선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
가설 설정
- 그리고 100 〜 1000keV 에너지 영역은 대략 3 ~ 10% 정도의 차이가 나며, lOOOkeV 이상의 고에 너지 영역에서는 표준선원의 밀도에 대한 효율의 차이는 3% 이하이다. 즉, 측정하고자하는 시료의 밀도가 표준선원의 밀도(P =1.0g·cm3)와 다르다면 (예; p = 1.4 g . cm-3), 저에너지 영 역(<100keV)에서는 아주 심각한 오차를 유발할 것이다. 그러나 고에너지 영역(>1000keV)에서는 시료의 밀도 차이에 의한 효율의 변화정도는 통상적인 측정오차 이내의 범위로서(<3%)무시할 수도 있다.
제안 방법
- 그리고 측정시간은 250,000초였다. 40K와 228Ac은 각각 1460.8과 911.1 keV 감마선을 이용하여 직접 분석하였고, 226RA은 방사평형된 딸핵종인 214PB(35L9keV)와 214Bi(609.3 keV) 마찬가지로 228Th은 212Pb(238.6keV) 및 208T1(583.1 keV)을 이용하여 간접적으로 분석하였다.
- 계산에 의한 자체흡수 효과를 검증하기 위하여 자체 제작한 55㎖ 원통형 알루미늄 측정용기에 NIST SRM 4353(Rocky flats soil number 1) 표준물질을 충진하여 측정한 후, MCNP 코드를 이용하여 계산한 효율을 적용하여 방사능을 계산하였다. 그 결과는 표 8에 나타내었는데, 표준물질의 방사능 인증값과 Monte Carlo 방법에 의한 계산 값이 상대오차 10% 이내의 범위로 아주 잘 일치한다는 것을 알 수 있다.
- 제작자에 의하여 주어 진 검출기 규격과 비교하여 볼 때, 가장 차이가 많이 나는 것은 Ge 불감층으로서, 스캐닝 방법을 이용하여 검출기의 유감체적을 결정한 연구자들도 이와 유사한 결과를 얻었다[1223]. 또한 Ge 결정과 저온유지장치(cryostat)의 열적 접촉을 위한 내부 불감영역에 관한 정보는 제작자에 의하여 제공되지 않는 것으로서, 다른 연구자들의 결과[1, 11, 13-14]를 참고하여, 표준선원 측정에 의한 실험치와 Monte Carlo 방법에 의한 계산치를 비교하여 결정하였다.
- 그러나 원통형의 경우는 시료의 양에 따라 그 높이가 달라지게 되는데, 즉, 시료의 높이에 대한 검출효율을 결정하여야 한다. 본 연구에서 사용한 직경 6cm의 원통형 측정용기에 대해 시료의 높이를 1cm부터 4 cm까지 0.5cm 단계로 변화시키면서 검출효율을 계산하였다. 표 6과 몇몇 시 료높이에 대한 계산효율을 나타내었다.
- HPGe 검출기의 전에너지 피크효율을 계산하기 위하여 사용한 Monte Carlo 코드는 다양한 분야에 적용할 수 있는 MCNP4A이다[18] MCNP는 초기에 중성자 수송을 위하여 개발된 코드이지만, 최근에는 전자와 광자에까지 적용되고 있다. 본 연구에서는 광자 모드만을 사용하여 원통형과 Marinelli형 (450 및 1000㎖) 측정용기에 대해 전에너지 피크효율을 계산하였다.
- 실제로 검출기 제작자에 의하여 제시된 검출기 규격과 측정시의 유감체적(sensitive volume)은 상 당한 차이가 나는데, 일부 연구자들은 스캐닝(scanning) 방법을 이용하여 검출기 유감체적을 구하였으나[11-12], 여기서는 원통형과 450㎖ Marinelli 형 표준선원을 이용한 실제 측정치와 Monte Carlo 방법에 의한 계산치를 비교하여 최적의 검출기치수를 결정하였다. 표 2에 제작자에 의하여 주어진 검출기 치수와 본 연구에서 얻은 검출기 치수를 나타내었다.
- 5keV로 정하였다. 즉정효율은 피크 계수치에서 이웃 에너지 빈(bin)의 계수치 평균을 소거하여 얻었다. 실험과 계산에서 전에너지 피크효율에 대하여 통계적 정밀도는 결과의 타당성을 확신하기 위해서 3% 이하로 유지하였다.
- 체적시료의 자체흡수는 많은 연구자들에 의하여 현재까지도 연구되고 있으며[15-16], 본 연구에서는 Monte Carlo 방법을 이용하여 현재 환경방사능 측정분야에서 가장 많이 사용되고 있는 다양한 기하학적 모양의 측정용기(원통형과 Marinelli 형 : 450 및 1000㎖)에 대한 HPGe 검출기의 전에너지 피크효율을 계산하였다. 또한 원통형 측정용기의 경우는 시료의 높이별 변화와 밀도변화에 따른 전에너지 피크효율의 변화정도를 계산하였으며, Marinelli (450 및 1000㎖) 측정용기는 시료의 밀도변화에 따른 계측효율의 변화를 계산하였다.
대상 데이터
- 다른 모양의 측정용기에 대한 전에너지 피크효율은 HPGe 검출기를 이용하여 한국표준연구원에서 제작, 보급한 원통형(직경 60mm, 높이 30 mm) 및 Marinelli형 (450 및 1000㎖) 표준선원을 이용하여 측정하였고, 검출기와 측정용기의 기하학적 배치는 그림 1과 같다. 한국표준연구원에서 제작된 표준선원의 매질은 한천(agar)이며, 밀도는 1.
- 이 때 사용된 표준선원의 핵종, 에너지 그리고 반감기는 표 1과 같다. 실험에 사용한 검출기는 EG&G ORTEC 사의 동축형 HPGe 검출기이다. Ge 결정은 직경이 54.
- 다른 모양의 측정용기에 대한 전에너지 피크효율은 HPGe 검출기를 이용하여 한국표준연구원에서 제작, 보급한 원통형(직경 60mm, 높이 30 mm) 및 Marinelli형 (450 및 1000㎖) 표준선원을 이용하여 측정하였고, 검출기와 측정용기의 기하학적 배치는 그림 1과 같다. 한국표준연구원에서 제작된 표준선원의 매질은 한천(agar)이며, 밀도는 1.0g 이다. 이 때 사용된 표준선원의 핵종, 에너지 그리고 반감기는 표 1과 같다.
데이터처리
- 환경방사능과 같은 저준위 방사능 측정에서는 많은 양의 시료를 담을 수 있는 원통형과 Marinelli 형의 측정용기가 주로 사용된다. 본 연구에서는 체적시료에 대한 높이 및 밀도변화에 대한 자체흡수 효과를 표준선원을 이용하여 측정한 결과와 Monte Carlo 방법을 이용하여 계산한 결과와 비교하였다. 원통형 측정용기의 경우, 시료의 높이가 증가할수록 자체흡수 효과 에 의한 효율의 감소정도는 뚜렷이 나타났고, 시료의 높이가 4cm 일 때, 1cm 높이에 비해， 효율은 전에너지 영역에서 40% 이상 감소하였다.
이론/모형
- Table 2. HPGe detector details supplied by the manufacturer and calculation values used in the MCNP code.
- Monte Carlo 방법을 이용하여 계산한 검줄효율의 적합성을 검증하기 위하여, 55㎖ 원통형과 450㎖ Marinelli 표준선원에서 얻은 검출기 규격을 적용하여 1000㎖ Marinelli 표준선원에 적용하였다. 그 결과는 표 5에 나타내었는데, 1836.
- 또한 원통형 측정용기의 경우는 시료의 높이별 변화와 밀도변화에 따른 전에너지 피크효율의 변화정도를 계산하였으며, Marinelli (450 및 1000㎖) 측정용기는 시료의 밀도변화에 따른 계측효율의 변화를 계산하였다. 계산결과의 타당성을 검증하기 위하여 자체-제작한 알루미늄 측정용기에[17] NIST SRM 4353 표준물질을 충진하여 측정한 뒤, Monte Carlo 방법에 의하여 계산한 효율을 적용하여 인증값과 비교하였다.
성능/효과
- 계산의 타당성을 검증하기 위하여 NIST SRM 4353 표준물질을 측정용기에 충진하여 측정한 후, Monte Carlo 방법을 적용하여 계산한 방사능 값과 표준물질 인증값과 비교한 결과 10% 오차범위 이내로 아주 잘 일치하였다.
- 이러한 이유로 실제 측정에서는 각 측정 시료의 높이에 따른 효율을 정확히 결정하여야 하는데, 실험적으로 모든 높이에 대한 검출기의 효율을 결정한다는 것은 절차가 복잡하고 노력이 많이 든다. 그러나, 본 연구에서와 같이 Monte Carlo 방법에 의한 효율계산은 간편하면서도 비교적 정확한 결과를 산출할 수 있다.
- 세 가지 측정 용기(55㎖ C.B., 450㎖ 그리고 1000㎖ M.B.)에서 밀도의 증가로 의한 효율의 감소 정도는 높은 에너지 영역(>1000keV)보다는 저에너지 영역(1000 keV)에서 뚜렷하게 나타났다. 만약 측정시료의 밀도가 1.
- 즉정효율은 피크 계수치에서 이웃 에너지 빈(bin)의 계수치 평균을 소거하여 얻었다. 실험과 계산에서 전에너지 피크효율에 대하여 통계적 정밀도는 결과의 타당성을 확신하기 위해서 3% 이하로 유지하였다.
- 또한 그림 2는 몇가지 감마선 에너지에 대하여 원통형 측정용기에 충진한 시료의 높이에 따른 검출효율의 변화를 나타낸 것이다. 전에너지 영역에 대하여 시료의 높이가 증가할수록 효율은 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 시료량이 증가하므로서 방출된 감마선이 시료 내에서 흡수 또는 산란될 확률이 증가하므로 검출기에 도달할 확률은 감소하기 때문이다.
- 06 keV의 경우에서만 측정값과 계산값의 상대오차가 14% 정도 차이가 나고, 다른 에너지 영역에 대하여 10% 이내로 잘 일치한다. 즉, Monte Carlo 방법에 의하여 결정한 검출기 규격을 이용하여 계산한 검출효율은 임의의 측정용기에 대해서는 큰 오차없이 적용할 수 있다는 것을 알 수가 있다
- 즉, 시료량이 증가하므로서 방출된 감마선이 시료 내에서 흡수 또는 산란될 확률이 증가하므로 검출기에 도달할 확률은 감소하기 때문이다. 측정시료의 효율 차이는 시료 높이가 1cm와 4 cm 일 때, 59.54keV 감마선에 대하여 약 47% 그리고 1836.06keV 감마선에 대해서는 약 42 %의 효율 차이가 난다. 즉, 원통형 측정용기의 경우는 효율교정용 표준선원과 측정시료의 높이가 다를 경우 전에너지 영역에 대하여 많은 오차를 수반하게 된다.
후속연구
- 그러나, 모든 높이와 밀도에 대해서 표준선원을 이용하여 효율을 결정한다는 것은 절차가 복잡하고 많은 노력이 필요하다. 따라서 본 연구에서 계산한 Monte Carlo 방법에 의한 효율결정은 간단할 뿐만 아니라 수퍼센트 오차범위 이내로 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.