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우주방사선 피폭현황 및 관리기준 개발
• 한국천문연구원 이재진
우주방사선의 정의
우주방사선(Cosmic Radiation)이란
“태양 또는 우주로부터 지구 대기권으로 입사되는 방사선”
- 생활주변방사선안전관리법-
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우주방사선의 기원
은하 우주선 (Galactic Cosmic Ray)
태양 우주선 (Solar Cosmic Ray)
별의 진화 마지막 단계인 초신성 폭발에 의해
태양 물질 방출에 의해 고에너지 양성
고에너지 입자 발생
자가 지구에 도달
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2차 우주선
1차 우주선은 지구의 대기와 자기장에 의해 차폐됨
- Intensive air showers –
우주선이 대기와 충돌하면서 대량의 2차 입자 발생
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국내 항공사 승무원 방사선 노출량
운항승무원 (2244 명)의 방사선 피폭량
300
800
700
600
500
400
300
200
100
0
250
승무원 수 (명)
승무원 수 (명)
객실승무원 (5870명)의 방사선 피폭량
200
150
100
50
0
0.1
0.9
1.7
2.5
3.3
4.1
방사선량 (mSv/yr)
평균: 2.6 mSv/yr
4.9
0.1
0.9
1.7
2.5
3.3
4.1
4.9
방사선량 (mSv/yr)
평균: 2.17 mSv/yr
• CARI-6M 사용 계산 (2008)
6
항공기 승무원의 방사선 노출량
(출처: UN 핵방사선 영향에 대한 과학 위원회 보고서, 2000)
다른 직업 종사자들에 비해
항공기 승무원들은 많은 방사선에 노출되고 있음.
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항공기 승무원의 암 발병률
• Cancer Incidence in California Flight Attendants (2002)
• 캘리포니아에 거주하는 AFA (Association of Flight Attendants) 멤버
(6,895명)에 대해 암 발병률 조사
발병수
기대치
SIR
(95% CI)
유방암
60
42.73
1.40
1.21-1.63
피부암
12
5.60
2.14
1.32-3.49
폐암
3
7.16
0.42
0.08-1.24
• 항공기 여승무원의 경우, 일반인에 비해 유방암에 걸릴 확률이 약
40% 정도 높음.
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우주방사선 연구의 필요성
1. 우주방사선과 지상에서 경험하는 방사선의 차이
• 다양한 방사선원
- neutron, proton, electron, positron, gamma ray, muon …
• 넓은 에너지 범위
~ keV - >100 MeV
2. 장기간에 걸친 방사선 피폭
• 30 년 이상 방사선에 지속적으로 노출
3. 다수의 피폭 집단
• 국내 항공기 승무원: 4,000 명 (운항), 10,000 명 (객실)
• 연간 해외여행자 수: 1,600 만명 (2014, 한국광관공사)
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우주방사선 규제에 대한 해외 동향
•
1990년 ICRP에서 항공기 승무원을 방사선 관리 대상으로 지정할 것을 권고
•
1996년 EURATOM Basic Safety Standards (EUR 96)
- 승무원의 노출선량을 측정하는 국가적인 연구를 수행할 것
- 연간 방사선 노출량이 6 mSv를 넘지 않도록 관리할 것
- 연간 방사선 노출량이 6 mSv를 넘을 경우, 기록을 보관
- 항공사는 방사선에 의한 위험을 승무원에서 미리 설명할 것
- 고도 15 km이상의 고도를 비행할 때는 방사선 측정기를 이용하여 선량을 측
정할 것
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생방법에서 제시하는 우주방사선 관리
생방법
 항공운송사업자의 우주방사선 조사·분석 의무
 항공운송사업자의 안전조치 의무
 중앙행정기관의 안전조치 절차, 방법 등 세부사항 고시 의무
시행령

선량한도 : 원자력 안전법 따름

승무원의 연간 피폭방사선량의 조사·분석 및 기록
가. 비행노선, 비행고도, 위도 및 경도
나. 승무원의 비행시간
다. 태양 활동에 의한 영향
라. 그 밖에 피폭방사선량 평가에 필요한 사항
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국내 우주방사선 관리 실태
(CARI-6 vs. CARI-6M)
분석 자료: CARI-6를 사용하는 B 항공사로부터 비행기록과 승무원 방사선 피폭
량 입수
•
인천-뉴욕 : 30회
•
이천-시카고: 19회
분석 방법: B 항공사의 비행기록에 대해 A 항공사에서 사용하는 CARI-6M을 이
용하여 계산
분석 결과:
CARI-6를 사용하는 B 항공사의 방사선 피폭량이 A 항공사의 방사선 피폭량의
78 % 수준으로 나옴
 국내 항공사에서 사용할 수 있는 일관된 우주방사선 모델이 필요함
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세계 각국의 우주 방사선 계산 코드
코드명
AVIDOS 1.0
개발국
방사선 코드
오스트리아 FLUKA
Dose Conversion
GCR model
ICRP 60, Pelliccioni
Gaisser et al
CARI-6M
미국
LUIN99/LUIN2000
ICRP 60, Pelliccioni
Below 10 GeV (Garcia-Munoz, 1975), a
bove10 GeV (Peters, 1958) normalized
to 10.6 GeV (Gaisser, 1998)
EPCARD
독일
FLUKA
ICRP 60, Pelliccioni
(Badhwar, 2000)
ICRP 60, Pelliccioni
Below 10 GeV (Garcia-Munoz, 1975), a
bove10 GeV (Peters, 1958) normalized
to 10.6 GeV (Gaisser, 1998)
ICRP 60, Pelliccioni
(Nymmik, 1992)
ICRP 60, Pelliccioni
(Gleeson, 1968)
(Usoskin, 2005)
IASON-FREE
JISCARD EX
PANDOCA
오스트리아 PLOTINUS (LUIN)
일본
독일
PHITS
PLANETOCOSMICS;
GEANT4
PCAIRE
캐나다
Experimental data Not applied
PLANETOCOSMICS 2.0
러시아
GEANT4
ICRP 60, Pelliccioni
영국
MCNPX
ICRP 60, Pelliccioni
EPCARD version
ICRP 60, Pelliccioni
QARM 1.0
SIEVERT 1.0
프랑스
Not applied
(Gleeson, 1968; Garcia-Munoz, 1975)
(Badhwar, 2000)
(Badhwar, 2000)
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국내 독자 우주방사선 계산 코드 개발
방사선 계산 알고리즘
Cosmic Ray Model
Magnetic Cutoff
rigidity
Atmospheric
Model
GEANT-4
Compare with
measurements
Calculate Dose
Equivalent
Calculate LET
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GEANT4 Simulation
GCR: CRÈME 모델 이용 @ 100 km
- 여러 방향의 GCR 고려
- 양성자 270만 개 입사
Atmosphere: NRLMSISE-00 모델 이용
Interaction: GEANT-4 code 이용
계산 시간: 약 20일
Dose Equivalent 를 계산하기 위해 TEPC 적용
Calculate LET Spectra
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Simulation Results
- 고도 별 방사선량 모델 계산-
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우주 방사선량 검증
항공기 비행 고도에서의 우주 방사선 측정에 특화된 측정기 사용
 능동형 측정기
Liulin
TEPC - Hawk
Rayhound
 수동형 측정기
-필름 배지, Track-Etch Detector, 버블 검출기
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국제 노선에서의 방사선 측정
워싱턴 DC 출발, 인천 도착 항공편에 대한 우주
방사선 측정
•
비행 고도: 34,000 ft
•
비행 시간: 약 14시간
•
비행 고도에서의 방사선량 : 약 7 uSv/hr
•
총 방사선량 : 74.43 uSv
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한반도 상공 방사선 측정
공군과의 협력을 통해 한반도 상공에서의 우주방사선 측정
공군 협조로 임무 항공기 (RC-800/E737)를 이
용한 방사선 측정 영역
-
한반도 상공 (30,000 ft)에서의 우주방사선량 변화
-
공간적인 변화가 아니라, 시간적인 변화를 나타냄
-
36 회 측정 (2.1 ~ 2.9 uSv/hr)
평균 비행시간: 4 ~ 9 시간
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방사선 측정 장비 개발
•
TEPC( Tissue Equivalent Proportional
Counter)
•
피부 등가 물질(A150)로 만들어진 구 안의 피
부 등가 Gas (Methane, Propane)에 전달되
는 LET 측정
•
에너지대역이 높고 방사선원이 복잡할 경우,
효율적으로 등가선량 측정
일본 NIRS의 중이온 가속기를 이용하여 검
교정 시험 수행
20
20
국내 개발 장비를 이용한 방사선 측정
국제선 운항 항공기 고도에서의 방사선 실측을 위한 방사선 측정 장비 개발 방안 제시
인천-LA간 방사선 실험 실험 결과
실험에 사용된 방사선 측정 장비
실험 결과: 현재 개발된 방사선 측정 장비(TEPC)를 이용해서는 충분한 Count값을
얻을 수 없음. Sensitivity를 높이기 위한 방안 마련 필요
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우주방사선 프로그램 활용 예
(SIEVERT)
• 프랑스에서는 항공기 승무원의 방사선량을 계산하기 위한 SIEVERT
프로그램 운용
• 매달 약 17,000명이 접속
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결론
1. 우주방사선에 대한 국가적인 융합 연구 필요
2. 우주방사선이 인체에 미치는 영향 연구 필요
3. 국내 독자 모델에 기반한 국내 항공기 승무원의 방사선 피폭선량 계산
(가칭: K-CARD: Korea Calculator for Aviation Route Doses)
4. 조직등가비례계수기 (TEPC)를 이용한 우주방사선 실측 실험 수행
5. 일반 승객 및 개별 승무원이 접근할 수 있는 우주방사선 계산 웹 서비
스 및 스마트폰 애플리케이션 개발
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