국내 도로공사현장에서 아스팔트 타설 후 도로의 밀도 관리는 고전압을 이용한 장치를 사용하는 것과 아스팔트 공시체를 이용한 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 방법들은 수분에 의한 오차율의 증대 또는 시공 도로의 파괴 등의 단점들로 인하여 새로운 밀도 측정 방법이 필요하다. 해외에서는 방사성동위원소를 이용하여 방사선의 물질과의 상호작용을 통한 밀도 측정 방법을 사용하고 있으나, 수 mCi에서 수십 mCi 의 높은 방사능을 사용함으로서 국내에 적용하기 어려운 점이 있었다.
이에 본 연구에서는 몬테칼로 방법론을 사용한 MCNP 프로그램을 이용하여 ...
국내 도로공사현장에서 아스팔트 타설 후 도로의 밀도 관리는 고전압을 이용한 장치를 사용하는 것과 아스팔트 공시체를 이용한 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 방법들은 수분에 의한 오차율의 증대 또는 시공 도로의 파괴 등의 단점들로 인하여 새로운 밀도 측정 방법이 필요하다. 해외에서는 방사성동위원소를 이용하여 방사선의 물질과의 상호작용을 통한 밀도 측정 방법을 사용하고 있으나, 수 mCi에서 수십 mCi 의 높은 방사능을 사용함으로서 국내에 적용하기 어려운 점이 있었다.
이에 본 연구에서는 몬테칼로 방법론을 사용한 MCNP 프로그램을 이용하여 계측장비의 설계에 있어 중요한 변수인 선원, 계측기의 거리 및 위치선정에 대해 계산하였으며, 층별 밀도를 구분하기 위한 방법에 대하여 연구하였다.
시공이 완료된 도로를 비파괴 방법으로 측정하기 위해서 방사선의 투과 방법이 아닌 후방산란방법을 선택하여 기본 개념 설계를 하였다. 방사성동위원소는 ^(60)Co선원을 선택하였다. ^(60)Co 선원은 한번 붕괴시 1.17 MeV와 1.33 MeV의 감마선이 1:1 비율로 방사된다. 이는 다른 선원과 비교하여 감마선이 아스팔트와 반응을 일으키는 양이 더 많아진다는 것을 의미한다.
계측에 사용되는 계측기는 2"×2" NaI(Tl) 섬광계측기를 사용하였으며, 선원으로부터 직접 들어오는 방사선을 막기 위해 납 차폐체를 사용하였다. MCNP 계산 결과 납차폐체의 두께는 10 cm, 선원과 차폐체의 거리는 18 cm, 차폐체와 계측기의 거리는 2.5 cm 일 경우에 최대의 계측구조를 가지게 된다.
목적한 상층의 깊이에 따라 하층의 아스팔트 밀도에 독립적으로 상층의 밀도를 구분하기 위한 방법으로 콜리메이터를 설계하였다. 4 cm의 표층을 측정하기 위해서 기본 계측장비 구조 내에서 콜리메이터 각도를 21.80°를 주었다. 아스팔트의 밀도를 2.0 g/㎤에서 3.0 g/㎤ 까지 0.2 g/㎤ 간격으로 계산하였을 경우 콜리메이터 설계시 하층의 밀도에 독립적으로 상층의 밀도를 구분할 수 있음을 통계학적 반복수행을 통해 확인하였다.
본 연구에서 MCNP 코드를 통해 계산된 계측값은 이상적인 조건에서의 계산값으로 향후 측정 실험을 통한 여러 변수들을 고려해야 한다. 방사성동위원소의 물리적 반감기 및 계측시 아스팔트의 온도 등의 주변환경이 미치는 영향인자를 고려한 교정식을 도출하고, 이를 통한 보정계수를 도출해야 한다.
국내 도로공사현장에서 아스팔트 타설 후 도로의 밀도 관리는 고전압을 이용한 장치를 사용하는 것과 아스팔트 공시체를 이용한 방법이 사용되고 있다. 이와 같은 방법들은 수분에 의한 오차율의 증대 또는 시공 도로의 파괴 등의 단점들로 인하여 새로운 밀도 측정 방법이 필요하다. 해외에서는 방사성동위원소를 이용하여 방사선의 물질과의 상호작용을 통한 밀도 측정 방법을 사용하고 있으나, 수 mCi에서 수십 mCi 의 높은 방사능을 사용함으로서 국내에 적용하기 어려운 점이 있었다.
이에 본 연구에서는 몬테칼로 방법론을 사용한 MCNP 프로그램을 이용하여 계측장비의 설계에 있어 중요한 변수인 선원, 계측기의 거리 및 위치선정에 대해 계산하였으며, 층별 밀도를 구분하기 위한 방법에 대하여 연구하였다.
시공이 완료된 도로를 비파괴 방법으로 측정하기 위해서 방사선의 투과 방법이 아닌 후방산란방법을 선택하여 기본 개념 설계를 하였다. 방사성동위원소는 ^(60)Co선원을 선택하였다. ^(60)Co 선원은 한번 붕괴시 1.17 MeV와 1.33 MeV의 감마선이 1:1 비율로 방사된다. 이는 다른 선원과 비교하여 감마선이 아스팔트와 반응을 일으키는 양이 더 많아진다는 것을 의미한다.
계측에 사용되는 계측기는 2"×2" NaI(Tl) 섬광계측기를 사용하였으며, 선원으로부터 직접 들어오는 방사선을 막기 위해 납 차폐체를 사용하였다. MCNP 계산 결과 납차폐체의 두께는 10 cm, 선원과 차폐체의 거리는 18 cm, 차폐체와 계측기의 거리는 2.5 cm 일 경우에 최대의 계측구조를 가지게 된다.
목적한 상층의 깊이에 따라 하층의 아스팔트 밀도에 독립적으로 상층의 밀도를 구분하기 위한 방법으로 콜리메이터를 설계하였다. 4 cm의 표층을 측정하기 위해서 기본 계측장비 구조 내에서 콜리메이터 각도를 21.80°를 주었다. 아스팔트의 밀도를 2.0 g/㎤에서 3.0 g/㎤ 까지 0.2 g/㎤ 간격으로 계산하였을 경우 콜리메이터 설계시 하층의 밀도에 독립적으로 상층의 밀도를 구분할 수 있음을 통계학적 반복수행을 통해 확인하였다.
본 연구에서 MCNP 코드를 통해 계산된 계측값은 이상적인 조건에서의 계산값으로 향후 측정 실험을 통한 여러 변수들을 고려해야 한다. 방사성동위원소의 물리적 반감기 및 계측시 아스팔트의 온도 등의 주변환경이 미치는 영향인자를 고려한 교정식을 도출하고, 이를 통한 보정계수를 도출해야 한다.
A device using high voltage and a method using asphalt mold are applied in the density management of roads after casting asphalt at roadwork sites in Korea. These methods require a new density measuring system because of defects such as the increase of error rates due to water or the destruction of ...
A device using high voltage and a method using asphalt mold are applied in the density management of roads after casting asphalt at roadwork sites in Korea. These methods require a new density measuring system because of defects such as the increase of error rates due to water or the destruction of constructed roads. A density measuring method processed through the interaction between radioisotopes and radioactive substances is used in foreign countries. However, it was difficult to apply in Korea since the method uses high radioactivity up to several tens of mCi.
Therefore, this study calculated important variables in the design of measuring equipment such as the radiation source, distance and location of the measuring instrument with an MCNP program using the Monte Carlo methodology. A method for dividing the density by level was also investigated.
A back-scattering method was chosen instead of trasmittion method as a basic conceptional design in order to measure the roads which construction was completed in a nondestructive way. As for the radioactive isotope, ^(60)Co source was selected. Once decayed, the ^(60)Co source radiates gamma rays of 1.17 MeV and 1.33 MeV at a rate of 1:1. This indicates that the amount of gamma rays reacting with asphalt increases compared to other sources.
2"×2" NaI (Tl) scintillation counter was used as the measuring device, and a lead shield was applied in order to block the radiation directly discharged from the radiation source. According to the results of MCNP calculation, the largest measurement structure could be formed when the thickness of the lead shield was 10 cm, distance between the source and lead shield was 18 cm, and the distance between the lead shield and measuring device was 2.5 cm.
A collimator was designed as a method for independently dividing the density of the upper layer from the asphalt density in the lower layer, depending on the depth of the intended upper layer. The collimator angle was set as 21.80° within the basic measuring equipment structure to measure the 4 cm-deep outer layer. Statistical repetitive practices confirmed that the upper layer density could be divided independently from the lower layer density when designing the collimator, in case the asphalt density is calculated from 2.0 g/㎤ to 3.0 g/㎤ with an interval of 0.2 g/㎤.
The measurements calculated through the MCNP code in this study are results from ideal conditions. We must also consider several other variables through future measurement experiments. A correction formula reflecting the physical half life of radioactive isotopes and variables that influence surrounding environments including the asphalt temperature during measurement should be derived as well as an adjustment coefficient through this formula.
A device using high voltage and a method using asphalt mold are applied in the density management of roads after casting asphalt at roadwork sites in Korea. These methods require a new density measuring system because of defects such as the increase of error rates due to water or the destruction of constructed roads. A density measuring method processed through the interaction between radioisotopes and radioactive substances is used in foreign countries. However, it was difficult to apply in Korea since the method uses high radioactivity up to several tens of mCi.
Therefore, this study calculated important variables in the design of measuring equipment such as the radiation source, distance and location of the measuring instrument with an MCNP program using the Monte Carlo methodology. A method for dividing the density by level was also investigated.
A back-scattering method was chosen instead of trasmittion method as a basic conceptional design in order to measure the roads which construction was completed in a nondestructive way. As for the radioactive isotope, ^(60)Co source was selected. Once decayed, the ^(60)Co source radiates gamma rays of 1.17 MeV and 1.33 MeV at a rate of 1:1. This indicates that the amount of gamma rays reacting with asphalt increases compared to other sources.
2"×2" NaI (Tl) scintillation counter was used as the measuring device, and a lead shield was applied in order to block the radiation directly discharged from the radiation source. According to the results of MCNP calculation, the largest measurement structure could be formed when the thickness of the lead shield was 10 cm, distance between the source and lead shield was 18 cm, and the distance between the lead shield and measuring device was 2.5 cm.
A collimator was designed as a method for independently dividing the density of the upper layer from the asphalt density in the lower layer, depending on the depth of the intended upper layer. The collimator angle was set as 21.80° within the basic measuring equipment structure to measure the 4 cm-deep outer layer. Statistical repetitive practices confirmed that the upper layer density could be divided independently from the lower layer density when designing the collimator, in case the asphalt density is calculated from 2.0 g/㎤ to 3.0 g/㎤ with an interval of 0.2 g/㎤.
The measurements calculated through the MCNP code in this study are results from ideal conditions. We must also consider several other variables through future measurement experiments. A correction formula reflecting the physical half life of radioactive isotopes and variables that influence surrounding environments including the asphalt temperature during measurement should be derived as well as an adjustment coefficient through this formula.
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