Ⅰ. 서 론

지속적인 환경방사능에 대한 조사는 국민의 건강을 보호 하고, 국토 환경을 보전하기 위해 중요하다[1]. 특히 환경방 사능에 대한 조사 및 연구는 대부분 원자력 발전소 인근 지 역에서만 이루어지고 있어, 이를 제외한 다른 지역의 토양 내 환경방사능 분포에 대한 기초자료가 부족한 실정이다. 현재 일본에서 후쿠시마 원전 오염수 방류 결정을 내리면서 국내 토양 및 해수에 관한 지속적인 감시와 기초자료 확보 의 중요성은 더 커지고 있다[2].

원자력안전위원회에서 제공되는 토양의 환경방사능 자 료는 ⁴⁰K과 ¹³⁷Cs의 방사능 값을 기준으로 토양의 오염도를 판단하고 있다[3]. ⁴⁰K은 대표적인 자연방사선 핵종이고, ¹³⁷Cs은 대표적인 인공방사선 핵종이다. 자연방사선 핵종으 로부터 방출되는 방사선의 경우, 피폭 량은 소량이고 인체 에 가해지는 피해 정도가 적어 장해의 정도가 쉽게 파악되 지 않는다. 특히 ⁴⁰K은 토양뿐만 아니라 농ㆍ축ㆍ수산물과 해양 시료에도 존재하는 대표적인 동위원소로서 환경방사 능에 의한 주민 위해도 평가 및 환경영향평가 등에 지표 핵 종으로도 사용되고 있다. 그리고 측정 결과가 주변의 원자 력 시설 운영 여부 및 토양의 깊이에 따라 달라지지 않는다 는 특성이 있어 환경방사능 측정 핵종으로 많이 사용되고 있다. 또한, 위해성이 밝혀진 자연방사성 동위원소인 라듐 으로부터 생성되는 라돈은 토양 모세관 또는 입자 기공을 통하여 대기 중으로 방출되어 미세먼지 등에 흡착된 것으로 서 농도가 높은 지역에서 장기간 노출되면 폐암을 유발할 수 있다[4]. 특히 토양 중 라듐 농도가 높은 지역이 대기 중 라돈의 농도가 높으므로 공기 중 라돈농도 측정을 위해서는 토양의 라듐 농도 측정이 선행되어야 한다[5]. 인공방사선 핵종 중 ¹³⁷Cs은 대표적인 핵분열 생성물이다. 반감기가 약 30년으로 길기 때문에 토양과 물에 흡수되면 장기간 잔류하 게 되는데, 이에 농작물 등을 통해 인체에 흡수될 수 있는 위험도가 높다[6]. ¹³⁷Cs이 체내에 축적되면 불임증, 전신마 비, 골수암, 갑상샘암 등을 유발하기 때문에 그 수준을 확인 하고 모니터링 하는 것이 매우 중요하다. 이런 방사선의 위 해도 때문에 국가적으로 방사선에 대한 모니터링을 실시하 고 있으며, 후쿠시마 원전사고 이후 일반인들의 생활방사선 에 대한 관심도가 특히 증가하고 있다[7]. 도심에 위치한 근 린공원은 휴식 및 체력단련 등의 목적으로 어린이부터 노년 층까지 다양한 연령층이 장시간 이용하고 있지만[8] 근린공 원 토양에서의 방사능 분포에 대한 연구는 거의 없는 실정 이다.

본 연구에서는 토지개발 특성이 다양한 인천지역의 근린 공원 토양 감마방사능을 측정하였다. 자연방사성핵종과 인 공방사성핵종의 지표핵종인 ⁴⁰K과 ¹³⁷Cs 그리고 위해성이 밝혀진 대표적인 자연방사성동위원소인 라듐을 측정하기 위해 그 자핵종인 ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi 핵종을 측정하여[9] 분석을 수행하고, 토지개발 특성에 따른 근린공원의 방사능농도 및 안정성에 대해 분석하여 보았다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 시료채취 및 전처리

본 연구에서는 인천광역시 내의 토지개발 특성에 따라 공 단지역, 매립지역, 주거지역 그리고 해안지역 등 4개 구역 으로 나누고, 각 구역 내의 근린공원 2곳에서 각각 2개 지점 의 시료를 채취하여 각 구역별로 4개씩 총 16곳의 시료를 채 취하였다. 각 지역의 좌표는 Table 1과 같으며, 시료 채취 시에는 공원의 중간 지점에서 대칭이 되는 지점을 기준으로 하여 15∼30 cm 깊이의 심층토양을 5 kg씩 각각 채취하였 다. 채취한 토양은 2 mm 체로 두 차례 걸러내고 72시간의 자연건조 후 Marinelli Beaker 1 L에 채웠다. 라듐은 불활 성 기체이므로 직접 측정이 어렵고 알파선 붕괴 핵종으로 감마방사능 분석을 위해서는 그 자핵종인 ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi 측정 값을 통해 라듐을 간접 추정하는 방법을 활용한다. 본 연구 에서는 시료를 Marinelli Beaker에 충진 시킨 후 방사평형 을 위해 가스의 방출을 막고자 파라핀 테이프로 밀봉한 후 252시간 동안 보관하여 감마방사능 분석을 수행하였다(Fig. 1).

2. 방사능 농도 분석

감마방사능 분광분석을 위해 사용된 계측기는 3″× 3″ NaI 검출기 대비 상대효율(relative efficiency) 30%, 에너 지 분해능(full width half maximum, FWHM)은 Co-60 기준 1,332 keV에서 1.8 keV 이하의 성능을 가지고 있는 고 순도게르마늄검출기(High Purity Germanium detector; HPGe, Canberra Inc.)를 사용하였다[9]. 시료의 방사능 측 정 시 표준 선원의 방사능 농도와 비교하여 산출된 효율곡 선의 핵종별 불확도를 ±5% 이내로 하였다. 시료 측정시간 은 선행 연구사례를 참고하여 80,000 초로 하였고[11], 자 연방사성물질인 ⁴⁰K과 ²²⁶Ra (at equilibrium ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi) 을 대상으로 하였다. ²²⁶Ra 붕괴계열 중 ²¹⁴Pb과 ²¹⁴Bi 핵종 은 자핵종 중 감마방사능 계측으로 뚜렷하게 나타나는 핵종 으로 방사평형이 이루어진 상태에서는 ²²⁶Ra의 모핵종과 ²¹⁴Pb과 ²¹⁴Bi의 자핵종 방사능 양이 같아진다는 것을 이용한 간접 추정의 원리로 분석을 수행하였다. 또한, 인공방사성 물질로는 오염도의 대표성을 띄는 핵종으로 ¹³⁷Cs의 농도를 측정하였다.

감마방사능 측정 및 스펙트럼 분석은 Genie 2000 프로그 램(Canberra, v3.1)을 이용하였다. Genie 2000 프로그램 에서의 방사능 값을 산출하기 위한 분석 수식[12]은 아래와 같다.

여기서, A 는 방사능(Bq/kg), N_t는 측정하고자 하는 피 크의 순면적, N_b는 백그라운드 피크의 순면적, ε는 계수 효 율, γ는 핵종의 감마선 에너지의 방출 확률, t_s 는 시료의 측 정 시간(sec), m은 시료의 무게(kg), k₁ 은 샘플링과 측정 사이에 경과된 시간에 대한 방사성 붕괴 보정 인자, k₂ 는 측 정 시간 중에 발생되는 방사성 붕괴 보정 인자, k₃은 샘플의 자체흡수효과에 의한 보정 인자, k₄ 은 우연합산(pile-up) 효과에 의한 보정 인자를 의미하고 k₅ 는 측정 핵종의 동시 합성 효과에 의한 보정 인자를 나타낸다.

3. 미검출 핵종에 대한 방사능 최소검출가능농도 (minimum detectable activity, MDA)의 산출

최소검출가능농도(minimum detectable activity, MDA) 는 장비의 한계치로서 측정단위 별 최소로 검출이 가능한 농도를 말한다. MDA는 계측의 통계적인 부분을 고려한 방 사능 존재 여부를 나타낼 수 있고, 측정 후 MDA 미만의 수 치로 측정되면 통상 방사능 값이 검출되지 않았다고 표현하 기도 한다. 즉, MDA는 계측효율, 계측시간 및 시료의 량 등 에 의해 달라질 수 있다[13]. 본 연구에서는 Currie에서 제 안한 산출 수식을 이용하여 MDA를 산출하였다. Currie에 의한 수식은 식 2와 같다.

여기서, B 는 백그라운드 불확도, ε는 계수 효율, γ는 핵 종의 감마선 에너지의 방출 확률, t_s 는 시료의 측정 시간 (sec), m은 시료의 무게(kg), k₁ 은 샘플링과 측정 사이에 경과된 시간에 대한 방사성 붕괴 보정 인자, k₂ 는 측정 시간 중에 발생되는 방사성 붕괴 보정 인자, k₃은 샘플의 자체흡 수효과에 의한 보정 인자, k₄ 은 우연합산(pile-up) 효과에 의한 보정 인자, k₅ 는 측정 핵종의 동시합성 효과에 의한 보 정 인자를 나타낸다.

4. 통계 분석

토지구역 특성에 따른 방사능농도의 차이 및 최소검출가 능농도의 유의성 검정은 통계프로그램으로 Jamovi Desktop Ver. 2.3.21을 사용하여, 4개 토지구역 특성별 방사능 농도 를 반복측정분산분석의 비모수통계인 Friedman test로 분 석하였고, 각각의 토지구역 특성별 방사능 농도를 짝비교 (durbin conover)를 통하여 알아보았다. 모든 통계의 유의 성은 P<0.05를 기준으로 하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 토지개발 특성별 근린공원의 방사능 농도분석

인천지역 근린공원 전체의 ⁴⁰K의 방사능 농도는 평균 940.60±170.92 Bq/kg-dry이었다. 토지개발 특성별로는 공단지역에서는 C지점(승기공원)에서 846.76 Bq/kg-dry로 가장 낮았고, B지점(남동근린공원)에서 971.61 Bq/kg-dry 로 가장 높게 나타났다. 매립지역은 평균 839.78±34.93 Bq/kg-dry로 B지점(센터럴공원)에서 799.66 Bq/kg-dry, D지점(해돋이공원)에서 882.17 Bq/kg-dry로 분포를 보였다. 주거지역에서는 B지점(굴포공원)에서 748.18 Bq/kg-dry 이 나왔으며, D지점(신트리공원)에서 1275.89 Bq/kg-dry 으로 평균 1030.91±274.04 Bq/kg-dry로 전체 검사 지역에서 가장 높게 나타났다. 해안지역은 A지점(자유공원)에서 713.87 Bq/kg-dry이 D지점(을왕리공원)에서 1137.78 Bq/kg-dry 이 측정되었다(Table 2). 각 토지구역 특성별 4 그룹 간에 방사능 농도에 대하여 통계적으로 유의한 차이가 없었으며, 지역 각각의 짝비교 에서도 통계적인 유의성은 없었다.

인천지역 근린공원 전체의 ¹³⁷Cs의 방사능 농도는 0.624± 1.22 Bq/kg-dry이었다. 토지개발 특성에 따라서는 공단지 역에서 평균 0.33±0.14 Bq/kg-dry(최소 0.31∼최대 0.52 Bq/kg-dry)이 나왔다. 매립지역에서는 평균 0.12±0.14 Bq/kg-dry(최소 0∼0.27 Bq/kg-dry)이 나와서 4 그룹 중 에서 가장 낮게 나왔다. 주거지역에서는 평균 0.17±0.21 Bq/kg-dry(최소 0.0∼최대 0.44 Bq/kg-dry)로 나타났다. 해 안지역은 평균 1.88±2.13 Bq/kg-dry(0.10∼4.45 Bq/kg-dry) 로 나타나 4 토지구역 중에서 가장 높게 나타났다(Table 3). 토지구역 특성별 4 구역의 ¹³⁷Cs의 방사능 농도 값은 통계적 으로 유의한 차이가 없었으며, 지역 각 각의 짝비교 에서도 유의한 차이가 없었다.

2. 미검출 핵종에 대한 MDA 산출

²²⁶Ra 측정을 위해 자핵종인 ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi 핵종을 측정한 결과는, 모든 지점에 대해 MDA 미만의 수치로 나타나 방사 능에 대한 위해도가 매우 미미한 것으로 나타났다. ²¹⁴Pb의 MDA 값은 공단지역이 13.64±13.37 Bq/kg-dry, 주거지역 이 71.19±20.48 Bq/kg-dry으로 나타났다. ²¹⁴Bi의 MDA 값은 공단지역이 7.44±12.11 Bq/kg-dry, 주거지역이 76.55±22.23 Bq/kg-dry으로 나타났다(Table 4).

Ⅳ. 고 찰

방사선에 대한 대국민적 관심도는 후쿠시마 원전사고 이 후 꾸준히 증가하고 있다. 또한 최근에는 노원구 아스팔트 방사능 검출 문제와 음이온 매트리스 검출 사건 이후로는 생활방사능에도 관심이 많아 생활주변방사선 안전관리법도 지속적으로 개정되고 있는 것이 현실이다[14,15]. 올해는 일 본 원자력규제위원회(NRA)가 후쿠시마 원전사고에 의한 오 염수를 해양에 방류할 계획을 확정함에 따라 한국 해협에 후쿠시마 오염수가 침투되는 것이 불가피해짐에 따라 방사 능에 대한 관심도는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 이에 본 연구는 우리나라에서 인구가 세 번째로 많은 인천지역의 근 린공원을 대상으로 토양에 대해 환경방사능에 대해 대표적 인 방사성핵종인 ⁴⁰K, ¹³⁷Cs 및 ²²⁶Ra (at equilibrium ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi)를 통해 분석함으로서 우리 주변에 영향을 미치는 방 사능에 대한 영향이 얼마만큼 있는지에 대해 알아보았다.

⁴⁰K의 방사능 농도는 이상원[16]의 연구와 비슷하였고, ¹³⁷Cs의 방사능 농도는 많은 값은 아니지만 이번 연구에서 더 낮게 나왔다. 이는 토양을 채취한 위치에 따른 차이로 보인다. 토지개발 특성에 따른 방사능 농도는 ⁴⁰K, ¹³⁷Cs 모두에서 그 룹 간에 통계적으로 유의한 차이가 발생하지 않아서 토지개발 특성에 따른 방사능 농도는 영향이 없는 것으로 나타났다. ⁴⁰K의 방사능 농도는 주거지역에 위치한 근린공원에서 가장 높게 나타났고, ¹³⁷Cs의 방사능 농도는 해안지역에 위치한 곳 에서 가장 높았지만, 2021년 한국원자력안전기술원(korea institute of nuclear safety, KINS)에서 환경방사능 분석을 위해 실시한 전국 환경방사능 조사[17]의 인천지역 토양 방사 능과 비교하였을 때, ¹³⁷Cs 농도는 KINS의 측정값인 MDA가 1.82 Bq/kg-dry 이하와 비슷하게 측정되었으나, 자유공원 의 경우에는 ¹³⁷Cs 농도가 소량 검출되었기 때문에 이에 대한 지속적인 방사능 모니터링 및 관리가 필요하다는 사실을 알 수 있었다. 자연방사성핵종인 ⁴⁰K의 경우는 KINS 측정값인 인천지역 827±12 Bq/kg-dry, 전국평균 740.13±168.79 Bq/kg-dry 보다 높은 평균 940.60±170.92 Bq/kg-dry이 측정되어 지속적인 모니터링을 할 필요성이 있었다.

²²⁶Ra (at equilibrium ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi)의 측정 결과는 모든 곳에서 안전한 수준으로 검출되거나 MDA 미만의 수치로 검 출되어 서범경 등[5]의 연구와 비슷한 결과를 보였다. ²²⁶Ra 측정을 위해 자핵종인 ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi 핵종을 측정한 결과는, 모든 지점에 대해 MDA 미만의 수치로 나타나서 전형진 등 [9]의 연구보다 낮게 나타났으며, 인천지역 근린공원에서는 ²²⁶Ra에 대해 안전하다는 것을 알 수 있었다. 본 연구의 제 한점으로는 토지개발 특성에 따른 각 근린공원에서의 토양 시료 채취지점이 2개씩으로 제한적이었으며, 또한 토양의 구성 성분분석이 없이 방사능 농도만을 단순 비교한 점이 다. 추후 더 많은 지점의 토양 시료와 토양의 구성성분에 따 른 비교분석에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Ⅴ. 결 론

본 연구에서는 인천광역시 내의 지역을 토지개발 특성에 따라 공단지역, 매립지역, 주거지역 그리고 해안지역으로 나누고, 각 기준 지역 내의 근린공원 2곳을 선정하여 HPGe 검출기를 이용하여 총 8개의 공원의 16지점에서 토양 방사 능을 측정하고, 그 값을 비교하여 위해도를 평가하였다. 분 석 결과, 인공방사성핵종인 ¹³⁷Cs은 검출되지 않거나 극미 량이 검출되었으며, 방사능 값은 자유공원에서 상대적으 로 높게 검출되었다. 자연방사성핵종의 경우 ⁴⁰K은 전국 평균보다 조금 높지만 안전한 수치로 검출되었고, ²²⁶Ra (at equilibrium ²¹⁴Pb, ²¹⁴Bi)의 경우에는 MDA 미만의 수치로 검출되어 영향이 미미한 것으로 나타났다. 측정 결과에 대 한 위해성을 평가하기 위해 KINS의 2021년 전국 환경방사 능 조사 결과와 비교하였을 때에도 비슷한 결과를 나타내었 다. 토양 시료를 이용한 방사능을 측정함으로써 인천지역 근린공원의 토양방사능 농도가 대체로 안전한 범위에 있다 는 것을 확인하였지만, 일개 공원에서 ¹³⁷Cs이 검출되어 지 속적인 모니터링이 필요할 것으로 보이며, 향후 방사능에 대한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.