우주방사선 피폭현황 및 관리기준 개발 한국천문연구원 이재진

우주방사선의 정의 우주방사선(Cosmic Radiation)이란 “태양 또는 우주로부터 지구 대기권으로 입사되는 방사선” - 생활주변방사선안전관리법-

우주방사선의 기원 은하 우주선 (Galactic Cosmic Ray) 태양 우주선 (Solar Cosmic Ray) 별의 진화 마지막 단계인 초신성 폭발에 의해 고에너지 입자 발생 태양 물질 방출에 의해 고에너지 양성자가 지구에 도달

우주선이 대기와 충돌하면서 대량의 2차 입자 발생 2차 우주선 1차 우주선은 지구의 대기와 자기장에 의해 차폐됨 Intensive air showers – 우주선이 대기와 충돌하면서 대량의 2차 입자 발생

국내 항공사 승무원 방사선 노출량 평균: 2.6 mSv/yr 평균: 2.17 mSv/yr CARI-6M 사용 계산 (2008)

항공기 승무원들은 많은 방사선에 노출되고 있음. 항공기 승무원의 방사선 노출량 (출처: UN 핵방사선 영향에 대한 과학 위원회 보고서, 2000) 다른 직업 종사자들에 비해 항공기 승무원들은 많은 방사선에 노출되고 있음.

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 항공기 여승무원의 경우, 일반인에 비해 유방암에 걸릴 확률이 약 40% 정도 높음. 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 8

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) 9

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 측정할 것

생방법에서 제시하는 우주방사선 관리 생방법 시행령 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

국내 우주방사선 관리 실태 (CARI-6 vs. CARI-6M) 분석 자료: CARI-6를 사용하는 B 항공사로부터 비행기록과 승무원 방사선 피폭량 입수 인천-뉴욕 : 30회 이천-시카고: 19회 분석 방법: B 항공사의 비행기록에 대해 A 항공사에서 사용하는 CARI-6M을 이용하여 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

세계 각국의 우주 방사선 계산 코드 코드명 AVIDOS 1.0 CARI-6M EPCARD IASON-FREE 개발국 방사선 코드 Dose Conversion GCR model AVIDOS 1.0 오스트리아 FLUKA ICRP 60, Pelliccioni Gaisser et al CARI-6M 미국 LUIN99/LUIN2000 Below 10 GeV (Garcia-Munoz, 1975), above10 GeV (Peters, 1958) normalized to 10.6 GeV (Gaisser, 1998) EPCARD 독일 (Badhwar, 2000) IASON-FREE PLOTINUS (LUIN) JISCARD EX 일본 PHITS (Nymmik, 1992) PANDOCA PLANETOCOSMICS; GEANT4 (Gleeson, 1968) (Usoskin, 2005) PCAIRE 캐나다 Experimental data Not applied PLANETOCOSMICS 2.0 러시아 GEANT4 (Gleeson, 1968; Garcia-Munoz, 1975) QARM 1.0 영국 MCNPX SIEVERT 1.0 프랑스 EPCARD version

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

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

Simulation Results - 고도 별 방사선량 모델 계산-

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

국제 노선에서의 방사선 측정 워싱턴 DC 출발, 인천 도착 항공편에 대한 우주방사선 측정 비행 고도: 34,000 ft 비행 시간: 약 14시간 비행 고도에서의 방사선량 : 약 7 uSv/hr 총 방사선량 : 74.43 uSv

한반도 상공 방사선 측정 공군과의 협력을 통해 한반도 상공에서의 우주방사선 측정 공군 협조로 임무 항공기 (RC-800/E737)를 이용한 방사선 측정 영역 평균 비행시간: 4 ~ 9 시간 한반도 상공 (30,000 ft)에서의 우주방사선량 변화 공간적인 변화가 아니라, 시간적인 변화를 나타냄 36 회 측정 (2.1 ~ 2.9 uSv/hr)

방사선 측정 장비 개발 TEPC( Tissue Equivalent Proportional Counter) 피부 등가 물질(A150)로 만들어진 구 안의 피부 등가 Gas (Methane, Propane)에 전달되는 LET 측정 에너지대역이 높고 방사선원이 복잡할 경우, 효율적으로 등가선량 측정 일본 NIRS의 중이온 가속기를 이용하여 검교정 시험 수행 20

국내 개발 장비를 이용한 방사선 측정 국제선 운항 항공기 고도에서의 방사선 실측을 위한 방사선 측정 장비 개발 방안 제시 실험에 사용된 방사선 측정 장비 인천-LA간 방사선 실험 실험 결과 실험 결과: 현재 개발된 방사선 측정 장비(TEPC)를 이용해서는 충분한 Count값을 얻을 수 없음. Sensitivity를 높이기 위한 방안 마련 필요

우주방사선 프로그램 활용 예 (SIEVERT) 매달 약 17,000명이 접속

결 론 우주방사선에 대한 국가적인 융합 연구 필요 우주방사선이 인체에 미치는 영향 연구 필요 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 서비스 및 스마트폰 애플리케이션 개발