중∙저준위방사성폐기물해상운반 선박의운반위험도평가파손확률...

제 8회 방사선안전심포지움, 서울교육문화회관

중∙저준위 방사성폐기물 해상운반선박의 운반위험도 평가

중중∙∙저준위저준위 방사성폐기물방사성폐기물 해상운반해상운반선박의선박의 운반위험도운반위험도 평가평가

육 대 식2009.09.01

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목 차목 차

○ 개관

○ 국내외 운반관련 규정

○ 해상운반 안전성 평가 방법론

○ 해상운반 안전성 평가 연구 사례

○ 국내 중∙저준위 방사성폐기물 해상운반 적용

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개관 해상운반개관 해상운반

선박 등급 : INF 2등급 선박

총톤수 : 2,600 톤

최대적재용량 : IP-2형 운반용기 190개(1520드럼)

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개관 국내해상운반시스템개관 국내해상운반시스템

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개관 외국 전용운송선박 현황개관 외국 전용운송선박 현황

20063,00012 cask사용후핵연료Kaiei maru

19973,00020 cask사용후핵연료Rokuei maru

19922,8503,072 dr저준위폐기물Seiei maruNFT

(일본)

19844,80010 cont‘r중·저준위폐기물BouguenaisTN

(프랑스)

19821,87010 cask900 dr

사용후핵연료중·저준위폐기물

M/S SigynSKB

(스웨덴)

19811,2006 cask사용후핵연료EuropeanShearwater

BNFL SA(영국)

20084,91620 caskMOX 핵연료플루토늄

Pacific Heron

19873,86524 cask사용후핵연료고준위폐기물

Pacific Pintail


PacificSandpiper


Pacific Crane


Pacific Teal


Pacific Swan

PNTL(영국/프랑스)

운항년도재화중량(톤)용 량용 도선 명회사명(국적)

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개 관 국내 해상 사고 현황개 관 국내 해상 사고 현황

□ 해양사고의 정의해양사고의 조사 및 심판에 관한 법률(법률 제5809호)제2조에 정의된 선박의 운용과 관련하여 발생한 선박, 인명, 시설피해 및 오염사고 등이 해당되며, 국제기준과 동일

※국제적으로 표준화된 해양사고의 정의(IMO Res. A.884)선박의 운용과 관련하여 사람이 사망하거나 중상을 입은 경우

선박의 운용과 관련하여 사람이 행방불명 된 경우

선박의 멸실, 추정 멸실 또는 구조 포기한 경우

선박에 손상이 발생한 경우

선박의 좌초, 운항불능 및 충돌

선박의 운용과 관련하여 시설에 손상이 발생한 경우

선박의 운용과 관련하여 환경피해가 발생한 경우

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개 관 국내 해상 사고 현황*개 관 국내 해상 사고 현황*

120925585192비어선

120122168214263어선

240214223299455계

인명피해

201264281227336비어선

435495584657734어선

6367598658841,070계

해양사고 발생 척수

125161165143229비어선

355405492515575어선

480566657658804계

해양사고 건수

20082007200620052004발생년도

* : e-나라지표

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사고유형별 연평균 발생건수 (2004~2008)

• 기관손상과 충돌에 의한 사고

전체의 50%를 차지

• 화재 및 폭발 사고는 4년째 감소

• 침몰은 6번째

• 인명피해율 : 전복사고

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0

50

100

150

200

250

300

350

400

20톤미만 20-100 100-500 500-1000 1,000-5000 5000-10000 10,000톤이상 미상단위(톤)

단위

(척)

2008년

2007년

2006년

2005년

톤수별 사고 발생 건수

• 20 ~ 100톤 미만 선박사고가 최다• 20톤 미만, 1,000~5,000톤 미만에서 크게 감소

20톤 미만의 경우 소형 어선 사고 감소가 원인

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연평균 해역별 사고 발생건수(2005~2008)

• 충돌은 남해영해, 기관손상은 동해공해상에 다발

• 남해영해에서 어선, 화물선, 유조선 사고 다발

• 인명피해는 서해영해와 남해영해에서 많이 발생

동해

목포

인천

부산

동해55.3

남해135.2

서해132.7

0

20

40

60

80

100

12000~04시

04~08시

08~12시

12~16시

16~20시

20~24시

2008년

2007년

2006년

2005년

연평균 시간대별 사고 발생건수(2005~2008)

• 새벽 및 오전시간대 사고 집중

• 충돌사고 04~08시, 기관손상사고 08~12시

• 화물선, 어선 사고는 04~08시 집중

•소형선박 08~12시, 대형선 04~08시

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국내외 운반관련 규정국내외 운반관련 규정

○ IAEA- Safety standards 분류

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○ IAEA Safety Standards

-DS345 : Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material (2009 Edition)

-TS-R-1: Regulations for the Safe Transport of Radioactive Material 2005 Edition

-TS-G-1.1 (Rev.1) : Advisory Material for the IAEA Regulations for the SafeTransport of Radioactive Material (2008)

-TS-G-1.2 : Planning and Preparing for Emergency Response to TransportAccidents Involving Radioactive Material (2002)

-TS-G-1.3 : Radiation Protection Programmes for Transport RadioactiveMaterial (2007)

-DS326 : The Management System for the Safe Transport of RadioactiveMaterial (to supersede Safety Series No.113)

-DS327 : Compliance Assurance for the Safe Transport of RadioactiveMaterial (To supersede Safety Series No.112)

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○ IMO- SOLAS (International Convention of the Safety of Life at Sea)- MARPOL (International Convention of the Prevention of Pollution

from Ships)- IMDG Code (International Maritime Dangerous Goods Code)- INF Code (Code for the Safe Carriage of INF, Pu and HLW in

Flasks on Board Ships)- UNCLOS (UN Convention on the Law of the Sea)

○ 국내- 원자력법/시행령/시행규칙/방사선규칙- 교과부고시 제 2008-67호 (운송선박의 방사선안전관리등에 관한기술기준)- 교과부고시 제2008-69호 (방사성물질등의 포장 및 운반에 관한 규정)- 국토해양부고시 제2008-118호 (방사성물질 운송선박의 안전기준)

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해상운반 안전성 평가 방법론해상운반 안전성 평가 방법론

□ U.S DOE Study of Maritime Risk Assessment Data and

Methods of Analysis : SeaRAM

1992년 : US Energy Policy Act에 의거 “해양에서의 플루토늄 운송 안전성”에

관한 연구가 수행됨

1994년 : SNL에서 “SeaRAM”이라고 불리는 프로그램을 DOE의 지원을 받아 “해

양에서의 플루토늄 운송 안전성” 후속 연구로써 수행

방사성물질의 선적과 관련한 위험도 평가를 위한 방법론의 정의 및 기술

실증 계산 수행을 통한 이러한 방법론의 활용 예시

선박 충돌 및 화재, 그리고 이러한 사건으로 인하여 방사성물질이 캐스크 외부로 유

출될 확률을 산출하기 위한 신뢰할 수 있는 평가 기술 개발

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□ SeaRAM의 주요 연구 결과

해상 충돌은 선박교통밀도와 선박이 항해하는 해양 지역에 비례

그러나, 해상 충돌이 사용후핵연료 캐스크의 파손에는 비례하지 않음.

• 그 이유는 해상충돌에 의한 에너지는 선박 구조 자체를 파괴하면서 에너지가 감소하기

때문에 캐스크 구조가 파괴되는 것이 아님.

선박의 화재 발생율은 오직 선박 운영 기간에만 영향을 받음

방사성물질이 저장되는 화물창에서의 화재 발생은 잘 일어나지 않으며, 다른 지역에서

발생한 화재가 화물창으로 확산 될 가능성도 희박함.

대부분의 방사성물질은 선박 충돌이나 화재시 유출되어도 캐스크 내부에 주로 축적되

며, 환경으로 유출되는 비율은 대단히 적음

그러므로, 사용후핵연료 캐스크의 해상 운반 위험도는 매우 낮음.

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□ 해상운반 위험도 평가 체계

Leaching

Immediate release

Barrier effect model

SNF / HLW

LILW

RI

사고에 따른 캐스크

파손 확률

해상충돌(Minorsky’s correlation)

(Revalidated Minorsky’s correlation)

(FEM method)

화재발생(CFD code, Fire spread model)

항해 거리

사고 발생 지점

사고발생횟수

충돌, 화재, 침수

전복, 좌초

기관고장, 타기고장

사고분류 사고발생율 중대사고분석RAM

캐스크파손율

핵종별

유출율

선원항평가 평가해석

Lioyd’s DB, MAIB, Veritas

*: Lioyd’s Maritime Information Service Ltd.

Collisions/ nm

Fires / nmΔKE, T, heat flux

사고시나리오 작성 및 위험도평가

원양, Grand Bank

연안 항로

기항지

MARINRAD

RADTRAN

MACCS

Probabilities

Population dose

Individual dose

*: 기항지에서의 RAM 선적 및 하역 시 사고 제외

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해상운반 안전성 평가 연구사례해상운반 안전성 평가 연구사례

□ 연안에서의 해상 운반 사고시 대중에 대한 선량 평가 비교

Dose Equivalent Limit : 1mSv/yr (ICRP recommendations)

4.1 × 10-4

mSv/year1998

1 cask

(PWR*7)

Japan

(CRIEPI)

1.4 × 10-5

mSv/year1998

1 cask

(14.5kg)

Japan

(CRIEPI)

3.1 × 10-4

mSv/yearModified

Barrier effect

Model

19981 cask

(28canisters)

High Level

wastes

Japan

(CRIEPI)

2.3 × 10-3

mSv/year1997

1 cask

(PWR*12)

High Burn

up SNF

Japan

(CRIEPI)

5.9 × 10-4

mSv/yearBarrier effect

model

Off Shimokita

200 m depth

19951 cask

(28canisters)

High level

wastesJapan

(CRIEPI)

0.04

mSv/1Tbq

release

Immediate

release

Europian sea

(<100 m)19961TbqSpent fuel

Denmark

(Neilsen)

0.01

mSv/yearLeaching

Middle Atlantic

(<100m)1988

1 canisterHigh level

wastes

USA

(Klett,SNL)

Individual

Dose

equivalent

Scenario of nuclides release into the sea

Submerged areaPublished

yearAmount

Nuclear fuel material

Country

(기관)

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소외운반 외험도 평가 코드 소개소외운반 외험도 평가 코드 소개

□ 운송영향 평가 코드 (NEA 등재)

RADTRAN (2003): Risk of Radioactive Material Transport , SNL개발

INTERTRAN II (2002) : Radiation Exposure from Vehicle Transport of

Radioactive Material, AMC Konsult (스웨덴)

RISKIND (2001) : Radiological Risk Assessment for Spent Nuclear Fuel

Transportation, ANL 개발

□ 운송영향 평가 코드 (NEA 비등재)

HIGHWAY, INTERLINE

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소외운반 외험도 평가 코드 소개소외운반 외험도 평가 코드 소개

□ 평가 가능 시나리오 및 대상 (RADTRAN)

∆

취급2)

○

원인별4)

○

핵종별

대 중

×

침 몰

○

대중

○○○

운반

작 업 자

개인개 인3)

가상사고

일 반 인

정상 운항가상사고1)

1) : 사고자체 평가가 아닌 사고 발생 확률 고려

2) : 선하역 작업시 납유리에 의한 차폐효과 고려 안됨

3) : 사고지점으로부터 거리에 따른 개인최대피폭 선량

4) : Inhalation, Resuspension, Cloudshine, Ground

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해상운반 평가 시나리오 및 입력자료해상운반 평가 시나리오 및 입력자료

□ 해상운반 평가 시나리오 (정상운항)

운반용기• IP형 운반용기 : 전장 3.4m, 높이 1.2m, 폭 1.6m• 200L 드럼 8개 포장용 125개(총 1000드럼) • 대상 폐기물 : 시멘트 고화된 폐수지 200L 드럼 (표면선량률 2mSv/hr 이상) • 드럼당 감마선속 : 1.54x109 photons/sec (가정 : Co-60이 드럼내 균질하게 분포)• 드럼 표면 1m 지점 표면선량률 : 4.34x10-1 mSv/hr (QAD코드 결과값)

운송선박• 전장 : 78.6m (적재창 길이 : 38m), 폭 : 15.8m• 운송횟수 : 연간 3회 (울진-월성)• 운송거리 및 속도 : 200km, 22km/h• 운송선박 1m 지점 표면선량률 : 8.39x10-2 mSv/hr (QAD코드 결과값)

□ 해상운반 평가 시나리오 (가상사고)임시정박을 위하여 포항항으로 이동중 포항 앞바다에서 발생 (충돌, 혹은 충돌후 화재)

• 화물창 손상 : 방사선원항 100% 누설

활용 입력 자료• 포항항 주변 10Km 까지의 인구밀도 자료, 월성대기확산 인자 값

평가대상• 10km까지의 개인 최대 피폭 선량

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□ 운반용기 및 운송선박 표면 1m 지점 선량률 평가 모델 (QAD 입력값)

운반용기

운송선박

선원항 SS400콘크리트

3887.5 cm

0.6 cm 0.6 cm

35 cm

100 cm

10 cm 10 cm 10 cm

2.5 cm

1.5 cm

2.5 cm

1.5 cm

빈공간

선박표면으로부터 1m 지점

측정위치

882cm

345cm

100 cm

340 cm

1.5cm

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WeatherFatalities per

AccidentCrew size

2.06E-070

Isopleth PAccident Rate

(accidents/veh-km)Neutron Fraction

4801

RespirableTime(h)Persons per VehicleGamma Fraction

0.508.390

AerosolShiedingFactor

Vehicle Density (vehicles/hr)

Vehicle dose rate(mrem/h)

Neutron Fraction

0.192/0.1926.37E+020381

ReleaseTime(h)People or

People/km^2

Population Density(persons/km

^2)Vehicle size(m)

Curies (each nulide)

Gamma Fraction

10/108002212543.44

DepositonVelocity

Distance(m)Max.

distance(m)Speed(km/h)No. PackagesPhy/Chem group

Dose Rate(mrem/h)

2/2120033.4

ProbabilityNo.

HandlersMin.

distance(m)Length(Km)No. shipmentsRadionuclideLong Dim(m)

AccidentHandlingStopLinkVehicleRadionuclidePackage

□ 운송선박 입력 자료 (RADTRAN 입력값)

22/29


5.86E-01particleC14ORG

1.90E-01particleCE144

7.72E+00particleCO58

5.97E+01particleFE55

1.72E+01particleCS137

3.09E-04particleI129

1.73E-03particleTC99

9.32E-04particleNB94

8.45E-02particleSR90

8.50E+01particleNI63

9.02E-01particleNI59

2.53E+01particleCO60

4.89E-02gasH3GAS

CuriesPhys/chem GroupRadionuclide

Radionuclide*

□ 선원항

시멘트 고화된 폐수지 200L 8 드럼 (1 package)내의 핵종 및 방사선량

* : 중저준위 방폐물 처분장 SAR 제 9권

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1/11/11/1

0/00/00/01.00E-02

Center_lineDistance

(m)ParticleParticleParticleParticle

1/11/11/1

Time integrated

concentration0/00/00/001/1

GasGasGasGas0/0

Isopleth Area Size

(m^2)

population densities

(people/km2)

Index/Repirablefraction

Index/Aerosol fraction

Index/Release Fraction

Group/Deposition

velocity(m/s)

Index/Probability Fraction

WeatherIsopleth PRespirableAerosolReleaseDeposition

VelosityProbability

Accident

□ 가상사고 입력자료

선원항 누출에 따른 대기확산 입력 자료

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□ 선하역작업자에 대한 피폭선량 평가

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□ 선하역작업자에 대한 피폭선량 평가

QAD코드 활용을 위한 평가 모델

1cm

1114 cm

1000 cm

160 cm

340 cm

30 cm

120 cm

z

x

y

200 cm

운반용기

조타실 납유리

원점좌표

1.5cm

측정위치

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해상운반 피폭선량 평가 결과해상운반 피폭선량 평가 결과

□ 정상운항시의 연간 피폭 선량 평가 결과

정상운항의 경우 개인 및 대중이 받게 되는 방사선학적 영향은 없음

납유리에 의한 차폐효과를 고려하더라도 RADTRAN의 평가 결과가 보수적임• 방사선작업종사자 유효선량한도 미만 (원자력법 시행령 별표 1)

0.28

QAD

4.56

RADTRAN

선하역 작업

1.76x10-61.67x10-2

대중1)

0

운반

작업자

개인

일반인

단위 : mSv, person-Sv

1) : 기관고장, 기상악화 등의 원인으로 1일 포항 항으로 피항한 경우

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□ 가상사고시의 연간 피폭 선량 평가 결과

개인최대 피폭선량 : 0.66 mSv• 거리에 따라 급격히 감소

집단 피폭선량 : 1.83x10-6 Person-Sv• Co-60 및 Cs-137이 주요 핵종

0 2000 4000 6000 8000 10000

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Distance (Unit: m)

Max

imum

Indi

vidu

al D

ose

(Uni

t :m

Sv)

해상운반 피폭선량 평가 결과해상운반 피폭선량 평가 결과

H3 CO60 NI59 NI63 SR90 NB94 TC99 I129 CS137 FE55 CO58 CE144C1410-13

10-12

10-11

10-10

10-9

10-8

10-7

10-6

10-5

Po

pu

latio

n R

isk

(Un

it :

pers

on

-Sv)

Radioactive Isotope

유효선량한도 : 연간1mSv (일반인)

거리별 개인최대 피폭선량 각 핵종별 집단선량 기여도

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결론 및 제언결론 및 제언

□ 운반선박 위험도 평가

정상 및 가상사고(침몰 제외)시 일반 및 대중에 미치는 영향은 기준치 미만• 가상사고시 폐기물 유출이 100%로 가정• 울진 임시저장중인 중∙저준위 방사성폐기물 중 표면선량률이 가장 높은 핵종 선정

13개의 방사성 핵종(선원항)중 피폭 방사선량에 대한 기여도가 큰 핵종• Co-60, Cs-137, Co-58

정상운항시 선하역작업자의 피폭선방사선량이 상대적으로 높음• 연간 3회 운항시 : RADTRAN(4.56 mSv), QAD(0.28 mSv)

□ 추후 개발 과제정상 및 가상사고에 대한 국내 입력 자료 및 고유 모델 개발 필요

국내 고유의 해상운반 위험도 평가 체계 구축• 육상운반을 기반으로 개발된 RADTRAN의 한계 극복

• 침몰에 따른 해양확산 모델 및 수중 침출 모델을 포함한 입력자료 생산 필요

• 사용후핵연료 전용운반선박 적용

29/29

감사합니다.

중∙저준위방사성폐기물해상운반 선박의운반위험도평가파손확률...

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