Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 2288-3509(Print)
ISSN : 2384-1168(Online)
Journal of Radiological Science and Technology Vol.46 No.2 pp.141-149
DOI : https://doi.org/10.17946/JRST.2023.46.2.141

Radon Removal Efficiency of Activated Carbon Filter from Coconut

Yun-Jin Ahn1,2), Gi-Sub Kim1), Tae-Hwan Kim1,2), Sang-Rok Kim1)
1)Radiation Safety Section, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences
2)Department of Medical Physics, Korea University Graduate School of Convergence Science

This study was supported by a grant of the Korea Institute of Radiological and Medical Sciences(KIRAMS), funded by Ministry of Science and ICT(MSIT), Republic of Korea. (No. 50422-2023)


Corresponding author: Sangrok Kim, Radiation Safety Section, Korea Institute of Radiological and Medical Sciences, 75, Nowon-ro,
Nowon-gu, Seoul, 01812, Republic of Korea / Tel: +82-2-970-1346 / E-mail: kim@kirams.re.kr
28/03/2023 03/04/2023 06/04/2023

Abstract


The Korea Institute of Radiological and Medical Sciences plans to produce 225Ac, a therapeutic radio-pharmaceutical for precision oncology, such as prostate cancer. Radon, a radioactive gas, is generated by radium, the target material for producing 225Ac. The radon concentration is expected to be about 2000 Bq·m-3. High-concentration radon-generating facilities must meet radioactive isotope emission standards by lowering the radon concentration. However, most existing studies concerning radon removal using activated carbon filters measured radon levels at concentrations lower than 1000 Bq·m-3. This study measured 222Rn removal of coconut-based activated carbon filter under a high radon concentration of about 2000 Bq·m-3. The 222Rn removal efficiency of activated carbon impregnated with triethylenediamine was also measured. As a result, the 222Rn removal amount of the activated carbon filter showed sufficient removal efficiency in a 222Rn concentration environment of about 2000 Bq·m-3. In addition, despite an expectation of low radon reduction efficiency of Triethylenediamine-impregnated activated carbon, it was difficult to confirm a significant difference in the results. Therefore, it is considered that activated carbon can be used as a radioisotope exhaust filter regardless of whether or not Triethylenediamine is impregnated. The results of this study are expected to be used as primary data when building an air purification system for radiation safety management in facilities with radon concentrations of about 2000 Bq·m-3.



코코넛 기반 활성탄 필터의 라돈 제거 효율

안윤진1,2), 김기섭1), 김태환1,2), 김상록1)
1)한국원자력의학원 방사선안전관리팀
2)고려대학교 융합과학대학원 의학물리학과

초록


    Ⅰ. 서 론

    국가통계 포털에 따르면 대한민국의 전립선암 발생률은 1999년 이후 지속적인 증가 추세를 보이며, 2020년 기준 남 자의 경우 폐암과 위암 다음으로 3위이고 전체 성별에서 6 위이다[1]. 전립선암의 핵의학적 치료 방법에는 대표적으로 방사성의약품 68Ga, 177Lu 및 225Ac가 사용된다. 그중 225Ac 은 기존 치료 요법에 내성이 있는 환자에게 새로운 치료 방 법으로 적용 가능하여 최근 주목받고 있다[2]. 또한, 225Ac 에서 방출되는 알파선은 인체 투과 거리가 짧아 암 치료 시 주변 정상 조직 보호에 유리하기 때문에 표적 치료의 맥락 에서 높은 치료 효과를 보여준다[3].

    한국원자력의학원은 전립선암 등 정밀종양의료를 위한 치료용 방사성의약품 225Ac 생산 시스템을 계획 중이다. 가 속된 양성자를 표적 물질 226Rn에 충돌시키면 두 개의 중성 자가 빠져나오면서 225Ac가 생성되고 방사성 가스인 222Rn 이 발생한다. 이때 예상되는 222Rn 농도는 약 2000 Bq·m-3 으로 방사성 가스인 222Rn이 시설 외부로 방출되면 내부 피 폭으로 이어질 수 있다. 따라서 원자력안전법에 따라 한국 원자력안전위원회가 정하는 배출관리 기준의 제한을 받으 며 방사선 안전관리 측면에서 관리될 필요가 있다[4].

    222Rn은 반감기 3.82일의 방사성동위원소이며 무색, 무 취의 비활성 기체이다. 환경부에서는 222Rn이 인체 내에 흡 입되었을 경우 222Rn의 자핵종이 기관지 세포에 흡착되고 자연 붕괴하는 과정에서 알파 에너지를 전달하기 때문에 폐 암을 일으키는 원인이 되므로 방사선 방호 차원에서 매우 중요하다고 언급하였다[5]. 2009년, 세계보건기구(World Health Organization, WHO)는 222Rn이 전 세계 폐암의 최 대 15%를 유발한다고 보고하였다[6]. 또한, 미국 환경보호 청(Environmental Protection Agency, EPA)에서 222Rn은 비흡연자 폐암의 가장 큰 원인이며 흡연자의 경우 라돈과 흡연의 시너지 효과로 인해 폐암 위험이 증가하여 1,000명 중 약 62명이 폐암으로 사망하고, 이는 교통사고로 사망할 확률의 약 5배에 해당한다고 발표하였다[7]. 이러한 222Rn 은 2018년 한국에서 판매된 침대 매트리스에서 기준치 이상 의 222Rn이 검출된 사고가 발생한 이후로 실내 라돈 노출과 저감 방안에 대한 대중의 관심이 급증하였다[8].

    실내 222Rn 농도 저감을 위한 대표적 방법인 환기는 토양 가스 배출법, 외부 공기 유입법, 차폐시공법과 달리 건물에 추가적인 시공이 필요하지 않은 간편한 방법으로 소개된다 [9]. 하지만 환기는 에너지 효율을 고려할 때 모든 환경에 적용하기에는 어려움이 존재한다. 따라서 작업장과 같이 고 농도 222Rn 발생 장소는 국소 배기장치 등을 설치하여 222Rn 확산을 방지하고 공기 중 222Rn 농도를 제어할 수 있다.

    방사선 관리구역 및 원자력 관리시설은 고농도의 방사성 가스 및 각종 유해가스 제거를 위한 배기 필터를 설치한다. 기존 연구에 의하면 방사성동위원소를 다루는 병원, 연구 소, 교육시설 등에 사용하는 배기 필터 중 Charcoal filter 에 충진되는 첨착활성탄은 20 Å 크기의 미세공이 발달하여 반데르발스(Van der waals) 인력으로 인해 인체에 해로운 각종 유기물과 방사성동위원소를 흡착 제거가 가능하다고 언급되었다[10]. 또한, 활성탄 필터는 낮은 생산 비용과 높은 안정성이 장점이며, 트리에틸렌디아민(Triethylenediamine, TEDA)과 요오드화칼륨(Potassium Iodide, KI)은 활성탄 필터에 가장 일반적으로 사용되는 첨착 물질로 2010년부터 2017년까지 최근 연구들은 방사성 요오드 포획을 위한 TEDA 첨착활성탄 활용에 중점을 두었다[11]. 또 다른 기존 연구들에 의하면 TEDA는 활성탄의 효과적인 131I 포집을 목 적으로 이용되나 첨착 후 활성탄 표면적을 감소시킨다고 언 급되었다[12,13].

    1900년대 초 Rutherford가 활성탄을 실험실 222Rn 농도 제어에 이용하였고[14], 이후 다른 연구자들에 의해 활성탄 과 222Rn 흡착에 관한 연구는 계속되었다. Ackley는 상대 습도 10% 미만, 평균 온도 25℃ 조건에서 활성탄의 222Rn 흡착 계수를 검토하여 기체상의 222Rn 제거를 위한 수학적 유도를 제공하고 이를 통한 흡착기 설계 방법을 제시했다 [15]. Shizuma 등은 감마 분광법을 통해 활성탄에 포집된 222Rn을 분석하며 이와 같은 방식으로 저농도 222Rn을 0.79 Bq·m-3까지 측정할 수 있다고 발표하였다[16]. Coleman 또한, 대기 환경에서 222Rn을 포집하는 도구로 활성탄을 사 용했고, 원자로 시설에서 방출되는 방사성 가스 정화를 위 해 코코넛 기반 활성탄을 이용했으며, 222Rn 가스의 온도, 습 도에 따른 기체 내 수증기, 기타 경쟁 분자의 농도가 222Rn 흡착 성능에 미치는 영향에 관해 기술하였다[17]. 본 실험에 서 사용된 코코넛 기반 활성탄은 저렴한 재료를 사용하기 때문에 비용 측면에서 효율적인 흡착제로 알려져 있다[18].

    하지만 기존 연구 대부분 실내 222Rn 농도 1000 Bq·m-3 이하 조건에서 진행되었다[19-25]. 그러므로 기존 연구 결 과를 본원의 225Ac 생산 시설에 직접 적용하기에 한계가 존 재한다. 따라서, 본 연구는 약 2000 Bq·m-3의 고농도 222Rn 조건에서 코코넛 기반 활성탄 필터 222Rn 제거 효율을 확인하여 225Ac 생산 시설의 공기 정화 시스템 설계를 위한 기초 자료를 마련하고자 한다. 또한, TEDA 첨착 유무에 따 라 두 종류의 활성탄을 구분하여 222Rn 제거 효율을 비교하 였다.

    Ⅱ. 대상 및 방법

    1. 222Rn 선원

    본 실험은 222Rn 표준 선원으로 흑색 암석에서 생성된 222Rn 가스가 이용되었다. 자연 토양에서 발생한 222Rn 가스 를 표준 선원으로 이용한 방법은 Al-Azmi의 기존 연구에서 이용된 바 있다[26]. 또한, 한국 지질 분포 중 옥천대는 흑 색 셰일에 우라늄이 함유되어있으며, 이로 인해 다른 지역 보다 해당 지역의 토양에서 방사능이 검출될 가능성이 크다 는 연구가 발표되었다[27-9]. 이를 참고하여 옥천대 지역에 해당하는 충청북도 보은군 회남면 조곡리 산 53-1에서 흑색 암석 15 kg을 채취하였다. 기존 연구에서 높은 비표면적을 가지는 암석 형태가 더욱 높은 농도의 222Rn 가스를 생성한 다고 언급되었다[30]. 따라서 고농도 222Rn 가스 포집을 위 해 채취된 암석을 직경 5 cm 이하 크기로 파쇄하여 표면적 을 증가시켰다. 파쇄된 흑색 암석은 120℃에서 4시간 동안 열풍 건조 방식을 통해 습기를 제거했다. 습기가 제거된 흑 색 암석은 20 L 용량의 밀폐된 ‘소스 챔버’ 안에서 자연적으 로 222Rn 가스를 발생시켰다. 소스 챔버 내부에서 발생한 222Rn 가스는 또 다른 밀폐 용기에 포집된 후 활성탄 필터를 통과하며 그 농도가 감소한다. 이때 222Rn 가스가 포집된 밀 폐 용기는 본 논문에서 ‘라돈 챔버’라 불린다.

    Fig. 1은 라돈가스 포집을 위한 실험 배치도이다. Fig. 1 에서 보이는 것과 같이 연결 호스는 소스 챔버(a) 바닥에서 5 cm 떨어진 지점에서 시작되어 20 L 부피의 라돈 챔버(b) 하부로 이어진다. 이때 소스 챔버(a)에 연결된 호스는 내부 흑색 암석 사이에 파묻혀있으며 연결 호스를 통해 이동된 222Rn 가스는 라돈 챔버(b)에 포집된다. 라돈 챔버에 포집된 222Rn 가스는 라돈 챔버(b) 상단 5 cm 지점에서 시작되는 연 결 호스를 지나 제습제(c)를 거쳐 222Rn 측정기(d)로 유입된 다. 222Rn 측정기로 들어온 222Rn 가스는 222Rn 농도 측정이 이루어지고 다시 소스 챔버(a) 상부로 주입되는 순환구조를 가진다. 이러한 과정을 거쳐 10일 뒤, 222Rn 농도 측정값이 3211 Bq·m-3에 도달했다. 실험에 필요한 222Rn 농도를 갖 춘 라돈 챔버(b)는 222Rn 소스로 이용된다.

    Fig. 2는 활성탄 필터 성능 확인을 위한 실험 배치도이 다. Fig. 2에서 보이는 것과 같이 Fig. 1에서 배치된 소스 챔버(a)는 제거되고 활성탄 필터(e)가 추가된다. 따라서 라 돈 챔버(b)에 포집된 라돈가스는 활성탄 필터(e)를 지나고 제습제(c)를 거쳐 222Rn 측정기(d)로 유입된다. 222Rn 측정 기로 들어온 222Rn 가스는 라돈 농도 측정이 이루어지고 다 시 라돈 챔버(b) 하부로 주입되는 순환구조를 가진다.

    2. 실험에 이용되는 활성탄 필터

    본 실험을 위한 활성탄 필터가 자체 제작되었다. 활성탄 필터 제작 시 23 cc 플라스틱 튜브와 N사에서 제작한 코코 넛 기반의 활성탄이 이용되었다. 한 개의 23 cc 플라스틱 튜 브에 활성탄 17 g을 채운 활성탄 필터는 총 8개가 제작되었 다. 이때 활성탄 필터에 사용된 활성탄 질량 17 g은 예비 실 험을 통해 결정되었다. Fig. 3은 제작된 필터와 필터의 구성 품을 보여준다.

    실험에 사용된 활성탄은 TEDA 첨착 여부에 따라 T(TEDA) 와 N(None) 두 종류로 분류되고, 다시 활성탄 입자 크기에 따라 네 가지 경우로 재분류되었다. Table 1은 본 연구에서 진행된 8가지 활성탄의 특성을 보여준다.

    3. 라돈 농도 측정 장비

    222Rn 측정 장비로 RAD7(Durridge Company, Billerica, USA)이 사용되었다. RAD7은 빠른 응답 속도와 신속한 영 점 조정, 측정치의 높은 정확도를 장점으로 기존 연구에서 자주 이용되었다[30-6]. RAD7은 Si 반도체 검출기를 사용 하고, 222Rn 자핵종인 218Po과 214Po에서 방출되는 알파선을 측정하여 222Rn 농도를 계산한다. 또한, 유량 1 L·min-1 의 공기 펌프를 내장하고 있다[37].

    기체 시료는 내장된 공기 펌프에 의해 RAD7을 통과한다. 222Rn은 기체 습도에 민감하므로 본 실험에서는 RAD7을 통 과하는 기체의 습도 관리를 위해 Durridge사의 제습제가 사 용되었고 RAD7 설명서에서 요구하는 공기 습도 조건을 만 족하게 했다[37]. 습도 관리를 위해 사용된 제습제는 8 mesh 입자에 CaSO4 98% 이상을 함유한 것으로, 겉에 CoCl2를 사용하여 색을 입혀 흡습 상태를 색으로 확인할 수 있다. 이 제습제를 통과한 222Rn 가스는 진행된 모든 실험에 서 10% 이하의 습도를 유지하였다.

    RAD7은 다양한 측정방식을 제공한다. 본 실험에 적용 된 연속 측정방식은 1분간 222Rn 농도 측정과 5분간 휴지 시간을 반복한다. 이러한 연속 측정방식을 통해 1시간 동 안 측정된 값은 1회 측정값으로 이용된다. 이때 RAD7 장 비는 1회 측정값에 따른 오차를 함께 제공한다. 본 연구에 서 언급된 222Rn 농도 측정값의 오차는 RAD7에서 제공된 오차이다.

    4. 평가 방법

    222Rn 제거량(R, 단위 : Bq)은 식 1로 계산한다. Ch는 활 성탄 필터 설치 후 h시간 뒤 222Rn 농도(단위 : Bq·m-3)이 며, Q는 필터를 통과하는 공기량으로 RAD7 내장 펌프의 시 간당 유량(12 L)이 적용되었다.

    R = h = 0 h ( C h C h + 1 ) × Q × 1 m 3 1000 L
    (1)

    1 g당 222Rn 제거량(Rw)은 식 2로 계산한다. w는 활성탄 의 무게이며, 필터 제작에 사용된 활성탄 무게(17 g)가 적용 되었다.

    R w = R × 1 w
    (2)

    활성탄의 222Rn 제거 효율(η, 단위 : %)은 식 3으로 계산 한다. C0는 라돈 챔버에 포집된 222Rn 농도(단위 : Bq·m-3), Ci는 활성탄 필터를 이용한 222Rn 제거 결과(단위 : Bq·m-3) 이다.

    η = [ 1 C i C 0 ] × 100
    (3)

    Ⅲ. 결 과

    1. 라돈 챔버 내부 222Rn 자연 감쇠

    222Rn이 라돈 챔버에 포집된 후, 소스 챔버가 제거되면 포 집된 222Rn은 자연 감쇠로 인해 농도가 감소한다. Fig. 4는 라돈 챔버에 포집된 222Rn의 자연 감쇠를 확인하기 위해 활 성탄이 채워지지 않은 필터를 제작하여 연결한 뒤, 시간에 따 라 변화하는 222Rn 농도를 측정한 결과이다. 222Rn 농도 측정 결 과는 최초 222Rn 농도 측정값인 3211 Bq·m-3 (±250 Bq·m-3) 에서 100 Bq·m-3(±25 Bq·m-3) 이하에 도달하기까지 총 288 시간 소요되었다. 한 시간 단위로 측정된 222Rn 농도 그래프 결정계수는 0.996으로, 이때 222Rn 붕괴상수는 0.012 hr-1 이다.

    또한, 측정된 222Rn 농도를 12시간 단위 평균값으로 재가 공하였다. 재가공된 222Rn 농도 그래프의 결정계수 0.9993 으로 가공 전(0.996)보다 증가하였으며, 222Rn 붕괴상수 (0.012 hr-1)는 변하지 않았다.

    2. 라돈 챔버 내부 222Rn 초기 농도

    Table 2는 활성탄 필터 설치 직전 1시간 동안의 라돈 챔 버 내부 222Rn 농도이다. 이때 222Rn 농도 범위는 최솟값 1961 Bq·m-3부터 최댓값 2466 Bq·m-3까지이며, 각 측정 값은 최대 ±113 Bq·m-3의 오차를 가진다.

    3. 활성탄 필터의 222Rn 제거량

    활성탄 필터 설치 시점부터 필터 성능 종료 시점 이후 1시 간까지 라돈 챔버 내부 222Rn 농도를 측정하였다. 이때, 활 성탄 필터 성능 종료 시점은 활성탄 필터 설치 후 라돈 챔버 내부 222Rn 농도가 처음 증가한 지점으로 판단하였다.

    Fig. 5는 필터(N1, N2, N3, N4) 설치 후 시간에 따라 변화 하는 222Rn 농도 측정결과이다. 활성탄 필터 설치 후 라돈 챔버 내부 222Rn 농도는 N1에서 11시간 경과 시 600 Bq·m-3, N2에서 5시간 경과 시 554 Bq·m-3, N3에서 4시간 경과 시 517 Bq·m-3, N4에서 6시간 경과 시 576 Bq·m-3으로 각 측정값은 최대 ±57 Bq·m-3의 오차를 가진다.

    Fig. 6은 필터(T1, T2, T3, T4) 설치 후 시간에 따라 변 화하는 222Rn 농도 측정결과이다. 활성탄 필터 설치 후 라돈 챔버 내부 222Rn 농도는 T1에서 6시간 경과 시 404 Bq·m-3 T2에서 4시간 경과 시 383 Bq·m-3, T3에서 5시간 경과 시 360 Bq·m-3, T4에서 5시간 경과 시 482 Bq·m-3으로 각 측정값은 최대 ±51 Bq·m-3의 오차를 가진다.

    실험 결과, 활성탄 필터 8개의 성능 종료 시점까지는 최 소 4시간에서 최대 11시간이 소요되었다. 또한, 활성탄 필터 설치 전 라돈 챔버에 포집된 222Rn 농도와 비교하였을 때, 라돈 챔버 내부 222Rn 농도는 8번의 활성탄 필터 실험 모두 감소 경향을 보였다.

    Fig. 7은 활성탄 필터의 222Rn 제거량(R)을 Bq 단위로 확 인하기 위해 식 1을 이용하여 계산한 결과이다. 계산된 222Rn 제거량은 T1에서 23 Bq, T2에서 23 Bq, T3에서 19 Bq, T4에서 23 Bq, N1에서 18 Bq, N2에서 23 Bq, N3에서 22 Bq, N4에서 22 Bq 이다. 그래프 상단에 표기된 시간(h) 은 활성탄 필터 성능 종료 시점을 나타낸다.

    Fig. 8은 단위 무게당 활성탄 필터의 222Rn 제거량 그래프 이다. 식 2를 이용하여 계산된 1 g당 222Rn 제거량은 T1에서 1.35 Bq·g-1, T2에서 1.35 Bq·g-1, T3에서 1.12 Bq·g-1, T4에서 1.35 Bq·g-1, N1에서 1.06 Bq·g-1, N2에서 1.35 Bq·g-1, N3에서 1.29 Bq·g-1, N4에서 1.29 Bq·g-1이다.

    4. 활성탄 필터의 222Rn 제거 효율

    Table 3은 식 3을 통해 계산된 활성탄 필터 효율(η) 결과 로, 효율(η)은 최소 71%부터 최대 83% 범위이다. 또한, 계 산된 활성탄 필터 효율(η)은 TEDA가 첨착된 활성탄 필터 에서 평균 82%, TEDA가 첨착되지 않은 활성탄 필터에서 평균 76%이다.

    Ⅳ. 고 찰

    222Rn은 방사성물질로 체내 흡입 시 폐암 발생 확률을 증 가시킬 수 있다고 알려져 있다. 이러한 222Rn 발생 시설은 원자력안전위원회가 정하는 배출관리기준을 충족시키기 위 해 배기 필터를 설치하여 공기 중 222Rn 농도를 감소시킬 수 있다. 하지만 공기 중 222Rn 농도 저감에 관련된 기존 연구 는 222Rn 농도 1000 Bq·m-3 이하의 실내 공기 중 222Rn 농 도 감소를 목적으로 하는 것들이 대부분이다[18]. 이에 본 연구는 방사성의약품 생산 시설과 같은 고농도의 222Rn이 발생 되는 환경에 활용하고자 공기 중 222Rn 농도 약 2000 Bq·m-3에서 코코넛 기반 활성탄 필터의 222Rn 제거 효율을 알아보았다.

    본 연구에서 진행된 222Rn 제거량 측정 실험 결과 및 식 1, 식 2를 통해 17 g 활성탄 필터의 222Rn 제거량과 1 g당 활성탄 필터의 222Rn 제거량을 계산했다. 그 결과, 활성탄 필터를 통과한 222Rn 가스는 습도 10% 이하 조건에서 활성 탄 17 g당 평균 22 Bq, 1 g당 평균 1.3 Bq의 222Rn이 제거되 었다. 기존 연구에서 목탄 기반의 222Rn 흡착 능력은 습도의 영향을 받는다고 발표되었다[38]. 따라서 실제 작업장은 본 실험 조건보다 높은 습도 조건을 가지기 때문에 실제 작업 장 환경에서 222Rn 제거 효율은 본 실험 결과보다 낮아질 것 으로 사료된다.

    활성탄은 첨착된 TEDA 농도가 증가함에 따라 활성탄 비 표면적이 감소했으며 이는 물리적 흡착과 관련이 있음이 보 고되었다[13]. 하지만 식 3을 통해 계산된 222Rn 제거 효율 은 TEDA 첨착 여부에 따라 약 6% 차이를 보였다. 이는 RAD7에서 제공하는 측정 오차를 참고하였을 때, 본 실험에 서 TEDA 첨착 유무는 222Rn 제거에 영향을 주지 못한 것으 로 판단된다.

    기존 연구에서 분말 활성탄은 높은 비표면적으로 인해, 입상 활성탄소보다 높은 222Rn 흡착 능력이 있음이 발표되 었다[25]. 하지만 본 실험에서는 활성탄 입자 크기(0.6 ∼ 1.18 mm)에 따른 222Rn 제거 효율 또한 유의미한 차이를 확 인하기 어려웠다. 이에 또 다른 연구에서는 코코넛 기반 활 성탄의 미세구조에 따른 222Rn 흡착 성능을 조사했으며 활 성탄의 비표면적과 무관하게 직경 0.5 ∼ 0.8 ㎚의 기공 개 수에 따라 달라지는 222Rn 흡착 성능을 발표했다[31]. 따라 서 본 실험에서 사용된 활성탄은 입자 크기(0.6∼1.18 mm) 범위 내에서는 일관된 비표면적과 미세공 개수로 인해 222Rn 제거 효율 차이를 보여주지 못한 것으로 사료된다.

    222Rn 반감기 3.82일을 통해 계산된 이론적 붕괴상수는 0.008 hr-1이다. 반면에 본 연구의 라돈 챔버 내부 222Rn 자 연 감쇠 실험을 통해 얻은 붕괴상수는 0.012 hr-1이다. 이 같은 이론값과 실험값의 차이는 1시간 단위 측정값을 12시 간 평균으로 재가공하였을 때 증가한 결정계수 및 변하지 않은 붕괴상수(0.012 hr-1)를 통해 RAD7 측정값 자체의 오 차가 아닌, RAD7 측정기에 포함된 건조 필터를 통과하는 과정에서 수분 손실에 의한 추가적인 감소가 발생한 것으로 추정하였다[39]. 하지만 본 연구에서 진행된 실험은 단시간 내에 결과를 확인할 수 있었기 때문에, 기존 연구에서 언급 한 바와 같이 222Rn의 추가적인 감소를 포함한 자연 감쇠의 영향은 무시할 수 있는 수준이라 판단하였다[18]. 또한, 결 정계수 0.996을 통해 1시간 단위 측정값은 해당 농도 범위 (100∼3211 Bq·m-3) 내에서 신뢰성을 확보하였다.

    비록, 진행된 실험은 본 연구 목적인 작업장 환경에 직접 적용하기에 실험 규모와 측정 환경 차이로 인한 기술적 한 계가 존재한다. 따라서 추후 진행될 실험에서는 대규모 작 업장 환경에서 진행하되, 코코넛 기반 활성탄의 222Rn 제거 효율 측정 시 활성탄의 무게와 비표면적 및 미세공을 모두 고려하고 활성탄 크기를 더욱 다양한 범위로 확장한다면 고 농도 222Rn 가스 발생 환경에서 공기 중 222Rn 제거를 위한 활성탄 필터 제작 시 기초 자료가 될 수 있을 것으로 사료 된다.

    Ⅴ. 결 론

    본 연구는 225Ac 생산 시설의 공기 정화 시설 설계를 위한 기초 자료를 마련하고자 약 2000 Bq·m-3의 고농도 222Rn 농도 조건에서 코코넛 기반 활성탄 필터 222Rn 제거 효율을 측정하였다. 또한, TEDA 첨착 유무에 따른 두 종류의 활성 탄의 222Rn 제거 효율을 비교하였다. 본 연구에서 진행된 222Rn 제거량 측정 결과, 약 2000 Bq·m-3222Rn 농도 환 경에서 활성탄 1 g당 평균 1.3 Bq의 222Rn이 제거되는 충분 한 효율을 보여주었다. 또한, TEDA 첨착활성탄에서 낮은 222Rn 저감 효율을 보일 것이라 예상하였으나, 본 실험 결 과에 따르면 유의미한 차이를 확인하기 어려웠다. 따라서 활성탄의 배기 필터로서 활성탄은 TEDA 첨착 여부와 관계 없이 사용 가능한 것으로 판단되며, 222Rn 농도 약 2000 Bq·m-3 발생 시설에서 방사선 안전관리를 위한 공기 정화 시스템 구축 시 기초 자료로 활용될 것이라 기대된다. 다만, 본 실험에서 적용된 습도 조절 장치로 인해 발생한 실제 작 업장과의 습도와 실험 규모 차이는 본 연구의 제한점이 될 것이다. 추후, 본 연구 결과를 토대로 구축된 배기 시설의 실제 작업장 환경 및 222Rn 가스 배기량을 고려한 활성탄 필 터 효율 측정 등 추가적인 연구가 계속되어야 할 것이다.

    Figure

    JRST-46-2-141_F1.gif

    Radon gas collection layout

    JRST-46-2-141_F2.gif

    Activated carbon filter performance test layout

    JRST-46-2-141_F3.gif

    Activated carbon filter

    JRST-46-2-141_F4.gif

    Concentration change of 222Rn inside a radon chamber due to natural attenuation. Measured in hourly increments.

    JRST-46-2-141_F5.gif

    Changes in 222Rn concentration inside the radon chamber. After installing the TEDA-Free activated carbon filter.

    JRST-46-2-141_F6.gif

    Changes in 222Rn concentration inside the radon chamber. After installing the TEDA-impregnated activated carbon filter.

    JRST-46-2-141_F7.gif

    222Rn removal by activated carbon filter. Calculated by Equation 1. The label at the top of the graph is the filter performance end time.

    JRST-46-2-141_F8.gif

    222Rn removal per unit weight by activated carbon filter. Calculated by Equation 2. The label at the top of the graph is the filter performance end time.

    Table

    Characteristics of activated carbon used in the experiment

    222Rn concentration before installing activated carbon

    222Rn removal efficiency by activated carbon filter. Calculated by Equation 3.

    Reference

    1. Ministry of Health and Welfare. Cancer Registry Statistics. 2020, number of cancer cases by 24 carcinomas/ gender, relative frequency, crude incidence rate, and standardized ageing rate. 2023.03.22. Available from: https://kosis.kr/statHtml/statHtml.do? orgId=117&tblId=DT_117N_A00022&conn_path=I2
    2. Kratochwil C, Bruchertseifer F, Giesel FL, Weis M, Verburg FA, Mottaghy F, et al. 225Ac-PSMA-617 for PSMA-targeted α-radiation therapy of metastatic castration-resistant prostate cancer. Journal of Nuclear Medicine. 2016;57(12):1941-4.
    3. Sgouros G, Song H, Roeske JC, McDevitt MR, Palm S, Allen BJ, et al. MIRD pamphlet No. 22 (Abridged): Radiobiology and dosimetry of α-particle emitters for targeted radionuclide therapy. Journal of Nuclear Medicine. 2010;51(2):311-28.
    4. Moo IS, Geun WS, Kim JS, Gi LI, Kim JK, Lee KC, et al. Targeted Alpha-Particle Emitting Radiopharmaceutical Therapy for Precision Oncology. In Korea Institute Of Radiological & Medical Sciences editor. Seoul: Korea; 2019:98-104.
    5. Ministry of Environment. Guidelines for measuring radon in indoor air [Internet]. Ministry of Environment Regulations No. 202; 2000 [cited 2000 May 22]. Available from: https://www.me.go.kr/home/web/policy_dat a/read.do?pagerOffset=6160&maxPageItems=10& maxIndexPages=10&searchKey=&searchValue=&m enuId=10264&orgCd=&condition.orderSeqId=243& condition.rnSeq=6162&condition.deleteYn=N&seq =466
    6. World Health Organization. WHO handbook on indoor radon: A public health perspective [Internet]. Geneva: World Health Organization; 2009. ISBN 9789241547673. Available from: https://www.who.int/publications/i/item/9789241547673
    7. United States Environmental Protection Agency. Citizen’s Guide to Radon The Guide to Protecting Yourself and Your Family from Radon. EPA402- K-12-002. United States Environmental Protection Agency; 2016.
    8. Lee SM. A Legal Problem and an Improvement Plan of NORM(Naturally Occurring Radioactive Materials) Management System Seen Through a Case of a Radon Detection Bed. Environmental Law and Policy. 2018; 21:167-99.
    9. Ministry of Environment. Understanding radon, a natural radioactive substance in daily life [Internet]. Ministry of Environment Spokesperson's Office Publishing; 2016 [cited 2018 Nov 20]. Available from: https://www.busan.go.kr/nbnews/1350467?curPage= 10&srchBeginDt=2018-11-09&srchEndDt=201 8-12-09&srchKey=&srchText=
    10. Lee KJ, Lee JH, Kim KH, Kwack DW, Jo HD, Ko KM, et al. Study on the Effective Controlling System of Radio-activity Ventilation. Nuclear Medicine and Molecular Imaging Technology. 2008; 12(1):91-8.
    11. Huve J, Ryzhikov A, Nouali H, Lalia V, AugA G, Daou TJ. Porous sorbents for the capture of radioactive iodine compounds: A review. RSC ADVANCES. 2018;8(51):29248-73.
    12. You JY, Choi SS, Lee WJ, Lee JH, Lee SH. Adsorption Kinetics Under Dry and Wet Conditions of TEDA Doped ACF for CH₃I Adsorption. Polymer(Korea). 2019;43(6):846-51.
    13. Wu LC, Chung YC. Replacement of hazardous chromium impregnating agent from silver/copper/ chromium-impregnated active carbon using triethylenediamine to remove hydrogen sulfide, trichloromethane, ammonia, and sulfur dioxide. Journal of the Air and Waste Management Association. 2009;59(3):258-65.
    14. Rutherford E. Absorption of the radio-active emanations by charcoal. Nature. 1906;74:634.
    15. Ackley RD. Removal of radon-220 from HTGR fuel reprocessing and refabrication off-gas streams by adsorption (based on a literature survey). ORNLTM- 4883. Tenn. (USA): Oak Ridge National Laboratory; 1975.
    16. Shizuma K, Hamanaka SI, Wen XQ, Fukami K, Iwatani K. Airborne radon-222 measurement by active sampling with charcoal adsorption and gamma- ray spectrometry. Journal of Nuclear Science and Technology. 1998;35(10):728–32.
    17. Coleman RL. Use of activated charcoal for Rn-220 adsorption for operations associated with the uranium deposit in the auxiliary charcoal bed at the molten salt reactor experiment facility [Internet]. United States: N.P., 1999 [cited 2023 Mar 23]. Available from: https://www.osti.gov/biblio/861749.
    18. Karunakara N, Kumara KS, Yashodhara I, Sahoo BK, Gaware JJ, Sapra BK, et al. Evaluation of radon adsorption characteristics of a coconut shell-based activated charcoal system for radon and thoron removal applications. Journal of Environmental Radioactivity. 2015;142:87-95.
    19. Choi IH, Kang SS, Lee SM, Yang SW, Kim KT, Park JK. The Study on Reduction of Hazardous Materials using Eco-friendly Charcoal Composite Sheet. Journal of the Korean Society of Radiology. 2018;12(5):615-21.
    20. Cha DW, Kim, SH, Cho SY. Radon reduction efficiency of the air cleaner equipped with a Korea carbon filter. Journal of Odor and Indoor Environment. 2017;16(4):364-8.
    21. Ju MH, Song MS, Lim SK, Kim HD, Go SG, Ahn CS, et al. Comparison measurement analysis of radon gas reduction using activated carbon. Proceedings of the Korean Society of Radiation Protection Conference. 2014:516-7.
    22. Cho YM, Lee HH. Effect of black charcoal and activated carbon for reduction of indoor radon emitted from building materials. Abstracts of Proceedings of the Korean Radioactive Wasts Society. 2010: 14-5.
    23. Ju MH, Song MS, Im SG, Kim HD, Ahn CS, Jang DC, et al. Measurement and analysis of radon gas reduction using synthetic zeolite and activated carbon. Journal of the Korean Radioactive Waste Society. 2014;12(2):453-4.
    24. Choi IH, Kang SS, Jun JH, Yang SW, Park JK. A study of radon reduction using panel-type activated carbon. Journal of the Korean Society of Radiology. 2017;11(5):297–302.
    25. Pyeon SJ, Lee SS. Pore characteristics and adsorption performance evaluation of magnesium oxide matrix by active carbon particle size. Journal of the Korea Institute of Building Construction. 2018;18(1):59-65.
    26. Al-Azmi D. The use of soil gas as radon source in radon chambers. Radiation Measurements. 2009;44(3):306-10.
    27. Jeon HT, Jung MC. Dispersion of toxic elements in the area covered with uranium-bearing black shales in Korea. Economic and Environmental Geology. Journal of the Korean Institute of Mining Geology. 1991;24(3):245-60.
    28. Lee JS, Chon HT, Kim KW. Dispersion and enrichment of potentially toxic elements in the Chungjoo area covered with black shales in Korea. Journal of the Economic and Environmental Geology. 1996;29(4):495-508.
    29. Kim JS, Chon HT. Dispersion and Enrichment of Potentially Toxic Elements in Chubu Area Covered with Black Shales and Slates in Korea. Journal of Economic and Environmental Geology. 1997;30(2): 89-103.
    30. Cho JS, Lee HM, Kim SW, Kim JS. A Study on the Variation of Rn-222 Concentration in Groundwater at Busan-Geumjeong area. Journal of the Korean Association for Radiation Protection. 2012;37(3): 149-58.
    31. Wang Q, Qu J, Zhu W, Zhou B, Cheng J. An experimental study on radon adsorption ability and microstructure of activated carbon. Nuclear Science and Engineering. 2011;168(3):287-92.
    32. Bikit I, Mrdja D, Bikit K, Grujic S, Knezevic D, Forkapic S, et al. Radon adsorption by zeolite. Radiation Measurements. 2015;72:70-4.
    33. Choi IH, Kang SS, Jun JH, Yang SW, Park JK. A Study of Radon Reduction using Panel-type Activated Carbon. Journal of the Korean Society of Radiology [Internet]. 2017 Oct 31;11(5):297-302.
    34. Joo MH, Lim SG. Hanil Nuclear, Inc., assignee. Radon adsorption filter and radon reduction apparatus including the filter [Internet]. Korea patent KR 10-2017-0010005. 2018. Oct 11.
    35. Park HH, Jeong E, Kim HJ, Lee J, Lyu KY. Assesment of Indoor Radon Gas Concentration Change of College. Journal of Radiological Science and Technology. 2017;40(1):127-34.
    36. Lee YS, Lee SB, Kang MS, Jeong DH, Kim JH, Oh YS, et al. Radon Hazard Review of Spilled Groundwater and Tap Water in Incheon Metropolitan City Subway Station. Journal of Radiological Science and Technology. 2021;44(6):671-7.
    37. DURRIDGE company Inc. RAD7 Electronic Radon Detector User Manual [Internet]. Billerica, MA 01821 USA; 2023 [cited 2023 Mar 23]. Available from: http://www.durridge.com/support/product-manuals/
    38. Pojer PM, Peggie JR, O'Brien RS, Solomon SB, Wise KN. Performance of a diffusion barrier charcoal adsorption 222 Rn monitor under conditions of varying humidity and temperature. Health Phys. 1990;58:13-9.
    39. Paschalides JS, Marinakis GS, Petropoulos NP. Passive, integrated measurement of radon using 5A synthetic zeolite and blue silica gel. Applied Radiation and Isotopes. 2010;68(1):155-63.