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J. Conserv. Sci > Volume 38(5); 2022 > Article
목재의 수종과 함수율 그리고 탐지 깊이와 방향에 따른 지중 흰개미 탐지 장치로서 Termatrac T3i의 탐지 성능 변화 특성

초 록

본 연구에서는 목재 내부의 지중 흰개미(Reticulitermes speratus) 탐지에 사용되고 있는 극초단파 장치에 대한 검출 성능 및 적용 가능성을 확인하였다. 목재의 비중과 함수율이 높을수록 Termatrac T3i에서 방출된 2.4 GHz 극초단파의 신호강도는 낮게 나타났다. 또한 목재의 두께가 두꺼워질수록 극초단파의 신호 강도가 감소하여, 두께 60 mm 목재에서의 신호 강도는 20 mm 조건 대비 절반 이하가 되었다. 또한 극초단파의 강한 직진성 때문에 측정 지점으로부터 반경 50 mm 초과 시 극초단파의 신호강도가 급격하게 감소하였다. 이는 소나무 목부재 내부의 흰개미 활성을 판단하기 위해서 Termatrac T3i의 측정 간격을 100 mm 이내로 설정해야 함을 시사한다. 한편, 국내에서 목조건축물에 사용된 소나무 기둥의 평균 변재폭은 60-70 mm 내외이며, 흰개미는 목부재의 변재부를 우선적으로 가해하는 것으로 밝혀졌다. 따라서 이러한 흰개미의 가해 특성과 Termatrac T3i의 탐지 성능을 적절하게 활용함으로써 목조건축물의 목부재를 가해 중인 흰개미의 현장 탐지가 가능할 것이다.

ABSTRACT

This study confirmed the detection performance and applicability of microwave devices used to detect subterranean termites inside the wood. The detection performance of Termatrac T3i decreased as the specific gravity and moisture content increased due to the anisotropy and wave absorption characteristics of wood. Additionally, Termatrac T3i was able to detect termites within a radius of 50 mm and a maximum depth of 50 mm based on the measurement point due to the strong straightness of the 2.4 GHz microwave. These results suggest that the measurement interval and depth o f Termatrac T3i sho uld be set within 100 mm and 50 mm to determine the termite activity inside the pine wood member. Additionally, the applicability according to the detection performance of Termatrac T3i was investigated. The results confirmed the damage pattern in which Reticulitermes speratus preferentially attacked the sapwood of the wood member, and that the average sapwood width of the pine tree used as the wood member of the wooden structure was approximately 60-70 mm. Therefore, Termatrac T3i, which has been confirmed to be able to measure termite activity up to 50 mm deep in a straight line for pine trees, is considered to be applicable to the detection of activity of R. speratus, which prefers sapwood.

1. 서 론

최근 국내에서는 진도 운림산방, 구리 숭릉 정자각 등 주요 목조문화재가 지중 흰개미(Reticulitermes speratus)에 의해 피해를 받은 사례가 보고되었으며(Cultural properties committee 2019; Korean broadcasting system, 2021), 전국 단위 흰개미 피해 모니터링 조사 결과에서도 전국적으로 피해가 발생하고 있는 것으로 확인되었다(Im et al., 2021). 2022년 6월 충남 공주시에서는 흰개미 가해를 받은 일반 주거용 목조건축물이 폭우 중에 무너짐으로써 인명 피해가 발생하는 사례가 최초로 보고되었다(Ilovewood, 2022).
고문서상에서는 1766년 발간된 증보산림경제에 처음으로 흰개미에 대한 언급이 나타나지만, 해당 기록에서는 흰개미의 피해 등에 대한 기록은 없다. 흰개미 피해와 관련해서는 인천에서 전봇대가 흰개미의 피해를 받아 쓰러졌다는 기사가 일제강점기인 1912년 5월 24일자 매일신보에 처음으로 보도되었다. 1980년대 들어 문화재 분야에서의 흰개미 피해 현황 파악이 이루어진 이후 최근에는 여러 기관에서 정기적인 조사 활동을 수행하고 있다(Han et al., 1998; Im et al., 2021).
흰개미의 활동을 탐지하기 위해 마이크로파 측정기, 모니터링 스테이션 등 다양한 비파괴 모니터링 방법이 동원되고 있다(Kim et al., 2010; Chung et al., 2015). 이 중 2.4 GHz 극초단파를 사용하는 Termatrac T3i는 목재 내부의 흰개미 활동을 비파괴적으로 조사하는 탐지 장비로, 목재에 침입한 흰개미의 움직임의 강도를 측정하여 레이더 피크값으로 환산하고 관찰자에게 시각적으로 보여준다(Taravati, 2018). 해당 장비는 2000년대 개발된 1세대 Termatrac T1r부터 다수의 연구자들에 의해 재질 내부에 위치한 곤충의 비파괴적 탐지 연구에 적용되었다(Hickman and Forschler, 2012; Barway et al., 2015; Taravati, 2018). 이에 따라 국내 기관에서도 국립문화재연구원 및 문화재 돌봄사업단 등에서 목조문화재의 목부재 내부에 R. speratus 침입 여부를 탐지하기 위해 Termatrac T3i를 활용하고 있다(Im et al., 2021).
그러나 지금까지 Termatrac T3i에서 방출되어 목재에 침투하는 극초단파의 기본 특성을 확인하기 위한 연구는 그 수가 많지 않다.Lewis and Forschler(2014)가 Termatrac T3i와 같은 극초단파 검출기의 경우, 비파괴 기술로 수종에 따라 측정 성능이 제한적이라고 언급하였을 뿐 Termatrac T3i의 성능 및 목재 수종에 따른 특이성 등에 대한 구체적인 정보가 거의 없는 실정이다.
이에 본 연구에서는 극초단파를 방출하여 목재 내부의 흰개미 활성을 탐지하는 Termatrac T3i를 대상으로 목재의 비중, 함수율, 측정 반경 및 깊이 조건에 따른 탐지 성능을 확인하였다. 이와 더불어 우리나라 목조문화재 목부재의 90% 이상을 차지하는 소나무 기둥재를 대상으로 깊이와 방향에 따른 탐지 성능을 평가하였다.

2. 재료 및 방법

2.1. 극초단파 탐지 장치 및 신호 강도 정량화

흰개미 탐지를 위한 극초단파 장치는 Termatrac T3i(Termatrac Co., AUS)를 사용하였다. 장치에서 탐지된 측정값은 삼성 갤럭시 S10 5G(Samsung, SM-G977N, KOR)스마트폰에서 Termatrac T3i 애플리케이션(ver. 3.38)을 이용하여 실시간으로 확인하였다. 신호 강도는 이 장치의 최대 감지 깊이를 평가하기 위해 최댓값(Gain: 10)으로 설정하였다. 측정값 보정을 위해 제조사의 지침에 따라 탐지 시작 후 자체적으로 보정할 수 있는 충분한 시간(15-20초)이 흐르게 하였다. 보정 시간이 흐른 뒤, 애플리케이션에서 확인되는 실시간 측정값을 15초 간격으로 스크린샷(Screenshot) 촬영하여 저장하고 PC로 전송했다.
애플리케이션에서 촬영된 ‘레이더 그래프 영역’의 신호 강도는 Adobe Photoshop CC 2017을 통해 정량화하였다. 이를 위해 레이더 그래프 영역을 Rectangular Marquee Tool과 Bucket Tool(Bucket)을 순차적으로 사용하여 곡선 아래의 영역을 선택하고 파란색(Hex color code: #0000ff)으로 채웠다. 곡선 아래 채워진 영역은 Magic Wand tool을 이용해 선택하고 ‘측정 로그’ 창에서 ‘측정 기록’을 눌러 선택 영역의 면적을 정사각형 픽셀로 계산하였다. 픽셀 측정값은 실험에서 각 조건별로 Termatrac T3i 신호 강도(이하 신호 강도)에 대한 정량적인 비교를 위해 사용하였다. 모든 스크린샷은 조건별로 10회 촬영한 후 면적의 정량화 단계를 거친 뒤 평균값을 사용하였다. 평가 결과 산출된 조건별 신호 강도는 SPSS 26(IBM, USA) 프로그램으로 One-way ANOVA를 수행하여 군집 간 비교를 진행하였다. 또한 사후 검정(Post hoc)으로는 Tukey를 사용하였다.

2.2. Termatrac T3i 탐지 성능 평가용 흰개미

일반적인 흰개미 개체를 실험에 사용할 경우 개체별 움직임의 정도 차이에 따라 Termatrac T3i에서 측정되는 신호 강도 차이가 발생하였다. 이에 Termatrac T3i의 조건별 탐지 성능을 보다 정확하게 측정하기 위하여 일정한 강도로 진동하는 의사 흰개미 장치를 사용하였다. 의사 흰개미는 Hexbug nanos (Innovation First Labs, Inc., Greenville, TX, US; 치수=4.3 × 1.4 × 1.8 cm, 무게=7.1∼7.3 g 배터리 포함, 진동 주파수: 116∼150 Hz)를 사용하였다.
Hexbug nanos를 이용한 Termatrac T3i의 조건별 신호 강도 평가 후에는 소나무 기둥재의 조건별 신호 강도 평가를 위해 흰개미를 충청북도 청주시 충북대학교 교내 학술림에서 채집하여 사용하였다. 채집된 흰개미 가해목을 연구실 내 보관 용기에 보관하고 실험 직전 Im and Han(2021)의 방법으로 분리하여 실험에 사용하였다.

2.3. 목재 시료

수종에 따른 탐지 성능의 차이를 확인하기 위하여 문화재 분야에서 주로 사용되는 수종 중 Paulownia coreana(0.3), Pinus densiflora(0.4-0.5), Quercus variabilis(0.7), Zelkova serrata(0.7) 등 비중(Specific gravity)에 차이가 있는 4가지 수종을 선정하였다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2015; 2016). 실험에 사용된 각 수종별 판재는 100 mm(T) x 150 mm(L) x 20 mm(R)로 제작하여 사용하였다. 측정 각도 및 깊이, 함수율, 흰개미 개체 수에 따른 탐지 성능 평가를 위해 100 mm(T) x 300 mm(L) x 50 mm(R)의 소나무(Pinus densiflora) 판재를 제작하여 사용하였다. 함수율에 따른 탐지 성능 평가에 사용된 판재는 30일간 95% 이상의 상대습도 조건에서 수분을 흡수시킨 판재와 상온에 유지시킨 무처리 대조군 판재를 대상으로 수행되었다. 각 조건별 판재를 60℃ 조건에서 항량까지 건조시키기 전후 무게를 측정하여 각 조건별 시료의 목재 함수율을 측정하였다. 95% 상대습도 조건의 판재는 24%, 상온 조건의 대조군 판재는 11%의 목재 함수율을 갖는 것으로 확인되었다. 각 평가별로 사용된 목재 판재들은 두께 조건별로 겹쳐 바이스(Vise)로 밀착시켜 Termatrac T3i 신호 강도 측정에 사용되었다.
목조문화재 목부재 중 기둥에 대한 Termatrac T3i의 탐지 성능을 확인하기 위한 수종으로 국내 목조문화재 목부재 중 약 90% 이상의 비율을 차지하는 소나무(Pinus densiflora)를 선정하였다(National Research Institute of Cultural Heritage, 2015; 2016). 목조문화재에 사용된 소나무 원형 기둥의 직경이 300-500 mm 범위로 확인됨에 따라(Shin et al., 2020), 직경 350-400 mm, 높이 150 m, 연륜폭 5-8 mm, 함수율 약 11%의 원통형 소나무 기둥재 3본을 실험에 사용하였다.

2.4. Termatrac T3i의 평가 조건별 설치

2.4.1. Termatrac T3i 탐지 성능 평가

직경 50 mm, 높이 80 mm 플라스틱 병을 높이 조절 가능한 스탠드에 고정한 뒤 각 실험의 조건에 따라 제작된 판재를 두께 조건별로 겹쳐져 고정한 목재의 정중앙에 닿지 않게 최대한 밀착시켰다(Figure 1a, b). 플라스틱 병 내부에 목재의 수종, 함수율, 측정 각도 및 깊이에 대한 탐지 성능 평가에는 Hexbug nanos, 흰개미 개체 수에 따른 탐지 성능 평가에는 셀룰로오스로 만들어져 벽면을 흰개미가 자유롭게 타고 올라갈 수 있는 Thimble filter(ADVANTEC, Grade 84, JPN)에 R. speratus의 일개미 (Worker)를 투입하고 플라스틱 뚜껑을 밀봉하였다(Figure 1a). Termatrac T3i은 플라스틱 병이 밀착된 목재의 반대편에 배치(Flush)하였다(Figure 1c). 애플리케이션상에서 조절 가능한 장치의 측정 감도(Gain)는 10으로 설정하였다.
목재 수종, 함수율, 개체 수 조건에 따른 탐지 성능 평가는 목재 4가지 두께 조건(20 mm, 40 mm, 60 mm, 80 mm)으로 평가하였다. 각도 및 깊이에 따른 탐지 성능 평가는 밀착된 Termatrac T3i를 고정시키고 목재를 50 mm 간격으로 4가지(50 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm) 깊이 조건에서 평가하였다. 또한 Hexbug nanos가 투입된 플라스틱 통을 수평 방향(Figure 1B)과 수직 방향(Figure 1C)으로 50 mm 간격만큼 이동시켜 150 mm 조건까지 신호 강도를 측정하였다.

2.4.2. 소나무 기둥재에 대한 흰개미 탐지 성능 평가

Termatrac T3i의 기본적인 탐지 성능 평가 결과를 바탕으로 소나무 기둥재에 대한 탐지 성능을 평가하였다. 직경 350-400 mm, 높이 1500 mm 소나무 기둥재 3본을 300 mm 높이로 절단하여 15개의 시료를 제작하고 1본당 3개의 시료 선정 후 평가에 사용하였다. 이후 소나무 기둥재 내부의 흰개미 위치에 따른 Termatrac T3i의 탐지 성능을 확인하고자 횡단면상에서 목재 표면을 시작점으로 100 mm(a), 50 mm(b), 25 mm(c) 지점에 직경 30 mm, 깊이 100 mm의 구멍을 순차적으로 천공하였다(Figure 2B). 직경 30 mm, 길이 100 mm의 Thimble filter에 최적 투입 개체 수로 확인된 일개미 100두를 투입하고 위에 뚜껑을 덮어 밀봉한 다음 목재 기둥의 횡단면에 깊이 조건별로 천공된 구멍(a∼c)에 투입하였다(Figure 2). 가장 먼저 100 mm(a) 깊이 조건을 진행하였으며, 각 깊이 조건별 1번 지점을 시작으로 45도씩 간격을 두고 1∼8번까지 탐지 방향에 따른 신호 강도를 측정하였다(Figure 2B). 측정이 모두 완료된 뒤에 다음 깊이 조건으로 Thimble filter를 옮겨 동일한 과정으로 측정하였다. 실험에 사용된 흰개미는 각 깊이 조건별 측정이 완료된 뒤에 활성의 유지를 위해 새로운 개체들로 교환하여 진행하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 목재의 수종과 함수율이 탐지 성능에 미치는 영향

3.1.1. 수종

Termatrac T3i에 대한 신호 강도는 오동나무가 가장 높았고 소나무, 굴참나무, 느티나무의 순으로 감소하였다. 또한 목재의 두께가 증가함에 따라 신호 강도가 모든 수종에서 감소하는 것이 확인되었다(Figure 3). 이러한 결과는Lewis and Forschler(2014)가 Microwave detecter는 비파괴적인 기술이지만 목재의 수종에 따라 측정 성능이 제한적이라는 언급과 일치한다. 비중이 0.3으로 측정된 오동나무(Paulownia coreana)는 80 mm까지 가장 높은 신호 감도가 측정되었다. 반대로 비중이 0.7 이상인 굴참나무(Quercus variabilis)와 느티나무(Zelkova serrata)는 60 mm에서 신호 강도가 20 mm의 절반 이하로 급격하게 감소하였다. 또한 비중이 0.47인 소나무(Pinus densiflora)는 느티나무, 굴참나무보다 비중이 상대적으로 낮아 두께에 조건별 신호 강도의 감소 폭이 상대적으로 적었다. 이러한 결과는 목재 비중이 증가함에 따라 목재의 극초단파 흡수량이 증가하여 신호 강도가 감소한다는 내용과 일치한다(Goy et al., 1992).

3.1.2. 목재 함수율

함수율이 24%인 목재는 11%인 목재에 비해 두께 15 mm 조건에서 신호 강도가 약 45% 정도 낮았다. 또한 함수율 24% 목재는 두께가 30 mm 이상이 되면 신호 강도가 20,000 이하로 감소하여 애플리케이션의 피크값을 통한 활성 확인이 어려웠다. 이러한 결과는 함수율이 높을 경우 신호 강도가 감소한다는 제조사의 안내 내용과 일치한다(Protecusa, 2002). 따라서 여름철 장마 기간과 같이 많은 비가 내리는 기간 및 누수로 인한 지속적인 수분 유입의 환경에서는 측정 전 함수율 측정 장치를 이용한 목재 함수율 측정이 수행되어야 할 것으로 판단된다.
그러나 일반적으로 1980년대부터 2000년대까지 약 30년간 전국 205개 목조문화재 지점의 평균 평형함수율(Equilibrium. Moisture Content, EMC)은 약 13% 정도로 확인되었다(Na, 2016). 또한 목조문화재 기둥 부재를 대상으로 실시한 연중 목재 함수율은 10∼15%로 확인되었다(Kim and Park, 2013; Kim et al., 2015). 이에 따라 함수율 11% 목재에서 확인된 Termatrac T3i의 탐지 성능으로 미루어 볼 때, 연중 평균 함수율 15% 정도의 목조문화재 기둥 부재에 적용이 가능할 것으로 판단된다.

3.2. 측정 각도 및 깊이가 탐지 성능에 미치는 영향

측정 각도별 조건에서 Hexbug nanos가 Termatrac T3i와 0 mm(정면) 조건일 때 가장 높은 신호 강도가 확인되었다. 또한 수평 및 수직 방향 모두 최대 반경 50 mm, 깊이 50 mm 조건까지 Hexbug nanos의 진동에 의한 신호 강도 확인이 가능하였다. 이에 따라 동일한 조건의 수평 및 수직 방향의 측정값들을 평균값으로 변환하여 Termatrac T3i의 측정 가능 반경 및 깊이 그래프를 생성하였다(Figure 5). 이와 같은 결과는 선행 연구에서 확인된 건재 흰개미에 대한 Douglas fir 나무 벽체(wood drywall)의 탐지 가능 깊이와 일치한다(Taravati, 2018). 또한 50 mm의 이동으로 신호 감도가 급격히 감소하는 이유는 2.4 GHz의 주파수를 사용하는 Termatrac T3i이 915 MHz 주파수 영역의 마이크로파보다 파장이 짧아 침투 깊이가 짧고 직진성이 아주 강하기 때문이다(Lee and Park, 1999; Jeong et al., 2018). 이에 대해 Hickman and Forschler(2012)는 Termatrac T3i를 이용한 흰개미 활동 탐지는 흰개미의 움직임 그 자체와 움직임이 발생한 장소에 대한 장치의 근접성에 달려 있다고 언급하였다. 따라서 2.4 GHz 극초단파의 직진성으로 인해 Termatrac T3i로 목부재 내부의 흰개미 활성이 확인되었다면 측정 지점에서 수평, 수직 방향으로 50 mm 이내에 지중 흰개미 활성 지점이 있을 것으로 판단된다. 또한 목부재를 대상으로 Termatrac T3i를 이용한 조사를 수행할 경우에는 수직, 수평 방향으로 100 mm 간격마다 활성 측정을 진행하여 정확성을 높여야 할 것으로 판단된다.

3.3. 흰개미 개체 수가 탐지 성능에 미치는 영향

R. speratus 투입 개체 수에 따른 탐지 성능 평가를 실시한 결과, 20 mm 두께에서는 일개미 25마리 투입 조건에서도 20,000 이상의 신호 강도가 측정되어 애플리케이션의 레이더 피크값 변화 양상을 육안 관찰로 확인 가능하였다. 또한 100마리 투입 조건까지 개체 수가 증가함에 따라 신호 강도가 상승하였지만 200마리 투입 조건에서는 100마리 투입 조건보다 절반 이하로 급격한 신호 강도가 감소가 확인되었다(Figure 6). 이러한 결과는 제한적인 공간에 많은 개체를 투입하여 움직일 수 있는 공간이 없어짐에 따른 것으로 판단된다. 이에 대해 Mankin(2004)도 항아리 내부의 Attagenus unicolor 200∼300마리가 20마리보다 낮은 신호 감도로 측정되었으며, 200∼300마리의 L. Serricorne에 대해서도 이동 공간의 한계에 따라 20마리보다 낮은 신호 강도가 Termatrac에서 측정되었다고 언급하였다. 따라서 Termatrac T3i로 측정된 목부재 내부의 흰개미 활성 신호 강도는 개체의 수에 비례하는 것이 아니며, 일정 개체 수 이상의 조건에서는 내부 공간의 크기에 따른 개체의 움직임에 의해 신호 강도가 영향을 받는 것으로 판단된다. 이에 따라 목부재 내부에 투입할 R. speratus 일개미 개체 수는 실험 결과 Thimble filter에서 가장 신호 강도가 확인된 100두로 선정하였다.

3.4. 목재 기둥재에 대한 탐지 성능의 실험실적 평가

3.4.1. 탐지 깊이의 영향

실험 3.3을 통해 Termatrac T3i의 신호 강도가 가장 높았던 R. speratus 일개미 100두 투입 조건으로 소나무 기둥재의 깊이별 탐지 성능을 평가하였다. 기둥재의 25 mm 깊이 조건에서는 신호 강도 그래프와 애플리케이션의 실시간 측정값 모두에서 흰개미 활성이 확인되었다(Figure 7, 8B). 또한 신호 강도 그래프에서 50 mm 깊이 조건의 신호 강도가 No termite의 신호 강도와 통계적인 차이가 없는 것으로 확인되었으나(Figure 7), 애플리케이션의 실시간 측정값 관찰에서는 육안 관찰에 의한 흰개미 활성 파악이 가능하였다(Figure 8C). 이에 따라 실제 현장에서는 주로 애플리케이션을 이용한 실시간 측정값의 육안관찰을 통해 흰개미 활성을 판별하는 해당 장치의 운용 특성상 소나무 목재 기둥 기둥재를 대상으로 50 mm 깊이까지 탐지가 가능할 것으로 판단된다. 이에 대해 Taravati(2018)는 상온에서 5개월간 방치한 Douglas fir에 대해 50 mm 깊이까지 Termatrac T3i를 이용한 Incisitermes minor(Hagen)의 활성 탐지가 가능하였다고 보고하였다. 이러한 선행 연구 결과는 밀도가 약 0.4∼0.5 사이에 속해 Douglas fir와 유사한 국산 소나무의 탐지 가능 깊이가 약 50 mm라는 결과를 뒷받침한다. 따라서 국산 소나무 기둥재를 대상으로 Termatrac T3i를 흰개미 활성 탐지에 적용할 경우, 50 mm 깊이 조건까지 흰개미 활성 파악이 가능할 것으로 판단된다.

3.4.2. 탐지 방향의 영향

측정 방향별 탐지 성능을 50 mm 깊이 조건에서 평가한 결과 흰개미 투입 지점과 일직선상이며 가장 거리가 짧은 1번 포인트에서 통계적으로 유의미한 차이를 갖는 신호 강도가 확인되었다(Figure 9A). 1번 포인트와 정반대편인 5번 포인트는 1번 포인트와 같이 흰개미 투입 지점과 정면으로 맞닿아 있지만 거리가 100 mm 이상으로 떨어져 있어 활성이 확인되지 않았다. 또한 2∼7번 지점의 신호 강도는 약 11,000으로 R. speratus를 투입하지 않았을 때의 신호 강도와 동일한 수준으로 확인되었다(Figure 9). 따라서 Termatrac T3i는 소나무 기둥재에 대해 측정 지점이 목재 내부의 흰개미 활성 지점과 정면에 위치하는 지점에서만 50 mm 깊이까지 실시간 측정값의 육안 관찰을 통한 흰개미 활성 파악이 가능하였다. 이는 파장이 짧고 직진성이 강한 2.4 GHz 마이크로파의 특성 때문인 것으로 판단된다(Park, 1996; Jeong et al., 2018).

3.4.3. 목조건축물 목부재에 대한 적용 가능성 조사

평가를 통해 확인된 Termatrac T3i의 목재 기둥 탐지 성능에 대한 현장 적용 가능성을 확인하기 위해서는 R. speratus의 목재 기둥 가해 경향을 파악할 필요가 있다. 이에 따라 R. speratus에 의해 훼손된 소나무 목부재 및 산림의 그루터기를 조사하여 가해 경향을 확인하였다(Figure 10). 조사 결과, R. speratus는 소나무 기둥 부재 및 그루터기의 변재부(sapwood)를 우선적으로 가해하는 것으로 확인되었다(Figure 10). 또한Berville and Darrouzet(2019)R. grasseiR. flavipes의 목재 가해 경향을 CT로 확인한 결과에서도 주로 밀도가 낮은 부분을 선택적으로 가해한다고 언급하였다. 이러한 경향은 첫째로 R. speratus가 지중에서 목부재 표면까지 머드튜브를 만들어 목재에 접근하여 심재부보다 변재부를 먼저 접촉한다는 점, 둘째로 변재부가 심재부보다 밀도 및 추출물의 농도가 낮아 섭식하기에 좋다는 점으로 우선 가해 경향에 대한 설명이 가능하다고 판단된다.
한국 목조문화재 기둥의 직경은 300-500 mm의 범위에서 분포하며(Shin et al., 2020), 수피를 제거하지 않은 미가공 소나무의 변재폭은 약 70-80 mm로 확인되었다(Lee et al., 2021). 이러한 결과들로 미루어볼 때, 가공된 목조문화재 목재 기둥의 변재폭은 60-70 mm 이내일 것으로 판단된다. 따라서 50 mm의 활성 측정 범위를 갖는 Termatrac T3i는 목조문화재의 소나무 목재 기둥에서 변재부 부분에 선호도를 보이는 R. speratus에게 적용이 가능할 것으로 판단된다.

4. 결 론

목조건축물을 가해하는 R. speratus의 활동 판별을 비파괴적으로 확인하기 위하여 극초단파 장비의 적용 가능성을 알아보았다. Termatrac T3i의 신호 강도는 수종의 밀도 및 목재 함수율이 높을수록 목재의 이방성 및 파동 흡수성으로 탐지 성능이 감소하였다. 또한 2.4 GHz 마이크로파의 직진성으로 인해 수평, 수직 방향으로 50 mm 이동 지점까지 신호 강도 확인에 의한 활성 여부 판별이 가능하였다. 또한 소나무 원형 목재 기둥을 이용한 적용 가능성 평가 결과, 측정 지점이 목재 내부의 흰개미 활성 지점과 정면에 위치하는 지점에서만 깊이 50 mm까지 애플리케이션에 나타나는 피크값으로 흰개미 활성 파악이 가능하였다.
R. speratus는 소나무 기둥 부재 및 그루터기의 변재부(sapwood)를 우선적으로 가해하고 소나무목재 기둥의 변재 폭은 약 60-70 mm로 확인되었다. 이에 따라 50 mm의 활성 측정 범위를 갖는 Termatrac T3i는 목조문화재의 소나무 목재 기둥에서 변재부에 선호도를 보이는 R. speratus에게 적용이 가능할 것으로 판단된다. 또한 소나무 기둥 부재의 R. speratus 활성 탐지를 측정 간격: 100 mm, 최대 측정 깊이: 50 mm로 설정하고 높이, 방향별로 세분화하여 측정한다면 목재 내부의 정확한 R. speratus 활성 지점을 파악할 수 있을 것으로 판단된다.

사 사

이 논문은 ‘2022년 충북연구원 청년연구자사업’의 지원으로 수행된 연구입니다. 이에 감사드립니다.

Figure 1.
Experimental design for conditional detection performance assessment. (A) Design for the Evaluation of Termatrac T3i Detection Performance of Wood Samples by the specific gravity, water content of wood and number of termite, (B, C) Design for performance evaluation of Termatrac T3i detection by angle and depth, (a) HEXBUG Nanos or R. speratus are put into the plastic jar. (c) Flush the device after overlapping samples of different species of wood according to the measurement conditions.
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Figure 2.
Measurement points by depth and location of circular wood columns. (T) Thimble filter, (a∼c) perforation position in section, red circle (1∼8) measurement location by direction.
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Figure 3.
Signal strength by thickness according to wood specific gravity (ANOVA, Tukey post hoc test, α=0.05).
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Figure 4.
Signal strength by thickness according to wood moisture content (ANOVA, Tukey post hoc test, α=0.05).
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Figure 5.
Signal strength with vertical and horizontal distance movement.
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Figure 6.
Signal strength by number of termite according to thickness conditions (ANOVA, Tukey post hoc test, α=0.05).
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Figure 7.
Signal strength by depth of termite active points in circular column wood (ANOVA, Tukey post hoc test, α=0.05).
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Figure 8.
Radar peak values by depth of termite active points of column wood (A: No termite, B: 25 mm, C: 50 mm, D: 100 mm).
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Figure 9.
Signal strength according to the depth and location of the termite active point of circular column (A: 50 mm, B: 100 mm/A number 1∼8: Measurement point).
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Figure 10.
Invasion and damage of the wood member and natural logs of the R. speratus (A: Status of sapwood damage in wooden members, B: Status of sapwood damage in natural logs by termites).
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