November 15, 2018

디바이스마트 미디어:

[33호]방사능에 대처하는 현명한 자세는?

33 쇼케이스 001

Showcase

방사능에 대처하는 현명한 자세는?

글 | 아나로그리서치시스템

 

2011년 후쿠시마 원전 사고가 난 이후, 4년의 시간이 흘렀습니다. 그때의 충격은 점차 사라지고 있지만, 현재까지도 사고의 수습은 완료되지 않았습니다. 후쿠시마 원전에서는 매일 400톤의 오염수가 생성되고 있고, 800억 베크렐의 오염물질이 바다로 흘러들어가고 있습니다. 이미 2012년 우리나라 토양에서도 후쿠시마발 세슘이 검출되었습니다.
후쿠시마 원전 사고 전까지 방사능 측정기는 관련업계 종사자들이나 전문가들만의 영역이었습니다. 그러나 사고 이후, 방사능에 대한 일반인들의 관심도 점점 높아져서 방사능 측정기를 구매하는 소비자들도 꾸준히 늘어나고 있는 추세입니다. 그러나 구매한 방사능 측정기를 효과적으로 활용하고 있는지는 의문이 남습니다.

방사능 감지 센서의 종류

Figure 1 시중에 판매되고 있는  휴대용 방사능 측정기
Figure 1 시중에 판매되고 있는 휴대용 방사능 측정기

 

시중에는 다양한 종류의 방사능 측정기가 출시되어 있습니다. 그에 따라 센서의 종류도 다양합니다. 휴대용 방사능 측정기에서 일반적으로 사용하는 센서에는 다음과 같은 종류가 있습니다.

GM-tube (Geiger-müller tube)
일반적으로 많이 사용하는 센서입니다. GM-Tube 방식은 가스가 들어있는 관에 고전압(500V 이상)을 인가하고, 방사선에 의해 발생하는 전자를 측정하는 원리입니다. 비교적 큰 신호가 발생하여, 기기제작이 어렵지 않아 많은 측정기에 도입되고 있는 센서 방식입니다.
그러나 고전압에 의한 표면의 산화로 인해 수명이 3년 이하이고, 감도가 변화되어 6개월마다 교정이 필요합니다.

반도체센서
외부로부터의 신호를 전기적인 신호로 바꾸어 나타내는 센서입니다. GM-tube에 비해 저전압(50V 이하)을 사용하여, 수명이 길고 감도의 변화가 거의 없습니다. 그러나 감도가 낮은 편이고, 방사능 의외의 외부 자극(전자파, 진동)에도 반응한다는 단점이 있습니다.

신틸레이터(Scintillator)
신틸레이터는 방사선(감마 또는 X-ray)을 받으면 가시광선으로 변환시켜주는 무기 또는 유기물을 말합니다. 이를 이용한 센서를 섬광(신틸레이터)센서라고 합니다. 섬광(신틸레이터)센서는 방사선을 받으면 빛을 방출하는 특성을 이용, 신틸레이터와 고감도 광센서를 결합시켜서 방사선을 검출하는 센서입니다.
섬광(신틸레이터)센서는 다른 센서에 비해 아직 가격이 높지만 감도가 높고, 수명이 길며, 외부자극(전자파, 진동)에도 반응하지 않아 높은 신뢰성을 가집니다.

 Figure 2 신틸레이터
 Figure 2 신틸레이터

 

불편한 진실, 이 사실을 아시나요?

일반인들이 자신을 보호하기 위해서 구입하는 방사능 측정기는 활용도가 매우 떨어집니다. 일반인들이 손쉽게 구매하는 일반 휴대용 방사능 측정기로는 건강상의 가장 큰 위협이 되고 있는, 식품 방사능 측정이 불가능하기 때문입니다.

33 쇼케이스 03 33 쇼케이스 04

 

방사능과 방사선의 차이
방사능을 향수에 비유하자면 방사선은 향수에서 나오는 향기와 같습니다. 방사능은 방사선을 방출할 수 있는 원소, 원자(세슘, 우라늄, 플로토늄 등)을 말하고, 방사선이란 전자파와 같이 에너지를 가진 광선과 같은 것을 말합니다.

식품 방사능 측정의 중요성
신체가 방사선에 노출 되는 경우, 방사선은 노출된 세포를 파괴하고 지나갑니다. 이는 일회성 손상에 그칩니다. 그러나 만약 방사능 물질(원소)을 섭취한다면, 지속적으로 방사선이 나와 세포를 파괴하므로, 백혈병, 암 등 각종 질병을 일으킬 위험이 매우 큽니다. 따라서 식품 방사능의 측정이 매우 중요합니다.

휴대용 방사능 측정기로는 식품 방사능 측정이 불가능한 이유
식품 방사능 측정이란 국가의 법적 식품방사능 기준치 100Bq/Kg의 방사능을 측정할 수 있는지를 기준으로 합니다. Bq(베크렐)이란 1초당 일어나는 핵분열 횟수를 의미하는 단위로, Bq/Kg은 1Kg의 식품에서 1초간 일어나는 핵분열 횟수를 나타냅니다. 100 Bq/kg이란 1kg의 식품이 1초에 100번의 핵분열을 일으키고, 이때 방사선을 방출합니다. 1번의 핵분열로 1개의 방사선을 방출하는 핵종(세슘 Cs-137,요오드 I-131)도 있고 여러 개의 방사선을 방출하는 핵종(코발트 Co-60)도 있습니다.

Figure 3 자연 방사능
Figure 3 자연 방사능

일반적인 환경에서는 우주나 토양으로부터 오는 자연방사능이 항상 존재합니다. 자연방사선의 세기는 식품 방사능 기준치 100Bq/Kg보다 50~100배나 높은 수치입니다. 일반적인 환경에서 일반 휴대용 측정기로 식품을 측정하면 대부분 자연방사선량을 측정하게 됩니다. 식품이 심하게 오염되어 자연방사선 수치보다 높은 방사선을 방출하면 당연히 휴대용 측정기로도 측정이 가능하지만 100Bq/Kg으로 오염된 식품은 자연방사선 세기의 1/100 정도의 방사선을 방출하므로 그 차이를 휴대용 측정기로 측정하는 것은 불가능합니다.

Figure 4 내부 피폭의 위험성, 방사능과의 거리에 따른 피폭량
Figure 4 내부 피폭의 위험성, 방사능과의 거리에 따른 피폭량

그러면 왜 식품방사능 기준치가 우리가 생활하는 환경에 항상 존재하는 자연방사능 수치보다 1/100 낮게 정해져 있을까요? 이는 앞에서 설명 드린 ‘방사선’을 먹는 것이 아니라 ‘방사능’을 먹기 때문입니다.

방사선도 전자기파의 일종으로 발생원으로부터 거리의 제곱에 비례하여 세기가 약해집니다. 방사선을 방출하는 원소(예-세슘, Cs-137), 100 Bq/kg으로 오염된 식품을 5cm 거리에서 휴대용 측정기로 측정하면 감지가 불가능합니다. 하지만 인체에 들어오면 세슘과 세포와의 거리가 1 ~100micro m 이내에 존재하게 되고, 그 세포들이 받는 방사선량은 원자폭탄이 터질 당시의 방사선량과 맞먹게 됩니다. 소수의 세포가 그러한 피폭을 당한다 해도 일부 세포가 암세포로 돌연변이를 일으키고 이것이 계속 증식한다면 심각한 암이 될 수 있습니다. (참고: 일반적인 휴대용 측정기는 Sv/h(시버트/시간)라는 단위를 사용합니다. 이는 절대적인 물체의 방사능의 세기를 나타내는 것이 아니라 현재의 측정되고 있는 방사선의 세기, 즉 피폭량의 단위입니다. 식품방사능을 나타내는 Bq(베크렐)은 물체가 가지고 있는 절대적인 방사능의 세기입니다. Bq(베크렐)은 반감기로 인해 세기가 시간에 따라 줄어들 뿐 다른 물리, 화학적인 변화에 의해서도 변화하지 않습니다. 하지만 Sv/h(시버트/시간)은 방사능 원소로부터 거리가 멀어지면 줄어드는 양이고, 납이나 금 등 밀도가 높은 물질로 차폐하면 줄어드는 양입니다. 두 단위를 바로 비교하는 것은 불가능하며 두 단위를 변화시키려면 거리, 핵종, 측정면적 등 추가적인 정보가 있어야만 가능합니다.)

새로운 모델 고감도 휴대용 측정기 QSF104
아나로그리서치시스템에서 출시한 새로운 모델 QSF104는 2000 CPM/uSv/h 의 감도를 가집니다. 이는 시중에 500만원대에 판매되는 제품과 동급의 성능입니다. (QSF104-40만원대) 이와 동시에, 90g의 초경량 측정기입니다.

Figure 5 가격대비 성능비가 매우 뛰어난 QSF104
Figure 5 가격대비 성능비가 매우 뛰어난 QSF104
33 쇼케이스081
33 쇼케이스082
33 쇼케이스08
Figure 6 대리석, 대기 중,세면대 등 다양한 측정이 가능한 QSF104

고감도 신틸레이션 센서를 사용한 제품으로 측정 에너지 범위도 50 keV ~ 6 MeV 까지 가능합니다. 요즘 우려되고 있는 방사능 시멘트 등, 모든 물체 및 대기중 방사능을 측정을 간단하고 정확하게 할 수 있습니다.
측정시 방사능 오염 지역을 탐지하기 위한 빠른 반응시간이 필요한 경우 “F” 모드를 사용, 6초의 반응시간으로 탐지가 가능하며, 일반적인 측정 “N” 모드는 21초 반응시간, 정밀한 측정을 위한 “P”모드는 120초 반응시간으로 변경하여 광범위한 분야에 적용이 가능합니다.

식품 방사능 측정
식약처 기준 식품방사능을 측정하는 방식은 다음과 같습니다. 납 차폐함 안에 음식물을 넣어서 자연방사선을 낮춘 환경에서 어떤 원소에 의한 방사선인지 구별이 가능한 감마스펙트럼을 분석하여 핵종을 파악합니다. 감마 스펙트럼은 그림 7로 표현됩니다.

33 쇼케이스 5555
Figure 7 감마 스펙트럼, Cs137과 K40에 봉우리가 생겼으므로 두 핵종이 존재함

각 에너지 범위에 봉우리가 생긴다면, 해당하는 핵종이 검출되었다는 의미입니다. 검출된 방사능이 어떤 핵종인지 파악할 수 있는 방법입니다. 감마스펙트럼 분석을 하는 이유는 음식물 속에 포함된 자연방사능 때문입니다. 대부분의 음식은 자연방사선 원소인 칼륨(K-40)을 포함하고 있는데, 칼륨은 인체에 필요한 원소이지만 기본적으로 방사선을 방출하며 반감기가 지구 나이만큼 길기 때문에 인위적으로 제거하기가 어렵고, 때문에 방사능 물질이지만 칼륨이 포함되어 있다고 해서 방사능 오염으로 분류하지 않습니다. 칼륨을 다량 포함하고 있는 다시마나 미역, 바나나 같은 경우에는 칼륨에 의해 방사능 수치가 올라 갈 수 있기 때문에 이를 구분하기 위해서 감마 스펙트럼 분석을 해야 합니다. 또한 음식물을 측정용기 안에 넣은 후, 두꺼운 납 차폐물 안에 넣어서 측정을 합니다. 이는 자연방사선을 낮추기 위한 방법입니다. 미량의 방사능을 검출하기 위해서는 자연방사선을 낮추는 것이 유리합니다. 그러나 이러한 방사능 측정기는 수천에서 수억 원대에 이르고, 유지 관리 또한 매우 어렵기 때문에 일반인들이 사용하기에는 매우 어렵습니다.

식품 방사능 간이 측정이 가능한 QSF104
QSF104는 핵종분석 기능이 없습니다. 그러나 핵종분석 기능이 없다고 해서, 식품방사능 측정이 불가능한 것은 아닙니다. QSF104는 다른 휴대용 측정기의 10~1000배에 이르는 고감도 센서를 장착한 측정기이기 때문에 100Bq/Kg 식품기준치의 측정이 가능합니다.

섬광(신틸레이터)센서를 장착한 QSF104
QSF104는 섬광(신틸레이터)센서를 장착한 고감도 방사능 측정기입니다. 선량률 측정, 누적 선량률, 알람 설정, 펄스 측정, 조명 설정, 소리 설정, 제품 정보 등의 8개의 모드가 있는데, 이중 주목할 만한 모드는 펄스 측정 모드입니다.

강력한 펄스 측정(Total Pulse)모드
펄스 측정 모드란, 측정된 감마선의 총 펄스 수를 보여주는 모드입니다. 선량률 측정 모드보다 정밀하게 측정할 경우 사용합니다.
주목할 점은, 펄스 측정 모드를 이용하여 식품방사능의 측정이 가능하다는 점입니다. QSF104는 핵종분석기능이 없습니다. 그러므로 칼륨과 세슘을 구분할 수는 없습니다. 그러나 칼륨(K-40)과 같은 자연방사선이라고 해서 몸에 해롭지 않은 것은 아닙니다. 오히려 칼륨의 에너지는 높기 때문에 세포분열이 활발한 어린아이와 임신부에 치명적일 수 있습니다. 그러므로, 핵종 구분을 하지 않고 방사능의 ‘총량’을 측정하는 것도 의미가 있습니다. 고감도 QSF104의 펄스측정 모드를 이용하여 방사능의 총량을 측정하는 방식으로 식품방사능 측정을 할 수 있습니다.

33 쇼케이스 10 33 쇼케이스 11
Figure 8 QSF104측정 Figure 9 QSF104 식품측정용기
33 쇼케이스 666
일반 환경 (납 차폐물을 이욯하지 않을 경우)

 

식품 측정의 방법
식품 측정은 빈 측정용기를 이용하여 배경 측정 후 식품을 넣고 측정된 펄스 수를 비교하여 이루어집니다. 배경 및 식품 측정시간을 길게 할수록 검출 한계는 낮아집니다. 측정 시간에 따른 QSF104의 검출 한계는 다음과 같습니다.
납 차폐물을 이용하지 않고 일반 환경에서 측정할 경우 60분 배경과 식품을 측정하면 식품기준치인 100Bq/kg 수준의 측정이 가능하며 24시간 측정시 17Bq/kg까지 측정이 가능합니다.
납 차폐함을 사용한다면, 측정 한계를 더욱 낮출 수 있습니다.

33 쇼케이스 12 33 쇼케이스 13 33 쇼케이스 14
Figure 10 QSF104 납 차폐함 Figure 11 QSF104 납 차폐함과 측정 용기 Figure 12 QSF104 납 차폐 측정
33 쇼케이스 666666
납 차폐함 이용시

납 차폐함이란, 납으로 만든 차폐함으로, 자연방사선을 낮추어 측정 한계를 낮출 수 있습니다.
현재의 납 차폐함은 기본 10mm의 두 께를 가지고 있어 더 나은 측정이 가능하도록 30mm 두께의 납 차폐함도 준비중입니다. 납 차폐함과 측정 용기는 QSF104의 옵션 사항으로 구매하실 수 있습니다.

측정결과의 해석
배경의 방사선 수와 샘플의 방사선 수를 비교해서 ‘샘플의 방사선 수가 더 많이 나왔으므로 식품이 방사능에 오염되었다’라고 바로 판단할 수는 없습니다. 방사선 측정은 하이젠베르크의 불확정성의 원리를 따르고 통계적인 방법을 통해서 해석이 가능합니다.
첫 번째 측정에서는 배경보다 샘플이 더 높은 측정값을 가졌다고 해도, 다음번 측정에서는 더 낮은 측정값을 가질 수도 있습니다.
측정 시간과 측정값을 이용하여 이산분포 곡선을 그릴 수 있고, 일반적으로 95%의 정확도, 2 sigma 영역에서 배경 측정과 샘플 측정의 그래프가 겹치지 않으면 방사능이 더 많이 포함되어 있다고 해석합니다.

33 쇼케이스 888888

배경 측정값과 샘플 측정값의 결과를 그래프로 그려서 겹치는 구간이 있다면, 배경 측정과 샘플 측정값의 차이가 없다는 것이고, 샘플의 측정값이 더 높더라도 방사능이 포함되어 있다고 판단하지 않습니다.
관련된 더 자세한 내용은 홈페이지(qsafe.co.kr)를 참고해주세요.

합리적인 식품방사능 측정이 가능한 QSF104
기존 식품방사능 측정기는 수천만~수억 원까지 하는 높은 금액과, 조작의 어려움, 유지 관리의 어려움으로 인해 전문기관이 아닌 일반인들이 접근하기에는 현실적으로 불가능했습니다. 그래서 방사능으로 인한 막연한 두려움이 증폭되는 현상까지도 가져왔습니다.
새로 출시된 QSF104는 시멘트 및 환경의 방사능 측정 및 일반인들도 손쉽게 식품 방사능 측정이 가능하도록 제작된 제품으로 방사능의 두려움으로부터 능동적으로 벗어날 수 있게 해 줄 것입니다.

출시 예정인 QSF105

33 쇼케이스 17
Figure 15 QSF105 핵종분석기능-감마스펙트럼 LCD 화면

식약처에서 수행하는 식품방사능 측정법인 감마스팩트럼 기능을 탑재한 QSF105가 출시 예정입니다. QSF104와 동일한 크기와 무게를 가지고 있습니다.

 

Leave A Comment

*