원전종사자 피폭방사선장 분석과 말단 평가 KINS 방사선안전심포지엄 발표자료(2009.09.01, 서울 교육문화회관) 2009. 09. 01 한전전력연구원 원자력발전연구소 책임연구원 김희근 Korea Electric Power Research Institute 발표순서 1. 피폭방사 평가 2. 말단 평가 기술기준 3. 말단계 설계/제작 특성 및 팬텀 4. 고피폭접촉 방사선장 분석 및 평가 5. 결론 Korea Electric Power Research Institute 2
피폭방사 평가 (1) 피폭방사 평가: 방사선작업종사자나 일반인이 받는 피폭방사을 계측장비 (예, 개인계) 등을 이용하여 측정/평가하거나, 방사선원으로부터 인간까지 피폭경로 (Exposure pathway) 등을 고려하여 피폭방사을 계산하여 산출하는 것 Source 개인중심 평가(주로 종사자) 선원중심 평가(주로 일반인) Korea Electric Power Research Institute 3 피폭방사 평가 (2) 광자(γ, χ) 피폭방사 평가 외부피폭평가 베타선(β) 중성자선(n) 내부피폭평가 생물학적 평가 광자(γ, χ) 직접법 (In-vivo counting) 알파선(α), 베타선(β) 간접법 (In-vitro counting) Korea Electric Power Research Institute 4
피폭방사 평가 (3) 외부피폭 평가: TLD 패용 방사선/TLD상호작용 방사선반응도 계산(알고리즘) 심부(H P ) 유효(E) Source TLD 가열 방사 측정/평가 소자 1 소자 2 소자 3 소자 4 Current 인체등가물질 조직 1cm 또는 0.07mm 깊이에 해당되는 필터를 TLD 전면에 설치하여 입사방사선의 에너지를 찾아내고 여기에 해당되는 환산계수를 곱하여 산출[심부 유효 또는 표층] Korea Electric Power Research Institute 5 피폭방사 평가 (4) 외부피폭 평가/Harshaw TLD/Model 6600 Korea Electric Power Research Institute 6
피폭방사 평가 (5) 피폭방사(Personal dose): 방사선피폭평가에서 사용되는 범용의 피폭 평가의 단위(원자력법 제 2조) 방사선방호 등에 관한 기준(고시 제 2008-31호) : 조사, 흡수, 등가, 유효, 집단, 예탁 등 원자력이용시설 주변의 방사선환경조사 및 방사선환경 영향 평가에 관한 규정(고시 제 2008-28호) : 유효 개인 피폭방사의 평가 및 관리에 관한 규정(고시 제 2008-50호) : 사업자 추정 판독업무 등록기준 및 검사에 관한 규정(고시 제2008-48호): 심부(Deep dose) 및 표층(Shallow dose) 내부피폭 방사의 측정 및 산출에 관한 규정(고시 제 2008-51호) : 예탁유효(CED: Committed Effective Dose) Korea Electric Power Research Institute 7 피폭방사 평가 (6) 말단평가에 관한 국내 법령 기준 손과 발에 대한 등가(=말단) 평가 국내 원자력법에서 손과 발에 대한 등가 한도를 유효 한도와 구분하여 규정하고 있음 원자력법 제2조 5항(한도) : 500mSv/년 말단의(손발에 대한 등가 측정 및 평가) 평가에 관한 구체적인 기술기준이나 지침은 없음 손과 발에 대한 등가에 대한 법적 보고 규정 없음 외국은 말단 측정/평가에 관한 기준을 마련하였거나 준비 중에 있음(예, ANSI N13.32-1995, ANSI13.32-2006 등) 그러나 ANSI N13.32 기준이 방사선방호 법령 등에는 미반영 Korea Electric Power Research Institute 8
피폭방사 평가 (7) 한도(원자력법 시행령 제2조 5호) Korea Electric Power Research Institute 9 피폭 방사평가 (8) 국내원전의 개인 평가현황 심부은 적절한 기술기준을 적용하여 신뢰성있게 평가 전신 TLD 알고리즘 이용과 주기적인 성능시험으로 품질 확보 심부의 측정과 평가: 많은 경험과 체계화된 기술 적용 불균일 방사선장: Two-dosimeter 알고리즘의 적용 전자식 개인계의 착용으로 TLD 평가결과의 상호 보완 원전의 고피폭접촉 방사선장 분석(+말단 시범평가) ETLD는 1개 소자로 입사방사선장 에너지 Unfolding 불가능 정확한 평가를 위해 고피폭접촉작업 방사선장 특성조사 필요 방사선 종류와 에너지를 알아야 환산계수를 알 수 있다. 참고: HPGe와 휴대용 계측기를 이용한 원전 방사선장 측정과 S/G 수실 방사성오염도 측정, Hot particle 특성평가 일부 수행 Korea Electric Power Research Institute 10
말단 평가 기술기준 (1) 미국 기술현황 분석 미국 ANSI N13.32-1995 기술기준 제정: An American National Standard-Performance Testing of Extremity Dosimeters ANSI N13.32-2006 개정 미연방법(10CFR20)에는 미반영 ISO 기준 ISO 12794 기준제정: Individual TLD for extremities and eyes 기타 교정 및 평가에 관한 다양한 기술기준 제시 국내 기술기준 현황 분석 판독업무 등록기준 및 검사기준 제정(1996년); 고시 2008-48호 KINS 중장기과제 수행: 말단계 기술기준 현황분석 및 기준 제정을 위한 사전조사 ANSI N13.32-1995의 벤치마킹 및 반응도 시험분석 등 Korea Electric Power Research Institute 11 말단 평가 기술기준 (2) 방사선시험 범주(ANSI N13.32-1995) 1995) Korea Electric Power Research Institute 12
말단 평가 기술기준 (3) 방사선장별 환산계수 (ANSI N13.32-1995) 1995) Korea Electric Power Research Institute 13 말단 평가 기술기준 (4) 손목/발목 Phantom 외형: 고체, 정원 실린더형(Solid, Right-circular cylinder) 구조: 내경 지름 60mm, 외경지름 73mm, 길이 300mm 이상, 지름 60mm, 길이 300mm 이상 뼈등가물질(통상 알루미늄)을 삽입하도록 제작 재질: PMMA(Poly Methyl MethAcrylate 손가락 Phantom 외형: 고체, 정원 실린더형(Solid, Right-circular cylinder) 구조: 지름 60mm, 길이 300mm 이상 재질: PMMA(Poly Methyl MethAcrylate) Korea Electric Power Research Institute 14
말단 평가 기술기준 (5) Korea Electric Power Research Institute 15 말단 평가 기술기준 (6) PMMA Finger Phantom 제작 기준: ISO 4037-3 외형: 원형막대 팬텀, 직경 19mm, 길이 300mm 재질: PMMA(수소 8.1%, 탄소 60%, 산소 31.9%) Korea Electric Power Research Institute 16
말단 평가 기술기준 (7) PMMA Wrist Phantom 제작 기준: ISO 4037-3 외형: 원형 기둥 팬텀, 직경 73mm, 길이 300mm, 두께 2.5mm 재질: PMMA(수소 8.1%, 탄소 60%, 산소 31.9%) Korea Electric Power Research Institute 17 말단 평가 기술기준 (8) 방사선 조사조건 방사선원에 수직한 팬텀 표면에 부착 다수의 계 조사에는 상호간섭 영향이 작아야함 팬텀 앞면 중심부 위치( 최대유효면적 이내에 위치, 5% 이내) 조사의 선택 log H = log(h) L + p[log(h) U + log(h) L ] 여기에 p는 0과 1사이의 Random number 성능시험 결과의 판정: lbl + S L B = 편중, S = 표준편차, L = 허용준위 L은 사고에 대해서 0.3, 그 외의 시험범주는 0.5 성능검사의 주기: 대략 3 4년 주기 Korea Electric Power Research Institute 18
말단계 설계 및 제작 특성 (1) Harshaw DXTRAD(반지형) 말단계 Korea Electric Power Research Institute 19 말단계 설계 및 제작 특성 (2) Harshaw DXTRAD(반지형) 말단계의 Specifications Ringlet Filter (Cap) DXT-100 LiF:Mg,Ti/pellet Material TLD-100 Plastic Thickness 0.38mm 42mg/cm 2 DXT-700 LiF:Mg,Ti/pellet Material TLD-700 Plastic Thickness 0.38mm 42mg/cm 2 DXT-107H LiF:Mg,Cu,P/powder Material TLD-100H Plastic/Al Thickness 7mg/cm 2 5mg/cm 2 DXT-707H LiF:Mg,Cu,P/powder Material TLD-700H Plastic/Al Thickness 7mg/cm 2 5mg/cm 2 Korea Electric Power Research Institute 20
말단계 설계 및 제작 특성 (3) Harshaw EXTRAD(밴드형) 말단계와 Chipstrate Korea Electric Power Research Institute 21 말단계 설계 및 제작 특성 (4) Harshaw EXTRAD(밴드형) 말단계의 Specifications Chipstrate Filter (Pouch) One-chipstrate XD-100 XD-720 XD-740 Material TLD-100 Plastic Thickness 0.38mm 6.6mg/cm 2 Material TLD-700 Plastic Thickness 0.09mm 6.6mg/cm 2 Material TLD-700 Plastic Thickness 0.15mm 6.6mg/cm 2 Korea Electric Power Research Institute 22
말단계 설계 및 제작 특성 (5) Panasonic 말단계 외관과 구조 Korea Electric Power Research Institute 23 말단계 설계 및 제작 특성 (6) Panasonic 말단계 Card Holder 사진과 외관 Korea Electric Power Research Institute 24
말단계 설계 및 제작 특성 (7) Panasonic 말단계 재질과 구조(UD-802 Element 1과동일) Korea Electric Power Research Institute 25 말단계 설계 및 제작 특성 (8) 말단계의 소자보정인자 산출 400 100 ECC Percent 300 75 Number of Elements 200 50 Percent 100 25 0 Upper Lim its 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Low er Lim its 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 ECC Range 0 Korea Electric Power Research Institute 26
말단계 설계 및 제작 특성 (10) 말단계의 표준방사선장에 대한 반응도 산출 Korea Electric Power Research Institute 27 입사방사선장 분석 및 말단평가 (1) 원전 고피폭접촉 방사선작업(예, S/G 수실, 가압기 등) 증기발생기 수실내 작업 증기발생기 수실의 크기와 구성 가압기내 작업 Korea Electric Power Research Institute 28
입사방사선장 분석 및 말단평가 (2) 말단계 현장시험: 방사선장분석+말단 시범평가 복수계 패용 (4 Elements TLD) : 가슴 + 등 피폭방사 관리절차에(고피폭 예상 방사선장; 1mSv/hr, 30% Dose gradient, 2mSv 이상 피폭 ) 따른 복수계 패용 추가 계 패용 (4 Elements TLD) : 손목 방사성물질과 접촉하는 손가락이 받는 입사 방사선장을 측정 하기 위해 손목부위에 4 Element TLD 분석 말단계 패용 (1 Element TLD) : 손가락 고피폭 접촉작업에서 손이 받는 등기(말단) 측정 Korea Electric Power Research Institute 29 입사방사선장 분석 및 말단평가 (3) TLD 4개 소자의 판독 값을 근거로 입사방사선장 간접 확인 Korea Electric Power Research Institute 30
입사방사선장 분석 및 말단평가 (4) 울진원전 SG 정비작업자 현장 적용시험(1) 성명 A B C D E F 구분 복수계 (msv) TLD Card ID 심부 유효 ADR (msv) 가슴 21958 0.64 0.63 0.79 등 21609 0.88 0.95 가슴 20516 1.65 1.68 2.12 등 22953 2.42 2.55 가슴 19317 0.84 0.82 1.03 등 20394 1.14 1.16 가슴 20733 1.07 1.01 1.26 등 20362 1.35 1.40 가슴 18510 0.97 0.93 1.20 등 19676 1.33 1.41 가슴 22472 0.88 0.90 1.07 등 21401 1.17 1.23 손목착용 계(mSv) TLD Card ID 심부 말단계 판독값 BKG Chip ID (gu) (gu) 21262 0.89 1961 94.62 4.83 판독량 (gu) 피폭 (msv) 89.79 1.31 19749 2.19 2075 200.01 200.01 2.92 18658 1.17 1995 97.98 97.98 1.43 21063 1.41 2287 121.66 121.66 1.77 22488 1.36 2209 137.47 137.47 2.00 20732 1.11 2272 114.18 114.18 1.66 1. 작업: 울진 4호기 증기발생기 정비작업, 2. 작업일자: 2009.02.17, 3. 판독일자: 2009.02.19, 4. 작업조건: 손목계 착용, 판독기 교정인자(RCF) 적용, 말단계 소자보정인자(ECC) 우수 ETLD 채택, 알고리즘 교정인자 (Cs-137 Relative Response, 68.6 gu/msv) 적용 Korea Electric Power Research Institute 31 입사방사선장 분석 및 말단평가 (5) 울진 현장 적용시험(1): 손목착용 계 Raw Data [gu] 성명 Card ID zone 1 zone 2 zone 3 zone 4 A 21262 103.0 102.6 100.6 98.0 B 19749 251.6 246.2 243.7 236.5 C 18658 131.7 134.0 132.9 128.8 D 21063 164.0 159.8 160.7 156.2 E 22488 154.9 154.3 148.8 144.2 F 20732 128.2 126.3 123.3 122.3 TLD 평가 알고리즘 적용: 심부 = 표층 Korea Electric Power Research Institute 32
입사방사선장 분석 및 말단평가 (6) 울진원전 SG 정비작업자 현장 적용시험 (2) 성명 G H I J K L 구분 복수계 (msv) TLD Card ID 심부 유효 ADR (msv) 가슴 20746 1.58 1.79 1.89 등 19785 2.05 2.37 가슴 21993 1.80 2.04 2.13 등 21120 2.28 2.70 가슴 18610 0.94 1.07 1.19 등 22615 1.35 1.58 가슴 19901 0.78 0.85 0.95 등 22882 1.05 1.20 가슴 19591 2.40 2.51 2.83 등 20140 3.01 3.34 가슴 21781 0.47 0.52 0.53 등 18749 0.55 0.64 손목착용 계(mSv) TLD Card ID 심부 판독값 Chip ID (gu) 18651 2.17 1965 234.90 말단계 BKG (gu) 판독량 (gu) 피폭 (msv) 227.24 3.31 22485 2.46 1870 218.20 218.20 3.18 21791 1.21 2111 126.80 126.80 1.85 7.66 19211 1.00 1982 107.30 107.30 1.56 23046 2.72 1930 275.80 275.80 4.02 22101 0.69 2081 82.72 82.72 1.21 1. 작업: 울진 4호기 증기발생기 정비작업, 2. 작업일자: 2009.02.19, 3. 판독일자: 2009.02.24, 4. 작업조건: 손목계 착용, 판독기 교정인자(RCF) 적용, 말단계 소자보정인자(ECC) 우수 ETLD 채택, 알고리즘 교정인자 (Cs-137 Relative Response, 68.6 gu/msv) 적용 Korea Electric Power Research Institute 33 입사방사선장 분석 및 말단평가 (7) 울진원전 현장 시험(2): 손목착용 계 Raw Data [gu] 성명 Card ID zone 1 zone 2 zone 3 zone 4 G 18651 253.2 243.6 256.5 259.0 H 22485 284.1 275.6 277.0 278.8 I 21791 146.6 137.3 148.6 150.6 J 19211 119.9 113.8 119.5 121.2 K 23046 313.5 303.8 308.6 320.2 L 22101 76.6 71.8 79.7 82.3 TLD 평가 알고리즘 적용: 심부 = 표층 Korea Electric Power Research Institute 34
입사방사선장 분석 및 말단평가 (8) 월성원전 현장시험 (1): 압력관피더 제거작업(2009.7작업 실시) 성명 A B C D E F 구분 복수계 (msv) TLD Card ID 심부 유효 ADR 손목계(mSv) TLD Card ID 심부 Card ID 말단계(mSv) 판독값 (msv) 가슴 0111623 0.83 0.83 0.82 3013660 0.86 08303 1.37 등 0110492 0.73 0.82 BKG (msv) ECF 말단 (msv) 0.997 0.87 가슴 2001774 0.60 0.75 0.63 0111497 0.87 08380 1.57 1.028 1.03 등 0110555 0.60 0.67 가슴 0134593 0.41 0.45 30개 0.42 0110243 0.49 08257 1.14 1.098 0.58 등 0110618 0.39 0.33 TLD 평균값 가슴 2001760 0.31 0.32 0.51 0.30 0312911 0.45 08306 0.95 0.979 0.45 등 0314927 0.25 0.29 msv 가슴 2001771 0.44 0.62 0.43 0110950 0.73 08243 1.27 0.987 0.77 등 0314779 0.38 0.41 가슴 2001104 0.69 0.79 0.60 2001594 0.72 08404 1.22 0.949 0.75 등 0314508 0.45 0.47 Korea Electric Power Research Institute 35 입사방사선장 분석 및 말단평가 (9) 월성원전 현장시험(1) : 손목계 Raw Data 성명 구분 TLD ID A B C D E F Zone 1 (mr * ) Zone 2 (mr * ) Zone 3 (mr * ) Zone 4 (mr * ) 심부 (msv) 표층 (msv) 가슴 0111623 0.92 0.82 0.81 0.88 0.83 0.83 등 0110492 0.80 0.78 0.70 0.72 0.73 0.73 손목 3013660 0.96 0.92 0.82 0.84 0.86 0.86 가슴 2001774 0.61 0.77 0.53 0.56 0.60 0.60 등 0110555 0.67 0.67 0.57 0.58 0.60 0.60 손목 0111497 0.95 0.87 0.86 0.89 0.87 0.87 가슴 0134593 0.44 0.42 0.41 0.42 0.41 0.41 등 0110618 0.42 0.42 0.40 0.39 0.39 0.39 손목 0110243 0.55 0.56 0.47 0.46 0.49 0.49 가슴 2001760 0.26 0.42 0.28 0.33 0.31 0.31 등 0314927 0.28 0.27 0.24 0.25 0.25 0.25 손목 0312911 0.51 0.48 0.44 0.44 0.45 0.45 가슴 2001771 0.44 0.56 0.39 0.40 0.44 0.44 등 0314779 0.42 0.44 0.36 0.35 0.38 0.38 손목 0110950 0.83 0.73 0.73 0.72 0.73 0.73 가슴 2001104 0.82 0.75 0.63 0.67 0.69 0.69 등 0314508 0.50 0.48 0.44 0.45 0.45 0.45 손목 2001594 0.74 0.88 0.65 0.70 0.72 0.72 Korea Electric Power Research Institute 36
입사방사선장 분석 및 말단평가 (9) 분포: 최소값 < 유효 < 최대값 < 손목 < 말단 복수계 현장시험/적용 결과와 동일 또는 유사한 경향 TLD 및ADR 판독결과상호일치: TLD 1.2 ADR 입사방사선장: 고에너지 광자 (복수계 & 손목계) 4개 소자 판독값 : A 1 A 2 A 3 A 4 Deep dose = Shallow dose 말단 2 유효 1.5 손목 종사자 말단은 베타선장 또는 Low energy photon에 의한 표층이 거의 없다. Korea Electric Power Research Institute 37 결론론 국내 원전에서는 방사선작업종사자 피폭방사 평가의 신뢰성 확보[심부]: 고시 제2008-48호 적용 중 말단 평가는 법적 기준은 아니나, 시범적 차원에서 입사 방사선장의 분석과 말단에 대한 시범 평가 이를 위해 말단 평가 기술기준 분석, 손가락/손목팬 텀 제작, 소자보정인자 및 반응도 산출 시험 등을 수행 복수/손목추가 TLD 이용 고피폭접촉 방사선장 특성분석 고에너지 광자 방사선장(High energy photon field) 고피폭접촉 방사선작업종사자의 말단 시범평가 말단의 등가은 유효의 2배 이내 현재의 절차에 의해 방사이 적절히 평가되고 있으며, 말단의 위험도는 무시할 수준 Korea Electric Power Research Institute 38