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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 원자력이용시설이 확보하고 있는 stand up-type과 bed-type의 전신계수기인 Canberra 사의 Fastscan과 Accuscan을 대상으로, 국제기준에 따른 성능검사를 수행하였다. 그리고 1차 내부피폭 발생을 모니터링하기 위한 Fastscan으로도 Accuscan의 정확도와 정밀도를 확보할 수 있는지 통계적으로 비교했다.
- 본 연구에서는 국내 원자력이용시설에서 보유한 두 종의 전신계수기의 성능을 평가하였고, 그 결과로 통계적인 분석을 수행하였다. 성능평가 결과, Fastscan의 경우 57Co(122 keV)에서의 평균 상대편중이 몇몇 기관에서 국제기준을 벗어났다.
가설 설정
- 본 연구에서 수행하고 있는 두 전신계수기의 각 핵종에 따른 평균 상대편중과 상대정밀도의 정규성 검정(Shapiro-Wilk Test)은 Table 2에 보여주는 이상치를 제외한 값을 이용하여 수행하였고, 정규분포라고 할 수 있는 결과가 산출되었다. 하지만, 표본의 수가 적기 때문에 t-분포라고 가정하여 두 종류의 전신계수기를 통계적으로 분석했다.
제안 방법
- 본 연구에서는 국내 원자력이용시설이 확보하고 있는 stand up-type과 bed-type의 전신계수기인 Canberra 사의 Fastscan과 Accuscan을 대상으로, 국제기준에 따른 성능검사를 수행하였다. 그리고 1차 내부피폭 발생을 모니터링하기 위한 Fastscan으로도 Accuscan의 정확도와 정밀도를 확보할 수 있는지 통계적으로 비교했다.
- 교정이 완료된 6대의 Fastscan과 5대의 Accuscan을 평가했다. Fastscan은 stand up-type으로써, 차폐체로 둘러싸인 평행한 2대의 검출기로 이루어졌다(Fig.
- 모든 기관의 전신계수기는 RMCⅡ를 사용하여 교정되었으며, 본 연구에서 성능평가를 위한 팬텀도 RMCⅡ가 사용되었다. RMCⅡ는 CANBERRA사에 의해 개발되었으며 전신계수기를 교정하도록 디자인되었다[9,10].
- 이는 전신계수기를 교정할 때와 같은 배치이다. 본 연구는 전신 측정에 대한 성능평가가 목적이므로 전신 측정용 Cavity에 실린더형 선원을 넣고 측정했다.
- 포함된 방사성핵종은 57Co, 137Cs, 54Mn, 60Co으로 구성되었다. 60Co를 제외한 세 가지 핵종의 방사능은 국제표준화기구(ISO)와 미국표준협회(ANSI)에서 제시한 최소시험준위보다 높은 값이 되도록 제작하였다. 여기에서 최소시험준위는 측정에서의 탐지한계로 해석되는 것이 아니라, 시료가 다른 방사성 핵종으로부터 간섭을 받지 않는다고 가정할 때, 시험 기관이 시료의 상대편중과 상대정밀도를 평가하기 위한 적절한 최소량이다[13,14].
- 블라인드 테스트를 위해 참여기관에게 인증표준물질의 방사성핵종은 알리되 방사능을 알리지 않은 상태로 방사능을 측정하도록 했다. 결과는 각 기관으로부터 방사능과 최소검출방사능, 에너지, 측정시간, 효율교정 그리고 최소검출방사능의 결과지를 수집했다.
- 블라인드 테스트를 위해 참여기관에게 인증표준물질의 방사성핵종은 알리되 방사능을 알리지 않은 상태로 방사능을 측정하도록 했다. 결과는 각 기관으로부터 방사능과 최소검출방사능, 에너지, 측정시간, 효율교정 그리고 최소검출방사능의 결과지를 수집했다. 그리고 각 기관에 각각 코드를 할당하여 평가했다.
- 결과는 각 기관으로부터 방사능과 최소검출방사능, 에너지, 측정시간, 효율교정 그리고 최소검출방사능의 결과지를 수집했다. 그리고 각 기관에 각각 코드를 할당하여 평가했다.
- 온도 및 습도 등 환경적 영향에 민감한 NaI(Tl)이 장착된 Fastscan의 경우 10회 측정하였다. 그리고 측정자가 연속된 5회의 데이터를 선택하여 제출하도록 했다. 이는 환경적 영향으로 인한 계수오류를 어느정도 배제하기 위해서이다.
- 이는 환경적 영향으로 인한 계수오류를 어느정도 배제하기 위해서이다. 측정시간은 평가자들이 판단하는 각 장비에 대한 최적시간에 따라 A1장비 2분, A5장비 4분 그리고 그외 장비는 1분을 측정하였다. Accuscan의 경우 각각 5회 연속 측정하였으며 B4장비 5분, B5장비 30분 그리고 그 외 10분을 측정하였다.
- 측정시간은 평가자들이 판단하는 각 장비에 대한 최적시간에 따라 A1장비 2분, A5장비 4분 그리고 그외 장비는 1분을 측정하였다. Accuscan의 경우 각각 5회 연속 측정하였으며 B4장비 5분, B5장비 30분 그리고 그 외 10분을 측정하였다.
- 2-5). 그리고 일련의 데이터의 분포를 왜곡시킬 수 있는 이상치 값을 판별했다. 박스플롯은 양적 자료에 이상치가 있는지 판단할 때 유용하며, 이상치는 일사분위수와 삼사분위수로부터 사분위수의 1.
- 정밀도를 평가하기 위해 상대정밀도를 평가하였다. 상대정밀도는ANSI N13.
- 온도 및 습도 등 환경적 영향에 민감한 NaI(Tl)이 장착된 Fastscan의 경우 10회 측정하였다. 그리고 측정자가 연속된 5회의 데이터를 선택하여 제출하도록 했다.
대상 데이터
- 전신계수기의 성능 검사용 선원으로는 한국표준과학연구원에서 제작한 20 mL 크기의 혼합감마 인증표준물질이 사용되었다. 포함된 방사성핵종은 57Co, 137Cs, 54Mn, 60Co으로 구성되었다.
- 전신계수기의 성능 검사용 선원으로는 한국표준과학연구원에서 제작한 20 mL 크기의 혼합감마 인증표준물질이 사용되었다. 포함된 방사성핵종은 57Co, 137Cs, 54Mn, 60Co으로 구성되었다. 60Co를 제외한 세 가지 핵종의 방사능은 국제표준화기구(ISO)와 미국표준협회(ANSI)에서 제시한 최소시험준위보다 높은 값이 되도록 제작하였다.
- 전체적인 데이터의 넓은 분포 때문에 이상치는 없지만, 낮은 에너지에서 Fastscan의 정확성에 대한 불안전성을 보여주고 있다. 박스플롯을 이용한 이상치 판별 결과, 총 7개의 이상치가 발견되었다. 일련의 데이터에서 관찰된 극단적인 값(이상치)은 데이터분석에 있어 심각한 오류일 수 있어, 데이터의 집합에 포함되지 않는 것으로 판단하고 통계적 분석에서는 제외하도록 하였다[15, 17].
데이터처리
- 전신계수기에 대한 정확도와 정밀도의 비교를 위해 미국표준협회(ANSI)와 보건물리학회(HPS)가 공동으로 개발한 내부피폭 측정장비에 대한 성능검사 기준인 평균 상대편중과 상대정밀도를 평가하고 통계적으로 비교했다.
- 각 기관의 전신계수기에 대한 평균 상대편중을 이용하여 그 값이 ‘0’이라고 할 수 있는지 t검정을 통해 평가했다.
- 본 연구에서 수행하고 있는 두 전신계수기의 각 핵종에 따른 평균 상대편중과 상대정밀도의 정규성 검정(Shapiro-Wilk Test)은 Table 2에 보여주는 이상치를 제외한 값을 이용하여 수행하였고, 정규분포라고 할 수 있는 결과가 산출되었다. 하지만, 표본의 수가 적기 때문에 t-분포라고 가정하여 두 종류의 전신계수기를 통계적으로 분석했다.
- 마지막으로 두 종류의 전신계수기의 성능을 비교하기 위해 이상치를 제외한 각 핵종별 평균 상대편중과 상대정밀도를 유의수준 5%에서 F검정 후, t검정하였다. 그 결과, 평균 상대편중의 경우 95% 신뢰도에서 137Cs(p=0.
- 마지막으로, 두 전신계수기에 대한 각 핵종별 평균 상대편중과 상대정밀도를 통계적으로 비교했다. 그 결과, 평균 상대편중의 경우 137Cs(p=0.
이론/모형
- 정밀도를 평가하기 위해 상대정밀도를 평가하였다. 상대정밀도는ANSI N13.30의 허용기준인 40%를 상한선으로 두었다.
성능/효과
- Co에서 매우 넓은 분포가 나타난 것으로 보인다. 전체적인 데이터의 넓은 분포 때문에 이상치는 없지만, 낮은 에너지에서 Fastscan의 정확성에 대한 불안전성을 보여주고 있다. 박스플롯을 이용한 이상치 판별 결과, 총 7개의 이상치가 발견되었다.
- 모든 것이 동등하다면, 결과의 분포에 대한 평균이 0이라고할 수 있어야 한다. 그 결과 모든 Accuscan 장비는 편중이 0이라 할 수 있지만, Fastscan의 경우에는 60Co(p=0.02)을 제외한 나머지 핵종에서 편중이 0이라고 판단할 수 있었다. 이는 Figure 9에서도 볼 수 있듯이, 이상치(A1)를 제외한 모든 기관의 60Co에서 평균 상대편중이 음의 값을 가지며, 평균은 –5.
- 마지막으로 두 종류의 전신계수기의 성능을 비교하기 위해 이상치를 제외한 각 핵종별 평균 상대편중과 상대정밀도를 유의수준 5%에서 F검정 후, t검정하였다. 그 결과, 평균 상대편중의 경우 95% 신뢰도에서 137Cs(p=0.03), 60Co(p=0.01) 핵종에 대해 Accuscan의 평균 상대편중이 더 작다고 할 수 있는 결과를 도출하였다. 상대정밀도의 경우 95% 신뢰도에서 57Co(p=0.
- 마지막으로, 두 전신계수기에 대한 각 핵종별 평균 상대편중과 상대정밀도를 통계적으로 비교했다. 그 결과, 평균 상대편중의 경우 137Cs(p=0.03), 60Co(p=0.01) 핵종에서 Accuscan 평균 상대편중이 더 작다고 할 수 있는 결과를 도출하였고 그 외 핵종에서는 다르지 않은 결과를 도출했다. Fastscan에서 57Co의 경우, 분포가 너무 넓어 통계적으로는 같은 평균 상대편중값이 나올 수 있었기 때문에 큰 의미를 부여할 순 없다.
- Fastscan에서 57Co의 경우, 분포가 너무 넓어 통계적으로는 같은 평균 상대편중값이 나올 수 있었기 때문에 큰 의미를 부여할 순 없다. 위 결과로부터 Fastscan이 Accuscan에 비해 전반적인 에너지 영역에서 정확도는 좋지 않음을 알수 있다. 하지만 정밀도의 경우 57Co(p=0.
- 001) 핵종에서 Fastscan이 더 크지 않다고 할 수 있는 결과를 도출하였고 그 외 핵종에 대해서는 다르지 않은 결과를 도출했다. 원자번호가 높고 부피가 큰 NaI는 고순도 게르마늄(HPGe)에 비해 계수효율이 더욱 좋아 짧은 시간을 측정했음에도 불구하고 정밀성을 확보할 수 있었다. 또한 Fastscan은 10회 측정 중 결과가 비슷한 연속된 5회의 측정값을 제출했기 때문에 좋은 정밀성을 확보하는데 영향을 미쳤다.
- 원자번호가 높고 부피가 큰 NaI는 고순도 게르마늄(HPGe)에 비해 계수효율이 더욱 좋아 짧은 시간을 측정했음에도 불구하고 정밀성을 확보할 수 있었다. 또한 Fastscan은 10회 측정 중 결과가 비슷한 연속된 5회의 측정값을 제출했기 때문에 좋은 정밀성을 확보하는데 영향을 미쳤다.
- 본 연구에서, Fastscan은 Accuscan에 비해 정확도가 좋다고 할 수 없지만, 정밀도는 통계적으로 다르지 않다고 할 수 있는 결과를 도출하였다. Fastscan의 평균 상대편중은 57Co의 저에너지 방사선 영역을 제외하고 모두 국제기준을 만족했으므로, 저 에너지를 방출하는 방사성핵종을 제외한다면, 정확성과 정밀도 측면에서 Fastscan만으로도 내부에 섭취된 방사성핵종의 방사능을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다고 판단된다.
- 본 연구에서는 국내 원자력이용시설에서 보유한 두 종의 전신계수기의 성능을 평가하였고, 그 결과로 통계적인 분석을 수행하였다. 성능평가 결과, Fastscan의 경우 57Co(122 keV)에서의 평균 상대편중이 몇몇 기관에서 국제기준을 벗어났다. 그리고 통계적 분석을 통해 이상치를 제외한 후 평균이 0이라고 할 수 있는 결과를 얻었지만 매우 넓은 분포를 얻었다.
- 성능평가 결과, Fastscan의 경우 57Co(122 keV)에서의 평균 상대편중이 몇몇 기관에서 국제기준을 벗어났다. 그리고 통계적 분석을 통해 이상치를 제외한 후 평균이 0이라고 할 수 있는 결과를 얻었지만 매우 넓은 분포를 얻었다. 그 원인은 일부 기관이 보유한 전신계수기의 효율교정이 낮은 에너지 영역에서 높게 설정된 것으로 보인다.
후속연구
- Fastscan의 평균 상대편중은 57Co의 저에너지 방사선 영역을 제외하고 모두 국제기준을 만족했으므로, 저 에너지를 방출하는 방사성핵종을 제외한다면, 정확성과 정밀도 측면에서 Fastscan만으로도 내부에 섭취된 방사성핵종의 방사능을 정확하고 정밀하게 측정할 수 있다고 판단된다. 위에서 언급한데로 Fastscan은 Accuscan에 비해 짧은 시간 측정으로 넓은 범위의 에너지 영역(300 keV이상)에서 정확성과 정밀성을 국제기준에 만족시킬 수 있어, 많은 방사선작업종사자를 보유한 원자력이용시설에서 일상모니터링에 사용될 수 있으며, 방사선비상 등 사고 시 긴급한 상황에서 내부피폭 측정에 유용하게 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.
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