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ISSN : 2288-9167(Print)
ISSN : 2288-923X(Online)
Journal of Odor and Indoor Environment Vol.19 No.3 pp.241-251
DOI : https://doi.org/10.15250/joie.2020.19.3.241

A study on correlation of measured indoor radon concentrations by RadonEye and RS9A in multi-use facilities

Sanghyun Yoo, Jong Il Park, Young Tae Byun*
Sensor System Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST)
*Corresponding author Tel : +82-2-958-5797 E-mail : byt427@kist.re.kr
29/04/2020 22/06/2020 07/07/2020

Abstract


Radon is known to be one of the representative carcinogen materials, and may cause severe health damage to the human body with long-term exposure. Without proper treatment such as natural and mechanical ventilation, indoor radon concentration tends to increase as time passes. In this aspect, it is necessary to maintain indoor radon concentration below the domestic indoor air quality (IAQ) management standard by continuous monitoring. However, the number of practical devices which can detect radon concentration is scarce and most of the existing devices are very costly. Among such devices, the RS9A, a prototype of a radon detector, detects indoor radon concentration and is priced significantly lower compared to other existing radon detectors. In this paper, we investigated the RS9A for the continuous detection of indoor radon gas and compared its performance to a commercially available radon detector (RadonEye). We measured indoor radon concentrations at two separate sites by using both detectors simultaneously. The indoor radon concentrations measured by the aforementioned detectors revealed a high correlation. Therefore, the RS9A can be considered as an appropriate candidate for use as a continuous indoor radon monitoring system.



다중이용시설에서 RadonEye와 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도 상관관계 연구

유상현, 박종일, 변영태*
한국과학기술연구원 센서시스템연구센터

초록


    Ministry of Science and ICT
    National Research Foundation of Korea
    2019M3E7 A1113097
    © Korean Society of Odor Research and Engineering & Korean Society for Indoor Environment. All rights reserved.

    1. 서 론

    최근 산업발전에 의해 진행된 환경오염과 대기오염 에 대한 국민들의 관심 및 우려에 못지않게 실내공기 질과 실내 공기 오염물질에 대해서도 많은 사람들이 심각성을 인식하고 있다. 특히, 현재 대부분의 사람들 은 주거, 교통수단의 이용, 학교 및 직장 생활 등의 다 양한 요인들로 인해 하루 중 대부분의 시간을 실외보 다 실내에서 생활하고 있다. 특히, Yang et al. (2011)의 연구에 따르면 한국인은 하루에 14시간 이상을 실내에 서 보내는 것으로 보고되어 있다. 따라서 실내공기질과 그 오염원을 명확히 인지하고 파악함으로써 오염원을 제거 및 관리하는 것이 어느 때보다 중요하다고 할 수 있다.

    실내공기질과 관련하여 우리나라의 경우 지난 2004 년에 다중이용시설 등의 실내공기질 관리법이 시 행되었고, 해당 법이 2016년에 실내공기질 관리법 으로 개정되었다. 2019년 2월 13일에 추가 개정된실 내공기질 관리법 시행규칙의 별표1에 의하면 미세먼 지, 이산화탄소, 폼알데하이드 및 라돈 등 17종의 물질 들이 실내공기질을 오염시키는 원인으로 선정되었다. 이 중 라돈은 미국환경보호국(US EPA, United States Environmental Protection Agency), 국제암연구소(IARC, International Agency for Research on Cancer) 및 세계 보건기구(WHO, World Health Organization) 등에서 대표적인 발암물질로 분류되고 있는 물질이다(US EPA, 2016;IARC, 1988;WHO, 2009). 라돈(222Rn)은 자연에서 우라늄(238U)이 납(206Pb)으로 붕괴되는 연속 적인 과정에서 생성되는데 지구상의 토양, 바위, 하천 및 대기 등에 존재할 뿐만 아니라, 벽돌, 회반죽 (mortar), 콘크리트, 석고보드 및 타일 등의 다양한 건 축 자재에서도 방출되는 것으로 알려져 있다(Keller et al., 2001;Righi and Bruzzi, 2006;Appleton and Miles, 2010; Chen et al., 2010). 실내에 라돈가스가 유 입되는 경로는 크게 2가지인데, 첫째는 건축물의 갈라 진 틈이나 수도 배관 등을 통해 외부에서 유입되는 경 우이고, 둘째는 건축물의 내장재, 혹은 외장재로 사용 된 자재에서 배출되는 경우이다. 라돈가스의 밀도가 공 기의 밀도보다 높기 때문에 환기 등의 조치를 취하지 않을 경우, 실내에 라돈가스가 계속 축적되어 실내 라 돈 농도가 증가하게 된다. 만약 실내에 축적된 고농도 의 라돈가스가 장기간에 걸쳐 호흡을 통해 인체 내로 침투하게 되면, 앞에서 언급된 폐암과 같은 질병이 발 병할 수 있기 때문에 각별한 주의가 요구된다. 따라서 라돈가스의 농도가 실내공기질 권고 기준(148 Bq/m3, 실내공기질 관리법 시행규칙별표3) 이하로 유지되 기 위해서는 실내에서 라돈가스 농도가 실시간으로 측 정되고 환기를 통해 저감되어야 한다.

    실내 라돈농도를 관리하기 위해서는 사무실 등의 실 내 공간에서 라돈 농도를 연속적으로 측정할 수 있는 라돈 측정기가 필요하다. 그러나 현재 상용화된 라돈 측정기는 전 세계적으로 그 종류가 매우 적고 측정기 의 가격 또한 상당히 높은 실정이다. 예컨대 국내에서 환경부의 형식승인을 받은 제품 중 RAD7 (Durridge, 미국)과 Alphaguard (Saphymo, 독일)는 라돈과 라돈의 동위원소인 토론(220Rn)을 구분할 수 있어 전 세계에서 가장 성능이 우수한 측정기로 알려져 있으며, 환경부 등의 유관기관에서 공식적으로 사용되는 제품이다. 그 러나 해당 제품들은 가격이 수백에서 수천만원인 고가 의 제품이며 그 측정 범위의 상한선이 수십에서 수백 만 Bq/m3이기 때문에 전문가가 아닌 일반인들이 일상 생활에서 사용하는 목적에는 적합하지 않다. 따라서 다 중이용시설의 생활공간에서 일반인들이 실내의 라돈 농도를 간편하게 측정하고 지속적으로 모니터링하기 위해서는 연속측정이 가능한 저가의 간이 라돈 측정기 가 요구된다.

    국내에서 개발된 간이 라돈 측정기인 라돈아이 (RD200, RadonFTLab, 한국)는 연속적인 실내 라돈 농 도 측정이 가능한 간이측정기로써 가격이 매우 저렴해 생활공간에서 실내 라돈 농도 모니터링에 적합하다. 라 돈아이는 현재까지 국내에서 형식승인을 받지 못한 제 품이나, 미국의 라돈 전문 인증 프로그램인 NRPP (National Radon Proficiency Program)에서 연속적인 라돈 모니터링을 수행하는 전문 측정기로 등록된 제품 이다(NRPP, 2020). 따라서 라돈아이는 실내 라돈 농도 를 연속적으로 모니터링 하는 목적에 사용될 만한 신 뢰성을 가진 측정기이다. 특히, 일반인들의 경우 라돈 아이를 이용하여 측정된 라돈 농도가 실내공기질 기준 이상일 때 환기로 실내 라돈 농도를 저감시킴으로서 라돈에 의한 잠재적인 건강상의 위협을 방지하는 목적 으로 활용이 가능하다. 또한 연속 측정된 실내 라돈 농 도가 지속적으로 높은 값을 나타내거나 심각한 수치를 보이는 경우, 앞에서 언급된 형식승인을 받은 제품을 사용한 정밀검사를 의뢰함으로서 실내 라돈 발생원을 파악하고 제거 할 수 있다. 그러나 라돈아이는 크기가 체적으로 환산했을 때 602.88 mL로써 기존의 상용화 된 라돈 측정기에 비하여 부피가 작을 지라도 미세먼 지, 이산화탄소 및 일산화질소 등의 실내공기질 센서에 비해서 부피가 크다는 단점이 있다. 그러므로 라돈아이 는 다종의 실내공기질 오염원을 동시에 측정할 수 있 는 소형이며 저가의 다중센서플랫폼(multi-sensor platform)에 일체형으로 내장되기에는 적합하지 않다. 따라서 라돈아이보다 소형의 연속 측정이 가능한 간이 라돈 측정기가 필요한 실정이다.

    본 연구에서는 최근에 개발된 RS9A (RadonFTLab, Korea) 시제품의 성능이 다중이용시설에서 실내 라돈 농도를 연속적으로 모니터링 하는데 적합한지를 조사 하였다. 특히, RS9A의 크기는 체적이 159.84 mL로써 본 연구진이 개발하는 다중센서플랫폼에 일체형으로 내장하기에 적합하다. 그러나 RS9A는 현재 시제품이 므로 제품의 성능 검증 및 평가가 전혀 진행된 바가 없 다. 따라서 RS9A와 유사한 라돈아이가 기준(reference) 측정기로 선정되어 RS9A의 성능이 비교·분석되었다. 즉, 라돈아이와 RS9A를 동시에 사용하여 동일 공간에 서 실내 라돈 농도가 장기간 동안 연속적으로 측정된 후, 두 측정기로 측정된 실내 라돈 농도의 상관관계 (correlation)가 분석됨으로써 RS9A의 활용 가능성이 평가되었다. 특히, 본 연구는 실험실에서 진행되는 랩 테스트(lab test)가 아닌 실제 사람들이 생활하는 공간 에서의 현장 평가(field test)로 진행됨으로써, 일상생활 에서의 실내 라돈 농도 모니터링 연구에 큰 도움이 되 는 결과들이 얻어졌다.

    2. 연구방법

    2.1 연구대상 및 기간

    본 연구는 라돈아이와 RS9A로 측정된 실내 라돈 농 도의 상관관계를 분석하기 위해 수행되었다. 실내 라돈 농도를 측정하기 위한 장소로 국내 정부출연연구소의 2곳의 사무실을(A와 B 지점) 선정한 후, 해당 지점에 서 실내 라돈 농도가 한 시간 간격으로 연속 측정되었 다. 사무실 내의 두 지점에서 라돈아이와 RS9A는 기 존의 연구와 미국환경보호국에서 권고한 라돈 측정기 설치 방법에 따라 창문, 출입문 그리고 외벽과 각각 90 cm 이상 떨어져 있고 높이가 50 cm 이상인 테이블 위에 설치되었다(US EPA, 2014; Woo et al., 2014;Kong and Kim, 2016; Kim et al., 2019). 본 연구가 수 행된 측정 기간과 측정 장소에 대한 구체적인 내용은 Table 1에 요약 되었다.

    2.2 라돈 측정기 및 분석방법

    본 연구에서 실내 라돈 농도를 측정하기 위해서 상 용화된 제품인 라돈아이(RadonEye)와 같은 회사의 시 제품인 RS9A가 사용되었다. 본 연구에서 기준 측정기 로 사용된 라돈아이는 이온화 챔버 방식을 채택하여 라돈 농도를 측정하는데, 이러한 방식의 가장 큰 단점 은 라돈과 토론을 구분하지 못하여 실내 라돈 농도가 실제보다 높게 측정될 가능성이 큰 것이다. 하지만 이 러한 단점에도 불구하고 라돈아이는 국·내외에서 연구 목적으로 활용되고 있으며 Alphaguard와 RAD7 등의 정밀 측정기와 비견될 만한 우수한 성능을 갖는 것으 로 보고되었다(Kim and Lee, 2019;Carmona and Kearfott, 2019). 특히, Alphaguard 제품과 다른 상용화 된 라돈 측정기의 성능을 비교한 연구(Carmona and Kearfott, 2019)에서 기준 측정기인 Alphaguard와 라돈 아이로 측정된 라돈농도의 결정계수(coefficient of determination, R2)는 약 0.96으로 같은 결과를 보여주 었다. 따라서 본 연구에서는 라돈아이가 기준 측정기로 선정되었다.

    라돈아이와 RS9A의 사진과 사양은 각각 Fig. 1과 Table 2에서 보여 진다. 라돈아이와 RS9A의 크기를 체 적으로 환산하면 각각 602.88mL와 159.84 mL가 되기 때문에 RS9A의 체적이 3.77배 더 작다. 두 측정기 모 두 펄스형 이온화 챔버(pulsed ion chamber)를 사용하 여 라돈, 혹은 라돈의 딸핵종이 붕괴하는 과정에서 생 성되는 알파 입자에 의해 주변의 공기가 이온화되는 정도를 탐지하여 실내 라돈 농도를 측정한다. 이 때 측 정기의 체적이 더 작은 RS9A는 내장된 챔버의 크기가 라돈아이보다 작기 때문에(라돈아이: 200 cc, RS9A: 90 cc), 이로 인한 감도(sensitivity) 차이로 인해 유효한 라돈 농도의 측정값을 표시하고 업데이트하는 시간의 차이가 발생한다. RS9A의 감도는 1 pCi/L 기준에서 0.3 cpm (counts per minute)으로 1시간 동안 18개의 알파 입자를 탐지한다. 반면에 라돈아이는 같은 조건에 서 감도가 0.5 cpm이므로 라돈아이의 감도가 RS9A 보 다 약 1.67 배 더 크다. 측정값에 영향을 주는 다른 요인들이 동일하다고 가정했을 때, 두 측정기가 라돈 농도를 측정하는데 걸리는 소요 시간도 정성적 (qualitatively)으로 약 1.67 배 정도 차이가 발생할 것 으로 예상된다. 실제로 라돈아이는 동작 후 60분 이내 에 첫 번째 유효한 라돈 농도 측정값을 표시하고, 이 후 매 10분마다 측정된 라돈 농도를 60분 간격으로 평 균한 후 데이터로 저장한다(60분 이동 평균). 그러나 RS9A 시제품은 최초 동작 후 90분 후에 첫 번째 유효 한 라돈 농도 값이 표시되고, 이 후 30분 간격으로 라 돈 농도가 업데이트 되어 저장 된다(90분 이동평균). 결과적으로 감도가 낮은 RS9A의 측정 시간이 라돈아 이의 1.5 배가 되어 정성적인 예측과 잘 일치하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 라돈아이와 RS9A가 같은 시간대에 측정된 라돈농도를 표시할 수 있도록 설정한 후 수집된 실내 라돈 농도 데이터를 분석하여 라돈아 이와 RS9A 사이의 상관관계가 얻어졌다.

    3. 결과 및 고찰

    3.1 실내 라돈 농도 측정

    국내 정부출연연구소 사무실내의 2개 지점(A와 B 지점)에서 각각 400시간 동안 측정된 실내 라돈 농도 들이 Table 3에 요약되었다. A 지점에서 라돈아이로 측정된 실내 라돈 농도의 범위는 5~141 Bq/m3이고 실 내 라돈 농도의 평균값은 59.9 ± 28.0 Bq/m3이었다. 반 면에 같은 지점에서 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도의 범위와 평균값은 각각 9~160 Bq/m3과 65.7 ± 30.8 Bq/ m3이었다. A 지점에서 라돈아이와 RS9A로 측정된 실 내 라돈 농도를 비교하면, 라돈아이로 측정된 라돈농도 의 범위와 평균값이 RS9A의 범위와 평균값보다 더 크 다. 이 때 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도의 평균값은 기준 측정기인 라돈아이로 측정된 평균값보다 약 9.7% 더 크다.

    한편 B 지점에서 라돈아이로 측정된 실내 라돈 농도 의 범위와 평균값은 각각 1~83Bq/m3과 19.7 ± 11.1 Bq/m3이고, RS9A로 측정된 실내 라돈 농도의 범위와 평균값은 각각 0~75 Bq/m3과 17.3 ± 12.1 Bq/m3이다. B 지점에서의 라돈아이와 RS9A의 측정값은 A 지점과 는 반대로 라돈아이로 측정된 실내 라돈 농도의 범위 와 평균값이 RS9A로 측정된 값보다 더 크다. 이 때 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 평균값은 기준 측 정기인 라돈아이로 측정된 값보다 약 12.2% 더 작기 때문에 A 지점보다 측정기 사이의 오차가 더 크다. 이 런 차이는 라돈아이와 RS9A 측정기의 최소 불확도 (minimum uncertainty)로 설명이 가능하며 불확도는 측정된 값의 신뢰 구간을 나타내는 지표이다(KRISS, 2010). 제조사가 제공한 라돈아이와 RS9A의 최소 불 확도는 각각 0.5 pCi/L와 0.7 pCi/L인데, 이를 Bq/m3로 환산하면 18.5 Bq/m3와 25.9 Bq/m3가 된다(1 pCi/L = 37 Bq/m3). B 지점에서 라돈아이로 측정된 평균 실내 라돈 농도(19.7 Bq/m3)는 측정기의 최소 불확도(18.5 Bq/m3)보다 큰 값을 갖기 때문에 측정값의 신뢰도가 높다. 반면 B 지점에서 RS9A로 측정된 평균 실내 라 돈 농도(17.3 Bq/m3)는 측정기의 최소 불확도(25.9 Bq/ m3)보다 작기 때문에 측정값의 신뢰도가 라돈아이에 비해 상대적으로 더 낮다. 따라서 B 지점에서 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도의 낮은 신뢰도 때문에 측정기 사이의 오차가 A 지점 보다 큰 것으로 설명된다. 반면 A 지점에서 측정된 실내 라돈 농도는 평균적으로 두 측정기의 최소 불확도 보다 충분히 크기 때문에 각 측 정기로 측정된 값의 신뢰도가 높다. 따라서 A 지점에 서의 두 측정기 사이의 오차는 B 지점에서의 오차 보 다 더 작게 나타난다.

    A와 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도는 A 지점에 서 RS9A로 측정된 157 Bq/m3과 160 Bq/m3를 제외하 면 다중이용시설의 실내공기질 권고 기준인 148 Bq/m3 보다 작기 때문에 두 지점 모두 라돈으로부터 안전한 것이 확인되었다(Fig. 3 참조). 본 연구가 수행된 두 사 무실의 건축연도와 실내 라돈 농도를 비교해 보면, 건 축연식이 더 오래된 건물의 B 지점(1975년 사용 승인 인가)에서 실내 라돈 농도가 A 지점(2012년 사용 승인 인가) 보다 더 작기 때문에 기존의 선행 연구와 반대의 결과를 보여준다. 선행연구에 의하면 사람이 거주하는 주택을 대상으로 연구가 수행되었고, 건축연식이 오래 된 건물일수록 건물의 외벽 등에서 발생된 균열(crack) 에 의해 외부로부터 더 많은 라돈 가스가 실내에 유입 되므로 오래된 건물일수록 실내 라돈 농도가 더 높다 고 보고되었다(Quarto et al., 2013; Zoo et al., 2015; Jung et al., 2017). 그러나 본 연구가 수행된 A 지점과 B 지점은 주택이 아닌 다중이용시설의 사무공간이며 외부로부터 라돈 가스가 실내에 유입 될 정도의 균열 이 없기 때문에 기존의 선행 연구와 차이가 있다. 따라 서 본 연구 결과는 외부에서 유입된 라돈의 영향 보다 는 건축물의 실내·외장재에 사용되는 자재로 부터 직 접 방출되는 라돈의 영향이 더 큰 것으로 설명된다. 이 경우 건물의 연식이 오래될수록 건축자재에서 방출되 는 라돈의 양이 감소하기 때문에 B 지점의 실내 라돈 농도가 더 높게 나왔다고 해석된다.

    3.2 시간에 따른 실내 라돈 농도 변화

    A 지점과 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 시 간에 따른 변화 양상을 분석하기 위해서 전체 측정기 간 중 일부 구간(약 300 시간)에서 측정된 실내 라돈 농도가 Fig. 2에서 보여 진다. 이 때 두 지점에서 각각 첫 번째 측정값을 얻은 시간을 기준으로 하여 x축과 y 축은 측정시간(한 시간 간격)과 측정된 라돈 농도를 나 타내는데, 라돈아이와 RS9A의 측정값은 서로 다른 기 호로 구분되었다.

    Fig. 2의 음영으로 나타난 영역은 평일 퇴근 시간(오 후 6시)부터 다음날 출근 시간(오전 9시)까지를 나타내 고, 화살표로 표시된 영역은 토요일 0시부터 월요일 오 전 9시까지의 기간을 나타낸다. Fig. 2에서 검은색 실 선(가로방향)은 실내 라돈 농도의 기준값(148 Bq/m3)을 보여준다. Fig. 2에서 볼 수 있듯이, A 지점과 B 지점 모두 측정 기간 동안 실내 라돈 농도가 다중이용시설 에서의 실내공기질 기준치 이하로 유지되었다. 먼저 A 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 시간에 따른 변화 추이를 살펴보면, Fig. 2 (a)의 첫 번째 음영으로 나타 내는 영역인 평일 오후 6시경부터 실내 라돈 농도가 증가하기 시작하여 새벽 시간대에 가장 높은 농도에 도달한 후, 오전 9시 출근시간을 기점으로 다시 감소하 는 경향을 보여준다. 또한, 음영으로 나타낸 다른 영역 에서도 모두 같은 경향성이 나타나는 것이 확인되었다. 이런 경향은 퇴근 이후 재실 인원이 없기 때문에 별도 의 환기가 없는 상태에서 라돈이 실내에 지속적으로 축적되어 실내 라돈 농도가 증가되는 것으로 해석된다. 반면 사람들이 사무실에 출근하는 오전 9시부터는 출 입문 개방 등의 요인으로 인해 자연 환기가 이루어져 실내 라돈 농도가 감소하는 것으로 설명된다. 지점 A 에서 얻어진 하루 동안의 실내 라돈 농도 변화는 과거 의 선행 연구에서 보고된 결과와 매우 유사하다. 즉, Li et al. (2006)의 연구에서도 사람들이 일하는 시간대 에 실내 라돈 농도가 감소하는 것으로 보고된 바 있다. 마찬가지로, 주말동안 사무실에 인원이 부재중일 때에 도 같은 이유로 실내 라돈 농도가 증가하는 경향을 보 였다(Fig. 2 (a)의 화살표 영역).

    Fig. 2 (b)는 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 시간에 따른 변화를 보여준다. B 지점에서 실내 라돈 농도는 A 지점과 비교했을 때 측정농도가 훨씬 낮기 때문에 시간에 따른 라돈 농도의 변화가 A 지점에서의 변화폭보다 훨씬 작다. 그러나 B 지점에서 측정된 실 내 라돈 농도의 변화 양상은 A 지점에서 얻은 결과와 비슷하다. A 지점과 마찬가지로 B 지점에서 측정된 실 내 라돈 농도는 대체적으로 사무실에 인원이 부재중인 평일 퇴근 시간 이후와(음영 영역) 주말에(화살표 영역) 점진적으로 증가하는 경향을 보이고, 인원이 재실 중일 때 라돈 농도가 감소하는 경향을 보인다. Fig. 2로부터, A와 B 지점에서 라돈아이와 RS9A로 측정된 실내 라 돈 농도 그래프가 서로 잘 일치하고 시간에 따른 변화 추이가 비슷한 경향을 보여주기 때문에 라돈아이와 RS9A로 측정된 라돈 농도 사이에 높은 상관관계가 있 을 것으로 예상 된다.

    3.3 라돈아이와 RS9A로 측정 된 라돈 농도의 상관관계

    RS9A가 다중이용시설에서 연속적인 실내 라돈 농도 모니터링에 적합한지를 판단하기 위해서 A 지점과 B 지점에서 라돈아이와 RS9A를 이용하여 동시에 측정된 실내 라돈 농도가 산점도(scatter plot)로 나타내졌다. 그 후 두 측정기의 선형적인 상관관계를 수치화하여 분석하기 위해서 회귀분석(regression analysis)으로부 터 결정계수가 얻어졌다. 일반적으로 회귀분석은 변수 (인자)들 사이의 상관관계를 파악하기 위해 사용되는 방법이며, 특히 본 연구의 대상과 같이 두 변수 사이 의 상관관계를 분석할 때에는 단순회귀분석(simple regression analysis)이 사용 된다(Chatterjee and Hadi, 2015). 이 때 결정계수는 두 변수 사이의 상관관계를 정량적으로 나타내는 수치이며 결정계수가 1에 가까울 수록 높은 상관관계를 갖는다(Cornell and Berger, 1987).

    본 논문에서는 A와 B 지점에서 라돈아이와 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도가 산점도로 나타내어진 후, 단 순회귀분석으로 결정계수가 얻어짐으로써 두 측정기로 측정된 라돈 농도의 상관관계가 분석되었다. 이 때 라 돈아이로 측정된 라돈 농도가 기준값(reference value) 으로 선택되어 y축이 되고, RS9A로 측정된 라돈 농도 가 x축이 되었다. 먼저 A 지점에서 두 측정기로 각각 100, 200, 300 그리고 400 번 씩 측정된 라돈 농도를 산점도로 나타낸 후 회귀분석으로부터 얻어진 결정계 수들이 Fig. 3에서 보여진다. A 지점에서 라돈아이와 RS9A로 100, 200, 300, 그리고 400 번 측정된 실내 라 돈 농도의 결정계수는 각각 0.65, 0.70, 0.70, 그리고 0.68이기 때문에 두 측정기 사이의 강한 상관관계가 확 인되었다.

    Fig. 3으로 부터, A 지점에서 측정된 실내 라돈 농도 는 저농도 영역의 표본수가 상당히 작은 것을 알 수 있 다. 여기서 저농도 영역의 기준은 2010년 국립환경과 학원에서 보고된 전국 실내 라돈 지도 중 다중이용시 설의 연평균 라돈 농도인 33Bq/m3로 선택되었다 (NIER, 2010). 이를 좀 더 자세히 분석하기 위해 Fig. 4와 같이 A 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 분포가 막대 그래프로 그려졌다. 이 때 각 측정기로 측정된 값 의 분포는 막대 그래프의 사선방향으로 구분되었다. Fig. 4에서 알 수 있듯이, A 지점에서 측정 된 400개의 표본 중 실내 라돈 농도가 33 Bq/m3 이하인 표본수는 RS9A에서 55개이고 라돈아이에서 69개이므로 전체 표본의 약 14%와 17%가 된다. 따라서 전체 표본 대비 저농도 영역의 표본수가 현저히 적기 때문에 라돈아이 와 RS9A의 상관관계를 보다 정확히 얻기 위해서는 더 많은 저농도 표본이 필요하다. 그러나 본 연구는 일반 적인 랩 테스트와 달리 라돈 농도를 조절할 수 없는 현 장 평가로 진행되었기 때문에 A 지점 보다 라돈 농도 가 현저히 낮은 B 지점의 라돈 농도를 포함하여 추가 적인 회귀분석을 진행함으로써 보다 정확한 결정계수 가 얻어졌다.

    Fig. 5는 A와 B 지점에서 각각 100, 200, 300, 그리 고 400 번 측정된 실내 라돈 농도의 산점도를 나타낸 것이다. 여기서 A와 B 지점에서 측정된 라돈 농도는 서로 다른 기호로 구분되었다. Fig. 5에서 검은색의 짧 은 실선은 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도의 산점 도로부터 얻어진 회귀선(regression line)이고 보다 긴 검은색 실선은 A와 B 지점에서 측정된 실내 라돈 농 도를 합친 산점도로부터 얻어진 회귀선이다. Fig. 5로 부터 알 수 있듯이, B 지점에서 측정된 실내 라돈 농도 는 대부분 저농도 영역에 분포하고 있다. 그리고 표본 수가 100, 200, 300, 그리고 400인 경우, B 지점에서 라돈아이와 RS9A와의 결정계수는 각각 0.45, 0.46, 0.46 그리고 0.43이므로 A 지점에서 얻어진 결정계수 보다 더 작다. 이 결과는 3.1절에서 언급된 측정기의 최소 불확도로 인한 측정 오차로 설명이 가능하다. 마 지막으로, 표본수가 200 (A지점: 100개, B지점: 100개), 400, 600, 그리고 800개 일 때 A와 B 지점에서 측정된 라돈 농도를 모두 포함한 산점도로부터 얻어진 두 측 정기의 결정계수는 각각 0.83, 0.82, 0.81, 그리고 0.81 이므로 A와 B 지점에서 개별적으로 계산된 결정계수 보다 증가되었다. 그리고 A와 B의 표본을 합친 경우 실내 라돈 농도는 0~160 Bq/m3의 범위에 고르게 분포 하기 때문에 두 측정기가 다중이용시설의 실내 라돈 농도 권고기준을 포함한 농도 범위 내에서 강한 상관 관계를 갖는다는 것이 확인되었다. 본 연구에서 얻어진 두 측정기의 결정계수는 실험실 테스트와 같이 밀폐된 챔버에서 라돈 농도가 조절되며 측정된 것이 아니라, 사람들이 일상업무를 하는 밀폐되지 않은 공간에서 진 행된 현장평가(field test)의 결과라는 점에서 큰 의미가 있다. 특히, 본 논문에서 얻은 0.8 보다 큰 결정계수는 미세먼지 저감 및 관리에 관한 특별법에서 다른 실 내공기질 측정기인 미세먼지 측정기의 성능인증 등급 중 1등급에 해당하는 수치이다. 따라서 RS9A는 일반 인들이 실내 라돈 농도를 연속적으로 모니터링하기 위 한 목적의 1차적인 참고 목적으로 사용되기에 적합한 성능을 보였다고 판단된다.

    3.4 라돈아이와 RS9A로 측정 된 라돈 농도의 오차 분석

    RS9A의 추가적인 성능 조사를 위해 라돈아이와 RS9A로 각각 400 회 측정된 실내 라돈 농도의 오차가 통계적으로 분석되었다. 오차의 판단 기준으로 미국의 ANSI (Accreditation by the American National Standards Institute)/AARST (The American Assosication of Radon Scientists and Technologists)에서 실내 라돈 가스 측정 장치의 성능을 판정할 때 사용되는 오차 기 준이 사용되었다(ANSI/AARST, 2015). 이 경우 대상 측정기의 성능 평가를 위한 지표로 개별 오차율(IPE, Individual Percent Error)이 사용이 되는데 그 값은 아 래와 같이 정의된다.

    I P E = | 100 ( X - T ) / T |

    위 수식에서 IPE는 평가 대상 장치의 상대 오차율의 절대값(absolute value)이고, X와 T는 각각 평가 대상 장치로 측정된 실내 라돈 농도와 기준이 되는 실제 라 돈 농도(conventional true value)이다. ANSI/AARST의 평가 기준은 IPE가 0~25%일 때, 평가 대상 측정기가 실내 라돈 농도를 측정하는 측정기로 사용이 가능하다 고 판단한다. 단, 위의 기준은 챔버 내에서 정확한 라 돈 농도를 알고 있는 상황에서 평가 대상 장치로 라돈 농도를 측정한 경우에 한정되므로, 해당 기준이 현장평 가로 진행된 본 연구의 결과와 완벽하게 일치되는 것 은 아니다. 그러나 서론에서 언급하였듯이, 라돈아이는 AARST의 인증 프로그램인 NRPP에서 실내 라돈 가스 의 모니터링을 위한 전문 측정 기기로 인증을 받은 제 품이기 때문에 위의 평가 기준을 통과한 제품이다. 따 라서 본 연구에서는 라돈아이로 측정된 실내 라돈 농 도를 기준 라돈 농도로 간주하여 RS9A의 IPE가 얻어 졌다.

    Table 4은 A와 B 지점에서 RS9A로 측정된 400개의 실내 라돈 농도의 평균 IPE를 보여준다. 이 때 A와 B 지점에서 각각 400 회의 측정이 이루어졌기 때문에 이 를 평균한 IPE가 얻어졌다. A와 B 지점에서 평균 IPE 는 각각 31.1%와 55.6%이므로 실내 라돈 농도의 평균 값이 더 높은 A 지점에서 RS9A의 평균 IPE가 더 작 다. 이는 3.1절에서 언급한 측정기의 최소 불확도에 의 한 영향으로 설명이 가능하다. 다시 말해 B 지점의 실 내 라돈 농도는 평균적으로 측정기의 최소 불확도 보 다 작기 때문에 측정기의 측정 오차가 증가하므로 두 측정기의 상대 오차가 증가하게 되어 더 큰 평균 IPE 가 얻어졌다고 설명된다. 한편 추가적인 분석을 위해 A와 B 지점에서 측정된 라돈 농도를 합친 총 800개의 평균 IPE가 계산되었다. A와 B 지점에서 얻어진 데이 터를 모두 포함한 RS9A의 평균 IPE는 43.3%이므로 ANSI/AARST의 판정 기준인 25%보다 크다. 단, 이것 은 A와 B 지점에서 얻어진 0~160 Bq/m3의 라돈 농도 범위에서 얻어진 값으로써, ANSI/AARST의 평가가 수행되는 라돈 농도 범위(222~555 Bq/m3)의 하한선보 다 낮은 범위에서 얻어진 값이다(Section 7.1.1, Criteria, ANSI/AARST, 2015). 따라서 보다 정확한 RS9A의 IPE를 얻기 위해서는 실내 라돈 농도가 222~555 Bq/ m3의 범위에 분포되어있는 실내 공간에서 측정이 진행 되어야 한다. 그러나 이 범위는 실내공기질 기준법에 명시되어있는 다중이용시설과 공동주택의 라돈 농도 권고기준인 148 Bq/m3과 200 Bq/m3을 초과한다. 또한, 환경부에서 제공하는 전국 실내 라돈 지도를 참고하더 라도 다중이용시설, 주택 및 공공시설에서 222~555 Bq/m3의 라돈 농도를 갖는 실내 공간을 찾기 힘들다는 점에서 정확한 분석에 한계가 있다. 그러나 앞으로 후 속 연구가 진행되어 실내 라돈 농도가 A와 B 지점보 다 더 높은 공간에서 측정된다면, RS9A의 IPE가 더 향상될 것으로 기대 된다.

    4. 결 론

    본 연구에서 상용화된 라돈 간이측정기(RadonEye, 라돈아이)와 새로 개발된 시제품(RS9A)을 이용하여 같은 지점에서 동시에 실내 라돈 농도가 연속적으로 측정되었다. 라돈아이와 RS9A를 이용하여 A와 B 지 점에서 측정된 실내 라돈 농도의 평균값은 모두 다중 이용시설의 실내공기질 권고기준(148 Bq/m3) 보다 낮 았다. 또한, 하루 동안의 실내 라돈 농도의 변화를 파 악하기 위해서 A와 B 지점에서 측정된 시간에 따른 실내 라돈 농도의 변화가 분석되었다. 분석결과에 의하 면, 두 측정 지점에서 모두 근무 인원이 부재중인 퇴근 이후와 주말에 실내 라돈 농도가 증가하고, 근무 인원 들이 출근하여 재실중일 때 라돈 농도가 감소하는 비 슷한 경향을 보여주었다. 또한, A와 B 지점에서 라돈 아이와 RS9A로 각각 측정된 시간에 따른 라돈 농도의 변화 양상이 비슷하기 때문에 두 측정기는 높은 상관 관계를 가질 것으로 예상되었다.

    라돈아이와 RS9A 사이의 상관관계를 수치화하기 위해서 라돈아이와 RS9A로 측정된 실내 라돈 농도가 산점도로 표시된 후 회귀분석으로 결정계수가 얻어졌 다. A 지점에서 얻어진 결정계수는 약 0.7로서 두 측정 기 사이의 강한 상관관계가 있음을 보여주었다. 그러나 A 지점에서 측정된 라돈 농도는 저농도 영역의 표본수 가 적기 때문에 라돈 농도가 더 낮게 측정된 B 지점의 표본이 포함됨으로써 보다 향상된 결정계수가 얻어졌 다. A와 B 지점의 표본을 합쳐서 얻어진 0~160 Bq/m3 의 범위에서 두 측정기는 0.8보다 큰 결정계수를 보여 주었다. 0.8의 결정계수는 다른 종류의 실내공기질 간 이 측정기에서 1등급에 해당하는 높은 수치이다. 따라 서 RS9A는 다중이용시설에서 실내공기질의 지속적인 모니터링을 위한 1차 측정기로 활용되기에 적합한 성 능을 보여주었다.

    특히, 본 연구의 결과는 일반적으로 회사나 연구기 관에서 수행하는 밀폐된 공간에서의 실험실 평가(lab test)가 아니라 개방되고 실제로 사람들이 생활하는 공 간에서 측정된 현장평가(field test)라는 점에서 큰 의미 를 지니고 있다. 또한, RS9A는 기존의 상용화된 제품 (라돈아이)과 비슷한 수준의 우수한 성능을 가지고 있 을 뿐만 아니라, 라돈아이에 비해 부피가 약 4배 가까 이 감소되는 장점을 보여줌으로써, 기존 측정기보다 범 용성의 측면에서 더 높은 활용도가 예상 된다(Table 5). 따라서 RS9A는 다중이용시설에서 다종의 실내공 기질 오염물질을 동시에 측정하기 위한 다중센서플랫 폼에 일체형으로 내장됨으로써 일반인들이 어린이집, 노인요양시설, 지하복합상가 및 학교 등에서 저렴한 가 격으로 실내공기질을 측정하고 모니터링 하는데 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

    감사의 글

    본 연구는 2018년도 정부(과학기술정보통신부)의 재 원으로 국가과학기술연구회 실용화형 융합연구단사업 (과제번호: QLT-CRC-18-02-KICT)의 지원과 2019년도 정부(과학기술정보통신부, 교육부)의 재원으로 한국연 구재단의 지원을 받아 수행된 연구로(2019M3E7 A1113097) 이에 감사드립니다. 또한 시제품인 RS9A 를 제공하여 연구를 지원해 준 FTLab의 고재준 사장 님에게도 감사드립니다.

    Figure

    JOIE-19-3-241_F1.gif

    Images of RS9A (left) and RadonEye (right).

    JOIE-19-3-241_F2.gif

    Variations of radon concentrations as a function of time at (a) site A and (b) site B.

    JOIE-19-3-241_F3.gif

    Scatter plots of radon concentrations measured by RS9A and RadonEye at site A. Here, black solid lines are regression lines at site A and coefficient of determination (R2) is listed on the bottom right side of each scatter plot. (a) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 100 data points (b) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 200 data points (c) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 300 data points (d) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 400 data points.

    JOIE-19-3-241_F4.gif

    Distribution of indoor radon concentrations measured in site A by RS9A and RadonEye (each 400 data).

    JOIE-19-3-241_F5.gif

    catter plots o f radon concentrations m easured by RS9A and RadonEye a t site A and B . Here, the long solid line is a regression line at site B, and the short solid line is the regression line for the combined data of site A and site B (a) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 200 data points (b) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 400 data points (c) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 600 data points (d) Scatter plots of RS9A and RadonEye for 800 data points.

    Table

    Specifications of measurement period and places

    Specifications of RadonEye and RS9A

    <sup>1</sup>RadonEye: based on values reported by manufacturer
    <sup>2</sup>RS9A: based on values reported by manufacturer
    <sup>a</sup>ø: diameter
    <sup>b</sup>H: height
    <sup>c</sup>W: width
    <sup>d</sup>D: depth (length)

    Indoor radon concentrations at site A and B

    <sup>†</sup>S.D.: standard deviation

    Individual percent error of RS9A for site A, B, and combined data of A and B

    Advantages and disadvantages of RadonEye and RS9A

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