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비파괴검사 분야에서 방사선원의 위치 확인을 위한 산화납 기반 방사선 검출기 설계에 관한 연구
The Study on Design of lead monoxide based radiation detector for Checking the Position of a Radioactive Source in an NDT 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.11 no.4, 2017년, pp.183 - 188  

안기정 (인제대학교 부산백병원 방사선종양학과)

초록
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최근, 감마선 조사기의 자동 원격 조사 제어기가 오동작하여 방사선작업종사자가 방사선 피폭 사고가 지속적으로 보고되고 있다. 이에 NDT 분야에서는 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하기 위한 방사선원 모니터링 시스템 구축에 많은 시간과 재원을 투자하고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 비파괴검사장비에 범용적으로 적용할 수 있는 방사선원 위치 모니터링 시스템의 개발을 위한 선행연구로써 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 산화납 기반 방사선 검출기에 대한 감마선 응답 특성을 모의 추정하였다. 연구 결과, 방사선 검출기의 최적화 두께는 방사선원에서 방사되는 감마선 에너지에 따라 상이하며 에너지가 증가함에 따라 최적화 두께가 점차 증가하는 것으로 나타났다. 결론적으로 PbO 기반 방사선 검출기의 최적화 두께는 Ir-192에 대하여 $200{\mu}m$, Se-75 $150{\mu}m$, Co-60 $300{\mu}m$로 분석되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 범용적으로 적용하기 위하여 2차 전자 평형을 고려한 PbO 기반 방사선 검출기의 적절한 두께는 $300{\mu}m$로 평가되었다. 이러한 결과는 차후 다양한 NDT 장비에 범용적으로 적용하기 위한 방사선원 위치 모니터링 시스템을 개발 시 방사선 검출기에서 요구되는 적절한 두께를 결정하는데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In recent years, the automatic remote control controller of the gamma ray irradiator malfunctions, and radiation workers are continuously exposed to radiation exposure accidents. In the non-destructive testing field, much time and resources are invested in establishing a radioactive source monitorin...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서 방사선원에 따른 방사선 검출기의 최적화 두께를 평가하고자 상대적인 흡수선량을 평가하였다. 이때, 기하학적 구조는 방사선 검출기 하단을 선원 가이드 튜브 표면으로부터 10 mm에 구현하였다.
  • 본 연구에서는 방사선원에서 노출되는 방사선 에너지에 대한 상대적인 흡수선량 (Relative Absorption Dose)의 분석을 위하여 방사선 검출기를 구현하였다. 이때, 시뮬레이션 결과를 얻기 위한 Tally specification card는 F6 Tally를 통하여 방사선 검출기에서 흡수될 확률을 5 × 107 번의 샘플링을 통해 모의 추정하였다.
  • 이러한 방사선원 위치 모니터링 시스템에서 방사선 검출기는 방사선원의 위치를 검증하기 위한 핵심 소재로써 일반적으로 2차 전자평형이 이루어지는 두께인 최대선량지점 보다 방사선 검출기의 두께가 얇을 경우 측정 오차가 크기 때문에 2차 전자평형이 이루어지는 두께를 고려해야만 한다. 이에 본 연구에서는 다양한 NDT 장비에 범용적으로 적용할 수 있는 방사선원 위치 모니터링 시스템의 개발을 위한 선행연구로써 MC 시뮬레이션을 통해 PbO 기반 방사선 검출기에 대한 감마선 응답 특성을 모의 추정하였다. 연구 결과, 방사선 검출기의 최적화 두께는 방사선원에서 방사되는 감마선 에너지에 따라 상이하며 에너지가 증가함에 따라 최적화 두께가 점차 증가하는 것으로 나타났다.
  • 하지만 아직까지 다양한 NDT 장비에 범용적으로 적용할 수 있는 방사선원 위치 모니터링 시스템은 기술적 어려움으로 개발되지 못하고 있으며 이에 대한 개발의 필요성은 점차 증가하고 있다. 이에 본 연구에서는 방사선원에서 방사되는 감마선을 통하여 위치를 검출할 수 있는 산화납 (Lead monoxide, 이하 PbO) 기반 방사선 검출기를 개발하기 위한 선행 연구로써 몬테카를로 (Monte Carlo, 이하 MC) 시뮬레이션을 수행하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
방사선으로 인한 산업재해를 미연에 방지하는 근본적인 방안은 무엇인가? [1] 이러한 산업재해는 하인리히의 법칙에 따르면 보고되고 있는 방사선 피폭 사고 보다 더 많은 잠재적 사고의 위험성이 있을 가능성이 있다. 이러한 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하는 근본적인 방안은 방사선원의 위치를 직접적으로 검증하는 것이다.[2,3] 이에 NDT 분야에서는 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하기 위한 방사선원 모니터링 시스템 구축에 많은 시간과 재원을 투자하고 있다.
NDT의 목적은? NDT (Non-destructive inspection)의 목적은 제품에 대한 모양이나 기능을 변화시키지 않고 내부에 존재하는 결함을 영상화함으로써 품질을 검증하는 것이다. 최근, 감마선 조사기의 자동 원격 조사 제어기가 오동작하여 방사선작업종사자가 방사선 피폭 사고가 지속적으로 보고되고 있다.
MCNP (Los Alamos National Laboratory, USA Ver.X) 코드란 무엇인가? 본 연구에서는 전 세계적으로 검증된 방사선 수송 모의 코드인 MCNP (Los Alamos National Laboratory, USA Ver.X) 코드를 이용하여 감마선에 대한 방사선 검출기의 특성을 모의 추정하였다.
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참고문헌 (13)

  1. S. Prakarn, Radiological Accident in samut Prakarn, International Atomic Energy Agency, Vienna, pp. 1-52, 2002. 

  2. M. Eman, "Dose Assessment for Some Industrial Gamma Sources with an Application to a Radiation Accident", Open Journal of Modeling and Simulation, Vol. 2, No. 1, pp. 4-11, 2014. 

  3. G. T. Joo, J. S. Shin, D. E. Kim, J. H. Song, S. H. Cho and H. K. Chang, "Development of Automatic Remote Exposure Controller for Gamma Radiography", Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing, Vol. 22, No. 5, pp. 490-499, 2002. 

  4. K. T. Kim, J. H. Kim, M. J. Han, Y. J. Heo, K. J. Ahn, S. K. Park, "The Study on Design of Semiconductor Detector for Checking the Position of a Radioactive Source in an NDT", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 11, No. 3, pp. 171-175, 2017. 

  5. S. K. Park, Y. S. Ahn and D. S. Gil, "The study on Radiation source optimization for boiler tube weldments", Journal of the Korean Welding Society, Vol. 28, No. 4, pp. 9-13, 2010. 

  6. K. M. Oh, M. S. Yoon, M. W. Kim, S. H. Cho, S. H. Nam, J. K. Park, "Radiation detector materials development with multi-layer by hetero-junction for the reduction of leakage current", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 3, No. 1, pp. 9-13, 2009. 

  7. Y. K. Lee, M. S. Yon, D. H. Kim, S. L. Chun, B. D. Jung, J. G. Park, C. W. Mun, S. H. Nam, "The study of X-ray detection characteristic and fabrication photoconductor film thickness for Screen printing method", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 3, No. 2, pp. 11-16, 2009. 

  8. S. H. Jung, Y. S. Kim, Y. B. Kim, M. W. Kim, K. M. Oh, M. S. Yun, S. H. Nam, J. K. Park, "The study of PbO's sintering effect for high efficiency x-ray detection sensor", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 3, No. 3, pp. 37-40, 2009. 

  9. S. C. Noh, S. S. Kang, B. J. Jung, I. H. Choi, C. H. Cho, Y. J. Heo, J. S. Yoon, J. K. Park, "The Design and Fabrication of Conversion Layer for Application of Direct-Detection Type Flat Panel Detector", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 6, No. 1, pp. 73-77, 2012. 

  10. I. H. Choi, S. J. Noh, J. E. Park, J. K. Park, S. S. Kang, "The Fabrication and Evaluation of HgI2 Semiconductor Detector as High Energy X-ray Dosimeter Application", Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 8, No. 7, pp. 383-387, 2014. 

  11. S. Almaviva, M. Marinelli, E. Milani, A. Tucciarone, G. Verona-Rinati, R. Consorti, A. Petrucci, F. De Notaristefani, I. Ciancaglioni, "Synthetic single crystal diamond diodes for radiotherapy dosimetry." Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, Vol. 594, No. 2, pp. 273-277, 2008. 

  12. M. Simon, R. A. Ford, A. R. Franklin, S. P. Grabowski, B. Menser, G. Much, A. Nascetti, M. Overdick, M. J. Powell and D. U. Wiechert, "Analysis of lead oxide (PbO) layers for direct conversion X-ray detection.", IEEE Transactions on nuclear science, Vol. 52, No. 5, pp. 2035-2040, 2005. 

  13. https://physics.nist.gov/PhysRefData/XrayMassCoef/ElemTab/z82.html 

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