보완할 필요가 있으며 이를 위해서는 새로운 성능검증 항목과 지표의 제시가 요구되고 있다.
그리고, 방사선작업종사자의 피폭관리가 종래의 선량한도를 관리하는 한국방사성동위원소협회의 단순 기록관리 개념으로부터 피폭정보와 안전규제와 연계된 종합관리 개념으로 변환해야 하는 필요성에 대해서는, 종사자의 피폭방사선량 분석을 통한 국가 방사선방호정책의 유효성 검증 및 정책 수립의 기초 자료를 제공할 수 있는 체제를 구축하여야 한다.
나. 국내 방사선환경을 고려한 조직/장기선량 평가기술 개발
방사선피폭선량평가의 신뢰성과 정확성을 확보는 외부피폭선량 뿐 아니라 내부피폭의 경우에도 동일하게 적용하여야 할 요건이다. 그러나 내부피폭선량평가는 방사선 피폭에 있어서 인체 내 각 장기와 조직에 대한 선량을 직접 측정하는 것은 현실적으로 불가능하기 때문에 인체 내 장기선량 및 유효선량을 평가하기 위해 인체장기 그룹을 대표하는 체적모델과 몬테칼로 전산모사를 통하여 간접적인 방법을 이용한다. 최근에는 인체장기를 보다더 사실적으로 묘사하기 위해 인체내부를 세분화하고 있으며 이러한 체적소 모델들은 대체로 CT나 MR 영상을 이용하여 개발되어왔다. 그러나 CT와 MR 영상은 현재까지 영상기술의 한계로 인하여 일부 장기가 잘 보이지 않는 문제로 인해 개발된 체적소 모델의 장기를 명확하게 정의하지 못하는 단점이 있다. 이는 장기선량 평가 시 영향을 미치게 된다. 이를 보완하기 위해서는 실제적인 인체해부 정보를 정밀하고 합리적으로 모델화 하는 기법과 이를 이용한 평가결과가 국제적 지침에 의한 결과와도 일관성이 있어야 한다.
이를 위한 대상과 방법으로 한국인 표준체형에 해당하는 사체를 이용하여 제작된 0.2 ㎜급의 고해상도 연속절단면 컬러해부영상 자료를 확보하고, 이를 이용하여 장기 및 조직을 매우 정밀하게 분할한 후, 체형 및 장기와 조직의 무게를 표준한국인에 맞게 조정함으로써, 표준한국인 고해상도 체적소 모델(HDRK-Man)을 제작할 수 있다. 그리고, 제작된 HDRK-Man 체적소 모델과 MCNPX 코드를 이용하여 외부피폭 선량환산계수를 계산하여야 할 것이다.
다. 내부피폭 선량평가 교차분석 기술요건 및 이행지침 개발
외부로부터 피폭되는 방사선에 대한 측정 및 평가는 1995년 판독업무자 등록제도의 도입으로 기술적인 측면에서 안정화 단계에 이르렀으나 흡입 또는 섭취 등에 의해 받게 되는 내부피폭은 측정 및 평가의 정확성과 신뢰성에 여전히 큰 문제점을 가지고 있다. 또한 내부피폭선량평가를 수행하는 원전 사업자는 종사자의 내부로부터 받게 되는 피폭방사선량의 위해성에 지속적으로 주목하여 왔으며, 측정 대상의 핵종에 따라 직접측정법(Direct Method) 및 간접측정법을 내부피폭선량평가에 적용하여 종사자의 보호에 사용하고 있다. 이러한 측정의 정확성과 평가의 신뢰성 확보를 위해서는 국제적으로 적용하는 방법인 교차분석을 국내 원전 사업자도 참여하게 하여 객관적인 수준을 평가받는 것이 중요하며 이를 위해서는 내부피폭 선량평가 교차분석 기술요건 및 이행 지침을 개발이 필요하다.
III. 연구개발 내용 및 범위
ICRP가 제공하는 방사선방호 관련 발간물들은 국내 방사선방호 체계 구축에 적용되어 왔으며 1991년도에 ICRP가 제시한 방사선방호 권고인 ICRP-60의 주요 개념을 도입하여 국내 원자력법에 반영되어 제도화된 주요 내용을 검토하고, 적용 분야별 이행에 따른 영향 평가를 수행하였다.
(1) 원전
ICRP-60의 권고 내용중 국내 원자력법에 도입되어 중요 영향을 미친 내용들은 유효선량평가 개념, 전신선량 평가에 외부 및 내부 피폭선량의 합산적용, 방사선 가중계수와 조직 가중계수의 변경, DAC와 같은 유도한도개념의 도입, 개인 피폭방사선량 판독에 관한 기술 기준의 적용 등을 들 수 있으며, 이들 영향을 평가하기 위한 항목으로 원전 종사자 피폭선량평가, ALARA개념 및 방사선 피폭저감, 방사성 폐기물 처리계통 평가 및 개선, 방사성 유출물 및 주민 선량평가 등으로 구분하여 평가하였다.
(2) 방사성동위원소 등 이용기관
비원전분야 원자력관계 사업자의 ICRP 60에 근거한 규제항목 이행현황 및 문제점 조사·분석을 달성하기 위하여 ICRP권고 변천에 따른 주요 규제 항목 및 국내 제도 도입 현황과 제도화 항목을 조사하고, 1990년 ICRP-60 권고를 반영한 원자력법, 시행령, 시행규칙 및 과학기술부고시에서 규정하고 있는 관련 안전규제 항목에 대한 이행경험을 분석하기 위하여 허가기관의 경영자, 방사선안전관리자, 작업종사자를 대상으로 설문조사를 실시하였다.
1991년도에 ICRP가 발간한 방사선방호 권고인 ICRP-60은 수년간의 각 권고 분야별로 국내 방사선방호 관련 법규정에 도입되어 왔으며 권고의 변경은 곧 원자력법이 개정되어야 함을 의미한다. 따라서 2006년 6월에 제시된 ICRP의 방사선방호 권고(안)은 이미 ICRP-60을 채택하여 자국의 법령에 반영한 국가들은 신권고 초안의 내용과 방향에 대해 지대한 관심을 기울여 왔다.
ICRP는 2006년 6월에 공개된 신권고 초안에 대해 2006년 9월까지 각국의 방사선방호 관련 주요기관과 일반인에게 의견을 수렴하는 과정을 거쳐 새로운 권고를 발간하고자 함에 따라 ICRP 홈페이지에 제시된 각국의 주요의견을 검토하고 신권고 초안에 대한 각 권고 분야별 우리나라의 입장을 정립하였다.
또한, 국내 학계, 연구계, 산업계의 전문가에게 신권고 초안에 대한 검토의견을 수렴하여 우리나라 입장정립의 기초자료로 활용하였다.
(1) 국내 원전사업자의 ICRP-60 이행현황 분석 및 영향평가
1991년 발행된 ICRP-60의 권고항목에 대해 원자력법에 반영된 세부 항목을 도출하고 각 세부분야별로 정성적이고 정량적인 조사와 평가를 통해 국내 원전에 미치는 영향을 조사하였다. 여기에는 원전종사자의 피폭방사선량 평가, ALARA 이행 및 원전종사자 피폭저감, 방사성폐기물처리/관리계통의 평가, 원전 방사성유출물관리 및 주민선량평가 등 크게 4가지 분야로 나누어 조사를 수행하였다. 이러한 조사 결과에 따라 국내원전에서 ICRP-60을 이행하는데 요구되는 부담을 정성적으로 평가하였고, 원전에서의 상세자료에 근거하여 정량적인 평가를 병행하였다. 또한 이러한 평가결과를 바탕으로 각 분야별 미치는 영향과 부담(Impact)에 대한 우선순위를 산출하였다.
(2) ICRP 방사선방호 신권고에 대한 신규요건 조사
국내 원전사업자의 ICRP-60 이행현황 분석결과를 바탕으로 국제방사선방호위원회(ICRP)가 새로 권고할 예정으로 있는 방사선방호 초안권고(ICRP-2005)에 대해 법제화요건을 도출할 경우에 대비한 예비적인 부담(Impact)을 평가하였다. 이를 위해 ICRP-60 이행에 따른 정성적/정량적 영향평가 결과와 ICRP-2005 신권고의 주요항목 분석 및 항목별 중요도를 서로 비교 분석하여 ICRP-2005 신권고의 국내원전 적용에 따른 기술적, 경제적 부담을 예측하고 방사선방호 측면에서의 국내 원전에 미치는 영향을 평가하여 개략적인 법제화요건들을 도출하였다.
국내 원전의 방사선방호 환경에 맞는 규제지침과 핵심요건을 도출하기 위한 사업자의 의견수렴을 위하여 방사선안전분야 현안협의 및 워크샵, 기술정보 회의 등을 개최하였다. 현안 협의는 한수원(주) 해당 분야 담당자 뿐만 아니라 전력연구원의 연구원, KINS의 방사선방호분야 전문가가 참여하였고 다음과 같은 주제에 대해서 심도 있는 검토를 수행하였다.
○ 방사선작업종사자와 수시출입자 구분 및 구분기준에 관한 문제
○ 계획예방정비중 방사선안전관리계획서 작성법의 표준화 또는 규정화 필요
○ 내부피폭과 외부피폭의 최적화 방안 : 호흡보호구 착용에 따른 작업시간 증가로 피폭량 증가 등 총 유효선량 저감화 문제
○ RMS 기능시험 방법 표준화와 공급전원등급 상향조정, 운전모드 적용기준 통일
○ 방사선관리구역내 가연성 재료 사용 금지에 따른 오염 확산 가능성 문제
○ 세탁물 오염감시기의 사용과 FSAR 기술내용 변경문제 : 세탁실의 고 Background, 작업복 오염관리 기준 표준화 문제를 포함
○ 모의훈련 실시 및 결과 기록 (월성 등 일부만 해당) 내실화 문제
○ 방사선/능 측정, 폐기물처리, 방호복의 탈착 등 방사선관리구역내 작업자들의 기본적인 활동에 대한 절차와 행위의 적절성, 실질적인 교육, 평가에 관한 문제
○ 고방사성입자 관리 문제 (관리와 평가 운영의 적절성 등) 및 피부오염 선량평가 방법 개선 및 등가선량한도 만족여부 입증 문제
○ HPGe, LSC의 LLD와 MDA 산출방법 표준화 및 적용개념 확보
○ 소변시료채취 및 분석평가(경수로만 해당) 방법 개선 및 표준화
○ 방사선/능 계측장비 교정 수행자의 자격 통일 및 강화 및 측정불확도 산출 및 기록유지에 관한 사항
방사선 피폭 최적화 조치에 대한 경제성 평가 기초조사를 수행하며, 첫째 국내외 분석대상에 대한 기초조사, 둘째 경제성 분석에 있어 필수적인 경제적 및 비경제적 요인의 수집 및 분석에 초점을 두고 수행하였다. 우리나라의 방사선방호의 경제성 평가 모델을 개발하기 위하여 이미 경제성 평가모델을 수립한 프랑스, 영국, 일본, IAEA 등의 대상을 선정하여 피폭방사선량에 대한 금전가(Alpha Value) 평가 및 산출 방법을 분석하였다.
종사자가 방사선작업시 필연적으로 받게 되는 피폭방사선량의 측정 및 평가는 정확성과 신뢰성이 요구된다. 종사자의 외부피폭방사선량의 평가를 담당하고 있는 판독업무자가 제공하는 판독품질의 신뢰성을 확인 할 수 있는 품질보증계획서의 품질시험항목에 대해 검토를 수행하여 핵심 규제항목을 도출하고자 하였으며, 11년간 실시한 성능검사 결과를 8개 범주별 그리고 판독시스템별로 분석하여 판독업무자의 기술적 능력을 가늠할 수 있는 현재의 원자력법에서 제시된 성능검사 기준을 판독업무자의 기술적 능력을 향상시키기 위한 새로운 성능지표를 개발하였다.
종사자의 방사선작업으로부터 발생하는 피폭방사선량 측정결과가 단순기록으로 관리되고 있는 차원에서 다양한 분석기법을 적용하여 국가 방사선방호 정책 수립 및 향상된 종사자 안전관리를 확보하기 위해 동위원소협회에서 기록관리하고 있는 피폭방사선량 측정 기록과 전문판독업무자로부터 수집한 개인선량계 판독기초자료를 가공하여 보다 다양하게 활용할 수 있도록 가치를 부여하고자 종사자 관련 피폭정보를 수집하여 심도있는 분석을 수행하였다.
2001년 아주대학교 해부학교실에서는 표준체형(164 ㎝, 55 ㎏)에 해당하는 한국인 사체를 이용하여 연속절단면 해부영상을 획득하였다(Visible Korean Human Project). 제작된 영상은 병소가 적은 사체(폐렴 및 백혈병으로 인해 간과 비장이 비대함)를 0.2 ㎜ 간격으로 갈아내며 화소 해상도가 0.2 ㎜가 되도록 사진 촬영한 것으로써 매우 작은 해부구조까지 명확하게 구분이 되는 고해상도의 영상자료이다. 또한 VKH 연구를 통하여 제작된 영상은 연속절단면 컬러해부영상을 비롯하여, 1 ㎜ 간격의 CT 및 MR 영상으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 대부분의 경우에 있어서 컬러해부영상을 이용하여 장기를 분할하였으며, 단지 뼈의 경우만 CT 영상을 이용하여 분할하였다.
VKH 연속절단면 해부영상은 0.2 ㎜ 간격이므로, 체적소의 크기가 약 2 ㎜가 되도록 매 10장 간격으로 추려서 총 850 장의 컬러해부영상자료를 이용하여 장기 분할작업을 수행하였다. 장기분할은 자동분할과 수동분할로 나누어서 수행하였다. 자동분할은 전신에 분포되어 있어서 수동으로 분할할 경우 너무 많은 시간이 소요하거나 색깔이 비교적 명확하여 RGB 값의 범위를 이용하여 분할이 가능한 일부 장기에 대해서 사용하였으며, 이를 위하여 의학영상언어인 IDL5.6 프로그램과 그래픽 편집 프로그램인 Photoshop7.0TM을 사용하였다.
반면에, 자동분할이 불가능한 장기에 대하여는 screen digitizer (모델: WACOM CINTIQ 15X, 제작사: Wacom Co., LTD)과 Photoshop7.0TM 프로그램에서 제공하는 자석 올가미도구(magnetic lasso tool)를 사용하여 수동으로 분할하였다. 자석올가미도구는 영상에서 색상의 차이가 나는 부분을 자동으로 인식하여 선택영역을 만드는 기능을 가지고 있다. 위와 같은 방법으로 본 연구에서는 자동 및 수동 분할 방법을 이용하여 총 26개의 장기를 포함하고 체적소 해상도가 1.875 × 1.875 × 2 ㎜3인 VKH-Man 체적소 모델을 제작하였다. 제작된 VKH-Man 체적소 모델은 CT와 MR 영상에 비해 장기와 조직이 매우 명확하게 구별되는 고해상도인 영상을 이용하여 제작되었기 때문에 장기 및 조직선량을 정확하게 평가할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 제작된 VKH-Man 체적소 모델은 한 개인의 자료를 이용하여 제작되었으므로, 방사선방호 목적으로 한국인을 대표하는 모델로 사용할 수 없다. 본 연구에서는 국내의 방사선 종사자를 대표할 수 있는 체적소 모델을 제작하기 위하여 VKH-Man의 체형 및 장기/조직의 무게를 방사선방호를 위한 표준한국인 자료에 맞게 조정하였다.
먼저 키와 뼈 무게를 표준한국인 자료에 맞게 조정하였다. 뼈 무게의 경우 현재까지 한국인에 대한 뼈 무게 자료가 없으므로, 1984년 Clarys 등이 도출한 키와 뼈 무게간의 상관관계에 관한 식을 이용하여 표준한국인의 뼈 무게를 계산한 후 그 값을 이용하였다. 키와 뼈 무게를 표준한국인에 맞도록 조정하여 얻어진 체적소 크기는 최종적으로 1.981×1.981×2.0854 ㎜3이다. 마지막으로, 장기 및 조직의 무게를 표준한국인에 맞게 조정하였다. 장기 무게의 조정은 표준한국인 자료에서 제시된 한국 성인 평균 장기무게 자료를 참조하여 수행하였으며, 동 자료에 제시되지 않은 장기 무게는 아시아 표준인 자료를 참조하였다.
흡입 또는 섭취에 의하여 방사선에 피폭되는 내부피폭의 정확성 및 신뢰성을 검증하기 위하여 실시하는 교차분석은 크게 두가지로 볼수 있다. 인체 내부에 존재하는 높은 감마선 방출핵종에 대해 적용하는 직접측정방법과 투과력이 낮은 에너지를 방출하는 베타선 및 알파선 방출 핵종에 적용하는 간접측정법이 있다. 첫 번째 경우에 해당하는 방법으로 사용하는 장비 및 방법은 전신계수기(Whole Body Counter)를 통한 내부피폭 선량평가있으며, 두 번째 경우에 해당하는 측정 및 평가방법은 인체내부의 신진대사를 통해 방출하는 소변 등의 시료를 채취하여 액체섬광계수기(LSC) 또는 알파핵종 분광기(Alpha Spectroscopy)를 통한 방법을 검토하였다.
IV. 연구개발 결과
ICRP-60의 방사선방호 권고를 도입한 원자력시설에서 이행한 현황 조사 및 분석으로 도입에 따른 문제점을 파악하고 개선 또는 향상요건을 도출하기 위해 국내 표본구성, 설문 설계, 조사 및 분석하며 국제기준 동향은 국제기구 또는 국제회의에서 확보하고 국내적으로는 공개토론 및 심포지움 등의 청취기반을 마련함으로써 정보공개 및 규제환류 체제를 구축하였다.
그동안 본 과제결과동 연구개발의 의견을 적극적으로 반영하게 되는 2006년 중국 베이징의 2차 방사선방어 아시아.오세아니아 학술대회(the Second Asian and Oceanic Congress for Radiological Protection; AOCRP-2)에서 ICRP가 청취한 의견을 마지막 기점으로 최종권고를 마무리하게 되는 것이다.
ICRP에서 2005년도 및 2006년도에 제시한 방사선방호 신권고 초안에 대한 각 권고 분야별 검토를 수행하여 우리나라 입장을 정립하였다.
○ 생물학적 관점에서의 방사선방호 : 유전적인 위험의 평가를 2세대로 제한하는 새로운 접근법에 대해서는 동의하나, 향후 유전적인 위험을 평가하는 방법론을 평형세대(Equilibrium Generation)의 개념으로 회귀하는 일이 없어야 한다.
○ 선량평가량 : ICRP에서는 변경된 방사선가중치 및 조직가중치를 고려한 연간섭취한도(ALI)와 유도공기중농도(DAC), 액·기체 유출물의 배출관리 등 새로운 유도한도의 기준이 제시되어야 한다.
○ 방사선방호 체계 : 새롭게 제시된 ICRP 신권고(안)이 각국의 규제기관이나 사업자들에게 보다 더 유용하게 사용되려면 구체화된 단일선원의 제시와 함께 각 선원별 선량제약치를 제시할 필요가 있다.
○ 환자의 의료상 피폭 :간병인의 선량 및 퇴원선량 등은 의료상 피폭보다는 다른 분야에서 깊이 있게 다루어져야 한다.
○ 자연방사선원에 대한 피폭 : 방사성핵종 농도가 규제면제준위를 초과하는 NORMs(Naturally Occurring Radioactive Materials) 산업에 대해서 피폭의 개연성을 고려하여 방사선방호의 요건을 적용하여야 한다.
○ 잠재피폭 : 잠재피폭의 고려와 관련하여 확률/영향 분리접근법과 통합접근법에 대해 상황에 따라 모두 적용할 수 있다고 권고에서 언급하고 있어 적용체계에 대한 ICRP의 명확한 입장을 제시하여야 한다.
○ 환경방사선방호 : 구체적인 지침을 제공할 수 있는 시점까지 환경방사선방호의 권고를 연기하여야 할 필요가 있다.
○ ICRP 위원회 권고의 이행 : ICRP 신권고(안)의 효과적인 이행을 위해서 ICRP에서 국가방사선방호조직체계 및 규제접근방법에 대해 실제적인 예들을 제공하여야 한다.
ICRP 방사선방호 기본지침으로 권고된 유효선량 평가, 내부피폭 선량평가, 개인선량평가 판독기술기준, 종사자 및 일반인의 선량한도 하향조정과 이에 연계된 유도한도의 개정, ALARA 제도의 강화시행, 일반인의 피폭선량평가 모델의 변경 등에 관한 내용의 대부분이 이미 국내 원자력발전소의 운영과 방사선안전관리에서 반영되어 있는 것으로 확인되었다. 즉 ICRP 기본지침으로 권고된 내용으로 원자력법에 반영된 사항은 국내원전에서 모두 이행되고 있다고 평가되었다. 그런데 국내에서 ICRP-60이 원자력법에 반영되어 적용되는 시점이 2003년부터이기 때문에 일부 항목은 이행하는 과정에 있는 것도 있음을 확인하였다. 따라서 국내 원전에서 ICRP-60을 반영하여 이행하는 정도와 범위는 ICRP나 IAEA 같은 국제기구에서 권고하는 모든 범위를 다 이행하고 있는 것으로 확인되었다.
ICRP-60의 방사선방호지침의 원전에 대한 이행 결과로서 가장 중요하고 심대한 영향을 미치는 ICRP 방사선방호 권고의 내용(항목)은 연간 50mSv에서 연평균 20mSv로 하향조정한 원전종사자의 선량한도로 나타났다. 이외에도 ALARA 제도를 강화하여 시행하는 것과 일반인 선량한도를 연간 5mSv에서 연간 1mSv로 하향 조정한 내용도 큰 영향을 준 것으로 나타났다. 이러한 점은 ICRP에서 2007년도에 권고할 예정으로 있는 방사선방호의 신권고에 대해 법제화와 원전에서의 이행을 고려해볼 때 ICRP-60의 이행과 유사하게 원전에 부담으로 작용할 것으로 판단되었다.
국내원전 사업자가 ICRP-60의 이행을 위해 투자된 비용은 1991년부터 2000년까지 약 350억원, 2001년부터 2010년까지 투자되었거나 투자될 비용은 약 1,900억원 정도로 확인되었다. 구체적으로 1991년부터 2000년까지 원전 방사선량 저감화 1단계 비용의 대부분은 방사선피폭을 유발하는 설비나 계통의 개선에 투자되었던 것으로 평가되었다. 이외에 방사선피폭을 줄이기 위한 신형장비의 확보와 절차/운영제도 개선 등에도 일부가 투자되었던 것으로 확인되었다. 한편 2001년부터 2010년까지 추진중에 있는 원전 방사선량 저감화 계획 2단계에서는 약 1,900억원의 비용이 투자될 것으로 예상하고 있다. 이중에서 계통 방사선원 저감 비용으로 월성원전의 삼중수소 제거설비의 설치 등 약 870억원, 설비개선 비용으로 RCP 내장품 예비품 확보와 일체형 원자로헤드 조립체 설치 등 약 780억원, 장비확보와 개선에 약 120억원, 운영과 제도 개선에 약 110억원 등이 투자되었거나 투자될 것으로 평가되었다.
이러한 점을 종합적으로 고려해볼 때 국내원전 사업자는 ICRP-60의 방사선방호 지침에 대해 피폭방사선량평가, 방사선피폭저감, 방사성폐기물처리계통과 방사성유출물 및 주민선랑평가 등 모든 분야에서 충실히 반영하여 이행하고 있는 것으로 평가되었다. 특히 ICRP-60이 발행된 초기부터 2,300억원 규모의 큰 비용을 투입하여 ICRP의 방사선방호 지침을 충실히 반영하고 있는 것으로 확인되었다.
ICRP-2005의 방사선방호 신권고 초안에 대한 각 세부항목별 검토결과 법제화나 원전에 미치는 부담을 고려한 신규요건은 ICRP-60에서의 영향평가에 대한 분석결과의 주요 항목과 비슷하리라 여겨지며, 미치는 영향 및 그 범위 등도 유사하게 나타날 것으로 예상된다. 방사선작업종사자에 대한 피폭선량평가에서는 ICRP-2005에서 상당부분 변경되었는데(예, 유효선량, 조직가중계수, 방사선가중계수 등) 이러한 권고의 내용이 전문가적인 내용에 속하는 것으로, 원전에서 이를 받아들이는 데는 일정 수준의 부담이 올 수 있다고 판단된다. 그러나 여기에 소요되는 비용이나 이행하는 범위는 크지 않을 것으로 예상된다. 또한 선량한도와 관련되는 선량제약치의 영향은 ICRP-60에서 선량한도의 하향조정으로 인한 영향에 비해 결코 작지 않을 것으로 판단된다. 왜냐하면 선량제약치는 연간 20mSv를 방사선원별로 작업범주별로 나누는, 다시 말해서 선량한도를 더욱 세분하거나 축소하는 기능을 할 것으로 예상되기 때문이다. 한편 방사선피폭저감과 ALARA 측면에서는 원전종사자에 대한 선량제약치의 도입은 이 값이 원전에서 반드시 이행을 해야 하는 강제적인 기준으로 매우 큰 영향을 미칠 것이 확실하다고 보여 진다. 또한 이해당사자의 의견을 반영한 최적화 역시 이에 준하는 상당한 부담이 될 것으로 판단된다. 방사성폐기물이나 원전방사성 유출물측면에서 일반인 선량제약치의 도입은 역시 크게 부담이 될 것으로 예상된다. 일반인에 대한 피폭선량모델의 변경 역시 유사한 부담이 된다고 판단된다. 이를 종합하면 원전에 미치는 부담은 종사자에 대한 선량제약치의 도입, 최적화과정에서 이해당사자에 대한 합의, 일반인에 대한 선량제약치의 도입 등 이들 3개의 ICRP-2005 권고항목이 원전사업자에 미치는 영향은 지대할 것으로 예상된다.
2, 방사선방호 안전규제 정착 및 경제성 평가
한수원(주) 해당 분야 담당자, 전력연구원의 연구원 그리고 KINS의 방사선방호분야 전문가가 참여한 방사선안전분야 현안협의 및 워크샵, 기술정보 회의 등을 통하여 도출된 의견을 반영하여 원전에 적용 할 수 있는 방사선방호교육, 표면오염의 측정방법과 표면오염한도, 호흡보호구 착용, 고정 설치된 방사선방호용 감시기의 시험 및 교정에 관한 규제 지침 초안과 계획예방정비 기간 중의 방사선방호계획에 관한 과학기술부고시(안)을 개발하였다.
αbase 값을 산출하기 위하여 2005년 조사된 평균수명손실은 우리 국민의 평균수명 78.6세에서 암발생평균년령인 60세를 뺀 18.6년이며 암발생확률은 ICRP 수치인 Sv당 0.056을 사용하였다. 그리고 우리나라의 2005년 경상가격기준의 GDP는 7875 억 달러이며 총인구는 2004년 기준 48,082,000 명이다. 이 값들을 대입하여 얻은 αbase 값은 경상가격 기준으로 15500 US$/man-Sv 이다. 우리나라의 2005년 구매력지수는 1달러당 764원이고 환율은 1024원이다.
프랑스의 경우의 평균수명손실은 19.4년이고 2005년 1인당 경상GDP는 35282 US$, 구매력지수는 1달러당 0.902 유로이고 환율은 0.805 유로이다. 그리고 상대 비교를 위해 선량범위별 위험혐오도 분포를 우리나라와 동일하게 할당하였다.
우리나라의 계획정비중 스팀제너레이터 튜빙과 관련된 작업은 α3값을 금전가로 권고하고 정상운전시의 일반적인 방사선관련 작업은 α1값이 적절할 것으로 판단된다. 원자력 발전소 이외의 분야에 관해서는 추가적인 조사와 분석이 필요하지만 비파괴작업을 운영하는 분야에 에서는 α1을 대표값으로 추천하며 그 난이도와 위험도에 따라 α2값이 적절할 것으로 판단된다.
판독업무자가 운영하는 품질보증계획서는 판독품질을 확보하는데 요구되는 요건은 적합하게 갖추어져 있으며 매년 실시하는 품질보증 시험항목의 중요성을 평가한 결과, 판독시스템별로 약간의 차이는 있을 수 있으나 판독품질에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 핵심 시험항목은 10개 항목으로 판단된다.
판독업무자의 기술적인 능력을 확인하기 위하여 원자력법에서 정하고 있는 성능검사를 1996년부터 2006년까지 판독업무자에게 실시한 결과를 분석한 결과, 판독업무자의 피폭선량평가에 대한 기술적인 능력이 향상되어 점차 안정화 되어 가는 것을 확인할 수 있었으며 판독업무자의 기술적인 능력을 한 단계 향상된 수준으로 끌어올리기 위해서는 보다 세분화된 성능지표의 개발을 개발하였다.
유엔과학위원회(UNSCEAR) 보고서와 매년 카나다의 보건부에서 발간하는 종사자 피폭분석 보고서를 기반으로 국내 분류 기준을 검토하여 동위원소협회 및 판독업무자로부터 수집한 방사선작업종사자의 방사선작업 정보를 토대로 국내 방사선 피폭의 유형을 검토하여 국내에 적용가능한 항목을 도출하였다.
VKH 연속절단면 컬러해부영상을 이용하여 총 26개의 장기와 조직을 가진 VKH-Man (164 ㎝, 59.6 ㎏)을 제작하고 체형 및 장기의 무게를 표준한국인에 맞게 조정하였다. 최종 개발된 체적소 모델은 해상도가 뛰어난 VKH 연속절단면 해부영상을 이용하여 장기와 조직을 명확하게 정의하였으며 체형 및 장기/조직의 무게를 표준한국인에 맞게 조정하였기 때문에 이를 고려하여 HDRK-Man (High Definition Reference Korean-Man)이라 명명하였다. HDRK-Man의 키 및 몸무게는 171 ㎝, 68 ㎏이며 체적소 해상도가 1.981 × 1.981 × 2.0854 mm3이다. HDRK-Man 체적소 모델과 MCNPX2.5 몬테칼로 입자수송 전산코드를 이용하여 장기/조직 선량 계산체계를 구축하였다. 방사선장은 0.015-10 MeV의 에너지를 가지는 넓은 광자 빔이 전신으로 입사하는 것을 가정하였다. 몬테칼로 계산을 위해서 사용된 코드는 MCNPX2.5이며, *F6 연산자(tally)를 사용하여 입사하는 광자에 의해 축적된 에너지를 각각의 장기 및 조직별로 계산하였다. 통계적 오차는 0.015 MeV를 제외한 나머지 에너지에 대해서는 5% 이내이다. 계산된 각 장기선량은 MIRD-type 수학적 모델을 사용하여 계산한 선량 값(ICRP-74), 미국 백인의 해부영상을 이용하여 개발된 VIP-Man, 표준한국인 체형을 가진 자원자의 CT 영상을 이용하여 제작된 KTMAN-2로 계산된 결과들과 비교하였다.
본 연구의 계산결과에 따르면 각 체적소 모델들의 장기선량은 각 체적소 모델 간 어느 정도 차이를 보임을 알 수 있는데 이는 체적소 모델 간 체격 및 장기 크기와 위치가 다르기 때문으로 판단된다. 대체로 큰 장기 및 전신에 분포하는 장기/조직의 경우 네 모델이 거의 유사한 값을 보이지만, 크기가 작은 장기(흉선, 생식선, 부신 등)의 경우 장기의 위치에 따라 선량 값의 변화가 상대적으로 크게 나타남을 알 수 있다. 특히, VIP-Man의 장기선량들은 다른 모델들에 비해 전체적으로 작은 값을 보이는데 이는 VIP-Man의 체격(186 ㎝, 104 ㎏)이 다른 모델들에 비해 훨씬 크기 때문이다.
내부피폭 방사선량의 측정 및 평가에 관한 규제지침을 개발하여 내부피폭 방사선량의 측정 및 선량평가에 대한 신뢰도를 제고하기 위하여 본 연구에서는 직접측정방법 및 간접측정방법에 대한 측정 및 선량평가 기술의 검증을 확인 할 수 있는 교차분석 규제지침을 개발하였다.
지침의 구성은 교차분석 절차 및 주기, 분석대상, 선량평가방법, 평가결과의 처리 절차, 기록유지로 되어 있다.
V. 연구개발의 활용계획
국제적 방사선방호 기준을 제시하는 ICRP의 1991년 ICRP-60의 권고는 국내 방사선 방호의 체계를 수립하는데 활용되어 왔으며 일부 개념들은 원자력법에 반영되어 종사자 방사선 안전의 근간이 되어왔다. ICRP-60의 권고가 제도화된 이후 국내 원자력산업에 많은 영향을 미쳐왔으며 본 연구를 통하여 확인된 방사선방호 기준에 대한 이행실태 점검 및 조사 분석 자료를 확보함에 따라 2006년에 제시된 ICRP 신권고의 도입에 대비한 기초 자료로서 활용이 가능할 것으로 판단된다.
ICRP-60의 도입으로 발생된 현행 안전규제 제도의 문제점 및 피드백 항목의 도출로 장기적인 국가 방사선방호 체계 구축의 장기적인 종합대책 수립에 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
2006년 6월 발표된 ICRP 방사선방호 권고초안에 대해 주요국 규제기관 및 국제기구의 많은 요구사항을 감안하면 2007년 개정초안에 대폭적인 수정 및 반영이 예상된다. 특히 미국 등 일부국가는 급격한 권고의 변화를 거부하는 입장이어서 향후 우리나라가 방사선방호신권고의 제도반영을 고려할 때 이러한 동향분석을 통해 국제안전기준에 부합하는 노력과 아울러 국익을 최대한 감안하는 방향으로 도입여부를 결정하는데 활용될 수 있다.
향후 ICRP 방사선방호 권고가 2007년 확정되면 원자력중장기연구개발사업과 같은 다년간의 과제수행을 통해 광범위한 관련 산업계의 의견을 수렴하고 새로운 규제대상이나 범위, 방호체계 및 이행방법 등에 대한 영향분석, benchmark, pilot test를 제도도입 이전에 수행하여 전리방사선으로부터 국민과 환경을 보호함과 동시에 국익을 최대한 도모할 수 있는 방향으로 제도를 수립하는데 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 현재까지 국내 원전에 도입되어 시행되는 ICRP-60의 제도와 권고들을 세부항목별로 분석하고 이에 대한 국내 원전에서의 이행실적을 조사하여 신규 규제제도 수립 이전에 기존의 제도와 권고에 대해 종합적인 검토와 이행현황 분석이 가능하도록 하였다. 특히 국내 원전사업자의 ICRP-60 이행현황 및 영향평가 분석 결과는 ICRP-60의 법제화로 인한 국내 원전에 미치는 파급효과를 경제적 및 방사선방호 측면에서 종합적으로 분석하여 국내 원전의 방사선방호체계 추진과정에 투입된 경제적 및 사회적 비용요소를 파악하는데 활용이 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 이러한 ICRP-60 이행현황 분석 결과를 근거로 새로운 방사선방호 권고(ICRP-2005)의 이행항목 조사를 통해 도출된 신규 이행요건들은 선진 방사선방호개념에 근거한 방사선방호 설계, 보건물리계획의 수립 및 운영에 적극 활용이 될 수 있을 것으로 판단된다.
특히, 본 연구과제에서 도출된 연구결과는 국제방사선방호위원회의 방사선방호 개념을 반영한 최적화된 방사선안전 평가/검증기술로 원자력시설의 방사선방호 안전성 평가 및 운영중인 원자력시설의 방사선방호에 효과적으로 대처하는데 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 현행제도에 대한 정비 및 규제 경험을 반영하여 국내에 토착화된 안전규제 지침을 개발함으로써, 국내에 최적화되어 적용할 수 있는 합리적이고 과학적인 규제제도 정립에 기여할 것으로 판단된다.
원전 방사선방호에 핵심이 되는 5가지의 규제지침(방사선방호교육에 관한 규제지침, 표면오염의 측정방법과 표면오염한도에 관한 규제지침, 호흡보호구 착용에 관한 규제지침, 고정 설치된 방사선방호용 감시기의 시험 및 교정에 관한 지침, 계획예방정비 기간중의 방사선방호계획)을 개발한 것은 종사자의 방사선 위해로부터 효과적으로 방지할 수 있는 기술적인 기반을 제공한 것으로 신뢰받는 원전 방사선방호의 이행이 적절히 이루어질 수 있도록 기초 지침으로서 활용될 것으로 판단된다.
또한 방사선방호 분야의 선진화, 국민들의 막연한 불안감 해소로 사회적인 대국민 원전 수용성 증진, 안전에 관한 정부 노력의 홍보에도 활용이 될 것으로 판단된다.
우리가 개발한 방사선방호비용단가 평가기법을 국제사회가 이용함에 따른 국가 기술력에 대한 국제신인도 향상에 기여하며, 본 연구에서 개발한 ALARA 금전가 평가기법은 보고서 발간 이전에 이미 산업체가 활용하기 시작하였다. 이는 국내의 규제준위에 대해 금전가로 손·익 정도를 가늠할 수 있는 기반을 마련한 사례로 볼 수 있다.
종사자 방사선 안전을 위해 국내 피폭방사선량평가 산업을 담당하고 있는 판독업무자의 기술적인 능력 및 판독품질의 지속적인 유지를 위해 요구되는 성능검사 및 품질보증시험항목의 적절성 평가를 통해 불필요한 항목을 선별하여 낭비적인 요소를 제거함으로서 저 비용 고효율의 경제적인 안전규제를 수행하는데 활용가능하다.
11년간 누적된 성능검사 및 품질시험항목 결과 분석을 통해 도출된 성능지표는 국내 피폭방사선량평가 기술을 한단계 향상시키는데 활용할 수 있을 것이며 종사자 피폭선량의 정확성 및 신뢰성을 향상시킴으로서 방사선에 대한 위해로부터 발생하는 막연한 불안을 해소하는데 기여할 것으로 판단된다.
종사자의 피폭방사선량분석 기법의 도입은 한국방사성동위원소협회 및 판독업무자가 단순 관리하는 종사자 피폭기록을 피폭정보와 안전규제와 연계된 종합관리 개념으로의 전환이며, 종사자의 피폭유형을 방사선작업 경력, 연령, 선량범위 등에 대해 종래 9개 분야를 28개 피폭유형으로 세분화하여 분석한 결과는 방사선방호 정책의 효과적인 수립을 위한 기술적인 기반을 제공하는데 활용될 수 있을 것이다.
본 연구에서는 VKH 연속절단면 컬러해부영상을 이용하여 VKH-Man과 HDRK-Man 체적소 모델을 개발하였다. 컬러해부영상을 이용하여 인체 내 각 장기와 조직을 명확하게 분할하여 총 26개의 장기와 조직을 가진 VKH-Man 체적소 모델을 제작한 후, 키, 뼈 무게, 장기 무게, 그리고 체중을 표준한국인에 맞게 조정하여 고해상도 표준한국인 체적소 모델 HDRK-Man을 제작하였다. HDRK-Man의 키 및 몸무게는 171 ㎝, 68 ㎏이며 체적소 해상도는 1.981 × 1.981 × 2.0854 mm3이다. 개발된 HDRK-Man 체적소 모델과 몬테칼로 전산모사코드인 MCNPX2.5를 이용하여 장기/조직 선량 계산체계를 구축하였으며, 이를 이용하여 외부피폭 선량환산계수를 각 장기 및 조직별로 계산하였다. 계산된 선량환산 계수는 ICRP-74, VIP-Man 및 KTMAN-2을 이용하여 계산된 값들과 비교하였다.
본 연구에서 제작한 VKH-Man 체적소 모델은 표준체형에 해당하는 인체의 장기 및 조직이 매우 정밀하게 구분되어 있으므로 국내 한국인에 대한 방사선 피폭량을 정밀하게 평가하는데 사용될 수 있으며, 또한 방사선 치료, 진단, 핵의학영상 등의 분야에서 표준 환자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 HDRK-Man 체적소 모델은 체형 및 장기/조직의 무게를 표준한국인에 맞게 조정하였기 때문에 방사선 종사자의 장기선량 및 유효선량을 정밀하게 평가하는데 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
국내 원전 종사자의 내부피폭 선량 측정을 위한 전신계측, 소변시료 중 삼중수소 분석, 선량평가 교차분석 이행 지침으로 심, 검사등 규제업무의 투명성과 일관성을 확보하고 선량평가 기술의 신뢰성을 증진할 것으로 기대된다. 아울러 정밀 측정에 대한 품질을 확보할 수 있을 것으로 예상되며 이는 종사자 방사선피폭 저감화에 직, 간접적으로 영향을 줄 수 있을 것이다. 특히 비 원전 분야의 내부피폭 선량평가에도 긍정적인 영향을 미쳐 새로운 업무와 고용이 창출될 가능성도 있다.