The radioactive cesium, released from the normal operation or the accidental operation of nuclear facilities, should be regularly monitored for environmental regulatory compliance. The 135Cs/137Cs isotopic ratios, potentially useful for long-term tracking Cs transport in seawater, can be used as a tool of understanding how radionuclides are transported from different nuclear production source terms and distributed in the ocean. The ultra-high sensitive mass spectrometers (TIMS, SF-ICP-MS and TQ-ICP-MS) have been used to measure the 135Cs/137Cs isotopic ratios. However, the radiochemical separation of Cs from the seawater matrix is essential for the analysis of Cs using the mass spectrometers. An automated radiochemical procedure for the separation of Cs in seawater was developed for the analysis of 135Cs/137Cs isotopic ratios using a sequential column chromatography with AMPPAN and AG50Wx8 cation exchange resins. National Instrument’s LabVIEW is a graphical programming language and a powerful tool for the instrument control. A virtual instrument system for the automated separation of cesium isotopes was developed by the state machine of the fundamental design patterns in LabVIEW. In this study, the conceptual designs of an automated separation system of cesium isotopes, its virtual instrument system based on the LabVIEW state machine architectures and an automated radiochemical procedure were described for the purification of cesium isotopes at trace levels found in seawater discharged from the various nuclear facilities.

As part of the third ATM Challenge, we performed a series of atmospheric dispersion simulations for routine releases of Xe-133 from ordinarily operating nuclear facilities such as Medical Isotope Production Facilities (MIPFs), Nuclear Power Plants (NPPs), and Research Reactors (RRs) in the Northern Hemisphere using our ATM, Lagrangian Atmospheric Dose Assessment System (LADAS), with Numerical Weather Prediction (NWP) data produced by the Korea Meteorological Administration (KMA). The simulation time period is 6 months, from June to November in 2014, and we used the stack emission data except for CNL (Canada) and IRE (Belgium) in accordance with the scenario of the third ATM Challenge 2019. In addition, the simulations were done individually for all MIPFs, NPPs, and RRs. We utilized 3-hourly KMA’s Unified Model Global Data Assimilation and Prediction System (UM-GDAPS) data with 0.35°×0.23° horizontal resolution as input meteorological fields and extracted hourly time series results for Xe-133 activity concentrations with few different resolutions such as 0.5°×0.5°, 0.35°×0.23°, and 0.1°×0.1° at several IMS stations in the Northern Hemisphere which were in normal operation in 2014. Considering previously reported values of daily Xe-133 release amounts for CNL and IRE, measured signals at some IMS stations (such as CAX17, DEX33, SEX63, and USX75) were well reproduced from the simulation results.

북한은 2017년 9월 3일 풍계리 핵실험장에서 6차 지하 핵실험을 단행하였다. 이전에 수행했던 핵실험들과 달리 풍계리 핵 실험장 주변에서 몇 차례의 유발지진이 발생하였고 이로 인해 지하에 갇혀 있던 방사성제논이 대기 중으로 방출되는데 영향을 끼쳤을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 북한의 6차 핵실험 이후에 발생한 유발지진을 고려하여 핵실험으로 발생한 방사성제논의 몇 가지 방출 시나리오에 따른 대기확산 모의실험을 본 연구진이 개발한 LADAS (Lagrangian Atmospheric Dose Assessment System) 모델에 기상청의 수치예보자료를 적용하여 수행하였다. 방사성제논의 가능한 검출 위치와 시간을 찾기 위해, 1일 간격 및 1주일 간격의 지연방출뿐만 아니라 유발지진으로 유출된 지연방출 시나리오도 설정하였다. 포괄 적핵실험금지조약기구(Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization)에서 운영중인 전세계관측망(International Monitoring System)과 원자력안전위원회의 133Xe 탐지 결과는 유발지진으로 유출된 방사성제논의 방출 시나리오에 따른 모의실험의 결과와 대체로 부합되었다.

원자력 사고 후 대기로 누출된 방사성물질이 지표 토양내 침적된 후 강우에 의하여 주변 환경으로 이동하여 지표수계를 오염시킨다. 지표 토양내 침적된 방사성핵종의 거동 평가를 위하여 수립된 지표 수계 및 토양 유실 모델의 주요 입력자료를 수 집하여 분석하였다. 월성 원전이 위치한 낙동강권역의 하천과 호수에서의 물리적 특성과 주요 생물상의 변화를 파악하기 위해서 원전 주변 수생 환경의 조사 및 분석을 수행하였다. 이를 위해 국내 여러 기관에서 제공하는 수치지도, 수문자료, 수질 및 생태환경자료 등을 수집 분석하여 자료간 상호 연계성을 갖도록 체계적인 DB를 구축하였다. 구축된 수생환경 자료는 지표수계에 흡착된 방사성물질의 중장기 거동 평가를 위하여 수립된 지표수계 유동, 토사유실 및 생태계 모델의 기본 입력자 료로 제공되어 종합적인 방사선영향평가에 활용될 예정이다.

후쿠시마 원자력 발전소의 사고로 인해 일본 동부 지역에 다량의 방사성 핵종이 축적되었다. 이러한 방사성 물질은 숲, 도시, 하천, 호수를 포함한 넓은 범위에서 관측되고 있다. 방사성 세슘의 토양 입자에 강하게 흡착하는 특성 때문에 방사성 세슘은 침식된 토사와 함께 이동하여, 인구가 밀집한 하천 하류지역으로 그리고 연안으로 서서히 이동한다. 본 연구에서는 수생환경의 오염된 토사의 이동을 재현하기 위한 수치모델을 개발하고, 그 성과의 일부를 한국원자력연구원 내에 위치한 침식 된 토사 관측 장비에서 관측된 결과와 비교하였다. 수집된 토사 시료의 입경 특성을 분석하기 위해서 표준 체분석과 이미지 분석법을 적용하였다. 수치 모델은 초기 포화도, 강우의 토사 침투율, 멀티 레이어, rain splash 등을 고려하여 현실의 강우에 따른 토사의 이동을 시뮬레이션 할 수 있도록 개발하였다. 2019년 연구에서는 수치모델에 나무에 의한 강우 쉴드 효과, 증발효과, 표면물의 쉴드 효과 등이 추가될 계획이다. 토사 유실 관측 장비를 2018년부터 월성 원전 인근에 설치해 지속적으로 관측 자료를 수집하고 있다. 이러한 관측자료를 기반으로 방사성 핵종의 강우, 하천, 연안으로 이동하는 장기 영향 평가 수치모델을 개발할 계획이다.

인접 국가인 일본의 후쿠시마 원전에서 극한 자연재해로 인한 중대사고가 발생하면서, 국내에서 중대사고 및 확률론적 안전성 평가 (PSA, Probabilistic Safety Assessment)에 대한 중요성이 재인식되었다. 국내에서는 원전의 소외결말을 평가하는 3단계 PSA에 대한 연구개발이 최근까지 거의 이루어지지 않았다. 본 논문에서는 국외 3단계 PSA 전산코드 중, 미국의 MACCS2 (MELCORE Accident Consequence Code System 2), 유럽의 COSYMA (COde SYstem from Maria) 그리고 일본의 OSCAAR (Off-Site Consequence Analysis code for Atmospheric Releases in reactor accidents)에 대한 간략한 분석과 미국 의 MACCS2에 대한 단점 및 한계점 분석을 수행하였다. 국내·외 전문가들에 의해 공통적으로 지적되어 온 MACCS2의 한 계점은 다수호기사고와 사용후핵연료 저장조로부터의 방출 모사의 불가능, 그리고 대기확산모델을 단순 가우시안 플륨모델을 기본으로 한다는 것이며, 이중 일부는 MACCS2업데이트 버전을 통해 개선되어 왔다. Food chain 모델의 모사의 제한, 해양 및 수계 확산모델의 부재, 제한된 범위의 경제영향평가 등 또한 개선되어야 할 사항이다. 기술보고의 결과는 국내 3단 계 PSA 관련 기술 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 항 내부에서 부하되는 오염물질이 파랑 및 흐름 조건으로 인하여 항외로 유출되는 과정을 수리실험을 통해 알아보았다. 월성원자력발전소 항내에 오염물질이 부하 되었을 시, 실험인자를 변화시켜가며 추적자를 활용한 흐름거동 조 사를 수행하였다. 각 실험의 결과는 지수 함수에 따른 항내 오염물이 감소하는 경향이 나타나며, 항외 유출에 걸리는 시간의 기울기는 각각 다른 결과를 보여주었다. 관측된 데이터로부터 회귀식을 도출한 결과, 흐름 관측의 경우 유입되는 모터의 회 전 속도 30, 20, 10 rpm에서 좌측 항내의 오염물이 50% 유출률에 도달하는 시간은 각각 2.70, 10.40, 26.39 days를 보였다. 모터의 회전속도가 30 rpm인 실험에서 유출되는 감소 추세가 가장 뚜렷하게 나타났으며, 회전속도 10 rpm인 실험에서 기 울기는 완만하였다. 파랑 관측의 우측 영역의 오염물이 50% 유출률에 도달하는 시간은 4.59 days로 나타났으며, 좌측영역 의 경우 15.35 days의 결과를 보였다.

원전이 위치한 동해 월성 연안역 주변에서 오염물 이동·확산에 대한 수치 모사를 수행하였다. 월성 연안역의 유속장 재현을 위한 해수유동 수치모형 실험은 EFDC(Environmental Fluid Dynamics Code) 모델을 사용하여 조위 시계열 검증 및 조화분석을 통한 검증을 실시한 결과 양호한 재현성을 나타내었다. 월성 주변해역의 유속장 산정 결과 창조류시에는 남향, 낙조류 시에는 북향으로 진행되는 결과를 알 수 있었다. 또한 국립수산과학원에서 관측한 수온, 염분의 자료를 이용하여 수치모델을 통한 계산값과 관측값을 비교한 결과 양호한 재현성을 나타내었다. 계산된 해수유동자료와 수온, 염분의 결과를 이용하여 오염물질의 확산특성을 해석하였다.

방사성물질의 대기 누출 사고시 환경에서 핵종 거동을 모사하는 동적 섭식경로모델 DYNACON을 개선하여, 가축 (육우)의 공기 흡입과 토양 섭취가 육류 (쇠고기)의 방사능 오염에 미치는 영향을 고찰하였다. 이들 두 오염경로는 누출이 육우의 비방목 기간에 일어나는 경우에 육류의 오염에 있어서 결코 무시될 수 없는 경로라는 사실을 확인하였다. 특히 누출 후 대부분 기간에 걸쳐 토양 섭취에 의한 육류의 오염 영향이 공기 흡입에 의한 영향에 비해 우세하였다. 누출 기간동안 강우는 토양 섭취에 의한 육류의 오염에 중요한 요소로 작용하였으며, 이러한 현상은 단반감기 핵종인 보다 장반감기 핵종인 의 경우에 보다 뚜렷하였다. 이전에 수행된 우유에 대한 분석 결과와 비교하여 공기 흡입과 토양 섭취는 육류에 대해 보다 중요한 오염경로로 나타났는데, 이는 상대적으로 육류에서 핵종의 긴 생물학적 반감기 때문이다. 방목기간에 방사성물질이 대기로 누출되는 경우 누출 기간동안 강우의 유무에 관계없이 목초 섭취에 의한 오염 영향이 지배적이었으며, 결과적으로 토양 섭취와 공기 흡입에 의한 오염 영향은 우유의 경우와 마찬가지로 무시할 수 있는 수준이었다.