라돈은 일반적으로 가장 잘 알려진 천연 방사성핵종 중 하나로서 무향 무색의 불활성기체이며 붕괴과정에서 알파입자를 방출한다. 라돈에 의한 피폭선량은 라돈붕괴에 의해 생성된 라돈자손이 호흡기관 표면에 침착되어 방출하는 알파선에 기인한다. 따라서, 피폭선량에 주로 기인하는 것은 라돈 자신이 아니라 그의 단 반감기 라돈자손들이다. 이처럼 라돈은 잘 알려진 폐암 유발원으로서 고농도의 라돈에 장기간 노출되는 경우 폐암을 유발할 수 있다. UNSCEAR 보고서(1993)는 자연 환경중에서 인간이 받는 연간 총 피폭선량인 2.4 mSv중 약 50%에 해당하는 1.15 mSv가 라돈과 그 자손에 의한 것이며 대부분 옥내에서의 호흡에 의해 비롯된다고 평가하고 있다. (중략)
국내 12개 지역의 340여 실내에서 측정한 라돈농도로부터 단순한 수학적 폐선량 평가모형을 이용하여 주민의 실효선량당량을 평가하였다. 수동적 시간적분형 CR-39 라돈컵으로 1990년 4월부터 10월까지 $3{\sim}4$개월 동안 측정 한 실내의 라돈농도는 지역별로 $33.82{\sim}61.42 Bq/m^3$(평균 : $48.90 Bq/m^3$)의 분포를 보였으며, 이로 인한 라돈자핵종의 평형등가라 돈농도$(EEC_{Rn})$는 라돈과 자핵종간의 평형인자의 값 0.4를 적용했을 때 $13.53{\sim}24.57Bq/m^3$(평균 : $19.55 Bq/m^3$)으로 예상되었다. 국제방사선방어위원회의 폐모형에 근거한 본 연구의 폐선량 평가모형에서 유도된 단위 평형등가라돈농도의 피폭당 실효선량당량환산 인자는 $1.07{\times}10^{-5}\;mSv/Bq\;h\;m^{-3}$으로 국제방사선방어위원회나 국제연합 방사선영향평가 과학위원회(UNSCEAR)에서 권고한 값과 잘 일치하였다. 동 선량환산인자와 CR-39 라돈 컵으로 측정 한 실내 의 평균 평형등가라돈농도를 년간 $0.75 m^3/h$의 호흡율로 호흡한 것으로 가정했을 때, 주민이 받는 년평균 폐선량당량 및 실효선량당량은 갹각 20.90 mSv 및 1.25 mSv인 것으로 평가되었다. 동 피폭선량은 국제연합(UNSCEAR)에서 1988년에 발표한 일반인의 년평균 자연방사선피폭 실효선량당량인 2.40mSv의 거의 50%에 상당하였다.
라돈은 자연방사성원소로 호흡을 통해 인체에 피폭된다. 본 연구에서는 2017년 6월 1일부터 2017년 8월 28일까지 3개월 동안 A대학의 8개 건축물에 대해 실내 라돈농도를 측정하여 비교하였고, 연간 유효선량을 도출하였다. 본 연구에서 A대학의 건축물 Hall G와 Hall F의 라돈농도는 각각 $81Bq/m^3$, $14Bq/m^3$로 나타났으며, 전체 조사 건축물의 평균 실내 라돈농도는 $41.63Bq/m^3$로 나타났다. 대학 내 학습공간과 생활공간에 대한 연간 유효선량 환산치의 평균은 0.40 mSv/y이며 최대 연간 유효선량은 0.78 mSv/y, 최소 연간 유효선량은 0.13 mSv/y로 나타났다. 학교는 학생들이 오랜 시간 머무르는 공간이므로 건축물에 대한 적절한 환기와 관리를 통해 실내라돈 농도를 낮추는 것이 라돈에 대한 자연방사선 피폭을 낮추는 방법이다.
전주시에 소재한 아파트의 큰 방과 작은 방을 대상으로 실내 체적과 측정되는 라돈 농도와의 상관 관계를 분석하였다. 또한 실내의 라돈 농도를 측정하여 실내의 시간별 라돈 농도의 변화를 파악하고 이를 토대로 실내 라돈의 년간 피폭선량을 계산하였다. 본 연구를 위하여 각각 8개의 아파트 큰 방과 작은 방을 대상으로 라돈 농도를 측정하였으며, 큰 방의 평균 체적은 $31.59\;m^3$ 그리고 작은 방의 평균 체적은 $16.82\;m^3$이었다. 큰 방의 평균 라돈 농도는 $71.73\;Bq/m^3$, 작은 방의 평균 라돈 농도는 $108.51\;Bq/m^3$로 측정되어 실내 체적과 실내 라돈 농도는 반비례 관계로 나타났다. 밀폐된 실내 라돈 농도의 주 발생원이 건축자재임을 감안하여 건물 벽의 표면적을 체적으로 나누어 계측해 본 결과 표면적/체적의 비가 클수록 측정되는 실내 라돈 농도가 크게 나타났다. 실내 라돈 농도의 하루 중 시간에 따른 변화를 조사한 결과 오전 $8{\sim}10$시에 일 최고 농도($114.5\;Bq/m^3$)를 보였고, 오후 $2{\sim}4$시에 일 최저농도($67.7\;Bq/m^3$)를 나타냈으며, 하루 중 라돈 농도의 변화는 약 $46.8\;Bq/m^3$이었다. 8개 지점의 실내 라돈의 연간 피폭선량을 계산해 본 결과 0.3에서 2.16 mSv/yr사이로 나타나, 일부 아파트의 피폭선량이 국제방사선영향과학위원회(UNSCEAR)가 제시한 수치인 1.3 mSv/yr를 초과했다.
라돈 및 붕괴생성물의 호흡에 의한 인체 피폭선량의 제어가능성을 찾기 위해 다음과 같은 과정을 거쳤다. 1) 라돈에 관련된 기존모델을 토양 기공모델, 실내붕괴 모델, 폐선량계산모델로 분류해석하고, 2) topology이론에 따라 물리유추개념으로써 회로망으로 전환하여, 라돈환경계통을 정식화, 검증계산을 거쳐, 3) 모의계산으로 선량감도를 분석하여 최적 매개변수의 범위를 모색하였다. 매개변수인 환기율, 침적율, 부착율가 제어범위내 변화될 때, 정식화된 111원 연립방정식의 해를 구하여 선량감도를 분석하였으며, 제어매개변수의 선량감도에 의한 효과를 3차원으로 도식화하였다. 본 연구 수행결과, 제어매개변수 변화에 따른 실내의 $^{222}Rn$ 및 Rn-D의 농도 변화과정은 새롭게 해석할 수 있는 벡터감도단층모형으로, 일부 제어매개변수의 조합변화에 따른 선량감도는 3차원 그래프모형으로 나타낼 수 있었다. 선량감도의 3차원 그래프에서는 실내환경의 대표적 매개변수 값 범위에서 변곡점이 나타났으며, 일반적으로 높은 환기조건$(>1h^{-1})$하에서는 공기정화에 의하여 선량이 전반적으로 증가되나, 불충분한 환기조건$(<0.5h^{-1})$하에서는 공기정화에 의하여, 선량이 40%정도로 감소되는 것으로 나타났다 (* 라돈 및 붕괴생성물은 이하 $^{222}Rn$ 및 Rn-D로 통일한다.)
이중관 형태의 라돈 표준선원을 제작하여 루카스셀의 계수치 (cph)를 라돈농도로 나타내기 위한 환산인자를 측정한 결과 라돈 표준선원을 실온으로 하였을 때는 0.031$\pm$0.001 (pCi/l)/(cph/Cell)였다. 사무실 내에서 라돈과 라돈 자핵종의 농도를 측정한 값은 $^{222}Rn,\;{\rightarrow}^{218}Po\;{\rightarrow}^{214}Pb,\;{\rightarrow}^{214}Bi$ 의 평균 농도가 각각 0.87, 0.53, 0.35, 0.26 pCi/l 였다. 이때 전체 방사평형인자와 WL의 평균 값은 각각 0.40, 3.33${\times}10^{-3}$ 이며 측정 지점에서 연간 피폭되는 방사선량으로 환산하면 약 30 mren 이다.
라돈($^{222}Rn$)은 지각의 암석이나 토양 또는 건축자재 중에 들어 있는 우라늄($^{238}U$)과 토륨($^{232}Th$)이 몇 단계의 방사성붕괴과정을 거친 후 생성되는 무색무취의 불활성기체로 광산이나 지하같이 밀폐된 공간에 잘 축적된다. 호흡기를 통하여 폐로 유입되고 라돈의 딸핵종이 폐나 기관지에 침적되어 폐암을 일으키는 원인이 된다. 사람의 생명을 다루는 의료기관에서의 라돈피폭은 평상시 방사선피폭량이 많은 방사선관계종사자와 면역력이 약한 환자에게 큰 위험이 될 수 있다는 판단에 이 실험을 실시하였다. 실험에 쓰인 계측기는 실시간 라돈측정기인 Professional Continuous Radon monitor이며 계측장소는 두 개의 병원 지하1층에서 지상2층까지 층별로 오전 10시부터 오후 3시까지 측정 하였다. Professional Continuous Radon monitor계측결과는 최소 14.8 Bq/$m^3$에서 최대 70.3 Bq/$m^3$로 국내기준치인 148 Bq/$m^3$이하로 나타났으며 유효선량은 최소 0.296 mSv에서 최대 1.406 mSv로 일년간 자연방사선으로부터 피폭되는 방사선량인 2.4 mSv의 10~58.3% 수준으로 나타났다.
자연방사선 물질인 라돈($^{222}Rn$)은 암석이나 토양 또는 건축자재 중에 들어있는 우라늄($^{238}U$)이 몇 단계의 방사성 붕괴 과정을 거친 후 생성되는 무색무취의 불활성기체로 지하 근무지나 밀폐된 공간과 같은 곳에서 잘 축적된다. 호흡기를 통하여 허파로 유입되고 라돈의 딸핵종이 허파나 기관지에 침적되어 폐암을 일으키는 원인이 된다. 본 연구에서는 초등학교 교실내의 공기 중 라돈가스농도을 비교하였으며 계측된 값을 이용하여 연간내부피폭량을 계산하였다. 초등학교 교실에서 측정된 라돈가스 피폭은 최소 5개교에서 층별 평균치가 창문을 닫을 때의 경우 1층 0.56mSv, 2층 0.48mSv, 3층 0.384mSv의 평균치가 나왔으며, 창문을 열었을 때의 경우 1층과 2층은 0.31mSv 수치로 같고 3층은 0.296mSv로평균치가 나왔다. 라돈에 대한 인체 피폭은 1층에서 피폭이 많고 3층에서는 피폭이 적었다. 창문을 닫았을 때의 경우 최대 0.56mSv 최소 0.384mSv로 자연방사선에 의한 연간피폭량에 2.4mSv 16%에서 23.3%를 차지하고 있다. 창문을 열었을 때의 경우 최대 0.31mSv 최소 0.296mSv로 연간피폭량 2.4mSv의 12.3%에서 12.91%를 차지한다. 결과로 보아 라돈가스 계측을 실시한 5개 초등학교의 경우 국내의 라돈기준치 이하로 나왔으며 내부피폭 역시 정상범위 내에 속한다. 사람에게 있어서 방사선피폭이 적으면 적을수록 인체에 대한 영향이 줄어들기 때문에 초등학교 교실 내에서 창문을 자주 환기한다면 즉, 공기 중 라돈농도를 최대한 줄인다면 라돈가스에 대한 피폭량을 줄일 수 있을 것이며 면역력이 약한 초등학생에게 도움이 될 것이다. 실험에 있어서 향후 더 많은 초등학교 기관에 대해 라돈가스 조사가 이루어지고 그에 따른 조치를 행한다면 보다 더 안전한 초등학교 건물시설 확립에 도움이 될 것이라 생각된다.
공기 중의 라돈 농도를 측정하기 위한 고체비적검출기의 상대교정법을 개발하였으며, 상대 교정된 CN-85를 이용하여 15층 아파트 층 별로 실내 공기 중의 라돈 농도를 측정한 후 피폭 선량을 계산하여 보았다. 측정 결과 아파트 실내 공기 중에서의 라돈 농도는 대체적으로 상층으로 올라갈수록 감소하는 경향이 있었으나, 환기 횟수에 크게 영향을 받음을 알 수 있었다. 측정값의 평균은 $1.50{\pm}0.51pCi/1$ 였으며, 최대값과 최소값은 각각 $2.68{\pm}0.32pCi/l$, $0.69{\pm}0.16pCi/l$였다.
본 연구에서는 환기장치로 제어하는 환경인 라돈 표준실 및 라돈 발생기로부터 이론적으로는 Jacobi모델 이론을 사용하여 라돈 자핵종의 농도를 계산하였으며, 실험적으로는 두 발생 조건으로부터 채취된 시료를 알파스펙트럼 분석법에 의해 측정 분석하여 그 농도를 결정하였다. 이론적인 계산치와 실험적인 측정결과를 비교해 본 결과 매우 잘 일치되는 좋은 결과를 얻게 되었다. 따라서 이러한 연구는 실내 라돈환경에서 라돈 자핵종의 알파방출체에 의한 내부피폭선량을 보다 정확히 평가하고, 라돈 자핵종의 개별 농도를 신속히 결정하는 데 크게 기여할 것이라 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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