스피드 바카라력 재해 시 환경으로 방출된 방사성 물질로 인한 노출량 평가
-확률적 사고 영향 평가 코드 "OSCAAR" 출시-

[요약]

국립연구개발청 일본스피드 바카라력기구(회장: 고다마 도시오 이하 "JAEA") 안전연구센터(원장: 나카무라 타케히코) 위험평가 및 방재연구그룹은 스피드 바카라력시설 등이 소유하고 있습니다"위험"^1）"OSCAAR 코드 패키지"로 개발되어 2020년 3월 30일 연구 목적으로 출시됨。

스피드 바카라력 재해 대책을 광범위하게 고려하기 위해서는 각종 원전 사고로 인한 피폭량을 미리 평가하는 것이 중요합니다 확률을 이용하여 스피드 바카라력 시설 등의 안전성을 정량적으로 평가하는 PRA 방식은 발생할 수 있는 매우 다양한 사고 시나리오의 위험성을 평가합니다 최근에는 특히 도쿄전력의 후쿠시마 제1스피드 바카라력발전소 사고 이후 스피드 바카라력회사, 연구기관, 대학 등에서 PRA 방법의 실용화를 목표로 하는 연구가 진행되고 있다

PRA 방법은 사고 진행 정도에 따라 3단계로 구성되며, 이 중 '레벨 3 PRA'는 노출 위험도를 평가합니다

레벨 3 PRA는 사고 시나리오에서 대기 중에 방출된 방사성 물질의 거동을 다양한 기상 조건에서 수백 번 평가하고, 획득된 피폭량 등 분석 결과를 통계적으로 처리하여 확률 분포로 표현합니다 일본스피드 바카라력기구는 레벨 3 PRA 방법 확립을 목표로 OSCAAR 코드를 개발해 왔다

이제 이 OSCAAR 코드를 기반으로 Windows®에서 효율적으로 OSCAAR 분석을 실행하고 입력 데이터 파일을 생성하며 출력 데이터 파일을 후처리할 수 있는 OSCAAR 코드 패키지를 개발했습니다

OSCAAR 코드 패키지에는 일본의 모든 스피드 바카라력 발전소 위치(17개 사이트)에 대한 1년 동안의 날씨 데이터가 포함되어 있습니다 따라서 대상 현장에서 가정된 사고 시나리오를 기반으로 피폭선량을 계산할 수 있으며, 방호조치 이행에 따른 피폭 감소 효과를 평가하는 것도 가능하다

향후에는 연구기관, 대학, 스피드 바카라력 회사 등에서 공통적으로 사용할 수 있는 스피드 바카라력 재해 대책의 사전 검토를 위한 연구 도구로 활용될 수 있으며, 스피드 바카라력 시설과 관련된 사고 영향 평가 연구에 활용될 것으로 기대됩니다

OSCAAR 코드 패키지는 바카라 커뮤니티의 컴퓨터 프로그램 검색 시스템 "PRODAS"(https://prodasjaeagojp)를 통해 얻을 수 있습니다 또한, 이를 사용하는 방법에 대한 정보는 이제 보고서 "JAEA-Testing 2020-001"에서 확인할 수 있습니다

[연구개발 배경]

PRA 방법은 발생할 수 있는 사고의 빈도와 영향을 정량적으로 평가하고 안전성 정도를 검토하는 방법입니다

스피드 바카라력 시설 등은 사고를 유발할 수 있는 사건(사건의 시작)을 방지하기 위해 다양한 안전 기능을 가지고 있습니다 PRA 방법은 초기 사건의 빈도에 고장으로 인해 다양한 안전 기능이 작동하지 않을 확률을 곱하여 궁극적으로 사고 빈도를 평가합니다 그림 2에서 볼 수 있듯이 PRA 방법은 "레벨 1 PRA"를 사용하여 가능한 초기 사건에 대한 노심 손상 빈도를 평가하고, 레벨 1 PRA의 평가 결과를 기반으로 격납 용기 기능 상실로 이어지는 사고 시나리오의 발생 빈도와 소스 용어(방출 소스 정보: 환경으로의 방출)를 평가합니다 사고 진행 상황에 따라 방사선에 노출된 물질의 종류, 성질, 방출량, 방출 시기, 방출 에너지 등을 평가하는 '레벨 2 PRA'와 레벨 2 PRA의 평가 결과를 바탕으로 피폭 위험도를 평가하는 '레벨 3 PRA'의 3단계로 나눌 수 있다

레벨 3 PRA는 사고로 인해 방사성 물질이 환경으로 방출되는 사고 시나리오에서 다양한 기상 조건에서 방사성 물질의 공기 중 분산 및 지표 표면 퇴적 거동을 계산하고, 당시 받는 피폭량을 계산하며, 보호 조치의 피폭 감소 효과를 고려하여 피폭으로 인한 위험을 확률적으로 평가합니다

[연구개발의 목적과 내용]

PRA 연구의 일환으로 바카라 커뮤니티은 레벨 3 PRA 방법(원자력 규제 당국이 의뢰한 프로젝트의 일부 결과 포함) 확립을 목표로 확률론적 사고 영향 평가 코드인 OSCAAR(원자로 사고 시 대기 방출에 대한 외부 결과 분석 코드)을 개발해 왔습니다 또한, 확률론적 사고영향평가 코드의 국제비교계산에 참여하고, 체르노빌 원전 사고에서 얻은 환경 내 실제 측정 데이터를 바탕으로 방사선 피폭평가에 중요한 먹이사슬을 포함한 생태권에서 I-131과 Cs-137의 전이모델을 검증함으로써 방사선 피폭평가에 중요한 I-131과 Cs-137의 적용성능을 확인하고 기능성을 검증하였습니다 또한, 최근에는 방재 분야의 응용연구가 다양한 사고 시나리오 하에서의 피폭량과 보호 조치 이행을 통한 피폭 감소 효과를 평가하여 지역 방재 계획 수립을 위한 기술적 기반으로 활용되고 있습니다

그림 3은 OSCAAR 코드의 계산 흐름을 보여줍니다

(1) 대기 확산 및 퇴적 분석
레벨 2 PRA 평가 결과의 일부인 소스항과 과거 기상청에서 기상예보를 위해 배포한 수치예보모델 GPV(Grid Point Value) 데이터를 기반으로궤적 라인 퍼프 모델^2）을 이용하여 대기 중 방사성 물질의 이류 및 확산과 지표면의 퇴적을 분석하고, 대기 중 방사성 물질의 농도와 지표면에 퇴적되는 양을 계산합니다

(2) 조기 노출량 평가
방사성 구름^3）통과 중 노출량을 계산합니다 또는 통과 후 짧은 기간 동안 노출경로는 방사성구름에 의한 외부피폭, 지상에 퇴적된 물질에 의한 외부피폭, 방사성구름 흡입에 의한 내부피폭 등 3가지 경로가 고려된다

(3) 장기 노출량 평가
장기간 동안 환경에 남아 있는 긴 반감기 방사성 핵종으로 인한 노출량을 계산하십시오 노출경로는 지상에 침전된 물질에 의한 외부피폭, 지상에 침전된 후 대기 중에 부유하는 물질의 흡입에 의한 내부피폭, 오염된 식품의 섭취에 의한 내부피폭 등 3가지 경로로 고려된다

(4) 방호조치를 통한 방사선 피폭 감소 효과 분석
사고 시 노출량을 보다 현실적으로 평가하기 위해 실내 대피, 대피, 안정 요오드 정제 배포, 음식물 섭취 제한, 이주 등의 보호 조치를 시행하여 노출 감소 효과를 분석합니다

(5) 위험 추정
방사선 노출로 인한 위험을 추정합니다

[연구개발 결과 요약]

OSCAAR 코드는 환경으로 방출된 후 확산 및 퇴적된 방사성 물질로부터 받는 노출량과 보호 조치의 노출 감소 효과를 고려하여 레벨 2 PRA에서 얻은 소스 항을 기반으로 다양한 기상 조건에서 방사선 노출로 인한 위험을 확률적으로 평가합니다 OSCAAR 코드를 사용하여 계산을 수행할 때 사용자는 대상 사이트의 기상 데이터 외에 노출량 평가와 관련된 여러 매개변수 값을 설정하고 OSCAAR 코드에 대한 입력 데이터 파일을 생성해야 합니다 또한, 출력 데이터 파일에는 다양한 분야의 계산 결과가 방대하게 포함되어 있기 때문에 그 중에서 필요한 정보를 추출해야 하는 번거로움이 있었습니다

따라서 우리는 OSCAAR 코드 분석부터 OSCAAR 코드용 입력 데이터 파일 생성 및 출력 데이터 파일 후처리에 이르기까지 일련의 작업을 효율적으로 수행하기 위해 Windows®에서 실행되는 OSCAAR 코드 패키지를 개발했습니다(그림 4)

OSCAAR 코드 패키지에는 일본의 17개 스피드 바카라력 발전소 현장 모두에서 수집한 1년간의 날씨 데이터가 샘플 데이터로 포함되어 있습니다 따라서 대상 현장에서 가정된 사고 시나리오에 대해 다양한 기상 조건에서의 노출량을 계산하는 것이 가능하다

또한 보호 조치를 구현하여 노출을 줄이는 효과를 평가할 수 있습니다 그림 5는 입력 데이터 생성 화면의 예이다 이 화면에서는 대피, 대피 등 방호조치로 인한 피폭 감소 효과를 평가하기 위해 방호조치의 종류, 범위, 시기 등 방호조치 이행 조건을 설정할 수 있습니다

OSCAAR 코드는 특정 사고 시나리오에서 받는 노출량과 관련하여 다양한 기상 조건에 대한 반복 계산 결과를 컴파일하고 통계적으로 처리합니다 이를 통해 Figure 6과 같이 현장 중심(방출점)으로부터의 거리와 피폭선량의 관계를 보여줄 수 있다 선량은 거리에 따라 오름차순으로 정렬되어 있으며, 계산에 사용된 다양한 기상조건에서의 최고 피폭선량을 100%로 한다 다음은 주로 악천후에서의 선량값(95% 값)과 평균 기상조건에서의 선량값(50% 값)의 중앙값을 예시한 것이다 같은 거리라도 기상조건의 차이에 따라 피폭선량 분포가 나타나는 것을 알 수 있다

그림 6의 '방호조치 없음'의 경우 피폭선량 평가 결과(◆)를 참조하여 국제스피드 바카라력기구(IAEA)가 제시한 방호조치 이행 결정 기준 이하로 피폭선량을 줄이는 방호조치를 고려하였습니다 그 결과, 방출지점인 원전 주변 5km 이내의 '방출 전 대피(예방대피)'(〇), 5~10km 이내의 '콘크리트 건물 내에서 2일간 실내 대피한 후, 5~10km 이내의 대피 장소에서 7일간 실내 대피'(■), '2일간 실내 대피' 등 거리에 따라 다른 보호 조치가 필요한 것을 확인했다 집에서'(▲) 10~30km 이내

이로써 스피드 바카라력 시설 등의 사고영향평가 연구에서 비상대비를 위한 연구도구로 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다

위의 노력 끝에 우리는 2020년 3월 30일 연구 목적으로 OSCAAR 코드 패키지를 출시했습니다 또한 코드 패키지와 동시에 출시된 보고서에는 사용자에게 유용한 정보가 포함되어 있으며 사용 방법과 샘플 계산 조건 및 결과를 보여줍니다

[향후 계획]

앞으로 우리는 TEPCO 후쿠시마 다이이치 스피드 바카라력 발전소 사고에서 얻은 지식에서 얻은 노출량 평가 방법과 같은 다양한 연구 결과를 OSCAAR 코드 평가 모델에 계속 통합할 뿐만 아니라 사용자 인터페이스를 개선하고 OSCAAR 코드 패키지의 완성도를 높일 것입니다

 

[용어]

1) 위험

사고, 피해 등 바람직하지 않은 사건이 발생할 확률과 그 영향의 규모를 포괄하는 개념입니다 레벨 3 PRA의 경우 방사선 노출로 인해 물리적 영향이 발생할 확률을 나타냅니다 물리적 영향은 노출 후 단시간 내에 나타나는 초기의 확실한 영향과 노출 후 오랜 시간이 지나서 나타나는 후기 영향으로 구분할 수 있습니다 계산된 노출량에 미국 스피드 바카라력 규제 위원회(NRC)가 제시한 위험 평가 모델을 기반으로 계산된 위험 계수를 곱하여 위험을 추정할 수 있습니다

2) 궤적 라인 퍼프 모델

이것은 대기 중 사고 중에 방출된 방사성 물질의 거동을 평가하는 데 사용되는 이류/확산 모델 중 하나입니다 방사성 물질 방출의 연속적인 흐름을 적절한 시간 간격으로 나누어 각각을 독립된 기단(퍼프)으로 근사화합니다 이를 통해 시간에 따른 풍향, 풍속 등 기상 조건의 변화에 ​​따른 방사성 물질의 공간적, 시간적 변화를 고려할 수 있어 보다 현실에 맞는 평가를 수행할 수 있습니다

3) 방사성 구름

사고 중에 방출된 방사성 물질, 방사성 기둥이라고도 합니다 여기에는 크세논, 방사성 요오드와 같은 기체 물질, 세슘-137과 같은 미립자 물질이 포함될 수 있습니다