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문제 정의
- 이 연구는 지하수 중에 함유되어 있는 방사성 핵종인 라돈의 함량을 정확히 측정하기 위하여 극 저준위 액체섬광계수기 (wallac 1220 Quantulus) 활용하기 위한 최적 실험조건의 도출을 목적으로 수행되었으며, 주요 측정조건인 PSA 준위 설정과 지하수에 함유되어 있는 불순물이 측정결과에 미치는 영향에 대해 조사하였다.
제안 방법
- 241Am과 90Sr/90Y 표준선원용액을 2차 증류수에 희석시킨 후, 12 mL으] Optiphase HiSafe3 섬광액이 들어있는측정병에 각각 8 mg 혼합하여 측정하였다. PSA 준위는 40에서 140까지 변화 시키면서 알파영역에서 2Am의계수율이 최대가 되고 베타영역에서 대한 계수율이 최대가 되는 동시에 파형겹침(spillover) 현상이 최소가 되는 조건을 최적 PSA 준위로 설정하였다.
- LSC의 백그라운드는 PSA 준위에 따라서 변할 수 있기 때문에 앞의 PSA 설정 실험에서와 같이 PSA 준위를 변화시키면서, 증류수와 불순물 농도가 서로 다른 지하수를 대상으로 조사하였다. 백그라운드 측정에 사용한 수질 시료는 충분히 끓여주고, 섬광액은 알곤가스를 흘려주어 용해되어 있는 라돈을 가능한 한 모두 제거 시킨 후 측정하였다.
- 각각 8 mg 혼합하여 측정하였다. PSA 준위는 40에서 140까지 변화 시키면서 알파영역에서 2Am의계수율이 최대가 되고 베타영역에서 대한 계수율이 최대가 되는 동시에 파형겹침(spillover) 현상이 최소가 되는 조건을 최적 PSA 준위로 설정하였다.
- PSA 준위 설정은 24lAm, 방사화학적으로 평형에 도달해 있는 표준선원(Amersham Co. 두 종류를 이용하는 방법과 226Ra 표준선원(NIST 4967) 한 종류만을 이용한 방법을 비교하였다. 끄2Rn에 대한 계측효율 측정은 PSA 설정에 사용한끄6Ra 표준선원을 사용하였다.
- PSA의 설정방법에는 알파 핵종과 베타 핵종의 두 핵종을 사용하는 방법과, 한 가지 핵종을 이용한 계측효율과 백그라운드의 비를 이용하여 산출하는 두 방법이 있다. 먼저, 241 Am과 이용하여 최적의 PSA 준위를 설정하는 방법에서는 파형겹침(spillover) 인자 t를 이용하며 파형겹침 인자가 최소:가 되는 PSA 준위를 최적의 조건으로 결정하였다. 이를 수식으로 표기하면 아래의 식 (1)-(3)과 같다(Rusconi et al.
- 조사하였다. 백그라운드 측정에 사용한 수질 시료는 충분히 끓여주고, 섬광액은 알곤가스를 흘려주어 용해되어 있는 라돈을 가능한 한 모두 제거 시킨 후 측정하였다.
- 표준선원 용액을 넣기 전과 후의 무게를소수점 5자리까지 정확히 칭량하여 피펫으로 취한 표준용액의 양을 정확히 기록하였다. 섬광액, 측정시료, 표준선원이 들어있는 폴리에틸렌 측정 병은 밀봉한 후 약 30 일간 방치하여 Ra과 Rn 및 딸핵종들이 방사화학적으로 영속평형에 도달하도록 한 후, 앞의 두 표준선원에서와 같은 PSA 준위를 변화시키면서 라돈의 방사능을측정하였다.
- SiO2, F, Zn을 제외하고 모든 불순물들의 농도가 L, M, H 순으로 높다. 앞에서와 같은 방법으로 세종류의 지하수에 용해되어 있는 라돈을 제거하고, 12 mL 의 섬광용액이 들어있는 세 개의 다른 측정병에 8 mL 를 넣고 끄6Ra 표준용액 0.5 mL를 각각 넣은 후, 30일간 방치한 다음 측정하였다. Table 2는 세 종류의 지하수에서 라돈의 측정효율을 나타낸 결과이다.
- 증류수와 지하수를 대상으로 PSA 준위를 변화시키면서 측정하였다. 표준선원은 끄6Ra을 이용하였으며 앞의 PSA 준위설정에서와 동일한 실험조건으로 수행하였다.
대상 데이터
- 두 종류를 이용하는 방법과 226Ra 표준선원(NIST 4967) 한 종류만을 이용한 방법을 비교하였다. 끄2Rn에 대한 계측효율 측정은 PSA 설정에 사용한끄6Ra 표준선원을 사용하였다. 지하수에 함유된 불순물의 영향을 조사하기 위하여 2차 증류수와 불순물의 농도가 다른 지하수를 채취하여 이용하였다.
- 따라서 최선의 PSA 준위 설정을 위해서는 동일한 장비를 이용하고, 측정하려는 시료와 물리화학적 특성 함유하는 방사성불순물의 앙까지도)이 가능한 유사한 물질을 이용하여 실험해야 한다. 따라서 증류수와 오염이 비교적 적은 청정 지하수를 실험에 이용하였다. 한 종류의 핵종을 이용하여 최적의 PS.
- 섬광용액은 지하수 라돈측정용으로 Optiphase HiSafe3을 사용하였다. PSA 준위 설정은 24lAm, 방사화학적으로 평형에 도달해 있는 표준선원(Amersham Co.
- 실험분석에 사용한 시료용기는 22 mL 용량의 폴리에틸렌 병으로 내부는 테플론으로, 뚜껑은 알루미늄으로 코팅되어 있어서 라돈의 손실을 억제하고 잡음신호를 낮출 수 있다. 섬광용액은 지하수 라돈측정용으로 Optiphase HiSafe3을 사용하였다.
- 구별 될 수 있다. 이 연구에서 측정한 백그라운드는이들 세 종류의 백그라운드 이외에 지하수중의 백그라운드 즉, 용해되어 있는 라돈이외의 방사성핵종과 제거되지않은 라돈에 의한 백그라운드를 포함한다.
- 끄2Rn에 대한 계측효율 측정은 PSA 설정에 사용한끄6Ra 표준선원을 사용하였다. 지하수에 함유된 불순물의 영향을 조사하기 위하여 2차 증류수와 불순물의 농도가 다른 지하수를 채취하여 이용하였다.
- 증류수와 지하수를 대상으로 PSA 준위를 변화시키면서 측정하였다. 표준선원은 끄6Ra을 이용하였으며 앞의 PSA 준위설정에서와 동일한 실험조건으로 수행하였다.
성능/효과
- LSC(wallac 1220 Quantulus™, Perkin Elmer Co.)를 이용하여 지하수중 라돈(끄2Rn)을 측정하기 위하여 측정의주요 조건인 최적 PSA 준위를 조사한 결과 지하수중 라돈의 측정에는 PSA 100이 최적조건으로 나타났다. 두 가지 핵종(저I Am, 9%1)을 이용하는 방법과 한 가지 핵종(끄6Ra) 만을 이용하는 PSA 준위 설정 방법을 비교하고, 불순물의 농도가 다른 지하수질에 따라서 조사해 본결과 증류수와 지하수에서 약간의 차이를 보였으나 측정오차 범위 내에서 큰 차이는 나타나지 않았다.
- 5에 나타내었다. PSA 준위에 따른 FOM값의 변화형태는 지하수와 증류수에서 매우 다르게 나타났으나, 최대의 FOM값을 얻는 PSA 준위는 90에서 100범위로 크게 차이를 보이지 않는다.
- 이것은 측정 전에 라돈을 제거시켜주어도 미량의 라돈이나 혹은 라듐, 우라늄과 같은 알파방출 핵종이 남아 있기 때문일 것으로 추측된다. PSA가 증가함에 따라서 계수율이 낮아지는 현상은 전형적인 알파핵종(Fig. 1)의 즉정효율 특성과 동일한 것을 볼 때 지하수에서의 백그라운드는 미량의 알파 방출불순물의 영향임을 알 수 있다.
- )를 이용하여 지하수중 라돈(끄2Rn)을 측정하기 위하여 측정의주요 조건인 최적 PSA 준위를 조사한 결과 지하수중 라돈의 측정에는 PSA 100이 최적조건으로 나타났다. 두 가지 핵종(저I Am, 9%1)을 이용하는 방법과 한 가지 핵종(끄6Ra) 만을 이용하는 PSA 준위 설정 방법을 비교하고, 불순물의 농도가 다른 지하수질에 따라서 조사해 본결과 증류수와 지하수에서 약간의 차이를 보였으나 측정오차 범위 내에서 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 지하수의 라돈분석에 동일한 장비를 사용하는 국내외 다른 기관들이 90에서 110으로 다소 차이는 있으나 역시 이 범위 내에서 PSA준위를 설정하는데 문제가 없는 것으로 확인되었다.
- (2006)은 알파핵종으로는 천연 우라늄을 그리고 베타핵종으로는 을 사용하였으며 핵종의 종류 즉, 방출하는 방사선의 에너지에 따라서 최적 PSA 준위가 변화하는 것을 알 수 있다. 또한, 2WAm과 9oSr/9oyoj 실험결과에서도 이 연구에서 얻은 결과와는 달리 최적 PSA준위가 약 120정도를 보여주는데, 이와 같이 최적의 PSA 준위는 장비특성과 핵종특성에 따라서 변화한다.
- 두 가지 핵종(저I Am, 9%1)을 이용하는 방법과 한 가지 핵종(끄6Ra) 만을 이용하는 PSA 준위 설정 방법을 비교하고, 불순물의 농도가 다른 지하수질에 따라서 조사해 본결과 증류수와 지하수에서 약간의 차이를 보였으나 측정오차 범위 내에서 큰 차이는 나타나지 않았다. 또한, 지하수의 라돈분석에 동일한 장비를 사용하는 국내외 다른 기관들이 90에서 110으로 다소 차이는 있으나 역시 이 범위 내에서 PSA준위를 설정하는데 문제가 없는 것으로 확인되었다.
- LSC는 일반적인 측정장비인 기체비례계수기(gas proportional counter)나 알파분광기(a-spectro-metry)에 비하여 시료의 전처리가 간단하여 처리과정에서의 측정불확도를 낮출 수 있는 장점이 있는 반면에 시료와 섬광액 간의 화학반응 등의 영향으로 백그라운드가 다소 높은 단점이 있다. 이 실험에서 이용한 wallac 1220 Quantulus(Perkin Elmer Co.)는 일반적인 LSC의 단점을 보완하여, 매우 낮고 안정한 백그라운드와 알파, 베타 핵종을 동시에 측정할 수 있는 PSA기능을 가지고 있다. 또한 PSA기능으로 알파선과 베타선에 의해 생성된 펄스의 형태 차이를 이용하여 이들을 분리할 수 있으므로 한번 측정을 통하여 지하수중의 알파방사능과 베타 방사능을 동시에 측정할 수 있다.
- 2는 PSA 준위에 따른 증류수와 지하수의 백그라운드 계수율을 도시화 한 것으로 증류수와 지하수의 평균 계수율을 이용하였다. 지하수의 백그라운드가 PSA 준위에 따라서 증류수 보다 크게는 10배 정도 높으며, PSA 100 부근에서는 약 5배가 높게 나타났다. 이것은 측정 전에 라돈을 제거시켜주어도 미량의 라돈이나 혹은 라듐, 우라늄과 같은 알파방출 핵종이 남아 있기 때문일 것으로 추측된다.
- 7%에 도달했다. 측정효율 산출을 위한 실험에서는 30일의 평형도달기간을 주었는데 이 경우, 실제보다 약 0.3% 낮은측정효율을 얻었다. 만일 0.
- 잔류라돈인 경우 일정 기간 동안 주기적으로 측정하여 붕괴곡선을 그려보면 바로 알 수 있고, 만일 라듐(끄61&)이 존재한다면 백그라운드 측정 후 약 30일 후에 2차 측정하여 라듐 혹은 라돈에 의한 영향을 보정해 주어야 한다. 측정효율은 지하수의 일반 화학성분의 농도에 따라서 약 10% 정도 차이가 있고, 특히 인위적으로 클로로포름을 첨가하여 약 2% 정도 농도가 되었을 때 측정효율이 20% 정도 낮아짐을 확인하였다.
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