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윤아 허
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1 논문 인체내부방사능측정용전신계측기의최적검출모드선정에관한연구 고종현 *, 김희근 *,, 공태영 *, 이경진 * 한국수력원자력 중앙연구원, 조선대학교 2013 년 11 월 22 일접수 / 2014 년 1 월 8 일 1 차수정 / 2014 년 2 월 18 일 2 차수정 / 2014 년 2 월 20 일채택 원전에서는방사성핵종의체내섭취에따른작업종사자의내부방사능을측정하기위하여전신계측기 (WBC) 를이용하고있다. 이계측기는인체내방사성핵종의침적위치를고려하여다양한측정모드를선택하여측정할수있으나, 대부분전신모드를적용하고있다. 그런데전신모드를적용한내부방사능측정값은 WBC 측정모드중에서가장보수적인값을나타내는특성이있고, 따라서내부피폭방사선량이과대평가되는문제점이있다. 이러한문제점을해결하기위해 WBC, 팬텀, 표준방사선원을이용하여 WBC 의측정모드별방사능측정실험을수행하였다. 이결과에대해통계적분석방법을적용하여 WBC 의상부및하부검출기계측비율에따라 WBC 의측정모드를선정할수있는정량적인기준을제시하였다. 중심어 : 전신계측기, 측정모드, 내부방사능오염, 인체모형팬텀, 미니탭 1. 서론 1) 원전에서는방사성핵종의인체내섭취에따른작업종사자의내부방사능을측정하기위해전신계측기 (Whole Body Counter; WBC) 를이용하고있다. 국내에서는원자력발전소별로 CANBERRA 사에서제작한 Fastscan 2250 모델또는 AMETEK(ORTEC) 사에서제작한 StandFast II 모델을사용하고있다 [1,2]. 이들 WBC 는모두요오드화나트륨 (NaI) 섬광물질을검출기로사용하고있으며, 직립직선형측정모드 (stand-type linear geometry mode) 를채택하고있다. 이들 WBC 는짧은측정시간내에재현성이있는방사능측정값을얻을수있는장점이있다. 이외에일부원자력발전소에서는고순도게르마늄검출기 (HPGe detector) 를장착한침대형 (bed type) WBC 를추가로운영하고있다. 국내원전에서운용중인 WBC 는방사성핵종의인체내침적위치를고려하여갑상선 (thyroid), 폐 (lung), 전신 (whole body), 하복부 (gastrointestinal tract) 등 4 가지측정모드 (geometry) 기능을가지고있다 [1,2]. 이러한 WBC 는내부방사능측정과정에서방사성핵종의인체내침적위치에따라측정모드를선정할수있는장점이있으나, 방사선관리실무에서는거의대부분 4 가지측정모드중에가장보수적인방사능측정값을나타내는전신모드 (whole body geometry) 만을사용하고있는실정이 교신저자 : 김희근, hkkim1@khnp.co.kr 대전광역시유성구유성대로 1312 번길 70 다. 이러한이유는전신계측대상자에대해전신모드를기준으로방사능측정과이에따라내부피폭방사선량을평가하더라도, 특별한경우를제외하고는선량평가결과기록준위인 0.1 msv 보다훨씬낮기때문에, 즉평가된내부피폭방사선량이선량한도에비해매우낮기때문에, 방사선량평가실무에서는보수적인전신모드를적용하더라도별문제가되지않았다 [2]. 이러한보수적인측정모드를적용한 WBC 운용은원전내방사선작업장소의비오염을확인 (confirmation) 하는목적으로운용하는경우별문제는없으나, 내부피폭이실제로발생하는경우에는내부피폭방사선량이과대평가되는잠재적인문제점을안고있다고판단된다. 국내원전에서 WBC 운영경험을돌이켜보면, 계획예방정비를위한일차계통의개방과정에서계통에서누설된방사성핵종의체내섭취에의한작업종사자의내부피폭방사선량이기록준위이상인경우가발생되었고, 이에따라내부피폭방사선량평가과정에서과대평가에따른시행착오를겪기도하였다 [3]. 이와같이기록준위이상인내부피폭이발생된경우, 반복적인전신계측을통해방사성핵종과인체내침적위치에대한보다상세한정보를얻을수있게되었다. 이에따라인체내방사성핵종의침적위치를고려한 WBC 측정모드의변경에관한필요성도인식하게되었다. 인체내방사성핵종과개략적인침적위치를알고있음에도불구하고, WBC 측정모드를다시전신모드로적용하여재측정하는것은내부피폭방사선량을과대평가할 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH

수있고, 때로는원전작업종사자에게실제보다과다한방사선위해가발생하였다는오해를일으키기도하였다 [2]. 과거 WBC 최적측정모드를선정하기위한실험이수행되었으나, 데이터가충분치못하여방사선관리실무에적용은어려움이있었다 [2-5].

이를위해이논문에서는원전에서주로발생하는방사성핵종의인체내부방사능오염을가정하여, 핵종침적위치에따른 WBC 의최적측정모드를선정하고자, 국내원전에서보유중인 WBC 와인체모형팬텀, 표준방사선원등을이용하였고, 통계분석전산소프트웨어와통계학적기법을적용하여실험결과를분석하였다. 2.

이팬텀은국제방사선방호위원회 (International Commission on Radiological Protection; ICRP) 보고서 23 과국제방사선단위측정위원회 (International Commission on Radiation Units and Measurements; ICRU) 보고서 48 의기준인규격 ( 신장 : 173 cm, 몸무게 :

2 수있고, 때로는원전작업종사자에게실제보다과다한방사선위해가발생하였다는오해를일으키기도하였다 [2]. 과거 WBC 최적측정모드를선정하기위한실험이수행되었으나, 데이터가충분치못하여방사선관리실무에적용은어려움이있었다 [2-5]. 이러한점을개선하고자, 이논문에서는처음측정된 WBC 의상부및하부검출기계측비율을근거로, WBC 의측정모드를변경하여재측정할수있는, 정량적인기준을제시하고자하였다. 이를위해이논문에서는원전에서주로발생하는방사성핵종의인체내부방사능오염을가정하여, 핵종침적위치에따른 WBC 의최적측정모드를선정하고자, 국내원전에서보유중인 WBC 와인체모형팬텀, 표준방사선원등을이용하였고, 통계분석전산소프트웨어와통계학적기법을적용하여실험결과를분석하였다 인체모형팬텀 (Phantom) CIRS 사에서방사능측정시뮬레이션을목적으로제작한 ATOM 인체모형팬텀을실험에사용하였다 [9]. 이팬텀은국제방사선방호위원회 (International Commission on Radiological Protection; ICRP) 보고서 23 과국제방사선단위측정위원회 (International Commission on Radiation Units and Measurements; ICRU) 보고서 48 의기준인규격 ( 신장 : 173 cm, 몸무게 : 73 kg ) 을근거로제작되었으며, 방사선원을팬텀내부에삽입이가능하도록 25 mm간격의슬라이스로구성되어있다 [9]. 본실험에서는방사능오염위치결정을위해방사성핵종침적위치 ( 갑상선, 폐, 전신, 하복부 ) 를 CIRS 제시기준을근거로팬텀전면에표시하였다. 이때삽입된방사선원은슬라이스정중앙에위치하도록설정하였다. 그림 2 에는 ATOM 팬텀표면에방사성핵종침적위치를나타내었다. 2. 재료및방법 2.1. 전신계측기 (WBC) 이실험에서는 AMETEK(ORTEC) 사의 StandFast II 모델 WBC 를사용하여내부방사능측정을수행하였다 [1,6]. 원전작업종사자의내부방사능오염측정에는일반적으로계측시간을 1 분으로적용하고있으나, 이실험에서는보다정확한내부방사능측정을위해 3 분을적용하였다 [1,4,7]. WBC 는실험전에교정을실시하였고, 미국국립표준협회 (American National Standard Institute; ANSI) 지침에따라 5 회반복측정하여교정성능을확인하였다 [1,8]. 그림 1 에 StandFast II WBC 를이용한측정모드실험모습을나타내었다. Fig. 2. ATOM phantom with indicated location of contamination 표준방사선원 WBC 측정모드최적화실험은한국표준과학연구원에서제작된표준방사선원으로 137 Cs 및 60 Co 점선원을사용하여수행하였다 [10]. 인체모형팬텀의슬라이스사이에점선원을삽입하여방사능측정을수행하였다. 그림 3 에표준방사선원을나타내었다. Fig. 1. Measurement of error rate using StandFast II for selection of optimal counting geometry. Fig. 3. Standard radiation source ( 137 Cs and 60 Co) 통계분석및전산소프트웨어 WBC 방사능측정값의통계분석을위한전산소프트웨어는미니탭 (Minitab) 사에서개발한미니탭 (Minitab) 멀티유저버전 16 을사용하였다 [11]. 이소프트웨어는각종통계분석과식스시그마활동에필요한, DMAIC (Define, Measure, Analyze, Improve 및 Control) 과정을효과적으로추진할수있는전문적인기능이탑재되어있다. 이소프트웨어를활용하여추론통계학의가설검정 2 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH 2014

(Hypothesis Test) 인귀무가설 (Null Hypothesis), 대립가설 (Alternative Hypothesis) 을적용하여유의한결과값이도출되었는지분석하였으며, 일원분산분석 (One-way ANOVA), 등분산검정 (Test for Equal Variance), 2- 표본 t 검정 (2 Sample t-test)

3 (Hypothesis Test) 인귀무가설 (Null Hypothesis), 대립가설 (Alternative Hypothesis) 을적용하여유의한결과값이도출되었는지분석하였으며, 일원분산분석 (One-way ANOVA), 등분산검정 (Test for Equal Variance), 2- 표본 t 검정 (2 Sample t-test) 등의통계분석기법을적용하여실험데이터분포에대하여확인하였다 실험방법갑상선, 폐, 전신및하복부등특정오염위치에서의 WBC 방사능측정값을전신측정모드를적용한방사능측정값과비교하였다. 이를위해 WBC 측정모드별로방사성핵종고유의방사능참값과서로비교하고, 내부방사능오염위치별로 WBC 의상부및하부검출기의계측비율을분석하였다. WBC 를이용한방사능측정실험은크게현수준의측정오차율, 방사능오염위치결정을통한측정모드최적화, 개선된절차의측정오차율등 3 가지로구분하여실시하였다 [1]. 첫번째, 현수준의측정오차율실험은인체내의갑상선, 폐, 전신, 하복부에방사성핵종이침적된경우를가정하여, 인체모형팬텀내부에표준방사선원을삽입하고, 각각의오염위치에대해 WBC 의전신측정모드만을이용하여방사능측정을수행하였다. 즉, 방사성핵종의오염위치는갑상선, 폐, 전신및하복부이지만, WBC 측정모드는전신모드를이용하여내부방사능을측정하였다. 예를들어원전에서발생된 131 I 방사성핵종의경우, 내부방사능오염위치는갑상선이지만전신측정모드를적용하여방사능을측정하는경우가이에해당된다. 또한 60 Co 방사성핵종의경우초기에는인체내폐에침적되나, 전신측정모드를적용하여방사능을측정하는경우를들수있다. 이러한실험을통해현수준즉, 방사능오염위치와 WBC 측정모드가서로다른경우참값에대한방사능측정값의오차율 ( 측정값 참값 / 참값 100) 을분석하였다. 두번째, 내부방사능오염위치에따른측정모드최적 화실험을수행하였다. 즉, 방사능오염위치별로 WBC 최적측정모드를선정하기위해방사성핵종이주로침적되는갑상선, 폐, 전신, 하복부등 4 개위치에해당되는인체모형팬텀슬라이스에방사선원을삽입한후 4 가지측정모드별로방사능측정실험을수행하였다. 이실험을통해해당방사능오염침적위치에대한 WBC 의상부및하부검출기계측비율을산출하였다. 마지막으로개선된절차의측정오차율실험을수행하였다. WBC 측정모드최적화를통해내부방사능측정오차율이어느정도개선이되었는지를확인하기위한실험으로, 갑상선, 폐, 전신, 하복부위치에방사성핵종이침적된경우를가정하여인체모형팬텀내부에방사선원을삽입하고, 각각의오염위치에대해 WBC 상부검출기계측비율을통해오염위치를추정하고자하였다. 계측비율 ( 오염위치 ) 에따라전신계측기의측정모드를변경 ( 최적화 ) 하여방사능측정을수행하고측정값과참값을서로비교분석하였다. 3. 결과및논의 3.1. 현수준의오차율측정실험내부방사능오염위치를고려하지않고 WBC 의전신측정모드만을이용하여방사능을측정할경우측정오차율의평균은 37.7% 로나타났다. 또한미니탭소프트웨어를이용하여지수분포를산출하였고, 이를근거로현재상태의공정능력 (Z) 을측정하였다. 그결과 Z 값이 1.22 로도출되었다. 여기에서공정능력 (Z) 이란미니탭소프트웨어를이용한방사능측정값의평균과각측정값의차이를표준편차로나눈값을말한다. 이결과는추정불량이높음을의미하므로평균및산포에대한개선이필요한것으로판단되었다. 그림 4 에현수준의측정오차율에대한공정능력분석결과를도시하였다 [1]. Fig. 4. Analysis results of process capability for error rate before improvement. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH

Fig. 5. Results of one-way ANOVA for relation between location of radioactive contamination and counting ratio of WBC. Fig. 6. Criteria of optimizing counting geometry for WBC. 3.2.

이경우적용된귀무가설은 오염위치는계측비율에따라차이가없다 이며, 대립가설은 오염위치는계측비율에따라차이가있다 이다. 분석결과, 유의확률 (Significance Probability) P 값이 0.000 으로산출되었다. 이에따라유의수준 (Significance Level) 0.

4 Fig. 5. Results of one-way ANOVA for relation between location of radioactive contamination and counting ratio of WBC. Fig. 6. Criteria of optimizing counting geometry for WBC 측정모드최적화실험현상태의오차율측정실험을통해방사성핵종이침적되는갑상선, 폐, 전신, 하복부위치에따라 WBC 상부및하부검출기의계측비율이변화됨을확인할수있었다. 내부방사능오염위치에따른계측비율의상관관계를확인하고자미니탭을이용하여측정결과에대한예비분석과브레인스토밍과정등을통해일원분산분석을실시하기로결정하였다 [1]. 이경우적용된귀무가설은 오염위치는계측비율에따라차이가없다 이며, 대립가설은 오염위치는계측비율에따라차이가있다 이다. 분석결과, 유의확률 (Significance Probability) P 값이 으로산출되었다. 이에따라유의수준 (Significance Level) 0.05 보다작은값이므로귀무가설이기각되고대립가설이채택되어, 그결과내부방사능오염위치에따라계측비율의차이가있음을확인하였다. 그림 5 에오염위치와계측비율의상관관계에대한일원분산분석결과를나타내었다. 한편, 내부방사능측정과정에서내부방사능오염위치에따라 WBC 상부및하부검출기비율이달라짐을확인하였다. 갑상선위치에서상부검출기의계측비율은 %, 하부검출기비율은 0 12% 로나타났다. 폐위치에서는상부검출기비율이 87 70%, 하부검출기비율은 13 30% 로나타났다. 전신위치에서상부검출기비율이 69 40%, 하부검출기비율이 31 60% 로나타났다. 하복부위치에서상부검출기비율이 39 0%, 하부검출기비율은 % 로나타났다 [2]. 이결과는최초전신계측에서상부및하부검출기비율을근거로방사성핵종과내부방사능오염위치를확인할수있으므로, 동일작업자에대한반복적전신계측에는상부및하부검출기계측비율에따른측정모드의변경이가능한것으로판단 되었다. 전신계측과정에서상부및하부검출기비율을근거로개선된최적측정모드를정하는기준을그림 6 에도시하였다 개선된절차의오차율측정실험개선된측정모드를적용한방사능오차율측정실험을다시실시하였다. 그결과, WBC 상부및하부검출기계측비율에따라측정모드를최적화하여방사능을측정할경우 ( 예, 상부검출기계측비율 90%( 오염위치 : 갑상선 ) 이면갑상선측정모드를적용 ), 방사능측정오차율의평균이 12.4% 로개선되는것으로나타났다. 이실험에서산출된내부방사능측정값의오차율을지수분포를이용하여공정능력을분석하였다. 그결과, Z 값이 3.02 로산출되어기존측정오차율의 Z 값인 1.22 에비해공정능력이개선된것으로판단되었다. 그림 7 에개선된절차의측정오차율에대한공정능력분석결과를도시하였다. 한편미니탭을이용하여, 개선된측정오차율에대한평균및산포개선여부를확인하고자, 분석결과의예비분석을통해등분산검정과 2- 표본 t 검정을수행하였다. 이검정의귀무가설은 개선전 / 후에내부방사능오염측정오차율의평균및산포에차이가없다 이며, 대립가설은 개선전 / 후에내부방사능오염측정오차율의평균및산포에차이가있다 이다. 가설검정결과, 등분산검정의경우 P 값이 이었으며, 2- 표본 t 검정의경우 P 값이 로산출되어유의수준 0.05 보다작은값이므로귀무가설이기각되고대립가설이채택되어측정오차율의평균과산포가개선되었음을확인하였다. 그림 8 에개선후내부방사능오염측정오차율에대한가설검정결과를나타내었다. 4 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH 2014

Fig. 7. Analysis results of process capability for error rate after improvement. Fig. 8. Results of hypothesis test for measurement error rate of internal radioactive contamination after improvement.

5 Fig. 7. Analysis results of process capability for error rate after improvement. Fig. 8. Results of hypothesis test for measurement error rate of internal radioactive contamination after improvement. 4. 결론 국내원전에서는과거방사성핵종의정확한침적위치를알고있음에도불구하고, 보수적으로 WBC 의측정모드를전신모드로적용하는것은, 내부피폭방사선량을과대평가할수있고, 때로는원전작업종사자에게과다한방사선위해에대한오해의빌미를제공하기도하였다. 이논문에서는보다정확한내부방사능측정및선량평가를위하여, 방사성핵종의인체내침적위치에따라 WBC 최적측정모드를선정하기위한방법론을개발하고자내부방사능측정실험을수행하였고, 통계적분석방법을적용하였다. 그결과 WBC 의상부및하부검출기계측비율에따라 WBC 의측정모드를변경할수있는정량적인기준을제시하였다. 새롭게개발한기준적용시내부방사능측정과정에서오차율을크게개선하는것으로나타나, 실제원전작업종사자의내부방사능측정과선량평가업무에활용가능할것으로판단되었다. 감사의글본논문은한국수력원자력 의연구개발사업에의해 수행되었습니다. 참고문헌 01. 한국전력공사전력연구원. 인체내방사능오염위치에따른전신계측기 (WBC) 측정모드최적화를통한내부피폭방사선량평가정확도향상. 기술보고서 Kong TY, Kim HG. Improvement to whole- Body counting procedures at nuclear power plants. Radiat. Prot. Dosimetry. 2009;133(2): Kim HG, Kong TY. A bioassay experience and lessons learned on the internal contamination of Iodine-131 during maintenance periods in a Korean Nuclear Power Plants, Radiat. Prot. Dosimetry. 2012;151(2): 한국수력원자력. 표준절차서 - 내부피폭방사선량측정및평가. 표준방사 김희근, 공태영. 전신계측기를이용한원전종사자방사성오염위치확인과내부방사능측정개선에관한연구. Journal of Radiation Protection. 2009; 34(1): JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH

6 06. AMETEK Inc. Phantom for Whole-Body Counter. available at whole-body-counters.aspx CANBERRA Industries, Inc. Model 2250 Fastscan high-throughput whole body counter. Brochure of Canberra's Whole Body Counting System American National Standard Institute. Performance criteria for radiobioassay, HPS N : Computerized Imaging Reference Systems, Inc. Dosimetry Verification Phantoms. available at atom-dosimetry-verification-phantoms/ 한국표준과학연구원. 표준점선원인증서 Minitab Inc. 미니탭 16 멀티유저 (Minitab 16, Multiuser). 한국전력공사및한국수력원자력 인트라넷홈페이지 A Study on the Selection of Optimal Counting Geometry for Whole Body Counter (WBC) Jong Hyun Ko *, Hee Geun Kim *,, Tae Young Kong *, and Goung Jin Lee * KHNP Central Research Institute, Chosun University Abstract - A whole body counter (WBC) is used in nuclear power plants (NPP) to identify and measure internal radioactivity of workers who is likely to ingest or inhale radionuclides. WBC has several counting geometry, i.e. the thyroid, lung, whole body and gastrointestinal tract, considered with the location where radionuclides are deposited in the body. But only whole body geometry is used to detect internal radioactivity during whole body counting at NPPs. It is overestimated internal exposure dose because this measured values are indicated as the most conservative radioactivity values among the them of others geometry. In this study, experiments to measure radioactivity depending on the counting geometry of WBC were carried out using a WBC, a phantom, and standard radiation sources in order to improve overestimated internal exposure dose. Quantitative criteria, could be selected counting geometry according to ratio of count rates of the upper and lower detectors of the WBC, are provided through statistical analysis method. Keywords : Whole body counter, Counting geometry, Internally radioactive contamination, Humanoid phantom, Minitab 6 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION, VOL.39 NO.1 MARCH 2014

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<3728B1E8C8F1B1D9292D662E687770> 기술논문 ICRP 103 방사선방호체계하에서유효선량평가를위한 Two-Dosimeter Algorithm 의적용방안 김희근, 공태영한국수력원자력 ( 주 ) 중앙연구원 2011 년 5 월 17 일접수 / 2011 년 7 월 19 일 1 차수정 / 2011 년 8 월 17 일 2 차수정 / 2011 년 8 월 18 일채택 국내원전에서는고방사선량율또는고피폭예상방사선작업에종사자의가슴과등에두개의개인선량계를패용하여피폭방사선량을평가하고있다.