기술논문 전자개인선량계 (EPD) 의외부피폭방사선량평가성능분석 이병일 *, 김태진 *, 임영기 * 한국수력원자력 ( 주 ) 방사선보건원, 가천대학교방사선학과 2015 년 8 월 18 일접수 / 2015 년 9 월 16 일 1 차수정 / 2015 년 11 월 10 일 2 차수정 / 2015 년 11 월 13 일채택 원전에서방사선작업종사자의개인선량평가에보조선량계로사용되고있는전자개인선량계 (EPD) 의성능이지속적으로개선되고있어, EPD 의외부피폭방사선량평가성능을확인하고자해외 EPD 운영사례, 국내현황조사, EPD 원전현장실험등을다각적으로수행하였다. 원전현장에서실시한성능검증시험결과는 IAEA 와 EURADOS 가공동으로실시한 EPD 비교검증 (IAEA- TECDOC-1564) 결과와유사하였다. 또한국내원전피폭방사선량비교결과 (5 년간 EPD/TLD 값 ) 는일본 JAPC 의비교결과 (EPD/ 필름뱃지값 ) 와유사한경향성을보였으며, TLD 보다 EPD 가피폭방사선량을보수적으로평가하는것을확인하였다. EPD 의성능중가장우려되는것이기능적오류발생이다. 기술적발전에힘입어 EPD 의오류발생이지속적으로개선되고있음을국내원전분석자료및 INFO 의오류경향분석사례에서확인할수있다. 결론적으로성능검증프로세스구축및기능적오류대비방안을체계적으로마련할경우 EPD 의성능은 TLD 와비교해서손색이없을것으로판단된다. 중심어 : EPD, TLD, 능동형선량계, 수동형선량계, 원전 1. 서론 1) 국내원전에서는방사선작업종사자에대한외부피폭방사선량을평가하기위한주선량계로수동형선량계인 Harshaw( 社 ) 와 Panasonic( 社 ) 의열형광선량계 (thermoluminescent dosimeter, TLD) 를사용하고있으며, 보조선량계로 MGP( 社 ) 와 Thermo( 社 ) 의능동형선량계인 EPD 를주로사용하고있다 (Table. 1). 국내원전의경우 TLD 선량과 EPD 선량을합산하여방사선관리구역의출입을통제하고있으며, 일정시점이지나면 EPD 선량을제외하고새로운 TLD 선량을합산하는등출입통제를위한방사선피폭선량관리가어렵고, 최적의 ALARA 수행을위하여 EPD 선량을 TLD 선량으로환산한다음작업별로방사선피폭선량을분석하는등매우복잡한형태의선량관리업무를수행하고있는실정이다. 다중선량계착용에따른경영비용및운영인력측면또한이번연구를시작하게된계기로작용하였다. 미국, 프랑스등대부분의국가들도우리나라와유사한외부피폭방사선량평가체계를운영하고있는데, 반면에영국과일본의원전에서는 EPD 를주선량계로사용하고있다. 영국에서는개인선량계가수동형인지능동형인지여부와관계없이기술기준 [1] 에적합할경우주선량계로사용할수있으며, 일본의경우는주선량계의사용에 책임저자 : 임영기, yklim@gachon.ac.kr 인천연수구함박뫼로 191, 가천대학교방사선학과 Table 1. Status of Possession of Personal Dosimeter in Korean NPPs (2015). Dosimeter Model Nuclear power plants Legal dosimeter Secondary dosimeter Harshaw Panasonic Thermo (EPD-G) Fuji (NRF30) MGP (DMC2000S, DMC2000XB) Kori 1-4, Shin-kori 1-2, Hanbit 5-6, Hanul 1-6, Wolseong 3-4, Shin-wolsong 1-2 Shin-kori 3-4, Hanbit 1-4, Hanul 5-6, Wolseong 1-2 Kori 1-4, Shin-kori 1-2, Wolseong 3-4, Shin-wolsong 1-2 Hanbit 3-4 Shin-kori 3-4, Hanbit 1-2, Hanbit 5-6, Wolseong 1-4, Hanul 1-6 관한기준이없다. 다만일본방사선영향협회 (Radiation Effect Association) 에서정한절차 ( 線量登錄管理制度, http://www.rea.or.jp/chutou/chutouindex-new.htm) 를이행하기위하여원전방사선작업종사자들은각기간별 ( 일일, 분기, 연간, 5 년간 ) 선량평가를위한선량계와과피폭을방지하기위한경보기능의선량계를착용해야한다. 일본원자력주식회사 (Japan Atomic Power Company) 는다중선량계착용의문제점을개선하기위한연구를수행하였으며, 그결과 (Fig. 1) (www.irpa.net/irpa10/cdrom/00455.pdf) 에근거하여 2000 년부터 EPD 를주선량계로사용하기시작하였고, 현재는동경전력등에 http://dx.doi.org/10.14407/jrp.2015.40.4.261 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015 261
Fig. 1. Comparison between EPD and film-badge monthly dose (JAPC). Table 2. Summary of EPD Performance Test (IAEA-TECDOC-1564). Type of EPD A B C D E F G H I J K L M Relative intrinsic error photon radiation ( 137 Cs) Photon energy response 33-1500 kev - - - - - - - - 60-1500 kev Angle of incidence (0±60o) Influence of dose rate - Statistical fluctuation for Hp(10) Statistical fluctuation for Hp(0.07) - - - - - - - - - A : AT3509B B : DMC2000XB C : Mk2 D : DMC2000X E : PM1621 F : ED150 G : SAICPD2i H : PM1604A I : AT2503 J : RAD60S K : DMC2000S L : Dosi-card M : NED30 서도 EPD 를주선량계로사용하고있다. 또한 EPD 의성능에대한각국의관심이증대됨에따라 IAEA 에서는 EPD 에대한성능정보를명확하게제공할목적으로 EURADOS 와공동으로 IEC 61526 (International Electrotechnical Commission) 기준에펄스및혼합방사선장을추가하여 EPD 13 종류에대한성능시험을수행하였다 (IAEA-TECDOC-1564) [2,3]. 성능시험결과, 특수목적에사용하기위하여제작된모델은저에너지광자범주등에서성능기준에미달되었지만, 일부모델은모든성능기준을만족하고있다 (Table. 2). 한국수력원자력 중앙연구원에서표준선장에서수행한성능시험또한위와같은유사한결과를보이고있는데, 원전에서사용하고있는 3 개사 6 개모델중 3 개의모델이 70 kev 미만의저에너지광자범주에서합격기준을벗어나고있지만 3 개의모델은성능기준을만족하고있다 ( 한국수력원자력중앙연구원. 외부피폭선량계시험용표준방사선 장구축및시험방법개선. 2014). EPD 오류에관한유럽의관련기관설문조사 (2004 년 ) 에따르면오류의유형은기계적결함, 배터리수명, 기능적오작동, 알람오작동, 데이터신뢰성문제순이었다 (Fig. 2) [4]. 반면에 INPO 에보고된 EPD 오류내용분석결과를살펴보면 2004 년이전에는기능적오류가많았으나 EPD 의기술발전에힘입어 2004 년이후에는기능적오류는감소하고관리측면의오류가증가하는것을확인할수있다 (Table. 3) ( 한국수력원자력 KONIS 원자력기술정보시스템해외정보자료. 2011). 국제기관및국내외에서수행한 EPD 성능검증은표준선장하에서이루어진것이대부분이며, 실제원자력발전소방사선관리구역내에서 EPD 에대한성능을검증한사례는거의없는실정이어서국내원전에도입된 EPD 를포함하여 EPD 의외부피폭방사선량평가성능을분석하고자하였다. 262 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015
Fig. 2. Rating of major problems with EPD use as indicated by users (2004). Table 3. Error Type of EPD by Year (INPO). Year Functional errors * Administrative errors Total 2000 1 0 1 2001 4 1 5 2002 2 0 2 2003 3 0 3 2004 3 0 3 2006 1 0 1 2007 1 1 2 2008 1 3 4 2009 1 2 3 2010 0 2 2 Total 17 9 26 * Power, voltage, battery, alarm, circuit, program errors Access management, read assessment, handling, estimation errors 2. 재료및방법 2.1 피폭방사선량분율 (EPD/TLD) 분석 5 년간 (2007 년 ~2011 년 ) 원전방사선작업종사자피폭방사선량의 EPD/TLD 분율분석에한국수력원자력 ( 주 ) 에서방사선피폭선량관리시스템으로운영중인방사선안전관리 (radiation management, RAM) 시스템을이용하였으며, RAM 시스템에는다양한형태의방사선피폭선량데이터베이스가구축되어있다. TLD 와 EPD 간의성능을효과적으로분석하기위하여주로저선량률작업을수행하는정상운전중집단선량과상대적으로고선량률작업을수행하는계획예방정비기간중집단선량으로구분하여데이터를추출하였다. 아울러, Harshaw 社 TLD 와 Panasonic 社 TLD 의 EPD 와의반응특성을확인하기위하여세부적으로구분하여데이터를추출하였다. 2.2 원전현장성능비교시험첫번째로 A 발전소에서 EPD 와 TLD 의선량선형성비교실험을수행하였으며, 한국표준과학연구원에의뢰하여제작한 water slab phantom 이사용되었다. Phantom 은 ICRP-74 에서권고하고있는폴리메틸메타아크릴 (polymethyl methacrylate, PMMA) 물질로구성되어있으며, 크기는 30 cm 30 cm 15 cm, 두께는앞면 0.3 cm, 기타부분은 1 cm 이고, 내부는증류수로채울수있게제작되었다 (Fig. 3.). Phantom 전면부에 Panasonic 社의 UD-802 TLD 3 개와 Thermo 社의 EPD-Mk2 1 개를부착하여현장에설치하였으며, 100 분, 1125 분, 1595 분경과후 TLD 를각각 1 개씩회수하여판독하였다. 두번째로 B 발전소에서 EPD 간선량선형성비교시험을수행하였으며, water slab phantom 에 MGP 社의 DMC-2000XB 와 DMC-2000S, Fuji 社의 NRF-30, Thermo 社의 EPD-G 와 EPD-Mk2 등종류가다른 5 개의 EPD 를 Fig. 3. Water slab phantom made by KRISS. JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015 263
Fig. 4. Result of TLD and EPD dose 5 years (2007-2011) in Korean whole NPPs. 부착하여 795 분, 1185 분, 1470 분, 2215 분경과할때마다 EPD-Mk2 누적선량을기준선량으로하여 4 종류의 EPD 에대한선량선형성을비교하였다. 2.3 EPD 의기능적오류분석원자력발전소에서보조선량계로사용하는 EPD 는법적규제요건이없기때문에발전소운영절차서에따라자체적으로관리하고있으며, EPD 에대한오류정보또한운영절차서에의거하여관리되고있다. 1 년간 (2011 년도 ) 기계적오류, 베터리방전, 분실및판독오류, 경보오류, 전자기파영향, 오염에의한훼손등기능적오류에대한현장경험자료를입수하여분석하였다. 3. 결과및논의 3.1 TLD 및 EPD 의피폭방사선량분율분석 Fig. 4 는 5 년간 (2007 년 ~ 2011 년 ) 국내원전의 TLD 및 EPD 선량을비교한결과이다. 정상운전중 EPD 선량이 Harshaw TLD 선량대비 133%, Panasonic TLD 선량대비 110% 로, 비교적큰차이를보이고있다. 정상운전중에는대부분의작업을저선량률지역에서수행하게되는데, 낮은선량률에서측정성능이 EPD 가 TLD 보다상대적으로우수한것에기인하는것으로판단된다. 계획예방정비기간중에는 EPD 선량이 Harshaw TLD 선량대비 109%, Panasonic TLD 선량대비 104% 로, 상대적으로낮은차이를보이고있다. 특이할점은 Harshaw TLD 가 Panasonic TLD 에비해일관되게높게나타나고있는데, 이는 TLD 별고유의반응특성에따른것이다. 종합적으로 EPD 선량이 TLD 선량대비 109% 높게분석되었으며, 일본 JAPC 의분석결과 (Fig. 1) 와유사한경향성을보이고있다. 3.2 원전현장선량선형성비교시험원전현장에서수행한두가지선량선형성비교실험중가장높은선량률인 0.24~0.28 msv h -1 방사선장에 264 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015
Table 4. Analysis of EPD Failure Cases in Domestic NPPs by the Two Units (2011). Category Results Possession About 1000 Life About 10 years Mechanical failure 2 times - 20 times per year Battery discharge in work 0 times - 10 times per year Fig. 5. Result of dose linearity test for TLD and EPD. Loss dosimeter or read failure Alarm failure Electromagnetic influences Damaged by contamination 0 times - 2 times per year (loss) 0 times - 2 times per year (read failure) 0 times 0 times 0 times - 3 times per year 4. 결론 Fig. 6. Result of dose linearity test for 5 types of EPD. 서는 EPD 와 TLD 간선량선형성이매우양호하게유지되고있음을확인할수있었다 (Fig. 5). 원전에서사용중인모든모델을포함한 EPD 간선량선형성비교시험은 0.1 msv h -1 내외의방사선장에서장시간에걸쳐수행되었다 (Fig. 6). 3 개의 EPD 는양호한선량선형성과기준선량 (EPD-Mk2) 대비 5% 내외의오차범위를보이고있으나, 1 개의 EPD 는선량선형성은양호한반면기준선량대비오차범위가상대적으로크게나타나고있다. 이의원인으로는기준선량을확인할수없는현장여건에서임의적으로 EPD-Mk2 선량을기준으로정한영향인것으로판단된다. 3.3 EPD 의기능적오류분석원전개인선량계의기능적오류에대하여분석한결과는 Table. 4 와같다. EPD 의기계적결함이다소높고, 배터리문제가여전히존재하는것을확인할수있는데, 이는기계적결함, 배터리수명, 기능적오작동, 알람오작동, 데이터신뢰성문제순으로오류의유형을보인유럽의관련기관설문조사 (Fig. 2) 와유사한경향을보인다. 다만, 현재원전에서 EPD 를보조선량계로사용하고있어 TLD 가 EPD 보다더욱세심하게관리되고있다는점과기능적오류는감소하고관리측면의오류가증가하고있다는 INPO 의 EPD 오류경향분석결과 (Table. 3) 등을고려할경우오류발생비율이지속적으로줄어들것으로판단된다. EPD 의장점은검출성능의우수성, 실시간피폭관리, 고방사선작업에대한경보기능, 효율적이고간편한피폭방사선량관리등 ALARA 에매우유용한도구로사용할수있다는것이다. 이러한장점때문에영국과일본은물론 IAEA 와같은국제기구또한 EPD 에대한관심도가높으며, 이번연구에서도피폭방사선량측정성능및기능적오류측면에서 EPD 의성능이지속적으로발전하고있음을확인할수있었다. EPD 와 TLD 간피폭방사선량분율을분석하기위해수행한 5 년간원전작업종사자선량비교결과와원전현장에서수행한성능시험결과, 대부분의 EPD 가 TLD 와유사한성능을보여주고있다. 다만, 현재원전에서보유하고있는모든 EPD 가 DOELAP Algorithm[5] 에서권고하고있는원전현장의최소광자에너지인 280 kev 이상에서성능기준을만족하는것으로확인되고있지만, 일부발전소의경우 70 kev 미만의저에너지에서도성능이만족되는 EPD 를확보하여야할것이다. EPD 의기능적오류경향또한지속적으로개선되고있어관리측면의프로세스를강화할경우 TLD 와비교하여 EPD 의성능저해요인으로작용하지는않을것으로판단된다. 이번연구는원전현장에서 EPD 의기능적성능검증에국한하여수행되었으므로앞으로도다양한형태의후속연구가필요하다. 후속연구를통하여향후 EPD 의성능검증및검 교정, 피폭방사선량평가프로세스등성능을신뢰할수있는체계가확고히마련되고, 기계적결함, 배터리방전등에대비한데이터보존체계의확보와원전전원상실사고등비상시선량평가대책을구체적으로강구할경우, EPD 의성능또한 TLD 의성능기준을만족하게될것으로판단된다. 감사의글이연구는한국수력원자력 ( 주 ) 에서원전종사자피폭방사선량평가기술선진화방안연구의일환으로수행되었습니다. 원전현장실험에많은도움을주신고리, 한빛, JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015 265
한울, 월성원자력본부의관계자분들께지면을통해감사의말씀을전합니다. REFERENCES 1. Health and Safety Executive. The ionising radiations regulations 1999. Health and Safety Executive IRR99. 1999. 2. International Electrotechnical Commission. Radiation protection instrumentation-measurement of personal dose equivalents Hp(10) and Hp(0.07) for X, gamma, neutron and beta radiations-direct reading personal dose equivalent meters and monitors. International Eletrotechnical Commission IEC 61526. 2005. 3. IAEA. Intercomparison of personal dose equivalent measurements by active personal dosimeters. International Atomic Energy Agency IAEA- TECDOC-1564. 2007. 4. Bolognese-Milsztajn T, Ginjaume M, Luszik-Bhadra M, Vanhavere F, Wahl W, Weeks A. Active personal dosemeters for individual monitoring and other new development. Radiat prot dosim. 2004; 112(1):141-168. 5. U.S. Department of Energy. Standard for the performance testing of dosimetry system(doelab). U.S. Department of Energy DOE/EH-0027. 1986. Performance Analysis of Electronic Personal Dosimeter(EPD) for External Radiation Dosimetry Byoung-Il Lee *, Taejin Kim *, and Young-Khi Lim * Radiation Health Research Institute-Korea Hydro & Nuclear Power, Dept. of Radiological Science, Gachon University Abstract - As performance of electronic personal dosimeter (EPD) used for auxiliary personal dosimeter in nuclear power plants (NPPs) has been being continuously improved, we investigated application cases in Korea and other countries and also tested it in NPPs to assess the performance of EPD for external radiation dosimetry. Result of performance tests done in domestic NPPs was similar to those obtained by IAEA in cooperation with EURADOS (IAEA-TECDOC-1564). In addition, EPD/TLD dose ratio has shown similar tendency of EPD/Film-badge dose ratio from the research by the Japan Atomic Power Company (JAPC) and EPD provided more conservative value than TLD or Film-badge. Although some EPD s failures have been discussed, EPD has shown continuous improvement according to the report of Institute of Nuclear Power Operation (INPO) and data from domestic NPPs. In conclusion, It is considered that the general performance of EPD is adequate for external radiation dosimetry compared with that of TLD, providing appropriate performance checking procedure and alternative measures for functional failure. Keywords : EPD, TLD, Active dosimeter, Passive dosimeter, Nuclear power plant 266 JOURNAL OF RADIATION PROTECTION AND RESEARCH, VOL.40 NO.4 DECEMBER 2015