□ 연구개요 본 연구는 강한(≥1Mv/cm) 테라헤르츠 파(THz-ray)를 발진하고 샘플에 대한 고해상도 2D 이미지(raster scaned image)를 획득하기 위한 고비용 비파괴 광실험 시스템을 구축없이 상용화된 테라헤르츠파 (THz-ray) 발진기(제품명:Sub-THz source, IMPATT didode, 0.14THz) 및 테라헤르츠 이미지 카메라(제품명 : TERA-1024, 최적주파수 0.14THz)를 사용하여 상온에 은닉된 금속 및 비금속성 물질의 이미지를 기반으로 AI 기술을 접목하여 타겟을 식별하는 실시간 비파괴 탐지기술에 대한 기초 연구이다. □ 연구 목표대비 연구결과 최초 연구목표대비 연구목표를 달성했을 뿐만 아니라 금속표면의 나노 구조물의 정확도 등을 광학적으로 인증할 수 있는 딥러닝 기술을 확대 적용하는 등의 연구성과를 달성하였다. ① Sub THz-ray 발진 및 측정할 수 있는 최적화된 광학적 실험장치를 설계(상온에서 THz-ray 손실을 최소화)하였고 ② 다양한 표적에 THz 이미지 획득을 위해 2D raster scanning 대신 실시간 탐지가 가능하도록 전체 THz 이미지를 확보할 수 있는 측정 실험 체계(transmission 또는 reflection)를 구성하였다. ③ 인공지능 인식기법을 활용·적용한 다양한 이미지 데이터 중 표적 특정화가 가능한 탐지 기술을 연구하였다. 이러한 기초 연구기술을 기반으로 ④ 펨토초 레이저(펄스폭, 33.6fs)를 활용한여 스테인레스 금속 표면의 주기 구조(670nm)를 생성하고 그 주기적인 이미지 특징(주기 구조의 정밀도와 방향)을 딥러닝 알고리즘을 통해 인증하는 기술로 확대하였다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 기초 연구가 실용화 단계로 연구개발이 진행되어 지속발전(소형화등)된다면 군사분계선 지역의 매설지뢰(목함지뢰, 플라스틱계열 지뢰) 탐지·개척과 테러단체의 위협(은닉 휴대 급조폭발물·총기류 등)으로부터, 대한민국 국민의 생명과 재산을 보호하고 잠재적 국익손실을 원천적으로 차단할 수 있을 것이다. 또한, 4차 산업혁명 시대 및 빅데이터 시대에 걸맞는 민간 관련 연구개발의 융합기술 촉진뿐만 아니라 국방혁신4.0 정책에 등에 기여(부합)할 것으로 기대한다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이병학
• 주관연구기관 : 육군사관학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 테라헤르츠 복사선;인공지능;비파괴 탐지;실시간 탐지; 2. Terahertz radiation;Artificial intelligence;Non-destructive detection;Real time detection;

연구개요 본 과제는 위성과 지상에서 측정한 기상 데이터를 모두 이용하여 대기권을 통과하여 지표면 도달하는 일사량(solar irradiance)을 예측(forecast)하는 태양복사모델(solar radiation model)을 기계 학습(machine learning)과 연계하여 연구하고, 예측한 일사량으로 태양에너지(solar energy) 발전량을 예측하는 것을 목표로 한다. 국내에 적합하도록, 기상 데이터와 일사량 사이의 상관관계를 기반으로 하는 통계적 태양복사모델과 기상 데이터를 입력 변수로 하면서 복사 전달 방정식의 해를 구하는 물리적 태양복사모델을 개발한다. 기존의 통계적 모델과 물리적 모델에 기계 학습 방법을 적용하여 일사량의 예측 시간 범위, 시공간의 해상도, 예측 정확도를 향상할 수 있도록 태양복사모델을 연구한다. 연구 목표대비 연구결과 일사량 예측에서 널리 사용되는 통계적 모델과 물리적 모델을 이용하여 현재 수준에서 태양복사모델의 특성을 이해하고 장단점을 분석하였다. 하늘 영상 기반 모델, 위성영상 기반 모델, 수치 해석 모델의 모든 경우에 대해 기계 학습을 적용함으로써 분, 시간, 일의 다른 시간 스케일에 적용이 가능한 미래 일사량 예측 모델을 개발하였다. ANN(artificial neural network), LSTM(long short-term memory), GRU(gated recurrent unit), SVR(support vector regression), RF(random forest) 등 다양한 기계 학습 알고리즘을 검토한 후, 시계열 데이터에 적합한 LSTM이나 GRU 같은 딥러닝(deep learning)이 일사량 예측에 더욱 효과적인 것을 증명하였다. 태양차단지수(sun blocking index)라는 새로운 변수를 제시하였고, 기계 학습의 입력 변수 및 하이퍼 파라미터 최적화를 통해 예측 정확도가 향상됨을 증명하였다. 예측 결과는 측정 결과와 비교하고 RMSE(root mean square error)와 MBE(mean bias error) 같은 오차 척도를 산출하여 기계 학습에 의한 예측 정확도 개선을 정량적으로 파악할 수 있도록 하였다. 몇 분 앞선 일사량 예측에서 RMSE는 대략 10~20%이고, 몇 시간 앞선 예측과 며칠 앞선 예측에서는 각각 RMSE 20~30%와 30~40% 수준으로 개선되었다. 전반적으로, 기계 학습 방법이 일사량 및 태양광 발전량 예측에서 정확도를 높였고, 특히 MBE 개선에 효과적으로 나타났다. 태양광 발전량 예측에서 일사량 예측의 중요성을 확인하였고, 기계 학습을 통해 특정 지역 및 시스템에 적합한 데이터를 더욱 정확하게 산출할 수 있음을 증명하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제를 통해 개발한 일사량 예측 기술은 다양한 에너지 관리 시스템(energy management system)에 활용할 수 있다. 국가 전력망 관리에서는 태양광 발전량 예측하면 전기 수요와 생산을 안정적으로 제어하고 급격한 전력 변동에 대처할 수 있다. 건물 및 자동차의 에너지 관리에서는 일사량에 따른 에너지 수요 변화를 예측하여 예비 공조, 수요 분산과 같은 효율적인 수요 관리를 적용할 수 있다. 이를 통해 전 세계적으로 패러다임의 변화를 겪고 있는 에너지 시장에서 경쟁하는 국내 업체에게는 기술력 향상에 도움을 주고, 재생에너지 확산을 촉진함으로써 온실가스 감축 및 기후 변화 대응에 적극적으로 참여하는 국가 이미지 제고에 기여할 수 있다. 학문적으로는 국내에서 태양복사모델에 관한 연구가 부족한 상황에서 기초연구의 다양성을 확대하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 기계학습기술을 태양복사모델과 연계함으로써 향후 급격히 발전하는 기계학습기술의 성과를 태양에너지 기술까지 확대 가능한 학문적 교두보를 마련할 것이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이현진
• 주관연구기관 : 국민대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 태양복사모델;기계학습;일사량;태양에너지 발전량;예측; 2. solar radiation model;machine learning;solar irradiance;solar energy generation;forecast;

연구개요 본 연구는 고전압 방전에 의하여 공기중으로 방출된 전하를 레이다 기반 전파탐지 기법을 이용하여 탐지하고 추정하는 연구를 1,2차년도에 진행하였다. 3차년도에는 라디오미터 시스템을 제작하여 고전압 방전 등에 의한 고온 열방사의 측정연구를 진행하였다. 특히, 방전에 의한 공간전하 밀도가 낮거나 방전개시전에도 복사열에 의한 전자기파를 탐지할 수 있는 장점이 있다. 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 DC방전에 의한 공간전하를 전파탐지 기술을 기반으로 탐지하는 것을 목표로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 DC 방전 발생장치로 Tesla Coil을 이용하였고 테슬라 코일에 의한 방전전하를 탐지하기 위하여 TI사의 레이다 보드를 이용하였다. 탐지를 위한 측정시험과 시뮬레이션에 의한 결과를 비교하여 방전에 의한 공간전하 탐지가 가능함을 입증하였다. 2차년도에는 탐지 해상도를 높이기 위하여 positioner를 이용하여 탐지영역을 스캔하여 SAR 알고리즘에 의한 탐지기법을 연구하였다. 3차년도에는 이러한 공간전하의 탐지와 함께 공간전하 발생에 따른 열방사를 측정하는 연구를 목표로 하였다. 이를 위하여 라디오미터를 제작하여 비가시상의 방사에 의한 열방사를 가정한 모델에 대하여 탐지 알고리즘을 고안하고 측정시험과 비교하였다. 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 본 연구는 방전에 의한 공간전하가 입사된 전자파를 산란시키는 특성을 이용하여 공간전하를 탐지하는 연구를 진행하였다. 이를 이용하여 고전압 장치에 의한 방전과 고장이나 노후화에 의한 열방사를 전파탐지를 이용하여 사전에 탐지함으로써 고장진단 등에 활용할 수 있다. 또한, 열방사에 의한 전자기파 발생을 전파탐지를 기반으로 탐지함으로써 화재, 건물붕괴에 의한 생존자 탐색 등에도 활용할 수 있는 기술이 된다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정용식
• 주관연구기관 : 광운대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 방전;공간전하;전파탐지;열방사;라디오미터; 2. discharge;space charge;radiowave detection;thermal radiation;radiometer;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 박승문
• 주관연구기관 : 전북대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 디이노코커스;미생물;생물소재;화장품;카르테노이드; 2. Deinococcus;microorganism;biomaterial;cosmetics;carteinoid;

연구개요 본 연구는 딥러닝을 이용하여 방사선치료 시 정확한 전자밀도에 의한 선량계산에 영향을 줄 수 있는 금속영상왜곡 저감을 위한 기술을 개발하고 맞춤형 팬톰을 제작하여 적응형 방사선치료에 개발된 기술의 임상적용 가능성을 평가하고자 함. 결론적으로 기존 상용화된 알고리듬 대비하여 딥러닝 기술을 접목한 경우 선량학적 측면에서 더욱 정확한 결과를 확인할 수 있었으며, 추가적으로 영상왜곡에 의해 정상조직 및 종양의 컨투어링 정확성 향상을 기대할 수 있음. 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서는 방사선치료 적용을 위한 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감 알고리듬 및 검증 기술을 개발하고, 이를 위해 방사선량 측정을 통한 검증을 위해 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 인체모사 팬톰을 제작하여 개발된 알고리듬의 방사선치료 적용 시 우수성을 평가함. 인공지능 기반 금속 영상왜곡 저감기술을 이용한 방사선치료 적용기술은 다양한 연구에서 제시되었으나, 감소된 금속영상왜곡에 의한 선량계산의 정확도를 측정을 통해 검증한 연구는 전무한 실정임. 1차년도에서 딥러닝 알고리듬 중 가장 범용적으로 활용되는 fully convolutional network기반 알고리듬을 개선한 U-net 기반의 알고리듬을 구축하였고, 이러한 알고리듬을 이용하여 데이터 보간 및 재생에 따른 해부학적 구조의 왜곡 및 흐림 현상을 해결할 수 있었음. 딥러닝 기반 알고리듬을 이용한 영상 분석을 위해 normalized root mean square error (NRMSE)를 측정한 결과 금속영상왜곡을 적용하지 않은 영상 대비 58.29%, 기존 상용화된 금속영상왜곡기술저감 기술 대비 12.03%로 금속영상물에 의한 오차 감소를 확인함. 2차년도의 경우, 최근 임플란트 및 치아보형물에 의해 발생되는 환자 수 증가에 따라 두경부를 모사하는 팬톰 제작을 완료 하였으며, 금속 영상왜곡을 발생 시킬 수 있는 금속 치아 및 정상 치아를 따로 설계하여 원하는 위치에 금속영상왜곡이 발생시킬 수 있는 환경을 조성함. 더불어 실제 방사선량 측정이 가능하도록 필름과 유리선량계가 삽입 가능하도록 만들어져 실제 치료 계획된 선량을 측정을 통해 비교가 가능함. 재구성된 알고리듬의 평가를 위해 실제 측정된 선량평가를 위해, 선량분포에 대해 계산된 값과 측정된 값의 감마분석을 이용하여 비교하였음. 치료 계획은 현재 방사선종양학과에서 가장 주로 사용되는 volumetric modulated arc therapy (VMAT)을 이용하여 치료계획을 수립하였고, 감마 분석을 위해 2%, 2mm의 tolerance와 10% threshold를 적용하여 비교를 수행함. 제안한 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상에서의 passing rate 값은 99.5%, 상용화된 O-MAR 방법과 MAR이 적용되지 않은 영상의 passing rate는 99.6%, 제안된 MAR 방법과 OMAR사이의 gamma passing rate는 99.9%로 거의 유사한 선량분포를 확인하였음. 그러나 금속으로 인해 planning target volume (PTV) 내 선량 차이가 있음을 확인하였고, Gamma image 내에서도 그 차이를 최대 7.9%까지 확인할 수 있었고, 제안된 방법을 사용한 경우 최대 약 3%의 차이를 확인하여 약 50%의 개선효과를 확인함. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 제안된 금속영상왜곡 저감 기술은 영상에서의 개선뿐만 아니라 선량학적 관점에서도 상용화된 금속영상왜곡 방법과 비교하여 거의 유사하거나 우수한 성능을 보여주었으며, 추후 임상 적용에 충분한 가치가 있다고 판단됨. 특히 영상에서의 개선을 통해 정확한 PTV와 주변 정상조직의 컨투어를 이룰 수 있으며, 개선된 전자밀도 정확성을 통해 선량계산의 정확성 역시 향상되는 결과를 확인할 수 있었음. 더불어, 제안된 선량측정용 팬톰은 선량분포 및 절대선량 측정이 가능하도록 설계되어 직접적인 선량측정이 가능한 장점을 바탕으로 앞으로 제시될 금속영상왜곡 저감기술의 성능 검증을 위한 객관적인 지표를 제시할 수 있음. 결론적으로 방사선치료의 정확성과 안정성에 기여할 수 있어 환자에게 신뢰성 있고 질 높은 의료서비스 제공이 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강성희
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 금속영상왜곡 저감;딥러닝;방사선치료;치료계획;방사선량 측정; 2. metal artifact reduction;Deep learning;radiation therapy;treatment planning;Dose measurement;

연구개발 목표 및 내용 최종 목표 ○ 전 세계적으로 연간 700만 명을 조기 사망에 이르게 하는 미세먼지는 분석 및 저감 방안 정립이 시급한 상태로서, 물질 분석 및 개질에 효과적인 방사선기술을 이용하여 - 미세먼지 오염원을 중성자 방사화 분석 기술로 정확하게 평가하고, - 전자선으로 미세먼지 원인물질을 저감시키는 기술의 개발 전체 내용 [1세부] 1. 전자선 기반 미세먼지 저감 요소기술 개발 2. 전자선 기반 미세먼지 응축 전환 기술 개발 3. 전자선 기반 미세먼지 저감 시스템 개발 및 현장 적용성 평가 [2세부] 1. 미세먼지 성분 분석 정밀도 향상 2. 국내 대도시 미세먼지 모니터링 연구 3. 방사선 정보를 이용한 시간별 대기 미세먼지 영향 모델링 1단계 목표 [1세부] ○ 1차년도: 전자선 기반 질소/황산화물 처리기술 타당성 확보 ○ 2차년도: 전자선 기반 2차생성 미세먼지 응축전환 기술 개발 [2세부] ○ 1차년도 : 서울, 대전 측정소 구축 ○ 2차년도(단계) : 포집 기술 개발 및 분석 기술 정립 내용 [1세부] ○ 1차년도: 전자선 기반 질소/황산화물 처리기술 타당성 확보 - 질소/황산화물 분석 시스템 구축 - 전자선 기반 질소/황산화물 처리 시스템 요소기술 개발 - 첨가제 종류에 따른 질소/황산화물 제어특성 연구 ○ 2차년도: 전자선 기반 2차생성 미세먼지 응축전환 기술 개발 - 응축성 미세먼지 분석 시스템 구축 - 전자선 기반 응축성 미세먼지 전환 시스템 설계 및 구축(Bench scale) - 전자선 기반 응축성 미세먼지 전환 요소기술 개발 - 전자선 기반 응축성 미세먼지 전환 메커니즘 규명 [2세부] ○ 1차년도 : 서울, 대전 측정소 구축 - 방사화 분석을 통한 환경시료 분석 및 평가 - 미세먼지 측정소 설계 및 구축 - 대기 환경 샘플 확보 - 미세먼지 모니터링을 위한 방사선 정보 수집 및 분석 ○ 2차년도(단계) : 포집 기술 개발 및 분석 기술 정립 - 미세먼지 매트릭스 확립 및 방사화 분석 정밀도 측정 - 측정소 운영을 통한 미세먼지 포집 및 분석 - 오염원별 미세먼지 샘플 확보 및 분석 - 대기 방사선정보와 미세먼지의 상관관계 분석 2단계 목표 [1세부] ○ 3차년도: 전자선 기반 미세먼지 제어 시스템 개발 ○ 4차년도: 전자선 기반 미세먼지 저감 시스템 최적화 ○ 5차년도: 전자선 기반 미세먼지 저감기술 현장 적용성 연구 [2세부] ○ 3차년도: 미세먼지 내 방사성 물질 이용 추적 기술 개발 ○ 4차년도: 중국발 미세먼지 오염원 추적 ○ 5차년도: 환경부 교차 분석 완료, 중국발 미세먼지 평가 내용 [1세부] ○ 3차년도: 전자선 기반 미세먼지 제어 시스템 개발 - 응축성 미세먼지 저감효율 개선 - 응축성 미세먼지 집진기술 최적화 - Semi pilot-scale 미세먼지 저감 시스템 구축 - 전환 응축성 미세먼지 입자특성 규명 연구 ○ 4차년도: 전자선 기반 미세먼지 저감 시스템 최적화 - 다양한 운전인자에 따른 미세먼지 처리효율 데이터 확보 및 주요 인자 도출 - Pilot scale 질소/황산화물 발생 시스템 구축 및 전자선 반응기 설계 - 현장처리용 시작품 제작 및 최적 전자선 운전변수 확보 ○ 5차년도: 전자선 기반 미세먼지 저감기술 현장 적용성 연구 - 전자선 기반 미세먼지 저감 시스템 기술 타당성 및 경제성 평가 - 시스템 운전 최적화 및 성능 고도화를 통한 현장 적용성 평가 - 장기운전을 통한 시스템 신뢰성 및 데이터 베이스 확보 - 전자선 기반 미세먼지 저감용 전처리 필터 개발 및 현장 실증 평가 [2세부] ○ 3차년도: 미세먼지 내 방사성 물질 이용 추적 기술 개발 - 타 분석 기법 간 정밀도 평가 및 검출하한 향상 - 기상 조건 별 미세먼지 성분 분석 - 미세먼지 내 방사성 핵종 분석 - 대기상태에 따른 방사선량 기반 미세먼지 영향 모델링 ○ 4차년도: 중국발 미세먼지 오염원 추적 - 방사성 핵종 기반 오염원 평가 방법 개발 - 방사선 정보를 이용한 계절별 대기 미세먼지 영향 모델링 ○ 5차년도: 환경부 교차 분석 완료, 중국발 미세먼지 평가 - 제주도 미세먼지 동향 분석 - 제주도 미세먼지 시료 내 단반감기 핵종 분석 - 원자력 연구원 내 XRF 와 iNAA 시료 분석 비교 - 국립환경원 시료 비교 분석 연구개발성과 ○ 전체 연구개발기간 목표: 국내외 논문 게재 22건/학술 발표 30건/특허 출원 10건/특허 등록 6건/기술이전 1건/기술인증 1건/인력양성 7명 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 (1) 과학·기술적 측면 ○ 방사능을 미세먼지 분석의 새로운 마커로서 활용하여 새로운 데이터 산출 ○ 지속적인 연구 및 이종기술 융합을 통한 온실가스 배출 저감 및 온실가스 배출권 거래 우위 선점 (2) 경제·산업적 측면 ○ 기존 방사능 측정 시설을 미세먼지 측정소로 활용 가능케 하는 기술로 실시간 미세먼지 측정소 170개소 및 미세먼지 성분 분석 측정소 15개소 확장 효과 ※ 성분 분석 측정소 구축비용만 약 150 억원 이상 절감 ○ 기존 탈질(SCR) 및 탈황(FGD) 설비 대비 초기 시설투자비 40% 및 운전관리비 40% 절감 예상 ○ 중국 및 신흥경제국가의 방사선융합기술 시장 선점 ○ 기존 탈질설비의 SCR 촉매 등의 수입대체 효과 (3) 사회적 측면 ○ 미세먼지를 비롯한 대기오염물질 처리 신기술 개발을 통한 대국민의 건강 증진 기여 및 안전문제 해결 ○ 미세먼지와 방사능의 상관관계를 바탕으로 미세먼지 분류 정보를 실시간으로 국민들에게 제공하여 과도한 불안감 해소 유도 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김태훈
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 미세먼지;방사화 분석;미세먼지 오염원;전자선;질소산화물; 2. particulate matter;activation analysis;PM emission source;electron beam;Nitrogen oxides;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 최신 국제기준 및 선진국의 규제사례를 반영한 천연방사성핵종 포함 생활밀착형 가공제품의 전주기 생애 방사선학적 안전성평가 방법론 개발 및 규제기반 요소기술 확보 ◼ 전체 내용 - (1단계 1차년도) NORM 함유 가공제품 관련 국내·외 최신 규제기준 및 평가모델 분석 - (1단계 2차년도) 국내 NORM 함유 가공제품 특성 반영 전주기 방사선 안전성평가 방법론 개발 - (2단계 1차년도) 국내 NORM 함유 가공제품 안전성평가 프로그램 개발 및 규제기반 요소기술 확보 ◼ 1단계(‘20~’21) ❏ 목표 ○ NORM 포함 가공제품 관련 국내외 최신 규제기준 및 평가모델 분석 ❏ 내용 - 국내·외 NORM 함유 가공제품 규제기준 및 규제사례 분석 - 국외 NORM 함유 가공제품의 안전성평가 모델 분석 - NORM 함유 가공제품의 국제교역 관련 국내외 현황 조사·분석 - 국내 NORM 함유 가공제품의 특성조사 및 빅데이터 분석 - 가공제품 유형별 전주기 방사선학적 안전성평가 프로토콜 개발 - 국제교역 시 면제기준 개발방향 수립 ◼ 2단계(‘22) ❏ 목표 ○ NORM 함유 가공제품 안전성평가 프로그램 개발 및 규제기반 요소기술 확보 ❏ 내용 - 빅데이터분석 기반 가공제품 방사선 안전성평가 프로그램 개발 - 가공제품 안전 강화 규제적용 기술배경자료 확보 - NORM 함유 가공제품의 전주기 방사선 안전성 평가지침(안) 및 국제교역 시 면제기준(안) 개발 □ 연구개발성과 ❍ N-STAR 안전기술보고서 4편 및 규제정책제안서 3편 ❍ 국내·외 논문 게재(국외 SCIE 학술지 논문 3편, 국내·외 학술발표회 논문 7편) ❍ 생활주변방사선 전문인력 양성(석사학위과정 대학원생 6명, 규제전문기관 인력 5명) □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ❍ 최근 원자력안전위원회가 개정한 ‘원자력 안전기준 강화 종합대책’ 중 생활방사선 제품안전 강화 관련 상세 규제지침 개발 및 NORM 함유 부적합 가공제품 관리방안 수립의 기술적 요소기술 및 근거자료로 활용함 ❍ 방사성물질이 함유된 상품의 국내외 유통과정에서 필요한 안전기준 제시 ❍ 국민 일상생활과 매우 밀접한 천연방사선핵종 함유 가공제품에 대한 방사선 안심기술 확보로 방사선피폭에 대한 국민 불안감 해소 및 사회적 갈등 최소화 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김주열
• 주관연구기관 : 한국전력국제원자력대학원대학교
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 천연방사성핵종 포함 물질;가공제품;전주기 평가;방사선 안전성평가;생활방사선; 2. Naturally-Occuring Radioactive Material(NORM);Consumer Product;Life-cycle Assessment (LCA);Radiation Safety Assessment;Radiation in the Natural Environment;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 연소도 효과를 고려한 통합전산코드의 검증, 평가모델 및 방법론 개발/개선 등을 통한 설계기준사고 규제검증기술의 고도화 ◼ 전체 내용 ㅇ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발 ㅇ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제기술 개발 ㅇ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선 ㅇ 고연소 핵연료 신안전기준 개발 ㅇ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발 ◼ 1단계(‘18-’20) ❏ 목표 ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 검증과 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개발 ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발 ❏ 내용 1. 1차년도(2018) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 기반기술 개발 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 현상 규명 - 통합코드 적용을 위한 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발항목 도출 및 비대칭사고 핵심현상 도출 2. 2차년도(2019) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개발 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 개발 - 통합코드를 활용한 LBLOCA 최적평가방법론 개발 - 전노심 핵연료 연소이력 생산 및 연소성능 분석 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 개발 3. 3차년도(2020) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 평가 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열수력 모델 적용성 평가 - 통합코드 LBLOCA 최적평가방법론의 발전소 적용성 평가 - LOCA시 핵연료 형상변형 분석을 위한 원전 모델링 - 고연소도 핵연료 신안전기준 개발 및 비대칭사고 분석방법론 정립 ◼ 2단계(‘21-’22) ❏ 목표 ㅇ 핵연료/열수력 통합코드 및 핵연료모델(핵연료재배치, 크러드 열저항) 개선/검증 ㅇ 설계기준사고의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발 ❏ 내용 1. 4차년도(2021) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 개선 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 수력학 모델 개선 - 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가 - 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 초안 개발 - LOCA시 연소도별 핵연료 형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가 - 비대칭사고 안전여유도 평가 2. 5차년도(2022) - 핵연료/열수력 통합코드용 핵연료모델 검증 - 노심 냉각유로변형 영향평가를 위한 열전달 모델 개선 및 평가 - 고연소도 핵연료 신안전기준 적용성 평가 - 연소도 효과를 고려한 최적평가 지침서 최종안 개발 - LOCA시 핵연료 형상변경을 고려한 노심냉각성능 평가 - 비대칭사고 현안별 규제입장 정립 □ 연구개발성과 ⦁ 핵연료/열수력 통합전산코드 검증 및 핵연료모델 개발 FRAPTRAN과 MARS-KS 안전해석 코드를 통합하여 FAMILY 전산코드를 개발 및 검증하였음. FAMILY 코드 검증을 위해 ① 신연료 및 고연소 핵연료 LOCA 실험 자료를 활용한 FAMILY 코드 예측성능 검증과 ② Halden 및 SCIP IV 국제공동연구 가입을 통한 검증 DB 구축을 수행하였음. FAMILY 코드의 핵연료 모델 개발을 위해 ① QT 핵연료재배치 모델 검증 및 개선, 재배치 핵연료 출력모델 개선을 수행. ② 냉각재 환경을 고려한 크러드 열저항 모델 개발 및 안전해석 영향평가를 수행. 추가적으로 분산 핵연료의 잠재적 안전현안 규제검증방법론 개발과 재임계 안전성 규제검증 예시 계산을 수행하였음. ⦁ 노심 냉각유로변형 영향평가 규제검증기술 개발 LOCA 시 노심 냉각유로 변형 관련 규제검증기술 개발을 위해 ① 냉각유로 변형의 열수력 영향평가 및 LOCA 시 핵연료거동 평가 방법론 개발, ② LOCA 시 노심 변형 심각도 평가 및 전(全) 노심 핵연료 파열율평가 방법론 개발을 수행. 통합전산코드의 최신화와 성능 확장을 위해 ① 산화층 및 크러드 열저항 모사가 가능한 핵연료 다층 열전달 모델 및 핵연료 다차원 열전달모델 개념 개발, 피복재 고온변형 모델 개발과 ② 통합전산코드의 계통열수력코드 최신화 및 유로변형을 반영한 체적변화모델 개발 연구를 수행하였음. ⦁ 고연소도 핵연료 신안전기준 및 규제검증기술 개발 비상노심냉각계통(ECCS) 허용기준 법제화 분야에서는 ECCS 허용기준 개정을 위해 고시 제2017-23호 개정(안)과 2종의 규제지침서 개발 및 심사지침서 개선 연구를 수행하였음. 반응도사고에 대한 규제검증 분야에서는 ① 제어봉 이탈사고 규제지침 개발과 ② 최신 연구로 실험자료 평가 및 평가방법론 개발 연구를 수행하였음. ⦁ 통합코드기반 LOCA 최적계산 및 불확실도 평가방법론 개선 냉각재상실사고 규제검증방법론(KINS-REM) 개선을 위해 최적평가 핵연료 불확실도 변수의 선정, 통합코드 활용 LBLOCA 최적평가방법론 개선사항 도출 및 연소도 효과를 고려한 최적평가지침서 개선 연구를 수행하였음. 노심 핵연료 연소이력 생산 및 연료봉 연소성능 분석, 통합코드 발전소 모델링 및 예시계산과 LOCA 시 연료봉 파손분율 평가 및 핵연료형상변형을 고려한 노심냉각성능 평가 연구를 수행하였음. ⦁ 노심비대칭 과도사고 안전여유도 평가방법론 개발 노심 비대칭 과도사고 평가방법론 개발을 위해 비냉각재상실사고 해석 기술 현황 분석, 노심 열수력 비대칭 사고 해석 기술 개발 및 적용성 평가, 부수로 해석코드를 이용한 전노심 DNBR 평가기술 및 온도/붕소/유량 비대칭 현안해결을 위한 규제기술 개선 연구를 수행하였음. 이상의 연구 수행으로, - 전산 소프트웨어 등록 3건, - 정책제안 6건(고시 1건, 규제지침 3건, 심사지침 1건, 인허가 예비해석 1건) - 안전기술보고서(N-Star) 23건, - 연구논문 게재/발표 89편 (SCI 13편, 국외학회 26편, 국내학회 50편), - 기술보고서 등 38건, - 핵연료 성능 DB 구축 3건, - 규제검증방법론 4건(계획하지 않은 성과 1건 포함), - 다수의 FAMILY 통합전산코드, MARS-KS, FRAPCON/FRPTRAN 입력자료 생산 등의 성과를 도출하였음 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ㅇ 본 연구는 핵연료/열수력 통합전산코드의 개발 및 검증과 설계기준사고 시의 노심냉각성능 규제검증방법론 및 기준 개발을 목표로 수행하였음. ㅇ 본 연구를 통해 개발한 정책제안과 FAMILY 전산코드, 검증방법론 등은 고연소 핵연료 특성을 반영한 비상노심냉각계통 및 제어봉이탈사고 국내 허용기준 재설정과 규제 검증방법론으로 적용이 가능함. ㅇ 특히 ‘23년 특정기술주제보고서 및 ‘25년 운영변경허가 심사로 예정된 OPR1000 및 WH형 원전의 냉각재상실사고 및 비냉각재상실사고 신규 안전해석 인허가에 규제검증 계산 도구로서 직접 활용할 수 있음. ㅇ 본 과제는 신규 허용기준에 대응하는 냉각재상실사고 및 반응도사고 등의 규제검증기술을 선도적으로 개발하여 적절한 규제방향을 정립하는데 기여하고, 비상노심냉각계통 허용기준 고시 개정(안)의 이행을 위한 산업체의 기술개발(전산코드, 방법론 개발 등)을 적극적으로 유도함으로써 국민들의 원전 수용성 제고에도 기여함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이주석
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 통합전산코드;설계기준사고;고연소도;신안전기준;노심냉각성능; 2. Integrated Computer Code;Design basis accidents;High fuel burnup;New safety criteria;Core coolability;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 신뢰도 있는 우주방사선 계측기 개발 및 검증, 항공기에서 실측 실험 장기 데이터베이스 확보를 통한 우주방사선 예측 모델 고도화 및 현업화 ◼ 전체 내용 ❍ TEPC를 활용한 우주방사선 실측실험 및 실측 데이터베이스 확보 ❍ 실측값 기반 KREAM 모델 검증 및 고도화 ❍ KREAM 모델 현업화 ◼ 1단계[2년] ❏ 목표 ㅇ TEPC를 활용한 항공기 우주방사선 실측실험 ㅇ KREAM 모델 사전 검교정 ㅇ 항공기 실측 실험 및 TEPC 개선 ㅇ 우주방사선 예측 모델 KREAM 개선 ㅇ 실측 자료 기반 우주방사선 예측 모델 고도화 ❏ 내용 ㅇ 우주방사선 안전관리 방안 선행 연구 조사 ㅇ TEPC, Liulin 관측기 활용 항공기 우주방사선 실측실험 시작 ㅇ KREAM 고도화를 위한 사전 검교정 ㅇ 국제선 항공기에 TEPC 탑재 실험 - 실측 자료 수집 시작 ㅇ 우주방사선 예측 모델 KREAM 개선 - GK-2A의 KSEM 관측값을 적용한 SCR 스펙트럼 계산 ㅇ 항공기 실측실험 자료 기반 KREAM 모델 고도화 - 실측실험 관측값을 기반으로 한 KREAM 모델 개선 ◼ 2단계[1년] ❏ 목표 ㅇ 항공기 실측 실험 및 데이터베이스 구축 ㅇ KREAM 모델 현업 적용 ㅇ 항공승무원 우주방사선 피폭 안전관리 개선 ❏ 내용 ㅇ 항공기 우주방사선 실측 실험 데이터베이스 구축 - 국제선 항공기의 TEPC 장기 관측 데이터베이스 확보 - 관측값을 기반으로 한 KREAM 모델 개선 ㅇ KREAM 모델 현업화 - 항공사 및 일반인용 웹서비스 구현 □ 연구개발성과 안전기술보고서 6건, 국내논문 3건, 국내 특허 2건 출원, 국제 특허 1건 등록, 학술대회 발표 6건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ㅇ 생활주변방사선 안전관리법에 의해서 항공기 승무원의 방사선 피폭선량을 관리할 때, 신뢰도를 확보한 우주방사선 예측 모델에 기반하여 피폭량을 산출할 수 있음. ㅇ 항공기 고도에서 우주방사선 피폭량을 측정하는 계측기의 신뢰도 확보 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 황정아
• 주관연구기관 : 한국천문연구원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 우주방사선;실측실험;모델검증;생활주변방사선 안전관리법;조직등가비례계수기; 2. Space Radiation;Aircraft Measurement;Model Verification;Safety Management Act on Environment Radiation;Tissue Equivalent Proportional Counter;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo electron paramagnetic resonance spectroscopy) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 및 안전규제 역량의 고도화 ○ 자원봉사자도 운영할 수 있는 자동선량평가기술 적용 ○ 피폭 환자 대상 in vivo 측정 기준 SEIP 0.5 Gy 목표 적용 ○ In vivo EPR 치아 선량평가의 신뢰도 확보를 위한 측정 데이터베이스 구축 ◼ 전체 내용 ○ In vivo EPR 분광계 체내선량 교정을 통한 평가 신뢰성 향상 - 방사선치료 과정 중에 누적선량 측정을 통해서 환자별 선량-EPR 곡선 획득 - 측정 대상: 전신방사선치료, 두경부 방사선치료 후 환자(수원시 성빈센트 병원) - 방사선량 측정민감도 개선(SEIP ~0.5 Gy): 정확성과 감도 향상 - 저선량(0~ 1 Gy) 영역으로의 외삽 (extrapolation): 통계적 신뢰성 확보 - 치아 선량평가의 신뢰도를 높이기 위한 측정 데이터베이스 구축 - 추가적 연구: 중성자 피폭에 대비한 ex vivo 측정 연구(Cf-252, 치료 중성빔) ○ 방사선비상시 대응: 피폭자 분류를 위한 in vivo EPR 분광계 운영기술 고도화 - 장비 조작성 향상을 위한 사용자 친화적 인터페이스 구축 - 자동조정 및 자동평가 기술 적용을 통한 측정속도 확보(~20명/시간) - 방사선비상대응팀 (원자력안전기술원, 국가방사선비상진료센터, 등)의 사용법 교육 - 방사선비상 시 피폭자분류를 위한 장비운영 매뉴얼 개발 ○ 평시 안전규제: 고피폭 위험군 대상의 활용방안 도출 - 과다피폭 위험의 방사선작업종사자 직종(비파괴, 원전해체 등)에서 제한적 시범적 모집군 선정(원자력안전위원회 협조) - 시범적 모집군을 대상으로 평상시 주기적(3~6개월 단위) in vivo EPR 피폭선량 모니터링 - 평시 피폭선량 모니터링으로 베이스라인 스펙트럼 확보: 개별 백그라운드 피폭선량의 Database화 - 과다피폭 시 평시 개별 백그라운드 스펙트럼과의 비교로 피폭선량의 정확한 평가 - 평시 모니터링을 통한 과다피폭 여부의 판별 가능성 - 과거 방사선 피폭 피해자들 대상 후향적 체내 피폭선량 평가 ○ 규제활용 위한 in vivo EPR 장비 개선 - 분광계의 선량평가 활용을 위한 범용 매뉴얼 개발 - 유사시 임의의 사용자가 사용할 수 있도록 사용자 친화적구성 - 장비 유지보수 관리 및 최적 관리 요령 기재 - 측정 신뢰도 향상을 위한 고정장치 개발 ◼ 1단계[2020.04.01.~2021.12.31.] ❏ 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo EPR) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 역량의 고도화 < 1차년도 > ○ in vivo EPR 분광계 체내선량 교정을 통한 평가 신뢰성 향상 < 2차년도 > ○ 방사선비상시 대응: 피폭자 분류를 위한 in vivo EPR 분광계 운영기술 고도화 ❏ 내용 < 1차년도 > ○ 체내선량 교정: 방사선치료 환자 선량 평가 - 방사선치료 과정 중 누적선량 측정을 통해서 환자별 선량-EPR 신호 반응 곡선 획득 - 수원시 가톨릭대학교 성빈센트 병원 협조 ○ 중성자 피폭에 대비한 ex vivo 측정 연구 - 유사시 중성자 피폭에 대비한 자료 확보 - 체내선량 교정은 아니지만 중성자에 대한 EPR 스펙트럼 변화에 대한 데이터 축적을 위한 연구 - 몬테카를로 기법을 사용한 실제 인체 내의 치아 피폭선량 계산 - Cf-252, 치료 중성빔 등 이용 ○ 치아 선량평가의 신뢰도를 높이기 위한 측정 데이터베이스 구축 - 체내 측정과 체외 측정으로 축적한 스펙트럼 데이터 분석, 활용을 위한 데이터베이스 구축 - 방사선량 측정민감도 개선(SEIP ~0.4 Gy): 정확성과 감도 향상 - 저선량(0~ 1 Gy) 영역으로의 외삽 (extrapolation) : 통계적 신뢰성 확보 - 데이터베이스 활용 연구 [1]체내 EPR 측정 시 치아의 크기와 방사선 선량 사이의 상관관계 연구 [2]연령 - EPR 치아 선량평가 시 연령에 따른 배경 신호의 변화 정도를 평가하여 선량 측정 민감도를 향상시키고자 함 ○ 치아 선량평가의 정확도 검증 - 생체시료(발치된 치아)에 대한 신뢰도 확보 –타 장비와의 비교 - Ex vivo로 EPR 평가된 치아들에 대한 정확도를 평가하기 위한 교차검증 < 2차년도 > ○ 사용자 친화적 EPR 자동 조정 시스템 개발 - 장비 조작성을 향상해 유사시 임의의 사용자가 운용 가능하도록 편의성 추구 - 체내측정을 용이하게 하기 위해 측정 대상의 움직임을 보완하는 시스템 - 측정 대상의 치아를 안정적으로 체내측정하기 위해 자동 조정 시스템 개발 - 자동 조정 시스템을 구현하기 위한 Tunable Resonator의 적용 및 성능 향상 - Tunable resonator를 통해 자동조정기술 적용을 통하여 측정속도를 확보하여 방사선비상시 발생 가능한 대량 환자에 대응 능력 강화 ○ 자동평가기술 적용 - EPR 스펙트럼 기반 자동 선량평가 시스템 개발 - EPR 분광계의 경우 Fitting algorithm을 통한 신호 평가 - 신속한 측정/평가를 위해 자동 선량 평가 시스템 필요 ○ 방사선비상 시 피폭자분류를 위한 장비운영 매뉴얼 개발 - 방사선비상진료기관에서 유사시 환자분류에 사용 가능한 활용 매뉴얼 구축 - 유사시 임의의 사용자가 사용할 수 있도록 사용자 친화적 구성 ○ 방사선비상대응팀 사용법 교육(원자력안전기술원, 국가방사선비상진료센터 등) - 실제 사용자 그룹에 장비운영법 교육(국가현장 방재센터의 협조 요청) - 방사선비상 혹은 타 선량평가 방법과의 비교를 위해 활용 가능하도록 - 사용자 친화적으로 제작된 소프트웨어 사용법과 함께 측정원리와 스펙트럼 분석 방법 교육 ◼ 2단계[2022.01.01.~2022.12.31.] ❏ 목표 체내측정용 전자상자성공명(in vivo EPR) 치아선량계를 활용한 방사선 비상대응 역량의 고도화 < 3차년도 > ○ 평시 안전규제: 고피폭 위험군 대상의 활용방안 도출 ○ 규제활용 위한 in vivo EPR 장비 개선 ❏ 내용 < 3차년도 > ○ 과다피폭 위험 방사선작업종사자 대상 체내 치아 선량평가 - 평시 안전규제를 위해 in vivo EPR 분광계 활용 - 과다피폭 위험 방사선작업종사자 직종에서 모집군 선정 - 대상 직종: 비파괴검사, 원자력발전소 해체 작업종사자 등 - 시범 운용을 위한 모집군 선정(원자력안전위원회 협조) - 선정된 모집군 대상으로 제한적 시범 운용 - 평시 피폭선량 모니터링: 과다피폭 여부 판별 가능 - 평가 대상마다 개별 백그라운드 피폭선량을 데이터베이스화 - 평시 모니터링을 통한 과다피폭 시 발생여부 판별 가능 - 정확한 과다피폭 시기 판별 및 피해 축소 가능 - 과다피폭 시 피폭선량의 정확한 평가 ○ 과거 방사선 피폭자 대상 후향적 체내 피폭선량 평가 및 검증 - 후향적 선량평가 가능한 시간이 107년에 이르는 EPR 치아 선량평가 활용 - 과거 10~20년 내의 방사선 피폭 피해에 대하여 재평가 □ 연구개발성과 ○ 세계최고 수준의 체내측정용 전자상자성공명 분광법을 이용한 피폭선량 평가 원천기술 확보 - 국내·외 특허 출원 및 등록 - 기술이전 및 사업화를 통한 제품화 가능 ○ 방사선안전분야 전문인력양성 (석박사급 1~2명/년) - 국내·외 논문게재 : 3회 - 국내·외 학술발표 : 3회/년 ○ 첨단기술을 이용한 원자력안전기술원 안전규제기술 강화 - 과다피폭 위험군 직종의 평시 EPR 스펙트럼 데이터베이스 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 방사선비상시 현장대응역량(counter-measure)의 첨단화(세계최고 수준) - 대규모 피폭자가 발생할 경우에도 20명/시간의 세계 최고 수준의 빠른 환자분류 가능 - 국가방사선비상진료센터의 현장대응능력 강화 ○ 과다피폭 위험군에 대한 추가적 안전규제 장치 확보 - 첨단기술을 이용한 원자력안전기술원 안전규제기술 강화 - 과다피폭 발생시 피폭량을 평가 가능한 지표 확보 - 개인별 베이스라인 스펙트럼 확보를 통한 피폭선량 평가 정확도 향상 - 위험군에 대한 피폭선량 시 모니터링을 통한 과다피폭 여부의 판별 - 원자력발전소 해체산업 시대에 대응하여 증가하는 작업종사자 안전체계 확립 - 신호의 안정성(107년)을 이용한 과거 방사선 피폭 피해자들의 후향적 피폭선량 평가 ○ 과거 방사선피폭 피해자들의 정확한 피폭선량 평가를 통한 사회적 이슈 (암발생 및 사망 등의 의료분쟁, 경제 보상권 등 각종 법률분쟁) 해결의 근거 자료 - 피폭자의 피폭선량과 의학증상간의 관계를 확인할 수 있는 연구에 활용 ○ 세계최고 수준의 체내측정용 전자상자성공명 분광법을 피폭선량 평가 원천기술 확보 - 국내·외 특허 출원 및 등록 - 기술이전 및 사업화를 통한 제품화 ○ 사회적 기대효과 - 첨단기술을 이용한 방사선 안전문화 확립 홍보 - 대국민 원자력·방사선에 대한 인식 개선 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 예성준
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 비상 대응;규제 활용;전자상자성공명;치아 선량평가;데이터베이스; 2. Counter-measure;Regulation;EPR;Tooth Dosimetry;Database;