방사선 이야기

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수아 우
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1 방사선피폭 (msv) 원자력및양자공학과 조규성 1

2 목차 1. 동위원소 & 방사선 2. 방사선피폭 & msv 3. 방사선피폭사례 4. 자연피폭 & 의료피폭 퀴리 (1898 Ra) 5. 방사선피폭영향 6. 방사선량제한기준치 뢴트겐 (1895 X 선 ) 2

3 1. 동위원소 & 방사선 3

4 주기율표 (Periodic Table) 4 4

5 별의진화 초기 : 1 H 2 D 4 He 6 C 12 Mg, 13 Al, 14Si 28 Fe 초신성폭발후 : Fe 보다무거운모든중금속 (U, Pu 까지 ) 생성 우주먼지 (Stardust) 에는모든원소가존재함. 질량에따라별의운명이나뉨. 큰별 수퍼노바 블랙홀 작은별 Nebula 난장이별 5

6 수소의동위원소 2 1D 3 1T 수소의경우특별하게중수소와삼중수소를 D 와 T 으로쓰기도함. 삼중수소는불안정한방사성동위원소임. 6

7 핵종차트 (Nuclear Chart) 7 7

8 방사성동위원소 (RI) RI : 불안정한구조의원자핵을가진동위원소 방사선을방출하면서안정된동위원소로변화 반감기특성을가짐 안정동위원소 254 종 자연방사성동위원소 (~300 종 ) : 별, 우주, 자핵종 자연 RI 14 C 40 K 235 U 238 U 226 Ra 반감기 5700 년 12.8 억년 4 억년 44 억년 1600 년 인공방사성동위원소 (>2600 종 ) : 원자로, 가속기, 원폭생성물 인공 RI 137 Cs 90 Sr 131 I 3 H 99m Tc 18 F 반감기 30 년 29 년 8.4 일 12.3 년 6 시간 110 분 8 8

반감기 방사성물질의절반이안정물질로붕괴하는시간 방사성원소 반감기 F-18 110분 Tc-99m 6시간 Rn-222 3.8일 I-131 8일 Co-60 5.

9 반감기 방사성물질의절반이안정물질로붕괴하는시간 방사성원소 반감기 F 분 Tc-99m 6시간 Rn 일 I-131 8일 Co 년 H 년 Cs 년 Ra 년 C 년 U-235 4억년 K 억년 U 억년 Th 억년 9

10 방사선의종류 알파선 (a) 동위원소 (U, Ra 226, Rn 222, Am...) 핵에서자연방출되는입자 He 의원자핵과동일한 2 개의중성자와 2 개의양성자 베타선 (b) 동위원소 (T, C 14, I, Sr...) 핵에서방출되는고에너지전자 감마선 (g) 동위원소 (Co, Cs...) 핵에서방출되는전자기파 중성자 (n) 핵물질 (U, Pu) 의핵분열에의해생성되는중성입자 엑스선 (X) 엑스선관 / 가속기에서전자가금속을때려발생되는전자기파 10

11 2. 방사선피폭 & msv

12 방사선피폭의 2 종류 v 외부피폭 v 내부피폭 호흡 : 28.8 k-liter air/day 물 : 2.2 Liter water/day 음식 : 1~2 kg food/day 12

13 방사선피폭 방사선원 ( 물질, 물체 ) 피폭자 ( 사람 ) 방사선 방사능 (Bq) 방사선에너지 (kev) 방사선량 (msv) 13

14 msv msv : 방사선량의단위 1 msv = 1/1000 Sv 1 Sv = 1 Joule/Kg x Wr Wr : radiation weighting factor X-ray, gamma ray, beta-ray, fast electron ; Wr = 1 For alpha particle, neutrons ; Wr = 5 ~ 20 선량률 (msv/hr) x 노출시간 (hr) 14

15 msv 물 1 k g 의온도를 1도올리는데필요한에너지는? 4200 J 4200 J/kg 4200 Sv 4,200,000 msv 물 1 g 의온도를 1도올리는데필요한 msv 는? 4.2 J 4.2 J/g 4200 J/kg 4,200,000 msv 여러분이전신에 1 msv 피폭을받는다면체온은몇도상승할까요? 도 ( 백만분의 2.4도 ) 15

16 3. 방사선피폭사례

17 Hiroshima Aug. 6, 1945, 8:16am 15,000 ton 위력 높이 580 미터에서폭발 10 만명즉사 ~1945 년말 +4 만명사망 46~1951 년 +6 만명사망 3 만명방사선피폭사망 (15%) 17

18 Little Boy 포신형 (gun-type, U 탄 ) - 길이 3 m, 직경 0.71 m, 중량 4 ton - 핵분열물질 : HEU(U 235 농축도 80%) 64 kg - 연소효율 : 1.3 % 즉 U kg이연소됨. - 위력 : TNT 15,000 t 히로시마투하 18

19 히로시마거리별방사선피폭선량 580 m Sv 0 Hypo center km Sv 19

20 고이아니아사건 1985 년브라질고이아니아병원이건물주와분쟁으로이전하면서 8 년된암치료기를방치 1987 년 9 월 13 일로베르트와와그너가 1400 큐리의 Cs 선원을절도한후고물상에 25 달러에판매 데바이르가 6 살소녀레이데등최소 5 명에게줌 엄마마리아가구토, 열, 피부상처로인해동물병원과시립병원을방문했다가밝혀짐 20

21 고이아니아사건 11 만 2 천 8 백명이검진 249 명오염진단, 20 명급성방사선증후군진단, 28 명은국소피폭진단 4 명신체를절단. 17 명골수이상 10 년동안 249 명중 111 명이사망함 레이데 (6) 와마리아 (38) 는각각 6 및 5.5 Sv 피폭 10 월 23 일사망 고물상직원이스라엘과아드미우송이각각 4.5 및 5 Sv 피폭 10 월 27 일사망 고물상주인데바이르 1994 년사망함 21

22 세계의원전사고사례와등급 22

23 4. 자연피폭 & 의료피폭

24 자연방사선피폭 24

25 우주방사선과지각방사선 25

26 Radon 222 Rn 222 a( 5.59MeV) Po 3.8일

27 자연방사선과인공방사선 자연방사성동위원소 : 지구의탄생시점부터존재 자연 RI 14 C 40 K 235 U 238 U 226 Ra 반감기 5700 년 12.8 억년 4 억년 44 억년 1600 년 인공방사성동위원소 : 원폭실험생성물 인공 RI 137 Cs 90 Sr 131 I 3 H 99m Tc 18 F 반감기 30 년 29 년 8.4 일 12.3 년 6 시간 110 분 27 27

28 식재료내 K-40 와 Cs-137 방사능농도 생물체내방사능농도범위 = 40 ~ 600 Bq/kg 28

29 음식물내방사능 1Kg 당음식물내방사능 K-40 [Bq] Cs-137 [Bq] 쌀 콩 닭고기 소, 돼지고기 배추 사과, 양파 감자, 마늘 어류 조개류 ~100 Bq/kg <0.2 Bq/kg 후쿠시마원전근처어류 Cs km 밖 : 0.4 Bq/kg 50km 지점 : 0.7 Bq/Kg 51만 Bq/Kg 쥐노래미포획 음식물내 Cs-137 규제기준치강화 일본 : Bq/Kg 한국 : Bq/Kg 만일 100 Bq/Kg 으로오염된생선을매일 1kg 씩 1 년간섭취한다면흡수선량은 0.47 msv 29

30 msv 우리나라일반인연평균자연방사선피폭치는? ~3 msv 현재이장소에서 1시간받는방사선량은? msv ( 0.3 msv/hr) 현재이장소에서여러분이 1초당피폭되는방사선개수는? ~1o0,000 개 /sec 30

31 의료방사선피폭량 (msv) - 가슴 X-레이촬영 0.1~0.3 - 저선량흉부 CT 1.6~2 - 뇌 CT 6~8 - 흉부 CT 8 - 복부 CT 10 - 조영제투입심혈관조영술 10~12 - 혈관 CT 14~24 - PET-CT 18 - MDCT 8~20(?) - 방사성갑상선질환요오드치료 일반방사선암치료 ( 최대치 ) 50,000 - 음식물피폭제한치 (WHO) 10,000,000 31

32 5. 방사선피폭영향

33 방사선세포영향 33

34 인체영향 효과 선량 34

35 급성영향 문턱선량증세사망율 20 Sv CN Synd., 경련, 혼수, 발작 100% 2 일 10 Sv GI Synd., 설사, 고열 90% 2 주 4 Sv LD 50/60 50% 2 개월 3 Sv 영구불임, 궤양, 착색, 탈모사망가능 2 Sv HP Synd., 골수사망, 백내장, 홍반, 구토 3 시간내구토 0% 사망 1 Sv 결막염, 각막염 (5% 추가발암 ) 760 msv 갑상선암발단선량 ( 발암가능 ) 650 msv 일시적여성불임 ( 발암가능 ) 250 msv 일시적적혈구 / 백혈구감소 ( 발암가능 ) 150 msv 일시적남성불임 ( 발암가능 ) 35

36 만성영향 : 암발병 암은방사선피폭후잠복기를거친후발병 골수암과백혈병 2~4 년, 기타암은 ~ 10 년까지 LNT 모델이란? LNT 모델이정당할까? 피폭후경과시간에따른암발병율피폭선량에따른암발병율 36

37 암세포 37 37

38 암발병요인 ( 미국 ) 38

39 WHO 1 급발암물질 방향족탄화수소 : DMBA 와벤조피렌, 매연 ( 일산화탄소, 다이옥신 ), 담배연기, 불에탄고기 (PAH, 다환성방향족탄화수소 ), 산화에틸렌 방향족아민류, 나이트로화합물, 방향족아조화합물 지방족화합물중사염화탄소 (CCl4), 둘신, 우레탄 무기화합물 : 석면, 수은, 카드뮴, 크롬, 비소, 납, 아연, 구리등 39

40 암의발생기작 특정세포내의 cancer suppression gene ( 암억제유전자 ) 에돌연변이가생겨기능을하지못하게됨 이세포가증식됨 DNA repair gene (DNA 복구유전자 ) 에돌연변이가생김 Proto-oncogene ( 원 ( 原 ) 종양형성유전자 ) 에돌연변이가생김 다른암억제유전자에돌연변이가생김 40 40

41 자연암의발생 인체는 60 조 (6x10 13 ) 개세포로구성 매일 10 10~11 개의세포분열이일어남 70 년동안 새로운세포가탄생함 매일 500 gram의산소를들이쉬며, oxidant가 (Hydroxyl (OH. ), peroxyl (HO 2. ) and superanion (O 2. ) radicals) 세포의 DNA를공격함 매일 10 5 DNA 돌연변이가발생함 (mutation) 이세포중어느하나가 70년동안치명적암이될확률이개체당 25~30% 정도임 41

42 6. 방사선피폭제한기준

43 방사선량기준치결정과정 43

44 선량한도 44

45 일반인 전신 : 1 msv 손발 : 50 msv 수정체 : 15 msv 방사선작업자 전신 : 20 msv 손발 : 500 msv 수정체 : 150 msv 연간선량한도제한 45

46 정리 한국인의자연방사선량 : 3 msv/ 년 ~10만방사선 / 초 자연핵종 Rn222 에의한연평균피폭선량 : 1.3 msv/ 년 자연핵종 K40 음식물내농도 : ~ 100 Bq/kg 0.35 msv/ 년 인공핵종 Cs137 의식재료내농도 : ~ 0.2 Bq/kg 식재료내 Cs137 농도제한치 : ~ 100 Bq/kg x 1kg/d x 365 d 0.47 msv 저선량 LNT 모델에서전생애암발병확률 : 25% + 5%/Sv x Sv 암발병문턱치 : 100 msv 5년간작업자피폭선량한도 작업자연간피폭선량제한치 20 msv/ 년 일반인피폭선량규제치 (1% 적용 ) : 1 msv/ 년 46

47 첨부 47

48 일반인선량한도 48

49 우리국민의방사선피폭선량 일반인자연선량 한국인 : 3.0 일본인 : 1.4 브라질구아라파리 : 10 전세계평균 : 2.4 전세계평균 2.4의내역 라돈 (50%) : 1.26 대지 (20%) : 0.48 우주 (15%) : 0.35 음식 (15%) : 0.35 ( 자체피폭 ) 49

50 선량율 선량률 (msv/hr) x 노출시간 (hr) 100 nsv/hr : 일반환경수준 1 msv/hr : 식품섭취제한 10 msv/hr : 방사선작업구역설정 100 msv/hr : 고준위작업구역 1 msv/hr : 옥내대피 50

51 원자핵내양성자의갯수 동위원소 안정동위원소 원자핵내중성자의갯수

52 Radiation-related cancer risk 선량 - 반응모델 확률적효과 결정적효과 방사선호메시스 Linear No Threshold Linear Threshold Hormesis? 방사선방호의보수적관점 저선량위험성주장근거 Radiation Dose 방사선유도골육종면역활성, 생체방어기전운동식이포도당대사 ROS Eur J Nucl Med. 1995;Nature 2003;PNAS, EMBO

53 선량 (Sv) or 선량률 (Sv/hr) 표 0.1 Hiroshima 2 km distance (Wind, heat 10% death) Some treatment of nuclear medicine dose 6/1000 additional cancer risk (if we extrapolate downward) 0.06 (60 msv) guide line for brain CT by KFDA, radiation therapy 0.02 (20 msv) ICRP 60 Annual dose limit for radworker (expected life shortening = 24 days, smoker = 7 yr, drinker =1 yr), guide line for abdomen CT by KFDA (15 msv) X-ray Stomach Fluoroscope (recent ly 4 msv) 0.01 (10 msv, 1 rem) Annual dose of air crews Annual dose of Garibi, Brazil, CT, PET (3.4 msv, 340 mrem) Average dose of US Nuclear worker (expected life shortening for 30 yrs = 49 days) (2.4 msv, 240 mrem) Avg natural dose per year (=0.35 cosmic, 0.35 food (internal), 0.4 earth, 1.53 air (Radon)) Nuclear Medicine Tc99m Average dose of Korean NPP workers dental x-ray, X-ray CT, annual air crew (500 hr flight) annual dose due to radon, (1mSv, 100 mrem) chest X-ray diagnostics, Annual public dose limit 1mSv/hr shelter in house 8.7 Sv/yr (0.8 msv, 80 mrem) Annual dose in Seoul from Earth+Space, average annual minor dose Dose of a cosmonaut at Mir per day (0.3 msv, 30 mrem) annual internal dose, * mostly due to K40 = 4kBq = 17 mg, 100 ug C14, 90 ug U, 30 ug Th (0.2 msv, 20 mrem) chest X-ray diagnostics (0.1 msv, 10 mrem) A roundtrip to Europe, Flight from Seatle to Tokyo, average annual Dr dose > 100 usv/hr High radiation area (0.05 msv, 5mrem) 30 km around NPP (design) legally (0.02 msv, 2mrem) Nuclear waste repository legally usv/hr ~ 100 usv/hr Radiation Work Area (5 msv) watching TV 1 year msv/hr inspection of food and water 8.7 msv/yr nsv/hr Seoul radiation dose rate 0.87 msv/yr 10,000 Food irradiation limit (WHO) 4,200 1C increase in Water, industrial process 1,000 Hiroshima A-Bomb pt zero (hypo center) Food irradiation process km from a neutron bomb 50 Max Radiation cancer Therapy at tumor, Hiroshima 0.5 km 20 Central Nerve Synd, 100% fatality 2 days Cramps경련, lethargy 혼수, 발작수일내사망 10 Gastrointestinal Synd, 90% fatality 2 weeks Diarrhea설사, fever고열 Max dose at Chernobyl fire worker Uranium Plant, Criticality (2day) 8 Death within 30 days 6 Radiation cancer therapy Los Alamos Lab Criticality (3day) 4 LD50/60, Hiroshima 1 km 3 Pigmentation착색, Epilation탈모, Necrosis괴저, Blistering물집, Ulceration궤양, Dermatitis, Permanent sterility of woman & man 2 Hemopoietic Synd threshold, 3hour 50% vomit, 0 % death, Reddenning홍반 Cataract threshold (1회조사로백내장 ) 1 No critical short term effect, 6~8/100 additional cancer risk, acute conjunctivities결막염, keratitis각막염 0.76 threshold to Cancer, especially thyroid cancer 0.65 Temporary sterility of woman 0.5 dose limit to skin, lung, bone marrow, breast, extremity, sex organs 0.3 No observed medical effects in man except equiv to Cigarette 1 pack/day for 1 year 0.25 temporary change of white cell, red cell, and platelet ~2.5 Sv : mutation rate doubling dose 0.15 dose limit to eye, temporary sterility of man, 1~3% of cancer generation 53 may be originated from the natural radiation exposure! 1 yr = 8760 hr

54 한국인사망원인 (2012) 전생애자연암발병율미국 42% 한국 35%(?) 전세계평균 25% 54

55 방사선기인초과암사망율모델 자연사망률 = 자연암사망율 + 기타사망율 Additive model G tot 자연암사망율에독립적으로추가됨 Multiplicative model G o dp/du T u 방사선기인초과암사망율은 G tot 자연암사망율에비례해서추가됨 G o dp/du T u 55

56 방사선기인초과암발병확률계수 From various studies by ICRP, NCRP, The Radiation Effects Research Foundation, the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation(UNSEAR), the National Radiological Protection Board of the United Kingdom, and the National Academy of Science-National Research Council in US Considering DDREF(dose and dose rate effectiveness factor of 2 for low dose and low dose rate) for low dose Averaged for a population of worker ages (18~65) =7,300 persons/100,000 people 56

57 Radiation Hormesis Comparison of risk estimates for mortality in survivors of atomic bombings in Japan and nuclear workers in the UK and in the US (UNSCEAR 1994) 57

58 Radiation Hormesis 58

59 ICRP 59

60 방사선안전기준 이란? 안전하다 와 안전하지않다 의경계선?? 60

61 지구의나이 = 운석의나이 Clair Cameron Patterson(1922~1995) 는세개의암석성분의운석과두개의철성분운석에서포함된납의양을분석하고본인이개발한 Pb-Pb 연대측정법으로이들이모두 45.5 억년 (7 천만년오차 ) 를갖는다고밝힘. Geochimica et Cosmochimica Acta, Vol.10, pp.230~237,

62 지구 0 30 km 2900 km km 6400 km 핵의높은온도는지구탄생초기의열이핵에갖혀있는것임 62

63 자연방사선및인공방사선핵종 63

64 방사성핵종과안정핵종 64

65 핵분열생성물 & 자연동위원소 핵종 반감기 생물학적반감기 Cs 년 109 일 Cs 년 109 일 I 일 138 일 붕괴종류 베타 & 감마 베타 & 감마 베타 & 감마 핵분열물내비율 % 원전사고시방출율 6.22 높음 소량 높음 2.88 높음 인체흡수 100% 소장 100% 소장 100% 소장 질병장기 식도, 위, 폐, 근육 식도, 위, 폐, 근육 Sr 년 36 년베타 5.73 낮음뼈 갑상선 Xe 일베타 6.6 매우높음없음 Xe-131 안정원소안정원소소량매우높음없음 Pu 만 4 천년 ~20 년알파소량매우낮음낮음뼈, 간 K 억년감마자연방사선 - 100% 근육, 난소 Rn 일알파자연방사선 - 폐폐 65

66 방사능농도관리기준 vs 선량 66

방사선의물질과의반응 path of the primary radiation path of the secondary radiation charged R a, p, HCP High LET radiation neutral R b -, b g, X-ray neutron free path Low LET

67 방사선의물질과의반응 path of the primary radiation path of the secondary radiation charged R a, p, HCP High LET radiation neutral R b -, b g, X-ray neutron free path Low LET radiation vacuum target medium (air, water, solid) HCP : heavy charged particulate radiation LET : linear energy transfer (~stopping power) de/dx scattered radiation 67

68 DNA 와반응 Direct effects: Directly damage biologically important molecules in the cell Indirect effects: Formation of ion pairs initiating a chain of chemical reactions, mediated through cellular water, leading to ultimate biologic damage 68

69 인체장기별방사선량 H R, T E R M T N R w R H R,T : 방사선량 (msv) E R : 방사선에너지 (kev) N R : 장기와반응한방사선갯수 M T : 인체장기무게 (kg) w R : 방사선보정상수 방사선종류 (R) w R : 보정상수 b, g, X- 선 1 69 a, neutron 5~20 (LET 에따른함수 )

70 Radiation Weighting Factors 70

71 방사선차폐 71

72 방사선량영역 72

73 우리나라최초의방사선피폭사망사고 1976 년 11 월 6 일오전 10 시 30 분경서울태릉한국원자력연구소대단위방사선조사실에서한국과학원석사 2 년생이항목군이실험을하는도중문이열려조사실에들어가보니방사선원 (30 만큐리, 코발트 60) 이올라와있어서피폭을당함. 연구소장에게보고되고원자력병원에입원하게되었으며 이틀후백혈구수치가떨어지고어지럼증과구토증이일기시작한후머리카락이빠지고몸군데군데출혈성붉은반점이나타나다가 피폭 18 일만인 11 월 24 일사망함. 73

74 Questions 74

75 Trinity Test ( :29 am) 트리니티의폭발 초이후모습. 화구의지름은약 200m 였다. / 사진 : 벌린브릭스너 UC Berkeley 교수 J. R. Oppenheimer 뉴멕시코앨러머고도사막 실험용폭탄 가젯트 (TNT 20ton) 높이 30m 철탑에설치 트리니티실험으로생긴버섯구름 / 사진 : 잭애비 75

76 히로시마데이타 히로시마원폭생존자의거리또는방사선량에따른초과상대사망율 Ref: Cologne JB and Preston DL, Longevity of atomic-bomb survivors, Lancet, vol.356,

77 방사선피폭에의한생애암위험도 생애자연암발생위험도추정치미국 42% 한국 35%(?) 전세계평균 25% BEIR VII

78 고 (High) 자연배후방사능지역연구 Techa River (Russia) Karunagappally (India) Yangjiang (China) Study population 29,873 (60% are women), all ages 69,958 (54% are women), aged Occupation Mainly farmers Mainly fishermen, bluecollar workers, farmers Radiation sources Release of liquid radioactive waste between ( 89 Sr, 90 Sr, 137 Cs, 95 Zr, 95 Nb, 103 Ru, 106 Ru) HNBR (mainly 232 Th) 31,604 (51% are women), aged Mainly farmers HNBR ( 232 Th and 238 U ) Dose rate Max. was in 1951: Max. RBM dose=300 mgy in a year Max. stomach dose= 200 mgy in a year 1 15 mgy in a year (external exposure) mgy in a year (external exposure) Primary endpoint Cancer incidence Cancer incidence Cancer mortality Leukaemia excluding CLL (ERR/Gy, 2 years lagged) [Reference] All cancer excluding Leukaemia (ERR/Gy) [Reference] 4.9 (95% CI: 1.6, 14.3) [Krestinina et al., 2010] 1 (95% CI: 0.3, 1.9), 5 years lagged [Krestinina et al., 2007] 3.7 (ND, 336.8) [Nair et al., 2009] (-0.58, 0.46), 10 years lagged [Nair et al., 2009] (<0, inf) [Tao et al., 2012] 0.19 (-1.87, 3.04; liver cancer is excluded), 10 years lagged [Tao et al., 2012]

79 사망확율과방사선기인초과암사망확율 G tot, continuous exposure of 50 msv from age 18 to 65 years, 스웨덴 Ex) Continuous exposure of 50 msv from 79 age 18 to 65 years, a Swedish woman

80 Radiation effects 10,000 Sv : WHO food irradiation limit 1000 Sv : food irradiation, Hiroshima ground zero 50 Sv : max dose in cancer therapy 20 Sv : 100% death in 2 d, cramps( 경련 ), lethargy 10 Sv : 90% death in 2 w, diarrhea, fever 4 Sv : LD50.60, Hiroshima 1 km 3 Sv : pigmentation, epilation( 탈모 ), blistering( 물집 ), ulceration( 궤양 ), permanent strerility 2 Sv : 홍반, cataract 1 Sv : no short term effect, 5~7% add cancer 760 msv : threshold for thyroid cancer 650 msv : temporary female sterility 150 msv : temporary male sterility 100 msv : Hiroshima 2 km, cancer threshold 80

<494352503131335FC1F8B9E6B1B3C0B02E687770>

<494352503131335FC1F8B9E6B1B3C0B02E687770> ICRP 간행물 113 진단 및 중재 절차를 위한 방사선방호 교육훈련 Education and Training in Radiological Protection for Diagnostic and Interventional Procedures 대한방사선방어학회 이 번역본 발간은 2011년도 원자력안전위원회 방사선안전기술 개 발사업 과제 지원(한국동위원소협회로 부터