군비검증단교육, 원자력안전학교 2012. 11. 15 ( 목 ) 09:00 ~ 10:50 방사선기초및방사선방호 정규환 방사선비상보안대책실
방사선의발생원 : 원자와원자핵 1
방사선의특징 알파, 베타, X선, 감마, 중성자등여러종류가존재 오감으로는감지불능 공포심, 막연한불안감유발 측정기만있다면극미량이라도검출가능 2
방사선과방사능 원자핵의초당붕괴수또는천이수 1 개 / 초 = 1 Bq = 1 dps 3
방사성물질 2000 여종의방사성물질발견 원전에서방출되는방사성물질도수백여종 방사성요오드, 세슘, 스트론튬, 코발트, 제논, 플루토늄, 방사성물질의독성은천차만별 4
용어정의 방사선 (Radiation; 放射線 ; α, β, γ) 방사성물질로부터방출되는입자및전자파 방사능 (Radioactivity, 放射能 ) 단위는 Bq ( 베크렐 : Becquerel) 방사성물질의원자핵이단위시간당붕괴되는수 1 Bq (Becquerel) : 1 초에 1 개가붕괴 방사성 (Radioactive, 放射性 ) 방사선을내는 이라는의미의형용사 방사성물질 (O), 방사능물질 (X) 방사선량 ( 放射線量 ) 단위는 Sv ( 시버트 : Sievert) 인체나물체가피폭되는양을나타내는용어 5
우리나라자연방사선량률 0.066 ( 제주고산 ) ~ 0.184 ( 강원속초 ) μsv/h 서울 : 0.109 μsv/h 부산 : 0.112 μsv/h 대전 : 0.130 μsv/h 대구 : 0.117 μsv/h 정상범위 : 0.05 ~ 0.3 μsv/h 비가오면선량률증가!!! 6
다른나라의자연방사선량률 단위 : usv/h 이란람사르 1.16 ~ 29.68 브라질구아라파리 0.63 ~ 3.99 인도켈라라 0.43 ~ 3.99 중국양지양 0.40 ~ 0.62 노르웨이 0.07 ~ 1.20 미국 0.05 ~ 0.10 덴마크 0.04 ~ 0.05 7
세계각지역의자연방사선량 8
자연방사선은어디에나존재 인간은방사선의바다에살고있다. (We live in a sea of radiation.) 방사선은모든곳에존재하며우리는방사선에매일접하고있음. F Ubiquitous a 9
자연방사선의종류 우주선음식물 (8.3%) (12.3%) (33.8%) 우리국민의평균자연방사선피폭 (3.08 msv) 의성분별비율 (45.6%) 라돈 우주선 0.248 msv 항공여행 0.007 msv 지각방사선 라돈흡입 1.40 msv 음식물섭취 0.38 msv 지각방사선 1.04 msv 자료출처 : 한국원자력안전기술원, 2009, 우리나라의방사선환경 (KINS/GR-356) 10
자연방사선에의한피폭량비교 (msv/y) 11
우리나라항공승무원의우주선피폭선량 연평균우주선피폭선량 연간집단선량승무원수 (2006. 기준 ) 집단선량 운항승무원 2.61 ~ 3.28 ( 평균 2.96 ) msv 2,698 명 7.99 man-sv 객실승무원 2.06 ~ 2.48 ( 평균 2.28 ) msv 5,757 명 13.13 man-sv 12
식품중천연방사성핵종함량 시료 평균방사성핵종농도 (mbq/kg-fresh) Cs 40 K 226 Ra 232 Th 238 U 쌀 13.8 26.6 25.5 1.3 1.0 밀 16.2 64.2 98.7 6.2 4.6 콩 185.0 568.0 427.0 16.4 23.7 우유 23.9 46.7 35.8 0.3 6.0 닭고기 27.2 64.0 35.5 2.4 10.5 돼지고기 92.7 90.4 42.6 1.9 6.3 쇠고기 70.4 85.5 41.5 2.4 2.4 귤 15.2 42.3 155.0 0.5 2.2 사과 6.9 37.2 114.0 1.6 2.4 배 10.3 43.4 107.0 1.3 1.6 배추 25.5 62.8 105.6 1.5 2.4 상추 21.7 103.0 59.0 15.9 13.3 시금치 22.7 208.0 63.9 28.5 17.6 무 7.4 75.4 122.0 1.7 2.2 양파 3.2 41.2 95.6 0.7 1.1 감자 18.7 134.0 34.5 1.5 1.0 갈치 146.0 89.9 51.8 0.4 6.1 고등어 110.0 92.8 71.8 0.6 7.9 KINS, 식품중방사능핵종분석, KINS/GR-300-2, 13
40 K 평균성인 1 인당대략체중의 0.2% 가 Potassium 체내평균약 140 g ( 성인 70 kg 기준 ) 일일권장섭취량 3.5 g ( 한국영양학회, 2010) ( 110 Bq) 신경전달작용, 효소작용, 삼투압유지등에관여 (~ 0.17 msv/y) 40 K ( 반감기약 13억년 ) 의천연존재비 (0.012%) 를기준으로방사능농도로환산하면약 4,400 Bq에해당 인간은항상자신의체내에서감마선과베타선을방출!!!! Beta decay (89.3% max energy 1.32 MeV) ( 40 Ca) Electron Capture (10.7%) 1,461 kev gamma ( 40 Ar) 14
방사성바나나? vs 방사성비? 바나나한개는평균 0.5 g 의 Potassium 을포함 ( 평균개당 120~130 g) 40 K in one banana = about 15 Bq (~125 Bq/kg) 75 nsv per banana (DCF = 5.02 nsv/bq) 매일한개씩먹으면? 0.075 x 365 = 27.4 μsv/y Nearly all foods are naturally radioactive, and the radioactivity does not come from pollution or contaminant 4 월 7 일제주강우 (1 년간 2L 씩매일마실경우 ) 131 I : 2.81 Bq/L (45.1 μsv/y) 137 Cs : 0.978 Bq/L (9.3 μsv/y) 134 Cs : 0.928 Bq/L (12.9 μsv/y) 15
건축자재중천연방사성핵종 국민방사선위해도평가보고서 (KINS/GR-300-1, 2005) 시료 ( 수 ) 천연방사성핵종농도 (Bq/g) 40 K 226 Ra 232 Th *I 일반벽돌 (16) 0.47~1.0 (0.79) 0.013~0.054 (0.030) 0.018~0.060 (0.042) 0.29~0.81 (0.57) 적벽돌 (9) 0.61~0.87 (0.74) 0.021~0.046 (0.036) 0.020~0.066 (0.048) 0.37~0.77 (0.61) 타일 (7) 0.31~1.0 (0.63) 0.044~0.082 (0.058) 0.034~0.096 (0.056) 0.42~1.09 (0.68) 석고보드 (3) <MDA~0.017 (-) 0.21~0.33 (0.27) <MDA 0.70~1.11 (0.90) 콘크리트 (3) 0.56~0.65 (0.60) 0.026~0.027 (0.027) 0.039~0.042 (0.039) 0.47~0.52 (0.49) 시멘트 (2) 0.24~0.25 (0.24) 0.033~0.036 (0.035) 0.018~0.021 (0.019) 0.28~0.31 (0.29) 목재 (3) 0.079~0.17 (0.11) 0.0052~0.0085 (0.0065) <MDA 0.044~0.085 (0.058) 화강암 (3) 0.93~1.2 (1.1) 0.021~0.086 (0.053) 0.018~0.13 (0.086) 0.47~1.3 (0.97) 모래 (1) 1.0 0.029 0.056 0.71 블록 (1) 0.72 0.015 0.025 0.42 황토 (1) 0.75 0.040 0.090 0.83 황토벽돌 (1) 0.70 0.033 0.080 0.74 *I : Activity concentration index of European Commission (1999) = C Th /200 + C Ra /300 + C K /3000 1 (or 6) 16
국내전국규모라돈조사현황 The results of nationwide radon survey accomplished by KINS Rn Survey Duration Points Detectors remark 1 st Survey 1988 1989 530 RadTrak Winter Only 2 nd Survey 1999 2000 2,953 RadTrak 4 seasons 3 rd Survey 2002 2005 970 (450) RadTrak (Radopot) 4 seasons 4 th Survey 2008 2009 1,100 Raduet 4 seasons Rn survey Annual Rn concentration (Bq/m 3 ) AM GM Max 1 st survey 103.9 ± 59.0 92.2 ± 1.6 496 2 nd survey 52.5 ± 57.7 42.1 ± 1.8 1,350 3 rd survey 66.3 ± 59.7 55.7 ± 1.7 1,186 4 th survey 79.3 ± 85.1 60.5 ± 1.9 1,004 Total 62.1 ± 66.4 49.0 ± 1.9 1,350 F Kim et al., 2011, Radiation Protection Dosimetry (In Press) 17
실내라돈농도조사 160 Rn concentration in dwellings (Bq/m 3 ) 140 120 100 80 60 40 20 Population-weighted World Av erage (39 Bq/m 3 ) Korea (55.5 Bq/m 3 ) 0 Cyprus Australia Kuwait Japan United Kingdom New Zealand Thailand Netherlands China Canada Croatia Argentina World average Poland Syria Romania United States Belgium Germany Korea Denmark Lithuania India France Portugal Switzerland Norway Greece Italy Iran Spain Slovakia Slovenia Armenia Hungary Sweden Luxembourg Finland Albania Czech 18
한국의자연방사선특징 한국은자연방사선배경준위가세계평균에비해상대적으로높다 화강암이많이분포하고상대적으로지각연령이높은지질학적특징에기인 상대적으로높은공간감마선량률준위 상대적으로높은실내라돈농도준위 건축자재에서소량이나마방사성물질을함유하고있음 19
피폭의종류와특징 피폭은방사선에노출되어영향을받는것 방사선의에너지가인체에전달되는것 피폭되는시간 ( 기간 ) 이중요 외부피폭 External Radiation - 원거리선원 - 피부오염 내부피폭 Internal radiation - 흡입및취식 - 피부흡수 20
방사선의인체영향 ( 확률론적영향 ) 지발효과 암, 백혈병 21
인구 100 명당생애암진단확률 From BEIR VII Report 22
피폭은 DNA 에영향을미침 Picture of Chromosome and DNA DNA (deoxyribonucleic acid) - 생체정보고분자 - 2중나선구조이며염색체안에존재 - DNA 구성 : 5 탄당 ( 데옥시리보스 ), 인산, 염기 ( 구아닌, 싸이토신, 타이민, 아데닌등 ) 23
Picture of DNA 24
Mutation repaired 정상세포 Cell death 세포사멸 DNA Mutation Cell survives but mutated 암? 25
암발병원인분류 환경적요인 물리적원인 화학적원인 생물학적원인 내적인요인 바이러스, 세균 26
암발병인자 (1) 흡연 : 발암물질 40 여종 자동차배기가스 : 발암물질의집합체 ( 벤조피렌 ) 바이러스, 세균 헬리코박터파일로리 : 난치성위궤양 위암 파필로마바이러스 : 자궁경부암의 90% 유전 용종증 : 대장암, 직장암 색소성건피증 : 피부암 일란성쌍둥이 27
암발병인자 (2) 성호르몬 난포호르몬과다분비 : 자궁암, 유방암 정신적인스트레스 시상하부에서코티솔과다분비 자연살상세포 (T 림프구 ) 수및기능약화 면역체계교란 암발생확률증가 순종적이고고독한사람 화를잘안내고남을즐겁게해주려애쓰는사람 28
세포자살 (Apotosis) 세포스스로자살 유전자를활성화하여 개체를보호 29
P53 유전자 ( 자살유전자 ) 세포가제멋대로증식하거나 돌연변이를일으키는것을막는역할 항암유전자 30
T 세포와면역체계 T 세포와 t 림프구 : killer 세포 정상세포의집단질서유지기능 암 ( 돌연변이 ) 는질서유지기능의상실에서비롯 31
수리의기전 손상복구 교환 32
복구능력과개체수명 복구와개체수명은비례 복구능력과번식능력은반비례 쥐 Vs 사람 33
최적화 진화적인손익계산 수명의문제 노화의문제 노화의원인 호르몬의변화 면역기구의쇠퇴 신경세포의쇠퇴 기전이아직밝혀지지않음 생물학적수리 Vs 번식 34
노화의정의 노화 ( 老化 ) 란? 면역시스템이자기자신의세포와다른세포를구별하는능력을서서히잃어가기때문에발생 : 생리학적관점 35
노화의기전 노화 ( 자연도태 ) 는모든생리학적시스템의노화속도가보조를맞추어무수한변화가일제히일어나는작용 소수의생리학적메커니즘으로설명불가능 36
암 ( 癌 ) 이란? 노화와관계있음 종 ( 種 ) 의수명을조절 암의기전? 암의원인 37
암, 노화, 수명 (risk) 노화의속도와수명은반비례 노화는수리 ( 복구 ), 번식능력과관계있음예 ) 남자와여자의수명차이예 ) 다른종간의수명차이 암은노화의일종 방사선피폭과노화는무관 저선량피폭과발암과의관계?? 38
방사선의인체영향정리 저선량의방사선피폭에대해서는너무과민하게반응할필요는없다. 위험도가별로높지않다. 농약, 흡연, 환경오염, 바이러스, 하지만방사선피폭은가능한한낮게유지하도록노력한다. As Low As Reasonably Achievable 39
방사선방호의목표 방사선피폭을유발하는유익한행위 (Practice) 들을 부당하게제한하지않으면서인간에대한적절한방호의 기준을제공하는것 ( 국제방사선방호위원회 ; ICRP) 40
방사선방호의목표 결정론적영향의발생을방지 발단선량보다낮은선량을유지 확률적영향을용인가능한수준에서제한 선량한도이내유지 41
방사선방호의원칙 정당화 (Justification) 최적화 (Optimization) 선량한도 (Dose limit) 42
정당화 (Justification) 방사선에관련된어떠한행위도피폭에따른개인또는사회의손해가이득을초과하게되면정당화하지않다. 손해 ( 비용등 ) < 이득 ( 편익등 ) ; 정당화 단순한경제적, 금전적개념만을의미하는것이아님 43
정당화 (Justification) 의예 44
최적화 (Optimization) 방사선피폭은사회, 경제적인자를고려하여합리적으로달성가능한한낮게유지하여야한다. ALARA (As Low As Reasonably Achievable) 45
선량한도 (Dose Limit) 행위에대한방사선방호체계의일부 개인간피폭의불균형을방지 : 공리주의개념 원자력법시행령별표 1 직업상피폭 ( 방사선작업종사자 ) 연간 50 msv 를넘지아니하는범위에서 5 년간 100 msv 일반인피폭 연간 1 msv* 의료상피폭 선량한도를적용하지않음 46
1 msv 의의미 1 Sv 의 Risk = 0.057 ( 사실 ) 인구백명당 5.7 명 1 msv 의 Risk = 0.000057 ( 투사모델 ) 인구십만명당약 6 명 DDREF (2) 적용시인구십만명당약 3 명 암발병률은인구십만명당약 6 명 리스크의대부분은발암 ( 암, 백혈병 ) 이원인 암사망률 = 암발병률 / 2 인구만명당약 0.6 명이발암 자연발암율은인구만명당 4300 명 4300 : 0.6 47
선량한도도출근거 일반인의선량한도 (1 msv = 1000 usv) 산출근거 방사선피폭에따른암등의발병에따른사망률이 평생만분의 1 증가할확률 48
작업자와일반인선량한도차이? ü 위험에대한수용준위가각각연간 10-3 과 10-4 로차이가있음 ü 일반인은상대적으로보다감수성이높은소아나유아그룹이포함되어방사선위험계수가 25% 정도높음 ü 종사자는상대적소수인데반해일반은집단은대규모이므로동일한평균선량이면집단선량이압도적임 ü 종사자에대해서는적극적방호관리가이루어지는데반해일반인에대해서는그렇지못함 ü 직업상피폭의경우에는방사선이용으로발생하는이득이일부가직접또는간접으로피폭자에게돌아옴 ( 일반인의경우무관 ) 49
방사선방호의개념체계 행위 (Practice) Conduct가아닌실천 ( 實踐 ) 의의미 피폭을전체적으로증가시키는인간활동 개입 (Intervention) 이미존재하고있는피폭을전체적으로감소시키는인간활동 : 사고, 잠재적피폭에적용 50
행위 (Practice) 행위 (Practice): 피폭을증가시키는인간활동 ( 방사성동위원소사용병원, 원자력발전소등 ) 선량증가 (Increase Dose) 자연선량 : 2.4 msv (UNSCEAR 1988) 51
개입 (Intervention) 개입 (Intervention): 피폭을줄이는활동 ( 대피, 소개, 피폭경로변화등 ) 선량회피 (Averted Dose) 자연선량 : 2.4 msv (UNSCEAR 1988) 52
행위 (Practice) 에서의방사선방호체계 (SYSTEM) 정당화 (Justification) 최적화 (Optimization) 선량한도 (Dose Limit) 53
개입 (Intervention) 에서의방사선방호체계 (SYSTEM) 정당화 (Justification) 최적화 (Optimization) 선량한도 (Dose Limit) 선량제한 54
사고시 ( 개입 ) 선량제한 긴급작업시선량제한 인명구조에는적용되지않음 유효선량 0.5 Sv (500 msv) 피부의등가선량 5 Sv 55
국제방사선방호위원회 0.01mSv : RI 면제준위, RI 등폐기물자체처분 0.3 msv : 부지제염선량제약치 1 msv: 일반인선량한도 2.4 msv: 자연상연간선량 10 msv: 개입정당화최소선량 100 msv: 항시개입정당화선량 개념 개입이항상정당화될수있는준위 msv < ~100 개입이정당화될수있는최소준위 <~10 옥내대피 : 10mSv 소개 : 50mSv 56
방사선방호원칙 57
방사선피폭 (Exposure) 대상에따라 직업상피폭 상황에따라 계획적피폭 의료상피폭 기존피폭 일반인피폭 잠재적피폭 경로에따라 내부피폭 외부피폭 58
외부피폭방호의 3 원칙 시간 (Time) 거리 (Distance) 차폐 (Shielding) D µ 1 r 2 59
시간 (Time) 피폭선량 (Dose) = 선량률 (Dose Rate) ⅹ 시간 (time) 60
거리 (Distance) A1(10,000 개방사선 ) D1(1cm 거리 ) 2 = A2(100 개방사선 ) D2(10cm 거리 ) 2 (Inverse square law) 61
차폐 (Shielding) 십가층 : 방사선의양이십분의일로줄어드는데필요한두께 십가층두께 입사방사선 투과방사선 D 10 msv/h D/10 1 msv/h 62
63
외부피폭확인방법 TLD ( 열형광선량계 ) 착용 법정선량계 미량의피폭도정밀하게측정가능 누적된외부피폭평가가능 피폭전문판독업체에문의가능 64
내부피폭방호의 3 원칙 격납 / 격리 (Containment/Confinement) 밀봉, 선원이새어나오지않게조치 희석 (Dilution) 실내환기및청소 경로의차단 (Pathway Blocking) 음식물섭취주의 65
내부피폭에대한방호원칙 ( 격납 ) u 선원의격납 (Containment) -개봉선원을잘밀봉하거나글로브박스, 후드등격납설비내에서취급 66
내부피폭에대한방호원칙 농도의희석 (Concentration Dilution) 완벽한격납은일반적으로불가능하므로작업환경중오염의정도를최소로유지 공기중오염을낮추기위해공기정화설비또는배기설비를설치 오염경로의차단 (Pathway Blocking) 작업환경중의농도의희석을유지하기가어려울때에는방사성물질이체내로들어오는경로를차단 방독면, 방호복의착용신체오염의검사및제염방사성오염이예상되는구역내음식물의섭취제한 67
방독면 ( 차단예 ) 반면마스크 입자및옥소제거 ( 방호계수 10) 방호계수 = 마스크밖공기중방사능농도마스크안의방사능농도 전면마스크 입자및옥소제거 ( 방호계수 50) 필터 : 0.3 μm 크기의미세입자 99.97% 이상제거 0.3 μm 크기는포집이제일어려운크기임 HEPA : High Efficiency Particulate Air-filter 68
내부피폭시방호 : 배설과봉쇄 배설촉진 - Chelating agent (Ca-DTPA, Zn-DTPA 등 ) 인체투여 69
배설촉진 내부피폭방호 : 배설과봉쇄 - 체내삼중수소오염의경우인체대사 (Metabolism) 의속도증진 ( 다량의물이나맥주섭취등 ) Tritium 70
내부피폭방호 : 배설과봉쇄 봉쇄 (Blocking) - 안정동위원소요오드화칼륨 (KI) 투약 : 원자력발전소사고시방사성요오드의섭취를방지 Thyroid 131 I STOP Stable Iodine 71
내부피폭시방사성핵종의특징 내부피폭발생시방사성핵종은특정장기에모이는특성이있음각핵종별결정장기 (Critical Organ) 는다음과같음 -골( 골수 ) ; 90 Sr, 45 Ca, 226 Ra, 59 Fe, 239 Pu - 갑상선 ; 131 I, 211 At - 적혈구 : 59 Fe, 56 Fe - 근육 ; 137 Cs - 체내균등분포 ; 24 Na, 36 Cl, 3 H - 폐 ; 210 Po, 63 Ni - 신장 ; 238 U 72
내부피폭확인방법 전신계수기 (WBC) 또는소변시료검사로내부피폭확인가능 전원전및원자력의학원 ( 서울공릉동 ) 방사선비상진료센터 73
to preserve the environment, and to protect the public from radiological hazards 74