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감마분광분석을 이용한 원료물질 및 공정부산물 중 226Ra 신속분석방법
A Rapid Analysis of 226Ra in Raw Materials and By-Products Using Gamma-ray Spectrometry 원문보기

Journal of nuclear fuel cycle and waste technology = 방사성폐기물학회지, v.15 no.1, 2017년, pp.35 - 44  

임충섭 (한국원자력연구원) ,  정근호 (한국원자력연구원) ,  김창종 (한국원자력연구원) ,  지영용 (한국원자력연구원)

초록
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감마분광분석 시스템 상에서는 $^{226}Ra$(186.2 keV)과 $^{235}U$(185.7 keV)가 방출하는 감마선 에너지의 피크 중첩이 발생한다. $^{226}Ra$의 직접분석을 위해서는 중첩된 피크로부터 $^{235}U$의 기여를 제거해주거나 보정상수를 이용하여 실제 $^{226}Ra$의 방사능 값으로 보정 해주어야 한다. $^{235}U$가 방출하는 다른 감마선 피크를 참조하여 $^{235}U$의 기여를 제거할 경우 복잡한 수계산이 필요하며, 참조피크에서 기인하는 큰 불확도로 인해 높은 정량한계를 갖는다. 반면에 보정상수를 이용하여 $^{226}Ra$을 평가할 경우 간단한 계산으로 평가가 가능하며, 간접측정시 요구되는 $^{222}Rn$의 용기건전성과 방사평형 복구기간이 필요하지 않아 $^{226}Ra$의 신속 측정시 유용한 방법이다. 따라서 해당 방법을 통해 원료물질 3종과 공정부산물 3종, 총 93여개 시료에 대해서 보정상수로 산출된 $^{226}Ra$의 방사능 농도와 방사평형 된 $^{214}Bi$의 방사능 농도의 비교를 통해 유효성을 확인하였다. 대부분 ${\pm}20%$ 내에서 유효하였지만 인산석고의 경우 약 50%의 오차를 보였다. 이는 보정상수를 유도하기 위한 가정 중 $^{238}U$$^{226}Ra$의 방사평형 관계가 달라진 것으로 판단된다. 특이성을 반영한 보정상수를 적용하여 $^{226}Ra$의 방사능 농도에 대한 유효성을 평가한 결과 약 ${\pm}10%$로 좀 더 정밀한 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 산출된 보정상수를 통한 $^{226}Ra$의 방사능 농도 평가 방법은 복잡한 수계산이 필요하지 않고 용기선택으로부터 자유로우며 방사평형 복구를 위한 기간이 필요하지 않아 원료물질 및 공정부산물의 $^{226}Ra$의 신속한 농도 분포 평가시 유효한 방법이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A gamma-ray peak of $^{226}Ra$ (186.2 keV) overlaps with one of $^{235}U$ (185.7 keV) in a gamma-ray spectrometry system. Though reference peaks of $^{235}U$ can be used to correct the peak interference of $^{235}U$ in the analysis of $^{226}Ra$...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내 유통 중인 원료물질 및 공정부산물을 대상으로 보정상수를 이용하여 226Ra의 신속 측정 가능성을 평가하였다. 이를 위해 먼저 과거 원자력연구원에 천연방사성핵종의 분석을 위해 의뢰되었던 시료들 중 빈도수 별로 원료물질 3종과 공정 부산물 3종 총 93여개 시료를 선정하였고 보정을 통해 산출된 226Ra의 방사능과 간접측정으로 방사평형이 복구된 214Bi의 방사능을 비교함으로써 유효성을 평가 하였다.
  • 이 중 우라늄 붕괴계열 내 방사평형 깨짐이 보이는 시료에 대해서는 중첩된 피크로부터 226Ra의 실제 기여율을 분석하였고, 시료의 특이성을 반영한 보정상수를 산출하였다[9]. 이 보정상수를 통해 분석된 226Ra의 방사능 농도와 214Bi의 방사능 농도를 비교함으로써 원료물질 및 공정부산물의 대한 226Ra의 신속한 농도 분포 예측 가능성에 대해서 평가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
226Ra에 대한 방사능 농도 분석이 증가하는 이유는 무엇인가? 4mSv 중 약 53%에 이른다[1]. 이러한 위험성으로 인해 생활주변방사선안전관리법에서는 천연방사성핵종에 대한 체계적인 안전관리 준수 및 종사자 및 일반인의 방사선피폭 방지 또는 저감을 위해 226Ra에 대한 방사능 농도 분석이 점차 증가하고 있는 실정이다[2].
226Ra과 딸핵종들은 인간에게 어떤 영향을 미치는가? 천연방사성핵종 중 238U과 붕괴계열 핵종들은 암석과 토양 중 다양한 농도로 존재한다. 이 중 226Ra과 딸핵종들은 인간이 받는 자연방사선 중 상당부분의 피폭을 일으키며, 특히 222Rn은 불활성 기체로써 흡입으로 인해 발생하는 피폭량은 일반적인 거주 형태의 인간이 받는 연간 평균 유효선량 2.4mSv 중 약 53%에 이른다[1]. 이러한 위험성으로 인해 생활주변방사선안전관리법에서는 천연방사성핵종에 대한 체계적인 안전관리 준수 및 종사자 및 일반인의 방사선피폭 방지 또는 저감을 위해 226Ra에 대한 방사능 농도 분석이 점차 증가하고 있는 실정이다[2].
중첩된 간섭피크를 제거하기 위해 어떤 방법이 사용되는가? 226Ra이 방출하는 감마선 피크로부터 직접적인 측정을 위해서는 반드시 중첩된 간섭피크(peak interference)를 제거 해야만 한다[3]. 이러한 제거과정은 복잡한 수 계산을 수반하며 결과값에 대해 높은 정량한계를 가지고 있어 226Ra의 평가를 위해 주로 간접측정법(indirect method)이 사용된다[4]. 간접측정법은 딸 핵종의 농도로 모 핵종의 농도를 추정하는 방법이다.
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참고문헌 (15)

  1. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, Exposures of the Public and Workers from Various Sources of Radiation, UNSCEAR 2008 Report, 1-249 (2010). 

  2. Nuclear Safety and Security Commission, Enforcement Ordinances of the Act on Safety Control of Radioactive Rays around Living Environment, Nuclear Security and Safety Commission (Radiation Safety Division), Law No. 13542 (2012). 

  3. M. Omar, "Gamma-Ray Interference and Emission Probability Selection in The Determination of Natural Radionuclide Concentration using Gamma Spectrometry", J. of Nuclear & Related Technologies., 6(2), 78-88 (2009). 

  4. B. Tucker, J. Donakowski, and H. David, "Comparison of Activity Determination of Radium-226 in FUSRAP Soil using Various Energy Lines", Waste Management Conference, February 26 - March 1, USA (2012). 

  5. F. De Corte, H. Umans, D. Vandenberghe, A. De Wispelarere, and P. Van den haute, "Direct gamma-spectrometric measurement of the $^{226}Ra$ 186.2 keV line for detecting $^{238}U/^{226}Ra$ disequilibrium in determining the environmental dose rate for the luminescence dating of sediments", Appl. Radiat. Isot., Vol.63, 589-598 (2005). 

  6. Y.Y. Ji, K.H. Chung, J.M. Lim, C.J. Kim, M.J. Kang, S.T. Park, Z.H. Woo, B.C. Koo, and B.K. Seo, "Feasibility about the Direct Measurement of $^{226}Ra$ Using the Gamma-Ray Spectrometry", JNFCWT, 12(2), 97-105 (2014). 

  7. Y.Y. Ebaid, S.A. El-Mongy, and K.A. Allam, " $^{235}U$ -g emission contribution to the 186 keV energy transition of $^{226}Ra$ in environmental samples activity calculations", International congress, Vol.1276, 409-411 (2005). 

  8. J.R. Giles, "TAN TSF-07 Pond Radium-226 Concentration and Corrections." Idaho national Engineering and Environmental Laboratory, 1-32, ER-WAG1-1018 (1998). 

  9. Y.Y. Ji, J.M. Lim, H.C. Kim, C.J. Kim, C.S. Lim, and K.H. Chung, "Limitations of gamma-ray spectrometry in the quantification of $^{238}U$ and $^{232}Th$ in raw materials and by-products", J. Radioanal Nucl Chem., DOI 10.1007/s10967-016-4978-z (2016). 

  10. K. Haddad, "True coincidence summing correction determination for $^{214}Bi$ principal gamma lines in NORM samples", J. Radioanal Nucl Chem., Vol. 300, 829-834 (2014). 

  11. M. Jang, Y.Y. Ji, C. J. Kim, W.N. Lee, and M.J. Kang, "Dependence Evaluation of the Self-absorption Correction Factor for p-type High Purity Germanium Detector Characteristics", JNFCWT, 13(4), 295-300 (2015). 

  12. A.J. Poole, D.J. Allington, A.J. Baxter, and A.K. Young, "The natural radioactivity of phosphate ore and associated waste products discharged into the eastern Irish Sea from a phosphoric acid production plant". Sci. Total Environ., vol.173/174, 137-149 (1995). 

  13. B. Pierre, "Technology and Economics of The Wet Process", Fertilizer Science and Technology Series, vol.6, 1-740 (1989). 

  14. A.C. Patra, "Disequilibrium of Naturally Occurring Radionuclides and Distribution of Trace Elements in A Highly Mineralised Zone", Homi Bhabha National Institute(Doctor's thesis), 1-239 (2010). 

  15. G.H. Chung, G.S. Choi, M.J. Kang, Y.H. Jo, Y.Y. Ji, J.M. Lim, H.C. Kim, M Jang, C.J. Kim, and D.W. Park , Development of methods for the determination of $^{235,238}U$ , $^{226}Ra$ , $^{232}Th$ and $^{40}K$ in raw materials or byproducts, KAERI-CR-529 (2013). 

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