NaI(Tl) 섬광검출기로 측정한 에너지 스펙트럼으로부터 공간 감마 선량률을 계산하기 위하여 에너지밴드 방법과 G-factor 방법의 결과를 비교 검토하였다. 먼저 한국원자력연구원 내 운영 중인 환경방사선감시기 EFRD 3300에 장착된 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) 검출기의 G-factor를 MCNP 모델링을 통하여 입사 방사선의 방향에 따라 각각 구하였으며, 이로부터 계산된 선량률과 에너지밴드 방법으로 계산된 결과의 차이를 비교 검토함으로써 EFRD 3300에 적용 가능한 최적의 G-factor 값을 유도하였다. 그리고 EFRD 3300 방사선감시기가 운영되고 있는 지역 주변에 위치한 HPIC 방사선감시기의 선량률과 비교 검토를 수행하였으며, 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) 검출기 기반의 EFRD 3300에서 $7.7{\mu}R/h$의 측정값을 얻어 약 $3{\mu}R/h$ 정도의 차이를 보였다. 일반적으로 HPIC 방사선감시기는 고에너지 우주방사선량도 측정할 수 있는 것으로 알려져 있으므로, 이 차이는 3"${\Phi}X3$" NaI 계측기로 측정되지 못하는 고에너지 영역의 우주방사선에 의한 영향으로 평가할 수 있었다.
NaI(Tl) 섬광검출기로 측정한 에너지 스펙트럼으로부터 공간 감마 선량률을 계산하기 위하여 에너지밴드 방법과 G-factor 방법의 결과를 비교 검토하였다. 먼저 한국원자력연구원 내 운영 중인 환경방사선감시기 EFRD 3300에 장착된 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) 검출기의 G-factor를 MCNP 모델링을 통하여 입사 방사선의 방향에 따라 각각 구하였으며, 이로부터 계산된 선량률과 에너지밴드 방법으로 계산된 결과의 차이를 비교 검토함으로써 EFRD 3300에 적용 가능한 최적의 G-factor 값을 유도하였다. 그리고 EFRD 3300 방사선감시기가 운영되고 있는 지역 주변에 위치한 HPIC 방사선감시기의 선량률과 비교 검토를 수행하였으며, 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) 검출기 기반의 EFRD 3300에서 $7.7{\mu}R/h$의 측정값을 얻어 약 $3{\mu}R/h$ 정도의 차이를 보였다. 일반적으로 HPIC 방사선감시기는 고에너지 우주방사선량도 측정할 수 있는 것으로 알려져 있으므로, 이 차이는 3"${\Phi}X3$" NaI 계측기로 측정되지 못하는 고에너지 영역의 우주방사선에 의한 영향으로 평가할 수 있었다.
The energy band and the G-factor method were compared to determine the exposure rate from the measured spectrum using a NaI(Tl) scintillation detector. First, G-factors of a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector mounted to a EFRD 3300, which means the environmental radiation monitor, in Korea At...
The energy band and the G-factor method were compared to determine the exposure rate from the measured spectrum using a NaI(Tl) scintillation detector. First, G-factors of a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector mounted to a EFRD 3300, which means the environmental radiation monitor, in Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) were calculated for several directions of incident photons through the MCNP modeling, and the optimum G-factor applicable to that monitor was then determined by comparing the results both the energy band method and the G-factor method. The results for these spectrometric determinations were also compared with the dose rate from a HPIC radiation monitor around a EFRD 3300. The measured value at the EFRD 3300 based on a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector was $7.7{\mu}R/h$ and its difference was shown about $3{\mu}R/h$, when compared with the results from a HPIC radiation moditor. Since a HPIC is known to be able to measure cosmic rays with the relatively high energy, the difference between them was caused by cosmic rays which were not detected in a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector.
The energy band and the G-factor method were compared to determine the exposure rate from the measured spectrum using a NaI(Tl) scintillation detector. First, G-factors of a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector mounted to a EFRD 3300, which means the environmental radiation monitor, in Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) were calculated for several directions of incident photons through the MCNP modeling, and the optimum G-factor applicable to that monitor was then determined by comparing the results both the energy band method and the G-factor method. The results for these spectrometric determinations were also compared with the dose rate from a HPIC radiation monitor around a EFRD 3300. The measured value at the EFRD 3300 based on a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector was $7.7{\mu}R/h$ and its difference was shown about $3{\mu}R/h$, when compared with the results from a HPIC radiation moditor. Since a HPIC is known to be able to measure cosmic rays with the relatively high energy, the difference between them was caused by cosmic rays which were not detected in a 3"${\Phi}X3$" NaI(Tl) detector.
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문제 정의
본 연구에서는 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기를 장착한 방사선감시기로부터 측정된 네가지 에너지 영역대에서의 계수율로부터 에너지밴드 방법을 이용한 해당 지역의 공간 감마 선량률을 구하기 위하여 제작사가 실험을 통하여 제시한 비례식[8]을 사용하였다.
제안 방법
EFRD 3300 방사선감시기로 3월간 측정된 매 15 분간의 스펙트럼 중 하루 당 3 개의 스펙트럼을 이용하여 Gfactor에 의한 선량률을 계산하였다. 먼저, 스펙트럼의 에너지 교정을 위하여 Fig.
EFRD 3300 방사선감시기로부터 매 15 분마다 측정되는 스펙트럼을 이용하여 에너지밴드 방법 및 G-factor 방법에 의한 조사선량률을 각각 계산하여 서로 비교해 보았다. 이때, Table 1에서와 같이 세 종류의 한정된 비교적 높은 에너지 영역대에서의 계수율로부터 선량률을 구하는 방법과 저에너지 150 keV 이상부터 3.
NaI(Tl) 검출기 기반의 방사선감시기를 이용하여 한국 원자력연구원 내 임의 지역에서의 환경방사선량률을 모니터링하였으며, 그 결과를 인접한 장소에서 측정된 HPIC의 결과와 비교하였다. 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기 기반의 EFRD 3300에서 7.
4 MeV까지의 전 에너지 영역대의 계수율로부터 선량률을 구하는 두 가지 방법에 대한 결과를 비교 검토함으로써 EFRD 3300를 이용한 공간 감마 선량률 측정에 적용할 수 있는 최적의 방법을 도출하였다. 그리고 감마선의 입사방향에 따른 G-factor 를 도출하여 측정된 스펙트럼으로부터 선량률을 각각 계산하였으며, 이를 에너지밴드 방법의 결과와 비교함으로써 적용 가능한 최적의 G-factor를 EFRD 3300에 대하여 도출하였다.
그리고 사용한 EFRD 3300 방사선감시기의 3“ΦX3” NaI(Tl)에 적용될 수 있는 다양한 선량환산 방법을 검토하였다.
7에 같은 지역에서 HPIC와 EFRD 3300 방사선감시기를 이용하여 측정한 선량률을 나타내었다. 기본적으로 EFRD 3300의 결과는 15 분간 측정된 스펙트럼으로부터 계산한 하루당 3 개의 결과이며, HPIC의 결과는 EFRD 의 15 분을 포함한 시간대의 1 시간동안의 평균값을 사용 하였다. 평균적으로 HPIC로 측정한 선량률은 10.
에너지밴드 방법에 의한 EFRD 3300 결과 값과의 비교를 위하여, 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기에 대한 G-factor를 여러 입사 감마선의 각도에 대해 각각 구하였으며, 입사 감마선의 각도 변화에 따른 선량률 변화를 G-factor 방법으로 계산하여 그 값을 비교해 보았다. 먼저 Fig. 2에 EFRD 3300방사선감시기의 G-factor를 구하기 위한 MCNP 모델링을 도식화 하였으며, 입사 감마선이 검출기 축의 수직방향과 위, 아래의 수평방향으로 각각 입사할 때를 가정하여 감마선 에너지 50 keV에서부터 3 MeV까지 에너지별 반응함수를 구하였다. 에너지별 반응함수를 50x50 행렬로 만들고 이에 대한 역행렬을 취한 후, 식 (4)를 이용하여 G-factor 를 도출하였다.
EFRD 3300 방사선감시기로 3월간 측정된 매 15 분간의 스펙트럼 중 하루 당 3 개의 스펙트럼을 이용하여 Gfactor에 의한 선량률을 계산하였다. 먼저, 스펙트럼의 에너지 교정을 위하여 Fig. 5와 같이 세 종류의 자연방사성 핵종 피크들인 583 keV, 1461 keV, 및 2615 keV를 활용했으며, 계수가 시작되는 채널을 일정하게 유지시켰다. 에너지 교정이 끝난 스펙트럼에 Fig.
본 연구에서는 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기를 장착한 방사선감시기를 이용하여 약 15분 간격으로 측정되는 스펙트럼들로부터 에너지밴드 및 G-factor 방법을 각각 이용하여 공간 감마 선량률을 계산하였으며, 그 차이를 비교해 보았다.
본 연구에서는 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기를 장착한 방사선감시기에 대한 G-factor를 직접 계산하였으며, 이로부터 구한 선량률과 에너지밴드 방법을 이용하여 계산한 선량률 결과를 비교하였다.
에너지밴드 방법에 의한 EFRD 3300 결과 값과의 비교를 위하여, 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기에 대한 G-factor를 여러 입사 감마선의 각도에 대해 각각 구하였으며, 입사 감마선의 각도 변화에 따른 선량률 변화를 G-factor 방법으로 계산하여 그 값을 비교해 보았다.
EFRD 3300 방사선감시기로부터 매 15 분마다 측정되는 스펙트럼을 이용하여 에너지밴드 방법 및 G-factor 방법에 의한 조사선량률을 각각 계산하여 서로 비교해 보았다. 이때, Table 1에서와 같이 세 종류의 한정된 비교적 높은 에너지 영역대에서의 계수율로부터 선량률을 구하는 방법과 저에너지 150 keV 이상부터 3.4 MeV까지의 전 에너지 영역대의 계수율로부터 선량률을 구하는 두 가지 방법에 대한 결과를 비교 검토함으로써 EFRD 3300를 이용한 공간 감마 선량률 측정에 적용할 수 있는 최적의 방법을 도출하였다. 그리고 감마선의 입사방향에 따른 G-factor 를 도출하여 측정된 스펙트럼으로부터 선량률을 각각 계산하였으며, 이를 에너지밴드 방법의 결과와 비교함으로써 적용 가능한 최적의 G-factor를 EFRD 3300에 대하여 도출하였다.
그리고 사용한 EFRD 3300 방사선감시기의 3“ΦX3” NaI(Tl)에 적용될 수 있는 다양한 선량환산 방법을 검토하였다. 종래에 적용되던 에너지밴드 방법 외에 G-factor 방법을 도입하기 위하여 MCNP 모델링을 통한 EFRD 3300의 G-factor를 입사 방사선의 방향에 따라 각각 구하였다. 그결과 검출기 축에 수직한 방향으로 입사하는 감마선에 대한 반응함수로부터 유도된 G-factor를 EFRD 3300에 적용할 경우, 기존의 에너지밴드 방법으로 계산된 선량률 결과와 G-factor에 의한 선량률 결과가 거의 일치하였으며, 따라서 EFRD 3300에 적용 가능한 최적의 G-factor 값을 유도할 수 있었다.
이론/모형
6. Exposure rate from the G-factor method.
성능/효과
3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기 기반의 EFRD 3300에서 7.7 μR/h의 측정값을 얻어, 두 측정 결과에서약 3.1 μR/h의 차이가 발생하였으며, 이는 해당 지역에서의 고에너지 우주방사선에 기인한 값으로 판단할 수 있 었다.
7 % 높은 결과로 조사되었다. EFRD 3300 방사선감시기에는 두 가지 방법에 따른 환경방사선량률을 각각 제시할 수 있는 기능이 있으며, 큰 차이는 없으나 적용한 에너지밴드 방법에서 두 결과가 서로 상이한 이유는 해당 방법의 변환 계수를 결정하기 위하여 EFRD 3300에서 측정된 선량률과 HPIC의 선량률 결과를 비교함에 있어서 HPIC의 우주방사선 측정부분을 배제하지 못한 채, 두 결과를 비교함에서 비롯되었다고 판단된다.
결과적으로 EFRD 3300 방사선감시기는 해당 변환계수를 적용함에 있어서 우주방사선의 영향을 무시할 수 없을 것으로 판단되며, 1.32 MeV 이상의 한정된 세 가지 에너지 영역대에서의 계수율로부터 선량률을 환산하는 방법은 그 영향이 작을 것으로 판단되어 세 에너지 영역대에서 계산된 선량률의 합인 평균 7.9 μR/h이 EFRD 3300으로 측정된 적절한 선량률로 판단된다.
종래에 적용되던 에너지밴드 방법 외에 G-factor 방법을 도입하기 위하여 MCNP 모델링을 통한 EFRD 3300의 G-factor를 입사 방사선의 방향에 따라 각각 구하였다. 그결과 검출기 축에 수직한 방향으로 입사하는 감마선에 대한 반응함수로부터 유도된 G-factor를 EFRD 3300에 적용할 경우, 기존의 에너지밴드 방법으로 계산된 선량률 결과와 G-factor에 의한 선량률 결과가 거의 일치하였으며, 따라서 EFRD 3300에 적용 가능한 최적의 G-factor 값을 유도할 수 있었다.
본 연구에서는 3“ΦX3” NaI(Tl) 검출기를 장착한 방사선감시기를 이용하여 약 15분 간격으로 측정되는 스펙트럼들로부터 에너지밴드 및 G-factor 방법을 각각 이용하여 공간 감마 선량률을 계산하였으며, 그 차이를 비교해 보았다. 그리고 NaI(Tl) 방사선감시기가 운영되고 있는 주변에 위치한 HPIC 방사선감시기의 결과로부터 NaI 계측기로 측정되지 못하는 고에너지 영역의 우주방사선 영향을 평가할 수 있었다.
3의 입사감마선에 따른 G-factor 값의 변화에서 보듯이, 수직으로 입사할 때의 G-factor 값이 전 에너지에 걸쳐 가장 작았으며, 수평방향으로 위에서 아래로 입사하는 감마선을 가정하였을 때의 G-factor 값은 수직 방향보다 약간 큰 값을 보였다. 그리고 수평방향 아래에서 위로 입사하는 감마선의 경우는 다른 G-factor들에 비해, 특히 낮은 감마선 에너지에서 상대적으로 큰 G-factor 값들을 나타내었다. 이는 일반적인 NaI(Tl) 검출기의 방향의존성과 비교하여 Fig.
그리고 이 들의 합에 의한 총 환경방사선량률은 약 7.9 μR/h로 평가되었으며, 전 에너지 영역대에서의 계수율로 평가된 총 선량률은 약 8.4로 비교적 고 에너지의 세 영역대에서 계산된 총 선량률에 비해 약 6.7 % 높은 결과로 조사되었다.
일반적으로 우주방사선의 영향은 지역마다 차이가 있 으며, 선량 변환계수 결정시 NaI(Tl) 검출기의 스펙트럼에서 우주방사선을 제외한 스펙트럼의 총 에너지 계수율은 HPIC로 측정된 선량률에서 우주방사선을 제외한 선량률에 비례하기 때문에[9] 두 방사선감시기의 결과를 비교치로 사용할 때 우주방사선의 영향을 배제함이 바람직하다. 따라서 위 두 결과의 차이는 서로 다른 에너지 영역대에서 선량률을 환산하기 때문에 우주방사선의 영향이 다름으로 인한 결과로 판단되며, 150 keV부터 3.4 MeV의 전에너지 영역의 계수율로부터 선량률을 계산하는 방법보다 산란 우주방사선의 영향이 비교적 적은 한정된 세 에너지 영역대에서만의 계수율로 평가하는 방법이 합리적일 수 있다. 결과적으로 EFRD 3300 방사선감시기는 해당 변환계수를 적용함에 있어서 우주방사선의 영향을 무시할 수 없을 것으로 판단되며, 1.
먼저 입사 감마선의 방향이 검출기 축에 평행하게 지표면으로부터 입사한다고 가정할 경우, 평가된 선량률은 10 μR/h 이상의 과대평가된 결과를 얻었으며, 감마선의 방향이 검출기 축에 수직한 방향으로 가정할 경우, 평균적으로 7.7 μR/h로 평가되어 에너지밴드 방법에서 계산된 결과와 거의 일치하였다.
7 μR/h로 평가되어 에너지밴드 방법에서 계산된 결과와 거의 일치하였다. 일반적으로 무한 평면인 지표면에 분포된 자연방사성핵종들과 지표면에서 빠져나와 대기 중에 있는 자연방사성핵종들로부터의 감마선이 지상 1 m 높이에서 지표면과 반대 방향을 보고 있는 검출기에 입사할 때, 검출기 축에 대하여 수직한 방향으로 입사하는 감마선의 빈도가 수평 방향에 비해 클 것으로 예상되기 때문에, G-factor를 이용한 선량률 계산 방법에서 입사 감마선의 방향을 검출기 축에 수직한 방향으로 가정하고 계산한 G-factor를 활용하는 것이 바람직함을 알 수 있다.
평균적으로 HPIC로 측정한 선량률은 10.8 μR/h 로 평가되었으며, EFRD의 결과와는 약 3.1 μR/h의 차이를 보였다.
평균적으로 U 계열에 의한 선량률은 1.7 μR/h, Th 계열에 의한 선량률은 2.8 μR/h, 그리고 40K에 의한 선량률은 3.4 μR/h로 계산되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
가압 전리함의 기능은?
일반적으로 원자력시설 주변의 환경방사선량률을 감시하기 위한 검출기로는 가압 전리함(HPIC, high pressure ion chamber)이 널리 활용되고 있다. 이 검출기는 주변 방사선에 대한 안정적인 선량률 측정을 할 수 있는 장점이 있지만 감마선의 에너지를 구별하지 않고 일정 시간동안의 선량률을 제시하기 때문에 스펙트럼 획득을 통한 핵종 판별 등으로 인공 방사선에 대한 기여를 파악할 수 없는 단점이 있다.
가압 전리함의 장점 및 단점은?
일반적으로 원자력시설 주변의 환경방사선량률을 감시하기 위한 검출기로는 가압 전리함(HPIC, high pressure ion chamber)이 널리 활용되고 있다. 이 검출기는 주변 방사선에 대한 안정적인 선량률 측정을 할 수 있는 장점이 있지만 감마선의 에너지를 구별하지 않고 일정 시간동안의 선량률을 제시하기 때문에 스펙트럼 획득을 통한 핵종 판별 등으로 인공 방사선에 대한 기여를 파악할 수 없는 단점이 있다. 그러나 NaI(Tl) 섬광검출기로 측정한 에너지 스펙트럼으로부터 선량률을 계산하는 분광분석 기반의 조사선량률 결정방법은 인공 감마핵종의 기여를 직접 확인하고 평가할 수 있다는 장점 때문에 환경 방사선감시기에 도입되고 있는 추세이다.
에너지 스펙트럼으로부터 조사선량률을 계산하는 방법은?
에너지 스펙트럼으로부터 조사선량률을 계산하는 방법으로는 이론적으로 계산된 에너지별 플루언스(fluence) 와 스펙트럼 상에서 측정된 전에너지흡수 피크의 참면적 (net area)과의 비교로부터 선량률을 계산하는 피크 방법 (peak method)[1∼4]과 검출된 피크들의 참면적을 결정 하는 대신 임의의 에너지 영역대(band 또는 window)를 설정하여 그 영역대에서 측정된 계수율로부터 선량률을 계산하는 에너지밴드 방법[1∼3], 그리고 사용하는 분광검출기에 대한 감마선 에너지별 반응함수를 이론적으로 계산하여 이로부터 에너지 스펙트럼상의 채널별로 계수율당 조사선량률 함수를 구하는 G-factor 방법[5∼7]으로 나눌 수 있다.
참고문헌 (10)
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H.L. Beck, J. DeCampo and C. Gogolak., "In situ Ge(Li) and NaI(Tl) gamma-ray spectroscopy", HASL-258 (1972).
M.S. Lee, "Determination of the exposure conversion coefficient for 3" ${\times}$ 3" NaI spectrum", J. Korean Asso. Radiat. Prot., 26(2), pp. 73-78 (2001).
J.S. Jun, C.Y. YI, H.S. Chai and H. Cho, "Calculation of spectrum to dose conversion factors for a NaI(Tl) scintillation detector using the response matrix", J. of the Korean Physical Society, 28(6), pp. 716-726 (1995).
G. Cho, H.K. Kim, H. Woo, G. Oh and D.K. Ha, "Electronic dose conversion technique using a NaI(Tl) detector for assessment of exposure dose rate from environmental radiation", IEEE transactions on nuclear science, 45(3), pp. 981-985 (1998).
Y.Y. Ji, D.S. Hong, T.K. Kim, K.K. Kwak and W.S. Ryu, "Application of the dose conversion factor for a NaI(Tl) detector to the radwaste drum assay", Radiation Measurement, vol. 46, pp. 503-509 (2011).
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