[논문 리뷰] Measurement of airborne radioactivity from the Fukushima reactor accident in Tokushima, Japan

K. Fushimi, Shingo Nakayama외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 04. 19.

Radioactive contamination and transfer참고 문헌 2인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 후쿠시마 다이이 치핵 사고 이후 일본 도쿠시마에서 고량 공기 채취 및 HPGe 감마 분광법을 사용하여 대기 중 방사성 높이를 측정하였다. 대기 중에서 131I, 134Cs, 137Cs를 확인하였으며, 피크 농도는 2011년 4월 6일경에 관측되어 북반구를 약 40 km/sec 속도로 동서로 이동하는 세계적 대기 플룸이 존재했음을 시사하였으며, 이는 서풍에 의해 구동되었고, 동위원소 비율 붕괴 분석 및 감도 보정을 위한 몬테카를로 시뮬레이션에 의해 확인되었다.

ABSTRACT

The airborne radioactive isotopes from the Fukushima Daiichi nuclear plan t was measured in Tokushima, western Japan. The continuous monitoring has been carried out in Tokushima. From March 23, 2011 the fission product $^{131}$I was observed. The radioisotopes $^{134}$Cs and $^{137}$Cs were also observed in the beginning of April. However the densities were extremely smaller than the Japanese regulation of radioisotopes.

연구 동기 및 목표

• 후쿠시마 다이이 원전 사고 이후 서일본 지역의 대기 중 방사성 동위원소를 모니터링하고 정량화하기 위해.
• 방사성 플룸이 북반구를 통해 도착한 시점과 이동 역학을 규명하기 위해.
• 몬테카를로 시뮬레이션을 활용하여 다중 붕괴 방사성 동위원소의 감마선 감지 효율을 평가하기 위해.
• 동위원소 비율(131I/137Cs 및 131I/134Cs) 분석을 통해 방사성 플룸의 기원과 이동 시간을 추적하기 위해.
• 측정된 방사능 수준과 규제 기준을 바탕으로 환경적 및 건강적 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 공기 중 미세먼지를 채취하기 위해 1 m³/min의 고량 공기 채취기(HVC-1000N)와 GB-100R 유리 필터를 사용한 방법.
• 고순도 Germanium(HPGe) 검출기를 사용한 감마선 분광법으로 배경을 줄이기 위해 1 cm 두께의 OFHC 구리 및 10 cm 두께의 lead 셸딩을 적용.
• 감도 보정을 정확히 하기 위해 Geant4.9.4.p02를 사용한 몬테카를로 시뮬레이션을 실시하여 다중 감마선 방출에 대한 감지 효율을 분석.
• 채취 후 24시간 이내 매 2시간 간격으로 에너지 스펙트럼을 확보하였으며, 라돈 유도체 간섭을 최소화하기 위해 16–24시간 동안의 데이터를 분석.
• 시뮬레이션 및 측정 감도의 정합성을 검증하기 위해 IAEA-444 표준 시료를 사용.
• 플룸 기원과 세계적 경도를 따라 이동하는 데 걸리는 시간을 추적하기 위해 131I/137Cs 및 131I/134Cs 동위원소 비율 분석을 실시.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 후쿠시마 다이이 원전 사고에서 유래한 방사성 플룸은 언제 도쿠시마에 도착했는가?
• RQ2 북반구를 가로질러 대기 중 방사성 플룸의 이동 속도와 경로는 어떠한가?
• RQ3 동위원소 비율(131I/137Cs)은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하였으며, 이는 플룸의 기원과 이동 시간을 어떻게 드러내는가?
• RQ4 다중 붕괴에서 발생하는 감마선에 대한 감지 효율이 측정된 활성도 농도에 얼마나 큰 영향을 미쳤는가?
• RQ5 서일본 지역에서 측정된 방사능 수준은 환경적 및 건강적 영향을 미쳤는가?

주요 결과

• 131I의 첫 번째 유의미한 검출은 2011년 3월 23일에 이루어졌으며, 134Cs와 137Cs는 4월 초에 검출되었다.
• 131I의 피크 농도는 2011년 4월 6일에 관측되었으며, 이는 3월 15일의 주요 배출 이후 약 3주 후였고, 장거리 대기 이동을 시사한다.
• 방사성 플룸의 이동 속도는 약 40 km/sec로 확인되었으며, 이는 서풍 패tern과 일치하며, 세계 각지의 정점에서의 최대 검출 일자와 경도 간 상관관계로 확인되었다.
• 131I/137Cs 비율은 처음에 10을 초과했으나, 4월 3–7일 사이에 약 4로 감소하여, 피크가 3월 12–15일에 배출된 플룸에서 기인했음을 시사하며, 초기 배출과는 다름을 나타낸다.
• 131I/134Cs 비율도 4월 3–7일 사이에 일시적으로 약 4로 감소하여, 초기 3월 배출로 인한 세계적 순환 플룸의 존재를 더욱 뒷받_UNDERLINE{지지}한다.
• 측정된 방사능 수준은 일본 규제 기준보다 약 5개 항목 낮아져, 서일본 지역에서의 건강 위험은 미미하다고 판단된다.