1.서론

중·저준위 방사성폐기물 처분시설(이하 환경관리센 터)의 운영에 따라, 한국원자력환경공단(이하 공단)은 대전 한국원자력연구원 내 방사성동위원소(RI: Radioactive Isotopes) 폐기시설에서 임시보관 중인 RI 방사성폐기물을 단 계적으로 환경관리센터로 운반할 계획을 수립하였다. 이에 따라 국내 최초로 2015년 10월에 200 L 드럼 400개 분량의 개봉선원 잡고체 방사성동위원소폐기물을 육상 경로를 통 하여 처분시설로 운반하였다. 본 논문에서는 방사성폐기물 의 육상운반이 야기하는 방사선적 영향을 평가하기 위하여 폐기물의 육상운반에 따른 작업자 및 운반차량 주변의 일반 인의 예상피폭선량을 예측하고, 그 결과를 국내 법적기준치 와 비교하였다.

본 논문에서는 정상 운반조건과 육상운반 시 발생할 수 있는 사고조건 중 방사선영향이 가장 클 것으로 예상되는 사 고인 운반차량의 충돌에 의한 방사성폐기물 드럼이 손상되 어 방사성핵종이 대기로 방출되는 경우를 설정하였으며, 사 고 주변의 사람들의 피폭선량을 RADTRAN 전산프로그램[1] 을 사용하여 계산하였다[2]. RADTRAN 전산프로그램은 방 사성물질 운반 중 방사선적 위험도를 계산하는 프로그램으 로 미국의 SNL(Sandia National Laboratories)에서 개발되었 다. 개발 초기에는 항공기를 포함한 운반수단에 의한 방사성 물질의 이동에 대한 방사선영향평가를 수행하기 위한 계산 도구로 사용되었으나, 개선을 통하여 현재는 다양한 이동모 델, 경로, 운반시나리오에 따라 자체적으로 안전성평가를 수 행할 수 있는 전산프로그램으로 사용되고 있다. RADTRAN 전산프로그램은 미국에서 방사성물질의 운반 인허가 시 평 가프로그램으로 활용되고 있다.

육상운반사고 시 방사성폐기물 드럼의 손상 부위에서 방 출되는 방사성핵종의 방출률과 운반차량의 드럼 상하차 작 업 시 작업자와 드럼 간 거리 변화에 따른 피폭선량 민감도 분석을 수행하였다.

2.운반대상 방사성폐기물과 운반방법

2014년 말 기준, 병원, 산업체 등에서 발생한 RI 방사성폐 기물은 200L 드럼을 기준으로 개봉선원이 2,910 드럼, 밀봉선 원이 296 드럼으로 총 3,207 드럼을 저장 중이다. 공단의 RI 방사성폐기물 저장현황은 Table 1과 Table 2에 나타내었다.

RI 잡고체폐기물의 육상운반을 위하여 ISO-1496 규격의 용기를 사용하며, 운반용기 제원은 Table 3에 나타내었다. 운반용기 내에는 50개의 드럼이 적재되며 운반용기 내 팔레 트(Palette)로 드럼을 1차 고정 후 팔레트를 고정하는 방식으 로 운반용기 내에서 드럼의 이동 및 충격을 최소화한다. 운 반차량 제원과 운반용기 내 RI 방사성폐기물 드럼의 배치를 Table 4 및 Fig. 1에 제시하였다.

운반차량 1대 당 운반용기 1개가 적재되며, 1회 운반 시 4대의 운반차량이 운행되어 1회당 200드럼씩 총 2회의 운 반이 이루어진다. 운반차량 1대 당 방사성폐기물의 주요 핵 종별 방사능량은 공단에서 분석한 운반대상 드럼별 핵종 방사능량 중 상위 50개 드럼에 해당하는 방사능량을 드럼당 평균 방사능량을 사용하였다. 본 논문에서 선원항으로 사용 한 주요핵종별 방사능량은 Table 5에 제시하였다.

3.운반경로 설정

RI 방사성폐기물을 환경관리센터로 운반하는 육상운반 경로는 고속도로와 일반국도로 이루어진다. 운반경로의 설 정에는 운반시간을 최소화하여 피폭가능시간과 운반사고 발 생확률을 최소화하는 것을 고려하였다.

육상운반경로는 RI 폐기시설에서 가장 가까운 호남고속 도로 북대전요금소에서 경주 환경관리센터까지 약 250 km 의 거리로, 운반하는 행정구역의 인구밀도, 운반도로의 통 행량, 운반도로의 형태, 운반도로의 사고발생률 등을 고려 하여 총 7개 운반구간으로 나누었다. 운반경로의 인구밀도 는 사고 시 피폭대상인구를 고려하여 구간 별 최댓값을 적용 하였다. 운반구간 별 평균 인구밀도와 일일평균 차량통행량 은 행정자치부에서 발간한 2013 한국도시통계자료[3]와 통 계청 국가통계포털 제공자료[4]를 각각 적용하였으며 일일 평균 사고발생은 도로교통공단 제공자료[5]를 사용하였다.

일일평균 사고발생률은 단위길이 도로에서 운반차량 1대당 교통사고 발생률을 다음 수식에 따라 도출하였다.

여기서,

Accident Rate_i : 구간 i에서의 사고발생률 [사고건수/ vehicle·km],

Number of Accidents: 구간 i에서의 일일 평균 사고발생수 [사고건수/day],

Number of Vehicles_i : 구간 i에서의 일일 평균 차량통행량 [Vehicles/day], 그리고

Length_i : 구간 i의 길이[km] 를 각각 가리킨다.

운반경로 통과 행정구역의 세부사항, 구간별 길이 및 대표 인구밀도, 사고발생률은 Table 6과 Table 7에 각각 나타내었다.

4.운반 시나리오

본 연구에서는 운반 조건에 따라 정상 및 사고 시나리오 를 각각 도출하였으며, 방사선영향평가에 적용한 시나리오 별 가정사항은 다음과 같다.

4.1.정상운반 시나리오

정상운반 시 모든 운반용기 및 드럼은 손상되지 않으며 고려되는 잠재적 피폭은 감마선에 의한 외부피폭만 고려하 였다. 운반차량 운전자를 위한 차량 내 차폐시설은 고려하지 않으며, 운반차량 탑승자는 차량 당 2명으로 설정하였다. 운 반차량의 이동속도는 고속도로에서는 60 km/hr, 국도에서 는 30 km/hr로 설정하였다. 운반경로의 피폭대상은 운반차 량으로부터 반경 800 m 범위 내 일반인과 운반 작업자로 설 정하였다. 피폭대상 중 일반인에는 운반차량 주변 거주민과 운반차량 인접 차량 탑승자가 포함되었다. 운반차량 주변 거 주민은 운반경로 구간별 최대 인구밀도를 통하여 산출하였 으며, 운반차량 인접 차량 탑승자 수는 구간별 일평균 차량 통행량과 인접차량당 2명의 탑승인원을 통하여 산출하였다.

드럼 상차 시 차량 당 6명의 작업자가 드럼으로부터 0.1 m 거리에서 3.25시간 동안 작업을 수행하며, 하차 시 차량 당 3 명의 작업자가 드럼으로부터 0.1 m 거리에서 1.5시간 동안 작업을 수행한다고 설정하였다.

방사성동위원소폐기물의 운반 중 운반차량 운전자의 휴 식을 위하여 운반 1회당 고속도로에서 30분간 1회 정차한다고 설정하였으며, 정차 시 고속도로 휴게소의 주차장 면적을 고 려하여 수하물과 피폭대상 일반인 간 최소거리는 1 m, 최대 거리는 70 m로 설정하였다. 이때 피폭대상은 운반작업자 및 일반인으로 설정하였으며 운반차량의 차폐기능은 없다고 보 수적으로 가정하였다.

정상운반 시나리오에서 피폭선량을 계산하는 데 사용 되는 외부 방사선량률은 폐기물 드럼 및 운반차량으로부터 1 m 이격지점에서 측정된 값을 사용하였다.

4.2.운반사고 시나리오

운반 중 운반차량의 충돌 및 전복에 의하여 운반용기에 물리적 충격이 가해져 운반차량 내 드럼이 손상되는 경우를 고려하였다. 운반사고는 각 구간에서 운반차량 1대만 발생 하는 것으로 설정하였다.

운반사고 발생 후 드럼 손상에 의한 방사성핵종의 누출 량은 NUREG/CR-4370[6]에서 제시하고 있는 낙하사고 시 드 럼 내 방사성핵종 대기방출율인 운반대상 폐기물 전체 방사 성핵종의 0.1%로 가정하였으며, 누출되는 방사성핵종은 모 두 에어로졸 형태로 설정하였다. 누출되는 방사성핵종 중 기 체상 누출 핵종(³H, ¹⁴C)을 제외한 나머지 핵종의 지면 침적 속도는 RADTRAN 기본값인 0.1 m/s로 설정하였다.

피폭대상은 운반작업자 및 주변 일반인으로 설정하였으 며, 피폭대상의 방사선 피폭은 에어로졸 형태로 방출되는 방 사성물질의 호흡에 의한 내부피폭과 재부유되거나 공기 중 에 떠있거나, 혹은 지면에 침적된 방사성물질로부터 방출되 는 방사선에 의한 외부피폭을 고려하였다. 운반사고 발생 후 주변의 일반인의 대피시간은 사고발생 후 24시간으로 설정 하였다.

운반사고 시 기상조건은 중립 조건인 Pasquill Category D 구간으로 설정하였다.

5.운반안전성 평가결과

정상운반 및 운반사고 발생 시 일반인, 방사선작업종 사자(상·하차 및 운반작업자)에게 발생되는 집단피폭선 량을 RADTRAN 전산프로그램을 이용하여 계산하였다. 또 한 계산된 집단피폭선량과 경로 주변 및 정차지 주변의 예상인구수를 바탕으로 하여 개인피폭선량을 산출하고 이를 법적기준치와 비교하였다.

방사성폐기물의 정상운반 및 상하차 시 피폭대상 별 피폭선량 평가결과를 Table 8에 나타내었다. 운반차량 운 전자의 400드럼 전량 운반(2회 운반) 시 개인피폭선량은 7.72×10^-3 mSv, 일반대중의 개인피폭선량은 6.36×10^-5 mSv, 상·하차 작업자의 개인피폭선량은 1.63×10^-1 mSv이다. 이는 각각의 법적기준치와 비교하면 각각 0.06%, 0.006%, 1.36% 수준으로 정상운반 시 피폭대상자인 운반차량 운전 자, 일반인 및 상·하차 작업자의 연간 개인피폭선량은 모두 선량한도 이내에 있음을 확인할 수 있다.

방사성폐기물의 운반사고 시 드럼에서 누출된 방사성물질 의 거동에 따라 시나리오 별 예상피폭선량을 예측하였다. 각 구간 별 사고발생률이 고려된 구간 별 피폭선량을 Table 9에 나타내었다. 본 결과는 충돌에 의한 방사성물질의 누출을 고 려한 것이며, 인구수를 고려한 각 구간 별 개인피폭선량은 9.85×10^-18 ~ 7.31×10^-16 mSv로 일반인의 선량한도인 연간 1 mSv 값과 비교하면 매우 낮은 값임을 확인할 수 있다.

한편, 각 구간 별 사고발생률이 고려되지 않은 구간 별 피 폭선량을 Table 10에 나타내었다. 인구수를 고려한 각 구간 별 개인피폭선량은 1.17×10^-8 ~ 4.17×10^-8 mSv로 예측되었 으며 일반인의 선량한도인 연간 1 mSv 값과 비교하면 매우 낮은 값임을 확인할 수 있다.

운반사고조건에서의 방사성핵종 누출율과 상하차 작업 자-드럼 간 거리의 변화에 따른 피폭선량률의 민감도를 분석 하였다. 사고발생률 배제 시 트럭 1대 당 누출율에 따른 개인 피폭선량 민감도는 Fig. 2에 나타낸 바와 같다. 운반대상 핵 종재고량 전체에 해당하는 누출율 100% 일 때 5번째 구간에 서 개인선량률은 최대 4.17×10^-5 mSv/yr를 나타내었으나 일 반인 선량한도인 연간 1 mSv 값과 비교하면 낮은 값임을 확 인할 수 있다.

드럼의 운반차량 상하차 작업 시 작업자와 드럼 사이의 거리에 따른 피폭선량 변화를 분석하였다. 평가에 적용된 입력데이터 중 작업자와 드럼 사이의 거리를 기존 평가의 10 cm와 25, 50, 100, 150, 200 cm 로 설정하여, 각각의 거리 에 대한 400드럼 전체 작업 시 작업자 피폭선량을 예측하고 Table 11에 나타내었다.

작업자-드럼 간 거리가 100 cm까지 늘어날 경우, 거리 와 개인피폭선량은 반비례함을 확인할 수 있었으며, 200 cm 이상의 거리에서의 개인피폭선량의 관계는 거리의 제곱에 반비례함을 확인할 수 있었다. 이는 본 평가에서 사용한 RADTRAN 전산프로그램의 특성에 기인한다. 드럼 내 방 사성폐기물 선원이 선선원(Line Source)으로 반영되어 드 럼 길이가 반영되지만, 일정 거리 이상에서는 선원의 길이에 비하여 거리가 멀어지면 선원이 점선원(Point Source)으로 전환되어 계산되기 때문이다.

계산 결과 가장 빈번하게 작업이 이루어질 것으로 예상 되는 작업자-드럼 간 거리인 50 cm에서의 개인피폭선량은 3.26×10^-2 mSv로 본 평가 결과로 제시된 10 cm에서의 선량 인 1.63×10^-1 mSv의 20% 수준으로 확인되었다.

6.결론

본 연구에서는 고속도로와 국도를 이용한 국내 방사성 동위원소폐기물의 육상운반경로에 대한 방사선영향평가를 수행하였다. 운반대상 전체 방사성동위원소폐기물을 예정 된 운반경로를 통해 정상적으로 운반하였을 경우, 운반차량 운전자의 개인피폭선량은 7.72×10^-3 mSv, 일반대중의 연간 개인피폭선량은 6.36×10^-5 mSv, 상·하차작업자의 개인피 폭선량은 1.63×10^-1 mSv로, 일반인 및 작업장에 대한 법적 기준치 대비 0.06%, 0.006%, 1.36% 수준의 값이며, 운반차 량 사고에 의한 개인피폭선량은 일반인의 선량한도인 연간 1 mSv 값에 크게 못 미치는 것으로 평가되었다.

또한, 운반사고시나리오에 적용된 방사성물질 누출물 변 화에 따른 피폭선량 민감도 분석에서는 운반대상 폐기물 내 방사성물질 누출율이 100%일 경우에 개인피폭선량률은 일 반인 연간피폭선량인 1 mSv에 비하여 매우 미미한 값으로 예측되었다. 또한 상하차 작업자-드럼 간 거리의 변화에 따 른 피폭선량 민감도 분석 결과 50 cm 거리에서의 피폭선량 은 10 cm 지점에서의 선량의 20% 수준으로 확인되었다.

본 연구 결과에 따르면 일반인 및 작업자에 대한 방사선 영향은 국내 법적제한치에 비해 매우 낮은 것으로 나타났지 만, 추후 본 연구에 적용한 폐기물의 준위 이상의 방사성폐 기물을 운반할 경우, 운반 작업자와 경로상의 일반인에 대 한 방사선차폐 설비 등을 고려한 연구가 추가로 수행되어 야 할 것이다.