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문제 정의
- 액체섬광계수기의 전원을 켜고 background 표준물, unquenched 3H 및 14C 표준물을 이용하여 SNC (self normalization counting)을 실행하여 광전자 증배관의 전압을 조절하였다. 본 연구에서는 계수영역, vial의 크기와 형태, cocktail의 선택, 측정시간, 바탕값 등에 대하여 최적의 조건을 확립하여 액체섬광계수기 시스템을 최적화하였다.
- 본 연구에서는 알파, 베타 및 감마 방출 핵종에 대하여 측정 가능한 측정기를 선정하였으며, 각각의 방사성 핵종분석을 위하여 방사능 측정 시스템을 구성하였고, 방사능 측정 시스템의 바탕값 및 검출효율을 주기적으로 측정하고 품질관리를 위한 관리도를 작성하여, 측정기의 안전성을 확보하고 분석결과에 대한 신뢰도를 향상시키고자 하였다. 또한 각 측정기의 바탕값 및 검출효율로부터 측정기의 최소검출방사능 농도를 설정하였다.
제안 방법
- Low background 알파/베타 계수기의 동작전압을 알파모드에서 690 V, 알파/베타 동시 모드에서 1,470 V로 설정하였고, 알파 및 알파/베타 동시모드에서의 각각 50분씩 10회 측정하여 평균 바탕값을 구하였다.
- Low background 알파/베타 계수기의 품질 관리를 위하여 low background 알파/베타 계수기를 동시 모드에서 동작 전압을 1,500 V로 설정하고 바탕값을 50 분씩 측정하였으며, 이 측정값을 이용하여 Fig. 8에서 나타낸 바와 같이 관리도를 작성하고 1σ, 2σ 및 평균값을 표시하였다.
- 감마선 분광분석기의 바탕값 및 검출효율을 교정하기 위하여 방사성 표준선원으로 실린더 형 혼합선원 (01-Apr-2010, 10MIX414, KRISS)을 사용하였으며, 액체섬광계수기의 바탕값 및 검출효율을 교정하기 위한 방사성 표준선원으로는 PerkinElmer에서 시판되는 background standard (Jan-2009, PPN 6008511, PPN 6008511, PerkinElmer), unquenched 3H standard (274,000 dpm, 20-Oct-2009, PPN 6008500) 및 unquenched 14C standard (127,200 dpm, 20-Oct-2009, PPN 6008500)를 사용하였다.
- 감마선 분광분석기의 바탕값 측정을 하기 위하여 감마분광분석기(HPGe, EG&G ORTEC)의 전원을 켜고 검출기가 정상 작동하는지 확인하고 납 차폐체안에 시료가 없는 상태에서 일정시간(10,000 sec) 동안 감마선 스펙트럼을 측정하여 다중채널파고기의 전 채널에 대한 바탕값을 얻었다.
- 감마선분광분석기(HPGe, EG&G ORTEC)의 전원을 켜고, 검출기의 전압을 검출기의 특성에 따라 3500 V로 천천히 올렸다.
- 감마선분광분석기의 품질관리를 위하여 감마선 혼합선원(241Am/ 137Cs/ 60Co)을 이용하여 계수율, 반치폭(FWHM, full width half maximum) 및 실제 피크와 라이브러리 에너지 사이의 차이 등을 측정하였으며 이를 이용하여 관리도를 작성하고 1σ, 2σ 및 평균값을 표시하였다.
- H 소광 표준물을 제조하였다. 또한 14C 소광표준물 역시 10개의 20 mL 바이알에 섬광체로서 permafluore 10 mL와 carbasorb 10 mL를 넣고, 14C 방사성 표준물(128,200 dpm, 03-Jul-2009)을 넣은 후 소광체로서 니트로메탄을 점진적으로 증가시켜 14C 소광 표준물을 제조 하였다. 3H 및 14C 소광 표준물을 이용하여 3H (0~18.
- 본 연구에서는 알파, 베타 및 감마 방출 핵종에 대하여 측정 가능한 측정기를 선정하였으며, 각각의 방사성 핵종분석을 위하여 방사능 측정 시스템을 구성하였고, 방사능 측정 시스템의 바탕값 및 검출효율을 주기적으로 측정하고 품질관리를 위한 관리도를 작성하여, 측정기의 안전성을 확보하고 분석결과에 대한 신뢰도를 향상시키고자 하였다. 또한 각 측정기의 바탕값 및 검출효율로부터 측정기의 최소검출방사능 농도를 설정하였다.
- 방사성 시료의 감마 방출 핵종을 분석하기 위한 감마선분광분석기는 p형 반도체 검출기(GEM-30185-P, EG & G), 주 증폭기(672, EG & G) 및 다중채널파고 분석기(919, EG & G)로 구성되었다. 또한 감마선 스펙트럼 측정 시 누설 전류를 방지하기 위하여 검출기 외부에 설치한 대용량 액체질소 통(180 L)을 스테인리스 스틸 관으로 연결하였다.
- 5% 이하인 지점을 베타 측정의 인가 전압으로 설정하였다. 또한 바탕값 및 검출효율을 측정하여 시스템을 최적화하였다.5,6
- 5% 이하인 지점을 알파 측정의 인가 전압으로 설정하였다. 또한 베타선원을 이용하여 인가 전압을 600~1,620 V까지 30 V씩 올리면서 계수율을 측정하여 베타 플라토우 그라프를 그리고 슬로프가 2.5% 이하인 지점을 베타 측정의 인가 전압으로 설정하였다. 또한 바탕값 및 검출효율을 측정하여 시스템을 최적화하였다.
- 감마선분광분석기(HPGe, EG&G ORTEC)의 전원을 켜고, 검출기의 전압을 검출기의 특성에 따라 3500 V로 천천히 올렸다. 방사선원을 검출기 위에 올려 놓고 검출기에서 나오는 신호를 다중채널파고기에 의하여 확인하고 신호의 크기 및 에너지를 다중채널파고기의 증폭기 이득을 조절하여 coarse gain 50 그리고 Fine gain을 0.9로 조절하였다.4
- 방사성 시료의 감마 방출 핵종을 분석하기 위한 감마선분광분석기는 p형 반도체 검출기(GEM-30185-P, EG & G), 주 증폭기(672, EG & G) 및 다중채널파고 분석기(919, EG & G)로 구성되었다.
- 소광 효과에 따른 검출효율을 교정하기 위하여 10개의 20 mL 바이알에 섬광체로서 ultima gold XR 15 mL를 넣고, 3H 방사성 표준물(285,200 dpm, 06-Jun-2009)을 일정하게 넣은 후 소광체로서 니트로메탄을 점진적으로 증가시켜 3H 소광 표준물을 제조하였다. 또한 14C 소광표준물 역시 10개의 20 mL 바이알에 섬광체로서 permafluore 10 mL와 carbasorb 10 mL를 넣고, 14C 방사성 표준물(128,200 dpm, 03-Jul-2009)을 넣은 후 소광체로서 니트로메탄을 점진적으로 증가시켜 14C 소광 표준물을 제조 하였다.
- 알파선 및 베타선을 방출하는 핵종의 방사능 세기를 측정하기 위하여 기체비례계수기를 사용하였으며 low background 알파/베타 계수기의 동작전압을 설정하기 위하여 알파선원을 이용하여 인가 전압을 0~1,200 V까지 30 V씩 올리면서 계수율을 측정하여 알파 플라토우 그라프를 그리고 슬로프가 2.5% 이하인 지점을 알파 측정의 인가 전압으로 설정하였다. 또한 베타선원을 이용하여 인가 전압을 600~1,620 V까지 30 V씩 올리면서 계수율을 측정하여 베타 플라토우 그라프를 그리고 슬로프가 2.
- 액체섬광계수기에 의한 3H 및 14C에 대한 관리도를 작성하기 위하여 unquenched 표준물(3H, 14C 및 BKG series, PerkinElmer)를 이용하여 3H 및 14C 영역에서의 바탕값, 검출효율, FOM (figure of merit) 및 χ(ChiSquare) 값을 구하여 Fig. 9 및 Fig. 10에 보인 바와 같이 관리도를 작성하고 1σ, 2σ 및 평균값을 나타내었다.
- 액체섬광계수기의 전원을 켜고 background 표준물, unquenched 3H 및 14C 표준물을 이용하여 SNC (self normalization counting)을 실행하여 광전자 증배관의 전압을 조절하였다.
- 측정하려는 시료와 같은 기하학적 구조를 갖는 혼합감마선 표준용액을 검출기에 올리고 일정시간 동안 측정하여 감마선 스펙트럼을 얻었다. 표준선원의 감마선 스펙트럼을 이용하여 다중채널파고기의 채널에 따른 에너지 교정곡선을 Fig.
대상 데이터
- 에서 시판되고 있는 210Po 2" planchet 알파선원(631 Bq, 01-Jan-2009, GG472) 및 90Sr 2" planchet 베타선원 (506 Bq, 15-Dec-2008, S-134)을 이용하였다.
이론/모형
- 감마선 분광분석기의 최소검출방사능은 NUREG 4.16에서 정의된 방법을 사용하였다.7
성능/효과
- 감마선분광분석기의 최소검출방사능은 137 Cs 영역에서 3.2 Bq/g, low background 알파/베타 계수기는 알파 및 베타 영역에서 각각 1.9 Bq/g, 3.7 Bq/g 이었으며 액체섬광계수기는 3H영역에서 3.1 Bq/g, 14C영역에서 2.2 Bq/g로 각각 나타났다.
- 방사능 측정기의 품질관리를 위하여 주기적으로 바탕값, 검출효율 등을 측정하고 관리도를 작성함으로써 측정기의 안전성을 확보하였고, 방사성 시료에 대한 방사능 측정 신뢰도를 향상시켰다. 감마선분광분석기의 바탕값의 평균은 2.
- 액체섬광계수기의 최소검출방사능을 구하기 위하여 바탕값을 측정 하였을 때, 3H 영역에서 바탕값은 2.5 cpm 이고 검출효율은 58.5% 이었으며 방사성폐기물 0.2 g을 20 mL의 산에 용해한 후 1 mL를 취하여 50 분간 측정하였다면 최소검출방사능은 3.1 Bq/g 이었으며, 또한 14 C영역에서의 바탕값은 3.7 cpm 이었고 검출효율이 95.3% 일때 최소검출방사능은 2.2 Bq/g 이었다.
- 이때 알파 바탕값의 평균은 0.16± 0.09 cpm 이었고, 알파선 검출효율은 39.3±0.95% 이었으며 베타 바탕값은 0.90±0.23 cpm 이었으며, 베타선 검출효율 46.5±1.08% 이었다.
후속연구
- 2 Bq/g로 각각 나타났다. 본 연구에서는 검출 한계를 낮추고자 저준위 측정 시스템을 도입 하였으며 이를 이용하여 향후 시료량 및 측정시간을 적정 분배하고 주위의 바탕 값을 가능한 한 낮추어 최소검출방사능을 낮게 설정함으로써 시료의 측정 가능한 범위를 확대하는 실험을 계속 진행할 계획이다.
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