Nuclear power has enriched our lives, and especially when applied to submarine propulsion systems, it brings about revolutionary changes in speed and diving ability. However, when radiation is exposed to our body, it causes harmful effects. Therefore, radiation protection are required to protect crew members, and shielding are generally used. However, unlike land power plants, unlimited shielding materials cannot be installed on submarines, which have limited space and loading capacity. Therefore, installation of an efficient shielding structure considering volume and weight is required.
For an effective shielding design, many design factors must be considered, but above all, determining the allowable radiation dose level must be first determined. This is the most important factor for determining the shielding design. However, there is no publicly available research works. Furthermore, the current regulations on the radiation dose limit are based on the averaging of male and female, Asian and Western subjects, and all ages. However, the nuclear-powered submarine crew will consist of Korean men in their 20s to 50s, so it is not appropriate to apply the current radiation dose regulations without review.
Therefore, this study aims to investigate dose limits applicable to submarine crews in order to suggest a guideline for effective radiation shielding design for nuclear-powered submarines. To this end, the authors will review the level of risk that nuclear-powered submarine crews can accept and calculate the radiation dose appropriate for the risk level.
Due to the following results, it became possible to protect general crew members from excessive exposure by establishing separate dose limits. For engine crew members, it was possible to reduce the risk by more than 1% compared to the risk applied by the existing dose limit. In addition, since the total dose is presented instead of the annual dose, flexible use of submarine crews, which require considerable effort to train, is possible.
원자력은 우리 삶을 윤택하게 하였으며 특히 잠수함 추진체계에 적용 시 속력과 잠항능력에 혁신적인 변화를 초래하였다. 하지만 원자력 이용으로 발생하는 방사선에 우리 몸이 피폭되었을 경우, 피폭된 양에 따라 해로운 영향을 초래할 수 있다. 따라서 승조원을 보호하기 위해 방사선 방호의 대책이 요구되며 일반적으로 방사선 차폐 설계를 통해 해결한다. 그러나 육상 원자력 발전소와는 다르게 공간의 제한이 있는 잠수함에 무제한적으로 차폐재를 설치할 수 없다. 따라서 부피와 중량을 고려한 효율적인 차폐 설계 및 설치가 요구된다.
효율적인 차폐 설계를 위해서는 많은 설계 요인이 복합적으로 필요하지만 무엇보다도 방사선 허용 수준을 정하는 것이 가장 먼저 결정되어야 한다. 하지만 원자력 추진 잠수함 내 선량제한에 대한 공개된 연구가 부재하다. 또한, 현재 방사선량 제한 규정은 피폭 대상을 남성과 여성, 아시아인과 서양인 모두를 대상으로 평균값을 이용하였으며 피폭 나이 또한 전 연령을 대상으로 얻어진 결과이기 때문에 20~50대 한국인 남성으로 이루어져 있는 잠수함 승조원에게 적용하기에는 적절하지 않다.
따라서 본 연구에서는 원자력 잠수함의 효율적인 차폐 설계를 위해서 잠수함 승조원에게 적용할 수 있는 선량 제한을 연구하고자 한다. 이를 위해서 원자력 잠수함 승조원들이 수용할 수 있는 위험 수준을 검토하고 산출된 위험 수준에 상응하는 위험을 갖는 방사선량을 국제방사선방호위원회(ICRP) 계산 모델을 사용하여 계산하였다.
다음과 같은 연구로 인해 미래의 원자력 추진 잠수함 건설 시 승조원 적용 선량에 대한 과제를 해결할 수 있으며 무엇보다도 일반 승조원에 대해 별도의 선량 제한을 적용함으로써 불필요한 방사선 피폭으로부터 보호할 수 있다. 또한 기관부 승조원의 경우 기존의 선량제한과 비슷한 선량을 적용하면서 기존의 선량한도 적용 위험 대비 1% 이상 REID 위험 수준을 감소 시켰으며 연평균 선량 적용 대신 총 선량을 제시함으로써 잠수함 승조원의 융통성 있는 운용을 가능하게 할 수 있다.
