라돈은 방사성 비활성기체로서 자연계에서 우라늄과 토륨의 자연 붕괴에 의해 발생된다. 라돈동위원소 중에서 Rn-222의 반감기는 3.82일이며 가장 안정적이다. Rn-222는 화학반응을 일으키지 않고 대수층 균열이나 공극을 통하여 쉽게 이동하며, 붕괴 소멸되기 전까지 지하수에 용해되거나 지표면으로 방출된다. 이러한 특성으로 Rn-222는 자연추적자로서 다양한 분야에 응용되는데 특히, 지하수-지표수 상호작용 및 지하수 유동 연구에서 중요한 역할을 한다.
Rn-222 분석기술은 기체 상태로 수중에 용존 되어 있는 것을 분석하는 방법으로서, 시료채취 과정에서 손실되지 않는 대표성 있는 시료채취가 매우 중요하다. 본 연구에서는 시료채취 방법으로 EPA 방법에 따른 지하수 시료뿐만 아니라 농업용수 및 습지내 공극수에서의 최적 Rn-222 시료 채취방법에 대하여 기술하였다. 이 외에도 양수펌프의 종류, 배출시간, 유속 등과 같이 Rn-222 함량에 영향을 주는 인자들을 조사하였다.
Rn-222의 측정 장비로는 환경물질에 함유된 극 저준위 알파, 베타 핵종의 측정에 효과적인 것으로 알려진 극 저준위 액체섬광계수기(Ultra Low-level Liquid Scintillation Counter; ULL-LSC)를 사용하였다. 섬광액과 시료의 조성비는 12:8, 최적 PSA 준위는 100으로 설정하였다. 계측 효율은 Ra-226 표준용액을 이용한 88.57±0.58%로 실제시료 측정효율 값으로 적용하였다.
우리나라 지질대별, 지역별 지하수의 Rn-222 함량 분포 및 특성을 파악하기 위하여 전국을 대상으로 5,153 개 지하수 시료의 라돈 함량을 조사하였다. 지하수 Rn-222 함량은 0.2～7,218.0 Bq/L로 분석되었고, 평균값은 94.4 Bq/L이었다. 우리나라 지질대별 지하수의 Rn-222 산출 특성을 살펴보면, 고함량 Rn-222는 쥬라기 화강암(평균 139.3, 최대 1,636.7 Bq/L), 그 다음으로 백악기 화강암(평균 135.2, 최대 1,541.4 Bq/L)으로 조사되었다. 고생대 퇴적암, 신생대 퇴적암 그리고 신생대 화산암은 각각 평균 52.4, 35.3, 18.0 Bq/L로써 낮은 수준의 Rn-222 함량을 보였다. 우리나라 지역별 지하수의 Rn-222의 평균 함량은 대전(208.7 Bq/L), 경기도(143.2 Bq/L), 인천(128.4 Bq/L) 순으로 높은 값을 보였으며, 경북(50.2 Bq/L), 경남(39.8 Bq/L), 대구(36.2 Bq/L), 부산(34.8 Bq/L), 제주도(19.2 Bq/L)는 낮은 함량을 나타냈다.
지하수 내 우라늄과 Rn-222의 함량과 지질, 지하수 관정 제원, 지하수 수질성분 등과의 상관성 해석을 위하여 용인지역 지하수를 대상으로 조사하였다. 지하수의 우라늄 함량이 높은 지점은 주로 화강암과의 경계부로 나타났으며, 통계 분석에 기초하여 지질학적 변동성, 지하수 관정의 깊이, 강수량, 지질구조 등이 지하수 내 Rn-222와 우라늄 함량의 시간적 변화와 공간적 분포에 미치는 영향을 조사 하였다.
하천수나 지표수에 비해 상대적으로 Rn-222 함량이 높은 지하수의 특성을 이용하여 도심 하천과 습지에서의 지하수-지표수 상호작용 및 유출 특성을 연구하였다. 계룡산에서부터 대전 도심지역을 통과하는 화산천 11개 지점과 주변 지하수 관정에서 1년 동안 주기적으로 9회에 걸쳐 Rn-222 함량을 측정한 결과 화산천 하천수 Rn-222 함량 범위와 평균값은 0.3～48.8 Bq/L, 9.6 Bq/L이었다. 이들 중 특정지점의 Rn-222 함량은 화산천 하천수 평균값보다 5배 이상 높으며 지하수 수온과 비슷한 수온이 관찰되어, 지하수와 하천수가 혼합된 형태로 하천으로 유출되는 것으로 해석되었다. 하천수-지하수 상호작용에서 Rn-222를 추적자로 활용하는 기술은 습지나 강으로 지하수가 유출되는 지점을 파악하는데 효과적으로 적용될 수 있음을 시사한다.
군산 백석제 습지에서 지표수 및 주변 지하수의 Rn-222 함량을 이용하여 습지내 지하수의 정량적인 기여도를 파악하기 위하여 습지 내 3개 지점에서 깊이별로 공극수의 Rn-222 함량을 측정하였다. 시기별 지표수와 공극수의 Rn-222 함량으로부터 계절별 습지로 유입되는 지하수 유출량을 정량적으로 산정한 결과, 습지내 수체의 체류시간은 27～33일로 나타났다. 또한 지표수 중 Rn-222 함량의 공간적 분포로 습지 내 지하수 유출량이 상대적으로 많은 지점을 확인하였다. 습지와 같이 지표를 통한 물의 유출과 유입이 명확하지 않은 환경에서는 지표수와 지하수의 Rn-222 추적자를 이용한 방법이 습지 내로 유입되는 지하수 유출량 산정에 유용한 방법으로 이용 가능하다고 해석된다.

Radon is a naturally occurring radioactive novel gas produced from the decay chains of uranium and thorium. Rn-222 is the longest lived isotope of the radon isotopes with a half-life of 3.82 days. Rn-222 is chemically inactive and thus moves through aquifer fractures or pore fluids. It is easily dissolved in groundwater and released to the surface before decaying. Such a geochemical behavior of Rn-222 is applicable as a natural tracer in the various hydrogeological environments, in particular to understand groundwater and surface water interaction and groundwater movements.
For the quantitative analyses of Rn-222 in waters, a representative sampling process is of importance since it exists in a gaseous state which is probably to exhale during the sampling process. The optimal sampling process of Rn-222 from groundwaters as well as agricultural and/or wetland pore waters was established in this study based on the EPA methods. Moreover, the effects of sampling parameters on Rn-222 concentrations were assessed based on the various type of pump, discharge time, and flow rate.
Ultra-Low-Level-Liquid Scintillation Counter (ULL-LSC) was employed to analyze Rn-222 concentrations, which is very effective in measuring ultra-low-level alpha and beta nuclides in environmental substances. For measuring the efficiency values of Rn-222, the composition ratio of scintillation cocktail and water sample was set to 12:8, the optimal PSA level was 100, and the measurement efficiency using the Ra-226 standard solution was 88.57±0.58%. Using these measurement conditions, Rn-222 concentrations were determined in groundwaters as well as pore waters in urban rivers and wetlands.
From a total of 5,153 groundwater samples collected regionally in Korea, the distribution and characteristics of Rn-222 were investigated in terms of geological formations and regional locations. The concentration of Rn-222 was ranged from 0.1 to 7,218.7 Bq/L with an average of 94.4 Bq/L. Based on the characteristics of Rn-222 by the geological formations, the high concentration of Rn-222 was investigated in Jurassic granite (average 139 Bq/L and max. 1,636 Bq/L) and Cretaceous granite (average 135 Bq/L and max. 1,541 Bq/L). On the other hand, Paleozoic sedimentary rocks, Cenozoic sedimentary rocks, and Cenozoic volcanic rocks showed the concentrations of Rn-222 with an average of 52 Bq/L, 35 Bq/L, and 18 Bq/L, respectively. The regional distribution of Rn-222 contents in groundwaters showed that the average contents were high in Daejeon (209 Bq/L), Gyeonggi-do (143 Bq/L), and Incheon (128 Bq/L), while it represented low in Gyeongbuk (50 Bq/L), Gyeongnam (40 Bq/L), Daegu (36 Bq/L), Busan (35 Bq/L), and Jeju Island (19 Bq/L).
Comparative analyses were performed to identify the effects of uranium and Rn-222 concentrations in relation with geology, groundwater wells, and groundwater quality in specific areas. It was found that the area of high uranium contents in groundwaters was mainly located at the boundary with granite rocks The concentrations of Rn-222 and U in groundwater were largely affected by temporal changes and spatial distribution associated with geological variability, groundwater well depth, precipitation rate, and geological structures.
Groundwater-surface water interaction and groundwater movement into urban streams and wetlands were studied using the background that groundwaters have generally high Rn-222 concentration compared to surface waters. The concentrations of Rn-222 were periodically analyzed nine times over the year at 10 points of Hwasan Stream that runs from Mt. Gyeryongsan through Daejeon City as well as groundwater wells nearby, showing that the concentration ranges from 0.3 to 48.8 Bq/L with an average of 9.6±9.8 Bq/L. The Rn-222 concentrations at a specific point was five times higher than the average value of surface water, and the point also showed a similar temperature of groundwater, indicating that the mixed groundwater and surface water run off into river. It can be expected, therefore, that Rn-222 concentrations in river water and groundwater are used as an environmental tracer and thus effectively determine the point of groundwater and river water mixing process.
In Baekseokje wetland in Gunsan, the effects of groundwater flow into the wetland were quantitatively determined by Rn-222 concentrations of surface water and groundwater. The Rn-222 contents in the pore waters were analyzed using a pore-water sampler by depth at two points in the wetland. On the basis of the seasonal various Rn-222 concentrations from the surface water and pore water the amounts of groundwaters flowing into the wetland were quantitatively determined. As a result, the residence time of the water in the wetland was estimated as 27～33 days. It was also found that a relatively large amount of groundwater flow into wetlands was attributed to the spatial distribution of the Rn-222 in the surface water. The use of Rn-222 as a tracer in surface water and groundwater, therefore, can account for the appropriate and promising method to quantitatively determine the amount of groundwater flow into the wetland.