국내에서는 자연기원 방사성물질(NORM)에 의한 방사선 안전관리를 위해 2012년부터 생활주변방사선 안전관리법이 시행되었다. 상기 법에서는 자연기원 방사성핵종이 함유된 원료물질 등을 취급할 경우 종사자의 방사선학적 안전성을 관리하도록 명시하고 있다.
화력 발전산업, 시멘트 제조시설, 염화칼륨 취급시설은 상기법의 관리대상에 해당되는 산업 시설로써 상기 시설에서 발생하는 종사자의 방사선 피폭은 주로 입자 흡입에 의한 내부피폭이다. 입자 흡입에의한 내부피폭 선량은 입자 특성에 영향을 받으므로, 국제방사선방호위원회(ICRP)에서는 평가 지점에서의 실측된 입자 특성을 이용하여 피폭선량을 평가하도록 권고하고 있다.
따라서, 본 연구의 최종 목표는 국내 화력 발전산업, 시멘트 제조시설, 염화칼륨 취급시설에서 발생하는 공기 중 입자의 특성을 분석하고 이를 적용하여 종사자의 입자 흡입에 의한 내부피폭 방사선량을 평가하는 것이다. 최종 목표를 달성하기 위해 세부 연구 내용으로 (1) 상기 자연기원 방사성물질 취급 시설의 작업공정 및 환경 조사, (2) 입자 특성에 따른 방사선량 민감도 분석 및 입자 특성 조사, 그리고 (3) 자연기원 방사성물질 함유 입자의 흡입에 의한 종사자의 피폭 방사선량 평가를 수행하였다.
입자의 특성 분석은 취급 시설 공정 및 환경 분석을 통해 선정된 지역에서 발생하는 입자를 대상으로 수행하였다. 입자의 크기분포는 0.01 μm 부터 100 μm 까지 광범위하게 존재하는 것으로 나타났으며, 대부분 5-7 μm 범위에서 공기 중 최대 농도를 나타내었다. 입자 모양의 경우 대부분 구형에 가까운 것으로 나타났다. 입자 밀도의 경우 취급물질에 따라 상이하며, 전체적으로 1.4-3.4 g/cm3 범위로 분석되었다. 방사능 농도의 경우 화력 발전산업에서 취급하는 석탄에는 Ra-226, Ra-228, K-40 핵종이 각각 약 2-20 Bq/kg, 3-64 Bq/kg, 14-431 Bq/kg 수준으로 나타났으며, 석탄회에서는 석탄보다 최소 1.5배에서 최대 13배 까지 농축된 수준인 73-133, 46-105 Bq/kg, 205-462 Bq/kg 으로 나타났다. 시멘트 제조시설의 경우 원료물질의 방사능 농도 범위는 Ra-226, Ra-228, K-40 핵종에서 각각 9-344 Bq/kg, 9-391 Bq/kg, 73-386 Bq/kg 으로 나타났으며, 가공제품인 시멘트에서는 각각 15-122 Bq/kg, 8-145 Bq/kg, 22-250 Bq/kg으로 나타났다. 염화칼륨 취급시설의 경우 원료물질인 염화칼륨에는 Ra-226 및 Ra-228 핵종이 검출하한치 (MDA)이하로 나타났으며 K-40 핵종의 방사능농도는 16,373-16,910 Bq/kg 으로 나타났다. 최종제품인 비료에는 Ra-226, Ra-228, K-40 핵종이 각각 8-39 Bq/kg, 18-19 Bq/kg 3,081-4,307 Bq/kg으로 나타났다.
화력 발전산업, 시멘트 제조시설, 염화칼륨 취급시설 종사자의 입자 흡입에 의한 내부피폭 선량을 평가하기 위해 공기 중 입자 농도, 입자의 방사능 농도, 입자 특성을 고려한 선량환산인자, 호흡률을 고려하였다. 공기 중 입자 농도의 경우 앞서 분석한 값을 이용하였다. 방사능 농도의 경우 원료물질 내 우라늄 및 토륨 계열의 핵종은 방사평형을 이루고 있다고 가정하였으며, 각 붕괴 계열 핵종의 방사능 농도를 앞서 측정한 Ra-226(우라늄 계열), Ra-228(토륨 계열) 핵종의 방사능 농도와 동일하게 고려하였다. 선량환산인자의 경우 최종 피폭선량에 영향을 미치는 주요 핵종에 대해 도출하였으며, 선정된 핵종은 우라늄계열 중 U-238, U-234, Th-230, Ra-226, Pb-210, Po-210, 토륨계열 중 Th-232, Ra-228, Th-228, Ra-224, 그리고 K-40 핵종이다. 선량환산인자 도출시 평가지점에서 실측된 입자의 특성을 적용하였다. 호흡률의 경우 작업 환경 분석을 바탕으로 국제방사선방호위원회에서 제시하는 경미한 작업 수행에 따른 호흡률인 1.2 m3/hr를 적용하였다.
또한, 피폭 방사선량 평가는 최대 보수적, 최소 보수적, 일반적 평가로 총 세 가지 시나리오를 고려하여 수행되었다. 최대 보수적 평가의 경우 핵종마다 가장 높은 선량을 나타내는 흡수형태 만을 고려한 경우이며, 최소 보수적 평가의 경우 핵종별 가장 낮은 선량을 나타내는 흡수형태 만을 고려한 경우, 그리고 일반적 평가의 경우 국제방사선방호위원회에서 제시하는 핵종별 기본 흡수형태를 고려한 경우이다.
화력 발전산업에서 종사자의 내부피폭 선량률은 전체적으로 발전소 D의 저탄장에서 3.57-220 nSv/h로 가장 높게, 발전소 C의 저탄장에서 0.03-1.59 nSv/h로 가장 낮게 나타났다. 발전소 D의 저탄장에서는 타 발전소의 원료물질보다 방사능 농도가 수배 높은 무연탄을 취급하고 있다. 또한, 타 발전소와 달리 실내에 위치하고 있으며, 해당 지역에서 석탄의 저장, 분쇄, 운반 등 다양한 작업이 함께 수행되어 공기 중 입자의 농도가 타 지역에 비해 수 십배 높게 나타났다.
시멘트 제조시설의 경우 종사자의 내부피폭 선량률은 시멘트 제조시설 B의 원료물질 투입지역에서 최소 12.9 nSv/h, 최대 153 nSv/h로 나타났다. 염화칼륨 취급시설의 경우 종사자의 내부피폭 선량률은 비료 제조시설 A의 염화칼륨 투입호퍼지역에서 1.75 nSv/h로 가장 높게 나타났으며, 동일 산업장의 염화칼륨 창고에서 0.01 nSv/h로 가장 낮게 나타났다.
본 연구에서 생성한 입자 특성 자료는 향후 본 연구 대상으로 선정된 동일 산업분야의 타 시설에서 입자 흡입에 의한 내부피폭 선량평가 시 기초 자료로 활용될 수 있다. 또한 내부피폭 선량평가 결과는 해당 산업장에서 종사자의 방사선량 피폭 저감화를 위한 현실적이고 경제적인 대책을 마련하는데 기여할 것이다.

Since 2012, Natural Radiation Safety Management Act (NRSMA) was enforced in Korea to ensure the safety of workers engaged in the Naturally Occurring Radioactive Materials using facilities. The coal-fired plant, cement manufacturing facility, potassium chloride facility are the major NORM facility.
In those facilities, internal radiation dose by inhalation of radioactive aerosols is main exposure pathway. The effective dose due to the inhalation of radioactive aerosols can be affected by aerosols characteristics. Thus ICRP recommends using site-specific aerosol characteristics for assessment inhalation dose.
The objective of this study was to analyze of aerosols characteristic for coal-fired plants, cement manufacturing facilities, potassium chloride facilities and to assess inhalation dose to workers in the facilities. In addition, three specific purposes were selected to establish for the objective. The first purpose was to investigate of NORM treating process and working environment. The second purpose was to assess radiation sensitivity for aerosols characteristics and to analyze site-specific aerosol characteristics including particle size distribution, density, shpae, and radioactivity concentration for above facilities. The final purpose was to assess inhalation dose to workers in above facilities.
In this study, analysis of aerosols characteristic was conducted on selected ared from investigation of NORM treating processing and working environment. Size distribution of aerosols were represented ranging 0.01 μm to 100 μm, and maximum concentration at aerodynamic diameters of about 5-8 μm. Aerosols shape appeared as spheroids or rough spherical fragments across all sampling areas and sampled size intervals. Average densities varied 1.4-3.4 g/cm3 across all facilities. Radioactivity concentrations of Ra-226, Ra-228 and K-40 in coal used in coal-fired plants were 2-20 Bq/kg, 3-64 Bq/kg, 14-431 Bq/kg, respectively. In coal-ash, radioactivity concentrations of Ra-226, Ra-228 and K-40 were enhanced about 1.5-13 times from coal, 73-133, 46-105 Bq/kg, 205-462 Bq/kg, respectively. The case of raw materials used in cement manufacturing facilities contain Ra-226, Ra-228 and K-40 about 9-344 Bq/kg, 9-391 Bq/kg, 73-386 Bq/kg, respectively. And also products of cement manufacturing facilities contains Ra-226, Ra-228 and K-40 about 15-122 Bq/kg, 8-145 Bq/kg, 22-250 Bq/kg, respectively. The case of potassium chlorides used as raw material in potassium chloride facilities contain Ra-226, Ra-228 and K-40 below minimum detectable activity (MDA) and 16,373-16,910 Bq/kg respectively. Radioactivit concentrations of Ra-226, Ra-228 and K-40 in fertilizer were 8-39 Bq/kg, 18-19 Bq/kg 3,081-4,307 Bq/kg, respectively.
The effective dose due to dust inhalation was estimated by simply multiplying the radioactivity concentrations (Bq/kg), dust concentration (kg/m3), breathing rate (m3/hr), and dose conversion factors (Sv/Bq). The radioactivity concentrations of uranium decay series and thorium decay series in raw materials (including coal, bauxite, potassium cloride) were assumed equilibrium stated. Thus, the radioactivity concentrations of Ra-226, Ra-228 are applied respectively to all radionuclides in uranium and thorium decay series. The dust concentrations of estimated area were used measured valued in this study. The breathing rate of workers were applied light worker''s provided in ICRP report 66. The dose conversion factors were calculated by not only site-specific aerosols characteristics but also major radionuclides of uranium, thorium decay series and K-40.
In this study, three exposure scenarios, maximum conservative case, minimum conservative case, normal case, were considered to assess inhalation dose of workers. The maximum conservative case means to consider absorption type of radionuclide that shows the highest dose. The minimum conservative case means reversal case of the maximum conservative case. And the normal case means to consider absorption type of radionuclide that recommended by ICRP as default absorption type.
The effective dose rates of workers in coal-fired plants were the highest at coal yard of plnat D ranging from 3.57 nSv/hr to 220 nSv/hr and the lowest at coal yard of plant C ranging from 0.03 nSv/hr to 1.59 nSv/hr. The results are highly dependent on location of work area, scale of work activities, and ventilation systems. Coal yard of plant D located at building interior, and many kinds of works like as coal storage, arrangement, milling were conducted at the site. Furthermore, materials used in the coal yard contain higher radioactivity concentration comparing with other plants one.
In the case of cement manufacturing facilities the effective dose rates of workers in raw materials insertion hopper site ranging from 12.9 nSv/hr to 153 nSv/hr. In the case of potassium chloride facilities the effective dose rates were ranging from 0.01 nSv/hr to 1.75 nSv/hr, normally.
The database of aerosol characteristics in this study can be used to assess inhalation dose for other companies in same industry field. Also, the results of inhalation dose assessment will contribute to provide economical and practical reduction plan of radiation exposure for workers in coal-fired plants, cement manufacturing facilities, potassium chloride facilities.