1. 한국해의 해양방사능 유입 역사 - 동해 핵폐기물 투기 등
2. 한국해의 해양환경 방사능 모니터링 동향
3. 후쿠시마 원전 사고(2011) 이후, 한국해-북태평양 방사성 물질 거동 관련 최근 연구
3.1 국외 연구내용 동향
3.2 국내 연구자의 연구내용 동향
4. 후쿠시마 오염수 방류 및 국가적 대응
5. 해양방사능 연구의 향후 방향: 해양방사능오염 신속탐지체계 구축의 필요성 및 전망
1. 한국해의 해양방사능 유입 역사 - 동해 핵폐기물 투기 등
한국 해역에서의 해양 방사능 유입 문제는 구소련의 핵폐기물 투기를 시작으로 핵실험, 원자력 발전소 운영, 후쿠시마 원전 사고 등 여러 사건을 거치면서 지속적인 감시가 요구되는 중요한 환경 이슈로 부상하였다. 구소련(현 러시아)은 과거 수십년 동안 동해 해역을 포함한 오호츠크와 캄챠카 등 동해로 연결된 러시아 주변 해역에 노후 원자로를 포함한 대량의 핵폐기물을 무단 투기하고 이를 오랜 시간 은폐해 온 사실이 밝혀졌다(Hong et al., 1999; Chung et al., 2001). 투기 된 인공방사성 폐기물의 총 방사능 농도는 약 751 TBq로 추정되며 이 중 액체 폐기물은 약 444 TBq, 고체 폐기물은 약 307 TBq로 보고되었다(IAEA, 1999; Hong et al., 1999; Ito et al., 2003). 이러한 장기간의 해양 투기는 한국 해역에서 방사성 핵종의 해수 유입 가능성을 높이며 실제로 1966년부터 1993년까지도 동해 북부 해역에서 이뤄진 구소련의 반복적 투기는 한국과 일본 등 주변국에 심각한 환경적 우려를 야기하였다(Hong et al., 1999; Chung et al., 2001). 이에 따라 1994년 한국, 일본, 러시아 3국은 핵폐기물 투기 해역 주변에서 수심 별 해수, 퇴적물, 해양 생물 시료 등을 채취하여 방사능 오염정도를 파악하며 공동 조사를 통해 장기적인 대응 체계 구축을 시작하였다(Fig. 1).
이와 같은 문제에 대응하기 위해 1972년 채택된 런던협약(폐기물 및 기타 물질의 투기에 의한 해양 오염 방지에 관한 협약)은 해양 투기 행위를 제한하고 해양 생태계 보호를 위한 국제적 기준을 수립하였다. 대한민국은 1994년에 런던협약에 가입하여 국제적인 해양 환경 보호 체계에 적극적으로 동참하였으며 이후 국내 법령을 정비하고 해양 폐기물 관리 및 투기 금지 제도를 강화해왔다. 이러한 제도적 노력은 동해를 포함한 한반도 주변 해역의 해양 방사능 관리 체계 구축에도 기여하였다. 실제 1990년대 이후 실시된 국내 해양 방사성 핵종 모니터링 결과 동해 해역의 방사능 농도는 전반적으로 안정적인 수준을 유지해왔으며 구소련 시기 핵폐기물 투기 및 전 지구적 낙진 이후의 장기적 감소 경향이 확인되었다(Hong et al., 1999, 2006; Kim et al., 2004; Nagaya and Nakamura, 1992; Tsumune et al., 2012). 이러한 결과는 국제 협약 이행과 더불어 국내의 체계적인 해양 환경 감시 및 관리가 실질적으로 효과를 거두고 있음을 시사한다.
2. 한국해의 해양환경 방사능 모니터링 동향
우리나라의 해양 방사능 감시는 1994년 원자력안전법에 따라 한국원자력안전기술원을 중심으로 시작되었고 2011년 발생한 후쿠시마 원전 사고를 계기로 더욱 강화되었다. 사고 이후 방사성 물질의 해양 유입 가능성이 제기되면서 우리 정부는 원자력안전법을 근거로 원자력안전위원회(원안위)와 한국원자력안전기술원(Korea Institute of Nuclear Safety; KINS)의 주도로 해양에서의 정기적인 방사능 감시 체계를 구축하였다. 2011년 3월 동일본 대지진과 쓰나미로 인한 후쿠시마 원전 사고 이후 해양방사능 오염에 따른 국민적 우려와 관심이 커진 이후, 2013년부터 해양환경관리법을 근거로 해양수산부에서도 해양방사능 조사 및 모니터링을 본격적으로 수행하고 있으며 원안위를 중심으로 연안, 주요항만 등은 해양수산부를 중심으로 매년 분기에서 1년 주기로 고해상도 모니터링을 수행 중에 있다. 이를 통해 동해와 남해 해역의 해수, 해저 퇴적물, 해양 생물체 뿐만 아니라 선박 평형 수에 이르기까지 다양한 항목을 대상으로 세슘-137(Cs-137)과 스트론튬-90(Sr-90), 플루토늄(Pu-239, 240), 아이오딘(I-131) 등의 방사성 핵종을 지속적으로 모니터링하고 있다(Fig. 2).
또한 국립해양조사원과 해양환경공단 등은 관련 데이터를 바탕으로 정기적인 해양환경 방사능 감시 보고서를 발간하여 모니터링 결과를 공개하고 있다. 특히 후쿠시마 오염수 해양 방류 계획과 관련하여 다양한 해양 확산 모델과 시나리오 기반 영향 예측 연구도 관련 기관에서 활발히 진행 중이다.
최근에는 AI 기반 분석 기법과 위성 원격탐사 기술 등을 접목한 첨단 해양 방사능 감시 기술도 도입되고 있다(Mertzimekis et al., 2021; Cauquoin et al., 2025; Prakash and Zielinski, 2025). 국내에서는 한국해양과학기술원에서 무선 및 저전력 감마 계측기를 개발하고 이를 실시간 모니터링 체계로 구축 중이며, 향후 AI 분석 및 자동 경보 시스템과의 연계를 계획 중이다(Lee et al., 2022a). 또한 오염수 해양 방류 및 방사능 유출 사고에 대비해 신속 탐지 분석 기술 개발 또한 관련 기관에서 활발히 진행 중이다. 이러한 기술은 방사성 물질의 확산 경로를 예측하고 정밀한 환경 평가를 수행하는 데 활용되며 향후 기후변화 및 방사능 재해 대응 역량을 강화하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
한국 주변 해역에서 이뤄진 몇 가지 방사능 관련 연구를 살펴보면 크게 1. 해수, 2. 퇴적물, 3. 부유 입자, 4. 인벤토리 계산 등 크게 4가지로 구분되며 이 중 해수 내 방사성 핵종의 농도 분포에 관한 연구는 주로 Cs-137, Sr-90, Pu-239, 240을 대상으로 이루어져 있다. 먼저 해수 내 방사성 핵종 연구를 살펴보면 Chung et al.(2001)은 황해와 동중국해 표층 해수에서 Cs-137은 약 1.78-3.39 mBq/kg의 범위를 보였다고 밝혔다. Sr-90의 경우 황해 해수에서 약 1.97-3.96 mBq/kg의 범위를 보였으며 Sr-90은 주로 대기 강수와 하천 기원을 통해 유입되며 Cs-137과 유사한 분포 특성을 보였다(Chung et al., 2001). Pu-239, 240의 경우 표층 해수에서 약 2.17-13.35 mBq/kg의 범위를 보였다(Chung et al., 2001). Kim et al.(2004)에 따르면 한반도 주변 해역의 Pu-239+240은 3.1-22.3 mBq/kg의 범위로 서부 북태평양에서 관측된 값보다 약간 높게 나타나며, 겨울철이 여름철보다 농도가 더 높은 경향을 보였다.
따라서 한반도 주변 해역의 해수 중 방사성 핵종은 주로 강이나 대기, 또는 태평양 핵실험장 유래 등의 외부 요인으로부터 유입되어 시간에 따라 희석 및 확산되며 해류 영향에 따라 공간적 분포 차이를 보이는 것으로 나타났다(Table 1).
Table 1.
Analyzed radionuclides and their concentration in the adjacent waters of the Korean seas
| Location | Analysis | Range | Reference |
| Yellow Sea & East China Sea | Cs-137 | 0.19-5.93 mBq/L | Nagaya and Nakamura(1992) |
| Pu-239, 240 | 0.14-8.0 uBq/L | ||
| Yellow Sea | Cs-137 | 1.78-3.38 mBq/L | Chung et al.(2001) |
| Pu-239, 240 | 2.17-13.35 uBq/L | ||
| Sr-90 | 1.97-3.96 mBq/L | ||
| East Sea, Yellow Sea & Southern Sea of Korea | Pu-239, 240 | 0.31-22.3 uBq/L | Kim et al.(2004) |
| Yellow Sea | Cs-137 | 2.7±0.2 mBq/L | Hong et al.(2006) |
| Pu-239+240 | 4.2±1.2 uBq/L | ||
| Sr-90 | 2.1±0.2 mBq/L | ||
| East Sea, Yellow Sea & Southern Sea of Korea | Cs-134 | 0.38-0.73 mBq/L | Lee et al.(2022b) |
| Cs-137 | 0.17-1.85 mBq/L | ||
| Pu-238 | 0.07-17.99 uBq/L | ||
| Pu-239, 240 | 2.47-66.58 uBq/L | ||
| East Sea, Southern Sea of Korea | Cs-137 | 0.88-2.24 mBq/L | Lee et al.(2025) |
다음으로 퇴적물 중 방사성 핵종 농도 분포를 보면 황해와 동중국해 대륙붕 퇴적물에 Pu-239, 240의 대부분이 저장되어 있고 Cs-137도 50-80%가 퇴적층에 포함되어 있는 것으로 나타났다(Nagaya and Nakamura, 1992). 이는 방사성 핵종이 해양 환경 내에서 수층보다 퇴적물에 더 안정적으로 축적될 수 있음을 시사한다. 이는 Hong et al.(2006)의 연구에서도 같은 경향성이 보고되었으며, 황해의 해수와 퇴적물에서 방사성 핵종이 검출되고 입자 크기와 지역에 따라 농도 차이가 존재한다고 밝혔다. 퇴적물 내 방사성 핵종은 입자에 잘 결합하는 특징으로 퇴적물에 누적되며 축적된 퇴적물에서 재 용출 될 수 있으며 해양 환경 변화나 물리적 교란이 없는 한 비교적 안정적으로 저장되는 것으로 나타났다(Nagaya and Nakamura, 1992).
3. 후쿠시마 원전 사고(2011) 이후, 한국해-북태평양 방사성 물질 거동 관련 최근 연구
2011년 3월 11일 일본 본 섬에서 약 130km 떨어진 혼슈 동북부 태평양 연안에서 발생한 규모 9.0의 동일본 대지진(도호쿠 지진)은 후쿠시마 다이치 원자력 발전소를 덮치며 대량의 방사성 물질이 태평양을 포함한 광범위한 지역으로 유출되는 사태를 초래했다(Fig. 3). 일본 정부는 후쿠시마 원전 사고를 국제원자력기구(International Atomic Energy Agency; IAEA)의 국제 원자력 사고 등급(International Nuclear Event Scale; INES)에서 최고 등급인 레벨7로 평가하였으며 이는 1986년 체르노빌 원전 사고와 동일한 수준의 대형 원전 재난으로 분류된다.
후쿠시마 원전 사고는 불행히도 자연 재해와 기술적 사고가 결합된 복합 재난의 대표 사례로 평가된다. 강력한 도호쿠 대지진이 발생한 후 예상보다 훨씬 높은 쓰나미가 발전소를 덮쳤고 여기에 원자력 발전소의 기술적 사고가 더해지면서 대규모 사고로 이어졌다. 이러한 후쿠시마 원전 사고는 원자력 산업 발전에 직/간접적으로 매우 부정적인 영향을 미치게 되었다. 그러나 지속적인 에너지원 개발의 필요성과 기후변화 및 대기 오염으로 인한 강력한 제약을 고려할 때 원자력 기술은 필수적이다. 따라서 전 지구적 대기 및 태평양의 환경 방사능 연구 및 방사성 핵종이 인간과 육상 및 해양 환경에 미치는 영향을 평가하는 연구는 매우 중요하다.
이러한 후쿠시마 원전 사고는 전 세계적으로 해양 방사능 오염에 대한 경각심을 높이는 중요한 계기가 되었다. 사고 당시 방대한 양의 방사성 물질이 대기 중으로 방출되었고 일부는 직접 해양으로 유출되었다. 이로 인해 한국을 포함한 인접 국가들은 해양 방사능 감시 체계를 강화하고 해양 환경 내 방사성 물질의 분포와 변화를 지속적으로 모니터링하고 있다.
원전 사고로 인해 방출된 방사성 핵종은 세 개의 원자로에서 발생한 폭발에 의해 외부로 방출되었으며 I-129, 131, 133, Cs-134, 136, 137, Te-132, Kr-85, Xe-133, Sr-89, 90, Pu-239, 240, H-3 등을 포함한 다양한 방사성 물질이 대기 중으로 유출되었다. 방사성 핵종은 대기로 방출된 후 습식 및 건식 침적 과정을 통해 일본 본토뿐 만 아니라 한반도, 대만, 북태평양, 그리고 하와이까지 이동하였으며 특히 기후학적으로 편서풍의 영향으로 태평양을 건너 미국 서해안과 캐나다, 대서양을 거쳐 유럽까지 확산되었다(Povinec et al., 2022). 또한 오염된 냉각수 및 지하수가 직접적으로 해양으로 유입되어 해양 방사능 문제를 가중시켰다(Povinec et al., 2022).
3.1 국외 연구내용 동향
후쿠시마 원전 사고 이후, 태평양 내 Cs-137의 수평 및 수직 확산에 대한 시뮬레이션이 수행되었으며 후쿠시마 원전에서 유출된 Cs-137 오염수는 표층 해수에서 쿠로시오 해류(Kuroshio Current)를 따라 동쪽으로 이동한 후 계속 확산될 것으로 보인다. 이후 북태평양 해류(North Pacific Current)를 따라 상대적으로 천천히 이동하게 되며 후쿠시마 유래 방사성 세슘이 일본 연안에서 미국 서부 해안에 도달하는데 약 4-5년이 걸릴 것으로 예상되었다. 2022년에는 북태평양 전체가 후쿠시마 유래 Cs-137이 퍼질 것으로 예상되었으며 전 지구적 배경 농도 대비 약 0.1 Bq/m3 증가할 것으로 나타났고, 이는 전체 전 지구적 배경농도 대비 약 1-5% 정도 증가하는 것으로 나타났다(Povinec et al., 2022). 실제 2011년 사고 직후 한국 해역과 북태평양에서 진행된 분포 조사를 통해 사고 전과 거의 유사한 Cs-134, 137과 Pu-238, Pu-239+240농도가 관측되었고(Lee et al., 2022b, 2025), 북태평양 해역에서 Cs-137의 농도는 전반적으로 지속적인 하락추세를 보이는 것으로 나타났다(Lin et al., 2024).
북서태평양 지점에서 시간에 따른 과거 대기 핵실험(전 지구적 낙진 자료)으로 인한 Cs-137 농도와 함께 후쿠시마 원전 사고로 인한 Cs-137 농도를 보면 실제 배경 농도에 비교해 봤을 때 원전 사고의 영향은 다소 미미하게 나타난다(Fig. 4). 2012년 후쿠시마 원전 사고로 인해 증가한 Cs-137 농도는 최대 23 Bq/m3으로 예상되었으며, 이는 1960년대 초반 대기 핵실험으로 인해 형성된 Cs-137의 농도와 유사한 수준이다. 그러나 후쿠시마 사고로 인해 증가한 Cs-137 농도는 시간이 지남에 따라 빠르게 감소할 것으로 보이며 2021년에는 1 Bq/m3 이하로 감소할 것으로 예측되었다.
Fig. 4.
Chronological changes in the maximum of Cs-137 activity concentrations from the Fukushima accident in surface waters of the northwestern Pacific Ocean (Povinec et al., 2022).
후쿠시마 사고로부터 기인한 방사성 세슘의 해양 내 이동 및 분포를 파악하기 위해 질량수지 모델을 적용한 결과(Fig. 5) 2016년 이전까지 동해로 유입된 Cs-137의 누적량은 약 0.22±0.01 PBq로 추정되었으며 이는 아열대모드수(Subtropical mode water; STMW) 내에 존재하는 후쿠시마 유래 Cs-137 총량의 약 5%에 해당하는 값으로 나타났다(Povinec et al., 2022). 동해로 유입된 Cs-137 중 약 0.10±0.01 PBq는 쓰가루 해협(Tsugaru Strait)을 통해 북서태평양으로 유출되었으며 이는 동해로 유입된 총량의 약 43% STMW 총량의 약 2.1%에 해당한다(Povinec et al., 2022). 이러한 결과는 동해가 Cs-137의 중간 저장소로 기능함과 동시에 STMW 기원의 방사성 세슘이 수괴의 계절적 및 지역적 순환을 통해 다시 북태평양으로 재 순환되는 거동을 보인다는 것을 시사한다(Fig. 5).
3.2 국내 연구자의 연구내용 동향
후쿠시마 원전 사고 이후 동해와 남해에서 측정된 Cs-137은 0.17-1.85 mBq/kg의 범위를 나타냈다(Lee et al., 2022b). Lee et al.(2022b)의 결과에 따르면 사고 직후 한국 해역에서도 평소보다 높은 농도의 Cs-137이 관측되었으며, 이는 후쿠시마에서 대기 중으로 방출된 핵종이 최대 2개월간 해류 및 대기 순환을 통해 한국 해역에 도달했음을 의미한다. Cs-134는 사고 직후 높은 농도를 보였으나 이후 반감기에 따라 점차 감소하는 양상을 나타냈다. 과거 자료와 비교 분석한 결과 한국 해역에서 Cs-137의 체류 시간은 동해에서 약 25.6년, 황해에서 약 8년으로 산정되었다(Lee et al., 2022b). 이는 후쿠시마 사고 등으로 유입된 Cs-137이 수십년간 동해 내에서 순환하거나 재 분포될 수 있으며 황해와 비교해 반 패쇄성 해역으로 외해와의 교환이 상대적으로 느린 동해의 방사성 오염 영향은 단기간에 사라지지 않고 장기적 모니터링의 필요성을 강조한다. 또한, 핵종의 해양 내 이동성과 안정성을 평가하는데 중요한 기초자료로 활용될 것으로 보인다.
Lee et al.(2022b) 연구에서 확보한 모든 해수 시료에 대한 시간 경과에 따른 Pu-239, 240에 대한 Cs-137의 비 값을 보면 2006년부터 2010년 사이 본 연구 지역에서 Pu-239, 240/Cs-137의 비율은 0.002 에서 0.006 사이였다. 여기서 Pu와 Cs의 비 값은 방사성 물질의 기원 및 이동과 거동 특성을 구분하는 지시자로 사용된다. 후쿠시마 사고 기원은 단기적으로 높은 Cs의 농도와 극 미량의 Pu를 방출하면서 Pu/Cs의 비 값이 과거 핵실험과는 구분되어 나타난다. 급격하게 높아졌던 비 값은 후쿠시마 사고 기원 방사성 세슘이 일시적으로 대기 혹은 해류를 통해 유입되었음을 지시한다. 이는 후쿠시마 원전에서 한국 해역으로 유입된 방사성 핵종은 사고 발생 후 20일 이내에 높은 영향을 미쳤으며 20일 이후 점차 배경 농도 수준으로 회귀했음을 시사한다(Fig. 6).
가장 최근 발표된 Lee et al.(2025)논문에 의하면 동해 표층에서 Cs-137의 농도는 0.88-1.55 mBq/kg (평균 1.19±0.27 mBq/kg, n=8) 범위였으며, 수심이 깊어질수록 감소하여 동해 2,000m 이상의 심층에서는 최소 검출한계인 0.27 mBq/kg 미만으로 나타났다(Fig. 7). 남부 해역 표층에서는 Cs-137 농도가 1.38-2.24 mBq/kg (평균 1.68±0.34 mBq/kg, n=5)로 심층에 비해 다소 높은 값을 나타냈다. 본 연구에서도 마찬가지로 Cs-137의 농도는 2000년대 이후 전반적으로 감소하는 경향을 보였으며 이는 2011년 후쿠시마 사고 직후 몇 년을 제외하고는 일관된 추세로 보인다(Fig. 7).
Fig. 7.
(a) Map showing the sampling sites and the data sources. Blue circles represent Cs-137 data in the East Sea, orange triangles represent Cs-137 data in the southern sea of Korea, and black markers are data from the annual KINS reports. (b) Temporal variations of Cs-137 activities in surface waters from 2001 to 2024. (c) Estimations of the effective environmental constant (and resultant residence time (ζEF)) of Cs-137 in the East Sea based on the fitted line of temporal decrease of Cs-137. (d) Seasonal variability of Cs-137 activities in the East Sea, comparing February (blue circles) and August (orange triangles) (modified from Lee et al., 2025).
주변국 관점으로 볼 때 후쿠시마 원전 사고 이후 우리가 마주한 문제는 해양으로 유입되는 원전 오염수의 관리 및 처리이다. 일본 측에서 제공한 조치는 다음과 같은데, 1) 건물 내부의 오염수의 경우 담수화 과정을 거친 후 정화된 물 일부를 원자로 냉각수로 재사용, 2) 오염수에 포함된 방사성 핵종을 최종적으로 다핵종 제거 설비(Advanced Liquid Processing System; ALPS)로 제거 후 순차적으로 방출하는 것 등이 있다(Povinec et al., 2022).
4. 후쿠시마 오염수 방류 및 국가적 대응
국내의 환경 방사능 관련 연구는 원자력 발전소 운영 및 후쿠시마 원전 사고 이후 환경 방사능 모니터링 강화 그리고 해양 방사성 핵종의 거동 규명 등과 관련하여 지속적으로 발전해 왔다. 최근에는 1) 환경 방사능 감시, 2) 방사성 핵종 분석 기술 개발, 3) 방사능 영향 평가 등의 분야의 연구가 집중되고 있으며, 이러한 연구를 통해 방사성 물질의 환경 내 이동 경로 추적 및 생태계와 인간 건강에 대한 영향 평가가 이루어지고 있다. 특히 후쿠시마 원전 사고 이후에는 국내 해양 및 대기 방사능 감시망이 강화되었으며 신뢰성 높은 방사능 분석 기술 또한 빠르게 발전하고 있다.
일본 정부(Tokyo Electric Power Company; TEPCO)는 지난 2021년 4월 13일 후쿠시마 제1원자력발전소의 다핵종 제거 시설(ALPS)를 통해 처리한 오염수에 대해 해양 방류를 시행하겠다는 기본 방침을 발표하였고 2023년 8월 24일부터 실제 방류를 시작하였다(Mabon, 2024). 이후 2024년 9월까지 총 9차례에 걸쳐 약 70,200톤의 오염수가 해양으로 방류되었으며 2025년에는 7차례에 걸쳐 약 54,000톤의 오염수를 추가로 방류하는 계획이 있다.
후쿠시마 원전 사고 이후 해양으로 유출된 오염수 및 방사성 핵종에 대한 연구는 전 세계적으로 크게 증가하였다. 2011년 사고 직후부터 전 세계의 대기 및 해양 관련 연구자들은 방사성 물질의 확산 경로와 환경 영향, 생물체 축적 가능성 등을 파악하기 위해 다양한 해양 확산 모델과 환경 시나리오 기반 분석 기법을 개발해 왔다(Periáñez et al., 2019; de With et al., 2021). 이처럼 국제적인 연구 협력과 모델링 기술의 발전은 해양 생태계 보호와 인류 건강에 중요한 기초 자료를 제공하고 있다.
우리나라는 이러한 상황에 대응하여 국가 기관 중심의 해양 방사능 조사 및 모니터링, 수산물 수입 통제, 오염수 방류 관련 대응 전략 수립 등을 통해 체계적인 대응을 수행하고 있으며 정부(해양수산부)는 한국해양과학기술원, 해양환경공단, 한국원자력안전기술원 등과 협력하여 한반도 인근 해역의 해수, 해양 생물, 해양 퇴적물 시료를 정기적으로 채취 및 분석하고 있으며 그 결과를 대국민에게 투명하게 공개하고 있다(Fig. 8). 기존 우리나라 주변해에서 조사하던 32개 정점에서 2024년 기준 78개로 강화되었고 국외 해역인 북태평양에 대한 방사능 조사는 2023년부터 본격적으로 실시되고 있다.
그러나 향후 연구에서는 여전히 해결해야 할 여러 과제가 남아 있다. 예를 들어 H-3과 같은 저에너지 베타 핵종의 정밀 분석에는 높은 감도와 장시간 계측이 필요하며 기술적 개선이 요구된다. 또한 방사성 핵종의 해양 생물 내 축적 및 먹이망 전이 과정과 생지화학적 순환에 미치는 장기적 영향에 대한 연구도 아직 부족하다. 이러한 한계를 극복하기 위해서는 고감도 검출기기 개발 및 AI 기반 자동화분석 기술 등이 필수적이다. 향후 연구는 단순한 농도 모니터링을 넘어 방사성 핵종의 해양 내 거동, 축적, 전이에 대한 종합적 예측 체계 구축으로 나아가야 하며 이는 국제 협력과 데이터 공유를 기반으로 한 글로벌 해양 방사능 안전관리 네트워크 구축의 토대가 될 것이다.
5. 해양방사능 연구의 향후 방향: 해양방사능오염 신속탐지체계 구축의 필요성 및 전망
현재의 해양 방사능 감시 체계는 정밀한 분석이 가능하다는 장점이 있으나 시료 채취와 분석에 많은 시간과 인력이 소요되는 구조적 한계가 존재한다. 특히 해양에서 채취한 대량의 시료를 육상 실험실로 운송해 계측하는 방식은 신속한 대응이 요구되는 상황에서 즉각적인 정보 제공이 어렵다. 이 때문에 원전 사고나 해양 오염 사고 발생시 실시간으로 변화하는 방사능 농도 분포를 즉시 파악하기 어렵고 정책 결정이나 대응 조치 또한 지연되는 문제가 있다.
이에 따라 향후 연구는 이러한 한계를 보완하기 위해 현장 기반(real-time) 고감도 신속 탐지 기술의 개발과 더불어 방사성 핵종의 해양 내 거동을 빠르게 예측할 수 있는 수치모델 기반 예측 체계 구축에 초점을 맞출 필요가 있다. 예를 들어, AI 기반 해석 시스템을 이용해 현장에서 자동으로 핵종을 식별하고 농도를 산정하거나 위성 원격탐사 및 수치모델링을 결합하여 방사성 물질의 해양 내 이동 및 확산을 실시간으로 예측하는 체계가 대표적이다.
이에 맞춰 현재 한국해양과학기술원은 해양으로 유입되는 방사성 물질에 대한 확산 예측 및 신속 분석 기술 개발 그리고 실시간 모니터링 체계 구축을 중심으로 대응 전략을 추진 중이다. 이를 위해 수치모델의 정밀도 향상과 더불어 고해상도 관측자료 수집 및 모델 검증 체계를 강화하고 있으며 실시간 판단과 선제적 대응이 가능한 기반을 마련하고자 한다.
그 예로 한국해양과학기술원과 한국원자력연구원(KAERI)은 공동으로 다핵종 제거 설비(ALPS)로 제거되지 않는 방사성 핵종인 트리튬(H-3)의 해양 확산 시뮬레이션을 수행하였다(Kim et al., 2023)(Fig. 9, 10). 일본의 오염수 방류 계획을 기반하며 2023년 3월부터 10년 간 연간 22 TBq의 H-3이 방출된다고 가정했을 때 약 10년 후 북태평양 전역으로 확산될 것으로 예측되었으며, 국내 해역에서는 자연적 농도 대비 1/100,000 수준으로 매우 낮은 영향을 받을 것으로 나타났다(Fig. 9).
또한 해양 방사능 오염에 신속하고 정확하게 대응하기 위해 우리 기관은 고감도 확산 예측 및 분석 기술 개발과 더불어 실시간 현장 모니터링 체계의 구축을 목표로 하고 있다. 특히 방사성 핵종의 해양 내 이동 및 확산을 예측하기 위한 수치모델 기반 시뮬레이션 체계를 고도화하고 있으며 이 모델의 신뢰성을 확보하기 위해 현장 중심의 고해상도 관측자료 수집과 정량적 검증 체계 구축에 주력하고 있다. 이를 통해 방사능 유입부터 확산 경로 및 농도 변화를 신속하게 예측 및 판단할 수 있는 선제적 대응 기반을 마련하고 향후 국내외 해양 방사능 대응 체계의 기술적 중추 역할을 수행하는 것을 목표로 하고 있다.
이와 함께 한국해양과학기술원은 정밀 분석 기술을 보완할 수 있는 실시간 계측 시스템으로서 해양 조사선에 탑재 가능한 이동식 컨테이너형 고효율 감마 계측기 시스템을 구축하였다(Fig. 11). 해당 플랫폼은 선상에서의 시료 전처리 및 분석을 실시간으로 수행할 수 있어 기존 해양방사능 조사 방식이 갖는 시간적 및 기술적 제약을 효과적으로 보완한다. 전통적인 방법은 시료 채취부터 분석까지 많은 시간과 정교한 실험 방법이 필요했기 때문에 농도가 낮은 시료 또는 배경 농도 수준의 분석에는 한계가 존재했다. 현재 정기적인 해양 방사능 조사는 대부분 연안 및 국내 관할 해역에 국한되어 있으며 국외 오염원이 국내로 유입될 수 있는 해역에 대한 감시는 사실상 이루어지지 않고 있는 실정이다.
이러한 배경속에서 한국해양과학기술원에서 진행하고 있는 연구사업은 후쿠시마 원전 사고와 같은 사고 발생 시 국내 해역으로 오염물질이 해류를 통해 유입될 가능성에 대비하고 북태평양을 포함한 한반도 주변 해역의 방사능 유출에 대한 잠재적 위험을 체계적으로 감시하고 대응하는 데 목적을 둔다. 특히 방사성 핵종의 해양 확산, 생물 농축, 그리고 환경 및 인체에 미치는 영향 평가 등을 장기적으로 수행하기 위해서는 해수 중 방사성 핵종을 빠르고 자동화된 방식으로 전처리 할 수 있는 선상 농축, 분리, 정제 모듈 개발이 필수적이다. 본 사업에서는 이러한 기술을 기반으로 대용량 해수 시료의 전처리 및 분석을 통합한 장비를 선박에 최적화된 형태로 탑재하여 현장에서 실시간 분석이 가능한 체계를 성공적으로 구축하였다.
후쿠시마 오염수 방류가 시작된 2023년부터 2025년 현재, 상기 연구사업을 통해 국내 연안 해역 뿐만 아니라 북태평양 등 방사능 오염수 유입 가능성이 있는 주요 해역에 대해서도 실시간 해수 내 방사성 핵종 모니터링을 수행하고 있으며 이를 통해 국민의 불안을 해소하는 한편, 국제사회에서의 해양 방사능 대응 역량을 높이는데 크게 기여할 것으로 보인다.
