2.1 방사선 정의 및 탐지 기술 분류

방사선은 직접 또는 간접으로 공기를 전이하는 능력을 가진 것으로 알파선, 중양자선, 베타선, 양자선, 기타 중하 전입자선, 중성자선, 감마선 및 엑스선 등을 뜻한다(No. of Directive of the Ministry of National Defense 641). 항공보안장비 탐지 시 자주 사용하는 기술인 엑스선은 전자를 가속하는 장치로부터 얻어지는 인공적인 전자파로 인해 방사선이 발생하며, 감마선은 원자핵 또는 원자핵 붕괴에 따라 방출되는 자연적인 전자파로 인해 방사선이 발생된다(Chadwick et al., 1990). 엑스선과 감마선 모두 투과력이 매우 커서 인체를 통과할 수 있다. 이로 인해 외부조사가 문제가 되며 특히 산란선이 문제가 된다. 방사선이 인체에 노출되는 방식은 인체 투과 여부에 따라 내부피폭과 외부피폭으로 분류한다. 내부피폭은 호흡, 음식물섭취, 상처 등을 통해 방사성 물질이 인체 내부에 노출되는 것이며 외부피폭은 인체 외부 방사선에 의해 노출되는 것을 뜻한다. 방사선이 인체에 미치는 건강상의 영향 정도는 외부피폭, 내부피폭 모두 방사선량 값에 비례한다(Ujić et al., 2010).

방사선 사용 기술이며 고시 기준이 명시되어 있는 폭발물 탐지에 활용되는 탐지 기술은 아래 Table 1과 같이 크게 이미징 기술과 폭발물 흔적탐지 기술로 분류 가능하다. 이미징 기술은 단측 촬영기법 또는 엑스선을 이용한 이미지 기술을 사용하여 감지하며, 폭발물 흔적탐지 기술은 공기 중 분포되어있는 폭발물 입자를 감지하는 기술이다.

Table 1.

Radiation-Based Explosive Detection Technologies for Aviation Security Equipment

2.2 방사선 기준에 관한 고시

방사선 기술을 사용하는 항공보안장비의 방사선 누출량 평가 방법 및 절차를 수립하기 위해 관련 규격 및 표준을 확인하였다. 1 Sv는 방사선의 흡수량에 생물학적 효과를 반영한 SI 단위이며, 매우 큰 단위이므로 mSv 또는 μSv를 많이 사용한다.

엑스선검색장비와 폭발물탐지장비는 법적으로 방사선 기준이 고시되어 있다. 국토교통부 고시 제 2020-456에서 정의된 항공보안장비 중 엑스선검색장비 및 폭발물탐지장비의 표면방사선률 기준은 각각 평시 운전조건에서 표면 방사선량률이 5 μSv/h 이하이어야 한다(Notice of Ministry of Land, Infrastructure and Transport 2020-456). 진단용 방사선 발생장치의 안전관리에 관한 규칙의 경우, 연간 50 mSv, 5년간 누적선량 100 mSv 이하이어야 한다(ICRP, 1991). 해외 표준의 경우 ANSI N42.44에서 명시된 표면방사선량률 기준은 21 CFR 1020.40을 따라 5 μ Sv/h 임을 확인하였다(ANSI N42.44, 2008).

확인한 표준을 토대로 항공보안장비 제품별 장비 규격서를 통해 표면방사선량률 기준을 조사하였다. 방사선 누출이 발생하는 제품의 장비 규격서를 확인한 결과, 표면방사선량률을 표기한 제품은 ANSI N42.44의 기준을 모두 준수하였다. 고시기준이 표면방사선량률 평가방법 및 절차를 수행하기에 적절한)지 확인하기 위해 Table 2를 통해 방사선 작업종사자와 일반인의 방사선 선량한도를 확인하였다(Gonzalez, 2014). 일반인의 선량한도는 연간 1 mSv이며 방사선 작업종사자 선량한도는 연간 50 mSv를 초과하지 않는 범위에서 매 5년간 100 mSv 이하로 정의한다. 일반인의 선량한도인 연간 1 mSv는 사회에서 용인 가능 수준의 위험 정도보다 1/10,000 낮게 유지될 것으로 보는 피폭선량이다. 이를 토대로 방사선이 인체에 끼치는 영향을 측정하기 위해 방사선 작업종사자의 1일간 선량한도를 기준으로 명시된 기준이 초과하는지 확인하였다. 시간 및 단위를 환산한 결과, 표면방사선량률은 10.4 μSv/h 이하이므로 고시되어 있는 기준을 넘지 않는다. 또한 해당 기준은 방사선 관련 고시 및 규정에 비해 엄격한 것을 알 수 있다. 따라서 현 고시에 명시된 기준에 따른 표면방사선량률 평가방법 및 절차를 수행함에 문제가 없다고 판단되어 표면방사선량률은 5 μSv/h로 결정하였다.

Table 2.

Dose Limits Based on Radiation Leakage Environment

피폭선량에 따른 증상과 방사성 물질의 제한구역 경계에서의 연간선량 기준을 조사하였다(No. of Nuclear Safety and Security Commission Notice 2013-49). 방사선 기술을 사용하는 장비들의 유효선량을 측정한 후 물질 상태 및 제한 구역에서 연간선량을 기준으로 제한을 둘 수 있을 것으로 기대된다. 기체 및 액체상태의 방사성 물질의 제한 구역 경계에서의 농도는 Table 3과 같으며 해당 시설의 설계에 적용할 기준과 동일부지 내에 다수의 원자력 관계시설을 운영하는 경우에 적용할 기준을 나타낸다. 방사선이 인체에 미치는 영향은 급성 영향과 만성 영향으로 분류가 가능하다. 급성영향은 1,000 mGy 이상의 고선량이나 인체 내부 장기가 방사선 에너지를 흡수한 경우, 짧은 시간에 많은 선량(1~12 Gy)에 노출될 때 단기간에 나타나는 증상이다. 매우 높은 선량에서의 방사선은 조직과 기관의 기능을 손상시키고 메스꺼움, 구토, 탈모, 피부 발적 또는 사망과 같은 급성 영향으로 이어질 수 있다. 만성영향은 1,000 mGy 미만의 방사선량에 노출되었을 때 생애 기간 중 나타나는 증상이다. 고용량의 방사선에 노출되는 사람들은 노출 수준에 따라 장기적으로 특정 유형의 암이 발병할 가능성이 증가할 수 있다(Lee, 2016). 이와 같이 방사선에 피폭되면 피폭량에 따른 피해를 입을 수 있으므로 항공보안장비의 방사선을 측정 및 평가의 절차 수립이 이뤄져야 한다.

Table 3.

Concentration of radioactive substances at gaseous and liquid radioactive material boundaries

3.1 절차 구축 프로세스

본 시험은 공항의 보안 요원 및 탑승객이 안전한 검색 절차를 수행할 수 있도록 항공보안장비의 성능 인증 과정 중, 방사선 누출량에 대한 평가를 위한 것이다. 목적은 원자력안전법 및 국토교통부 고시에서 명시된 누출량 기준을 만족하는지 검증하는 것이며, 본 연구에서는 방사선 누출량 평가 절차를 제안하기 위한 연구 프로세스를 Figure 1에 나타냈다. 총 8종의 항공보안장비에 적용된 기술 중 방사선을 활용한 탐지 장비를 선정하였다. 관련 문헌과 현행 장비 규격서를 근거로 방사선 누출 기준을 설정하였으며, 각 장비에 대한 측정 위치도 결정하였다. 이를 바탕으로 시험 절차를 제안하였다.

Figure 1.

Research process

3.2 연구 대상 정의

엑스선검색장비와 폭발물탐지장비는 X-ray를 사용하므로 고시에 기준이 방사선 누출량에 대한 기준이 언급되었다. 원자력안전기술원의 방사선 발생장치기술기준에 따라 방사능 노출 요건을 충족해야 한다. 기기 표면에서의 방사선 누출량은 5~10 cm 거리에서 0.5 mR/h 이하로 관리되어야 한다. 또한, 인체의 어떤 부분도 조리개 안으로 삽입할 수 없는 구조를 가져야 하며, 검색장비가 운용 중일 때 엑스선 발생장치에서 비정상 상태가 나타나면 즉시 장비를 중단할 수 있는 비상차단 장치가 필요하다(Yoon et al., 2021). 따라서, 본 연구에서는 엑스선검색장비와 폭발물탐지 장비에 대한 측정방법 및 절차를 제시한다. 또한, 해당 연구에서는 국토교통부 고시에 따른 엑스선검색장비와 폭발물탐지장비 이외의 추가적인 위해물품 탐지 기법에 기반하여 표면방사선량률 측정이 필요한 항공보안장비를 선정하였다. 이를 위해 적용해야 할 추가 기술을 사용기술을 통해 정리하였으며, 아래의 Table 4에서 이를 세부적으로 나눠서 살펴보았다.

Table 4.

Aviation security equipment application technology

폭발물흔적탐지장비는 항공 화물, 휴대 수하물, 및 위탁 수하물에서의 화학 성분 분석을 통하여 폭발물이나 폭약의 흔적을 탐지하는 보안 검색 장비로 활용되며 주로 전자포획검출기(Electron Capture Detector, ECD) 또는 이온 이동도 분광법(Ion Mobility Spectrometry, IMS)의 기술이 적용된다. 전자포획검출기는 방사성 동위원소의 자연 붕괴로 발생하는 베타입자를 활용하여 시료의 양을 측정하는 기술로, 검출기의 파손 시 환경에 노출되는 방사선의 위험성이 존재한다. 이온이동도 분광법은 Ni-63 같은 방사성 동위원소를 이용하여 이온 성분을 검출한다(Woo, 2010). 이때 사용되는 Ni-63은 반감기가 100년에 달하며, 높은 방사능으로 인한 사용 시 주의가 요구된다. 공항과 같은 환경에서는 장비의 직접적인 충돌이나 충격이 발생하기 어렵지만, 사용자의 부주의로 인한 파손 및 추락 위험이 존재하여 누출량의 평가가 필요하다.

신발검색장비는 금속탐지기로 검색이 어려운 신발 아래쪽과 발목 등에 은닉한 위험물을 탐지하는 장비로써, 폭발물 및 금속을 탐지할 수 있다. 금속탐지에 적용되는 기술은 밀리미터 웨이브로 전자파를 사용하지만, 폭발물 탐지 시에는 X-ray 기술이 활용된다. 이러한 기술을 적용하는 신발검색장비 역시 본 연구의 평가 절차 대상에 포함된다.

원형검색장비에서 적용되는 기술인 엑스선 후방산란도 방사선을 사용하여 방사선 누출량에 대한 평가를 수행하야 하지만 후방산란의 기술자체가 현재는 거의 사용되지않는 기술이므로 본 연구에서는 제외하였다.

3.3 시험장비 별 평가방법 수립

본 연구에서는 엑스선검색장비, 폭발물탐지장비, 폭발물흔적탐지장비, 신발검색장비에 대해서 방사선 누출량 평가 방법 및 절차를 구축한다. Figure 2와 같이 장비의 형태에 따라 컨테이너 형인 엑스선검색장비와 폭발물탐지장비에 대해 절차를 구축하고 박스 형인 폭발물흔적탐지장비와 신발검색장비에 대해서 절차를 구축한다.

Figure 2.

Classification by type of aviation security equipment

각 형태에 대한 측정 철자에 대한 기준 및 상세한 평가 방법은 아래 후술할 절을 따른다.

3.3.1 컨테이너 형 방사선 측정 방법 및 절차 구축

컨테이너 형 장비 중 엑스선검색장비의 구조는 다음 Figure 3과 같이 알파벳으로 표시된 부분으로 구성된다. ‘A’는 납커튼을 포함한 출(입)구를, ‘B’는 슈라우드(shroud) 끝의 출(입)구를 의미한다. ‘C’는 A와 B를 포함한 엑스선검색장비의 출구의 통칭으로, ‘D’는 엑스선검색장비의 입구의 통칭을 나타낸다.

Figure 3.

X-ray Screening System

이러한 구조를 기반으로, 컨테이너 형 검색장비의 표면방사선량률은 출입구와 그 외의 몸체를 기준으로 측정된다. 이때, 출입구와 몸체를 구분하는 기준은 출입구로부터 5 cm 이후의 표면이다. 검색장비의 출입구(A, B)에서 표면방사선량률의 측정은 다음 방법을 따른다. 검색장비를 운용 중에 시료를 연속적으로 투입하면서 A 부분에서 10~15cm 위치에서 방사선을 10분 이상 측정하며, 이 측정값의 평균이 이하로 나타나야 한다. 이 측정은 엑스선검색장비의 입구와 출구에서 각각 1회 실시된다.

반면, 엑스선검색장비의 출입구(C, D)를 제외한 몸체 부분에서의 표면방사선량률 측정은 다음과 같은 절차를 따른다. 검색장비의 몸체는 보안요원 및 승객의 동선과 밀접하다. 따라서, 검색장비를 운용하면서 시료를 연속 투입하고, C와 D를 제외한 양 옆면과 윗면의 표면에서 0~5 cm 위치에서 10분 이상 방사선을 측정한다. 이때, 10분 동안의 측정값의 평균이 이하로 나타나야 한다.

이러한 과정을 통해 표면방사선량률 기준인 5 μSv/h 이하로 측정되는 경우, 항공보안장비 성능인증제 기준에서 방사선 누출량 평가를 통과한 장비로 진행된다.

3.3.2 박스 형 방사선 측정 방법 및 절차 구축

해당 절차는 박스형 장비에 대해서 방사선 누출량을 평가하기 위해 수행되며, 폭발물흔적탐지장비는 Figure 4와 같은 형태로 되어있다.

Figure 4.

Explosive Trace Detector

표면방사선량률 측정은 특정 절차에 따라 진행된다. 운용 중인 장비에서는 바닥을 제외한 장비의 5면 각각에서 표면 0~10 cm 위치에서 10분 동안 방사선을 측정한다. 이때, 사용되는 측정 장비를 통해 얻어진 10분간의 측정값의 평균이 표면방사선량률 기준인 5 μSv/h 이하로 계측되면 평가를 종료한다.