p-type HPGe 검출기 특성에 따른 밀도 보정인자 의존도 평가 Dependence Evaluation of the Self-Absorption Correction Factor for p-type High Purity Germanium Detector Characteristics원문보기
HPGe 검출기를 이용하여 밀도가 다양한 환경시료에 대한 정밀 분석시 정확한 분석을 위해서는 밀도보정인자가 필요하다. 밀도에 대한 보정인자를 구하기 위해서 본 연구에서는 몬테카를로 코드인 MCNPX 코드를 사용하여 크리스털의 높이, 지름 및 코어의 크기와 같은 특성이 다른 세 대의 p-type HPGe 검출기를 모사하고 밀도 $1g/m^3$의 교정용 표준시료를 이용하여 모델링을 검증하였다. 검증을 통하여 모델링을 확정한 후 0.3, 0.6, 0.9, 1.0, 1.2, $1.5g/m^3$ 밀도를 가진 샘플에 대한 효율을 시뮬레이션하고 밀도보정인자를 도출하였다. 도출된 각 검출기에 대한 밀도보정인자를 비교하였을 때 전 에너지 범위에서 그 차이가 거의 없음을 확인하였으며 이는 검출기의 크리스털과 같은 주요 특성에 대해 밀도보정인자가 독립적임을 의미한다.
HPGe 검출기를 이용하여 밀도가 다양한 환경시료에 대한 정밀 분석시 정확한 분석을 위해서는 밀도보정인자가 필요하다. 밀도에 대한 보정인자를 구하기 위해서 본 연구에서는 몬테카를로 코드인 MCNPX 코드를 사용하여 크리스털의 높이, 지름 및 코어의 크기와 같은 특성이 다른 세 대의 p-type HPGe 검출기를 모사하고 밀도 $1g/m^3$의 교정용 표준시료를 이용하여 모델링을 검증하였다. 검증을 통하여 모델링을 확정한 후 0.3, 0.6, 0.9, 1.0, 1.2, $1.5g/m^3$ 밀도를 가진 샘플에 대한 효율을 시뮬레이션하고 밀도보정인자를 도출하였다. 도출된 각 검출기에 대한 밀도보정인자를 비교하였을 때 전 에너지 범위에서 그 차이가 거의 없음을 확인하였으며 이는 검출기의 크리스털과 같은 주요 특성에 대해 밀도보정인자가 독립적임을 의미한다.
The precise determination of the activity for each radionuclide in environmental samples requires the self-absorption correction factor. In this research, we derived the self-absorption correction factor for three p-type high purity germanium detectors using the Monte Carlo code MCNPX. These detecto...
The precise determination of the activity for each radionuclide in environmental samples requires the self-absorption correction factor. In this research, we derived the self-absorption correction factor for three p-type high purity germanium detectors using the Monte Carlo code MCNPX. These detectors have different characteristics such as crystal diameter, height and size of the core. We compared the calculated full-energy peak efficiency with the experimental value using a standard sample with $1g/m^3$ density and verified the modeling. We simulated the dependency of the full-energy peak efficiency on the 0.3, 0.6, 0.9, 1.0, 1.2 and $1.5g/m^3$ samples and obtained the corresponding self-absorption correction factor. The self-absorption correction factors calculated for the three detectors differ by less than 1% over most of the energy range and sample densities considered. This indicates that the self-absorption correction factors are independent of the crystal characteristics of HPGe detector.
The precise determination of the activity for each radionuclide in environmental samples requires the self-absorption correction factor. In this research, we derived the self-absorption correction factor for three p-type high purity germanium detectors using the Monte Carlo code MCNPX. These detectors have different characteristics such as crystal diameter, height and size of the core. We compared the calculated full-energy peak efficiency with the experimental value using a standard sample with $1g/m^3$ density and verified the modeling. We simulated the dependency of the full-energy peak efficiency on the 0.3, 0.6, 0.9, 1.0, 1.2 and $1.5g/m^3$ samples and obtained the corresponding self-absorption correction factor. The self-absorption correction factors calculated for the three detectors differ by less than 1% over most of the energy range and sample densities considered. This indicates that the self-absorption correction factors are independent of the crystal characteristics of HPGe detector.
즉 계측 효율에 가장 크게 영향을 미칠 수 있는 크리스털의 지름과 높이를 포함한 형태 특성 및 크기에 대한 고려가 필요하므로 검출기가 달라질 경우에는 새로운 모사가 필요할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 몬테카를로 코드인 MCNPX 코드를 사용하여 크리스털과 같은 주요 특성이 다른 세대의 HPGe 검출기를 모사하고 실제 실험을 통하여 모델링을 검증한 이후 밀도보정인자 F (selfabsorption correction factor)를 도출함으로써 검출기의 특성에 따른 밀도보정인자의 의존도를 평가하였다.
제안 방법
본 연구에서는 크리스털 및 코어와 같은 효율 측정에 중요한 영향을 미치는 주요 특성이 다른 p-type 고순도 게르마늄 검출기에 대해 모델링하고 실제 표준시료를 이용하여 실험값과 시뮬레이션 값을 비교함으로써 모델링을 검증하였다. 이는 dead layer에 의해 저에너지 영역에서 생길 수 있는 실험값과 계산값의 차이를 줄이기 위함이며 이를 통해 모델링을 확정하였다.
본 연구에서는 크리스털 및 코어와 같은 효율 측정에 중요한 영향을 미치는 주요 특성이 다른 p-type 고순도 게르마늄 검출기에 대해 모델링하고 실제 표준시료를 이용하여 실험값과 시뮬레이션 값을 비교함으로써 모델링을 검증하였다. 이는 dead layer에 의해 저에너지 영역에서 생길 수 있는 실험값과 계산값의 차이를 줄이기 위함이며 이를 통해 모델링을 확정하였다. 이 결과를 바탕으로 전 에너지에 걸쳐 0.
대상 데이터
본 연구에서는 Table 1과 같이 세 가지 p-type 검출기에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 통하여 효율을 구하였다. 세 검출기 모두 효율은 30%으로 동일하나 크리스털과 코어 등 주요 특성이 모두 다르다.
데이터처리
검증된 모델을 바탕으로 마리넬리 1리터 비이커에 담긴 샘플의 밀도 변화에 따른 효율을 MCNPX 코드를 이용하여 구하였으며 검출기 I에 대한 결과는 Table 2와 같다. 즉 교정용 표준시료의 밀도인 1 g/cm3와 비교하였을 때 낮은 밀도에서는 저에너지 영역에서 효율의 차이가 있음을 확인할 수 있다.
이론/모형
1과 같다. MCNPX 코드를 이용하여 계측기의 효율을 비교하기 위해서 F8 tally를 사용하였으며 history number는 108개로 설정하였다. 또한 시뮬레이션 결과 statistical error는 5% 이하임을 확인하였다.
성능/효과
이는 dead layer에 의해 저에너지 영역에서 생길 수 있는 실험값과 계산값의 차이를 줄이기 위함이며 이를 통해 모델링을 확정하였다. 이 결과를 바탕으로 전 에너지에 걸쳐 0.3, 0.6, 0.9, 1.2, 1.5 g/cm3 밀도에 대한 밀도보정인자를 도출하였으며, 그 결과 그 차이가 크지 않아 밀도보정인자가 크리스털과 같은 검출기의 주요 특성에 독립적임을 확인하였다. 다만 본 연구에서는 일부 p-type의 HPGe 검출기만 다루었기 때문에 다른 다양한 p-type 및 n-type HPGe 검출기에 대한 추가 검증 및 연구가 필요하다고 판단된다.
후속연구
5 g/cm3 밀도에 대한 밀도보정인자를 도출하였으며, 그 결과 그 차이가 크지 않아 밀도보정인자가 크리스털과 같은 검출기의 주요 특성에 독립적임을 확인하였다. 다만 본 연구에서는 일부 p-type의 HPGe 검출기만 다루었기 때문에 다른 다양한 p-type 및 n-type HPGe 검출기에 대한 추가 검증 및 연구가 필요하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
감마 스펙트로메트리는 어디에 사용되는가?
감마 스펙트로메트리는 환경시료 중 천연방사능핵종 혹은 인공핵종을 분석하기 위하여 자주 이용되며 그 중 정밀분석을 위해 가장 많이 사용되는 장비는 HPGe 검출기 (High Purity Germanium Detector, 고순도 게르마늄 검출기)이다. 환경시료에 대한 정확한 방사능 농도 분석을 위해서는 우선 기준물질을 이용하여 주어진 기하학적 구조를 바탕으로 효율 교정이 이루어진다.
저에너지 감마선에서 밀도 보정이 중요한 이유는 무엇인가?
5 g/cm3까지 다양한 범위의 밀도를 가진 환경시료에 적용하기 위해서는 밀도에 대한 보정이 필요하다. 저에너지 감마선의 경우 밀도 차이에 의한 self-attenuation에 의해 분석 결과가 크게 달라질 수 있으므로 밀도 보정은 환경시료를 정확하게 분석하는데 있어 중요한 역할을 하게된다[1]. 밀도에 의한 효율 보정은 실험적 혹은 이론적으로 접근 가능하지만 실험적으로 각 밀도에 대한 보정인자를 구하기 위해서는 다양한 밀도를 가지는 시료들을 준비해야 하는 번거로움이 있다.
밀도 보정의 장단점은 무엇인가?
저에너지 감마선의 경우 밀도 차이에 의한 self-attenuation에 의해 분석 결과가 크게 달라질 수 있으므로 밀도 보정은 환경시료를 정확하게 분석하는데 있어 중요한 역할을 하게된다[1]. 밀도에 의한 효율 보정은 실험적 혹은 이론적으로 접근 가능하지만 실험적으로 각 밀도에 대한 보정인자를 구하기 위해서는 다양한 밀도를 가지는 시료들을 준비해야 하는 번거로움이 있다. 이를 대체할 수 있는 방법으로는 주로 몬테카를로 시뮬레이션을 이용한 코드 사용이 가능하며 이에 대한 연구는 계속해서 진행되어 왔다[2-4].
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.