[논문]효율을 적용한 마리넬리 비이커에서 HPGe 감마선 분광분석법의 동시합성보정

장은성; 이효영

doi:10.7742/jksr.2018.12.5.557

[국내논문] 효율을 적용한 마리넬리 비이커에서 HPGe 감마선 분광분석법의 동시합성보정
Coincidence Summing Corrections in HPGe Gamma Ray Spectrometry in Marinelli-beakers with Efficiency 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.12 no.5, 2018년, pp.557 - 563

장은성 (고신대학교 복음병원 방사선종양학과) , 이효영 (동의대학교 방사선학과)

초록
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동시 합성 보정 효과는 검출기의 효율이 향상할 때 그리고 선원과 검출기 사이의 거리가 가까울수록 크게 나타나는 것으로 알려져 있다. 점 선원($^{60}Co$)을 사용하여 검출기 중심축 방향 및 방사상 방향에서 거리에 따른 변화를 주어 P/T 비를 구하여 동시합성 보정을 하였다. 따라서 본 연구에서는 중심축 및 방사상 방향에서 동시합성 보정한 값들을 혼합부피선원(450 mL CRM source)에 적용하여 P/T에 따른 전체 피크효율 변화를 Geant4과 비교하였다. 또한 검출기와 시료가 아주 밀착된 상태에서 맵핑법에서 구한 효율을 환경시료 중에서 해양 시료인 미역에 적용하여 P/T 비의 적합성을 평가하고자 한다. 500 keV 이상의 효율의 영향을 받는 에너지 영역에 1,836 keV로 보정한 효율을 적용한 결과 측정값과 보정값의 상대오차는 3.2 % peak 효율이 보정되어 잘 일치하였다. 450 mL CRM source처럼 부피가 커질수록 P/T 비는 ${\pm}5%$까지 감소하였다. 이것은 검출기로부터 선원이 멀어짐에 따라 방출된 감마선의 산란이 많아지기 때문이며, 이처럼 P/T 변화는 동시합성 보정 피크 효율에 영향을 줌을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Coincidence summing correction effects are known to be greater as the efficiency of the detector increases and as the distance between the source and the detector increases. A point source($^{60}Co$) was used to vary the distance in the direction of the detector's center axis and in the radial direction to obtain the P/T ratio for Coincidence summing correction calibration. In this study, values for coincidence summing corrected calibration of the values in the central and radial directions were applied to the mixed volume source(450 ml CRM source) to compare the overall peak efficiency change according to P/T with Geant4. In addition, the efficiency obtained from the mapping method is applied to the seaweed, a marine sample, and the compatibility of the P/T ratio with the detector and sample very dose together. The efficiency corrected to 1,836 keV was applied to the energy zone affected by the efficiency of 500 keV and the relative error of the measured and corrected values was well matcched by the 3.2 % peak efficiency correction. As with 450 mL CRM source, the larger the volume, the lower the P/T ratio was by ${\pm}5%$. This is due to the increased scattering of gamma-rays emitted as the source becomes farther away from the detector, and this change in P/T has been confirmed to affect the Coincidence summing corrected peak efficiency.

주제어

표/그림 (8)

$Fig. 1. Cascade coincidence summing among the gamma ray emitted by beta decay of <TEX>$^{A}_{Z}X$</TEX>$ 그림 Fig. 1. Cascade coincidence summing among the gamma ray emitted by beta decay of $^{A}_{Z}X$
그림 Fig. 2. The source-detector geometry. The origin of (x, y, z) coordinate system. Left is the top of view and Right is Front of the HPGe.
그림 Fig. 3. Experimental HPGe Gamma-ray Set-Up.
그림 Fig. 4. 450 CRM source efficiencies for mixed gamma-ray source compared non coincidence with coincidence correction
그림 Fig. 5. Corrected efficiencies as a function of gamma ray energy for 450 mL CRM source geometry compared measured with Geant4.
그림 Fig. 6. Total gamma-ray coincidence summing factor for a point source ⁶⁰Co(1,173 keV) at various distance.
그림 Fig. 7. Effect of solid angle on true coincidence summing effects.
그림 Fig. 8. The gamma-ray energy spectra of a sea mustard sample.

AI 본문요약
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문제 정의

동시합성 보정한 값들을 혼합부피선원(450 mL CRM source)에 적용하여 P/T에 따른 전체 피크효율 변화를 비교하여 Geant4값들과 비교하였다. 그리고 환경 시료 중 해양 시료의 미역에 적용하여P/T비의 적합성을 평가하고자 한다.

가설 설정

따라서 동시합성에 의한 피크 크기의 변화는 Fig. 1의 (b) 붕괴로부터 유도될 수 있다. Fig.

제안 방법

5 cm (B)부터 15 cm (A)점에 점 선원 (⁶⁰Co)을 두고 측정하였다. 검출기 주변에서 P/T비를 구하기 위해 방사상 방향(B ,C, D, E, F) 모양으로 측정하여 맵핑하였다. 또한 혼합핵종표준선원 450 ml Marinelli beaker 사용하여 Geant4 값과 비교하였다.
각각의 기능별로 코드를 구현하여 각각의 필요한 기능만을 이용할 수 있게 했고, 필요한 다른 기능을 추가할 수 있는 확장성을 가질수 있게 되었다. 구현된 기능들은 Monte Carlo Simulation을 위한 구조체를 관리하는 기하 및 물질, 물체와 입자의 상호작용, 입자의 축절, 수치화 및 상호작용한 점의 관리, 사건과 경로의 관리, 시각화 및 사용자 인터페이스로 입자 물리학의 Monte Carlo Simulation을 위해 필요한 대부분 기능을 구현했다.^[10,11] 물리적인 계산은 대부분의 물리 모델을 이용할 수 있도록 만들어졌으며, Fig.
Co)을 사용하여 검출기 중심축방향 및 방사상 방향에서 거리에 따른 변화를 주어 P/T 비를 구하여 동시합성 보정을 하였다. 동시합성 보정한 값들을 혼합부피선원(450 mL CRM source)에 적용하여 P/T에 따른 전체 피크효율 변화를 비교하여 Geant4값들과 비교하였다. 그리고 환경 시료 중 해양 시료의 미역에 적용하여P/T비의 적합성을 평가하고자 한다.
동시합성 효과를 위해 표준혼합부피 선원 450 ml CRM Source의 P/T 비로부터 ⁶⁰Co, ⁸⁸Y로 방출되는 감마선의 효율에 대해 편차를 보정하였다. 또한 ⁶⁰Co, ⁸⁸Y의 동시합성효과 때문에 500 keV 이상의 에너지 영역에서 효율 문제 해결을 위해 보정할 수 있다^[11,13].
Co) 450 ml Marinelli beaker 사용하였다. 동시합성 효과에 영향을 받는 2개 핵종(⁶⁰Co, ⁸⁸Y)을 포함해서 효율을 보정하였다.
검출기 주변에서 P/T비를 구하기 위해 방사상 방향(B ,C, D, E, F) 모양으로 측정하여 맵핑하였다. 또한 혼합핵종표준선원 450 ml Marinelli beaker 사용하여 Geant4 값과 비교하였다. 보정한 효율 값들을 적용하여 환경시료 중 미역에 측정하였다.
또한 혼합핵종표준선원 450 ml Marinelli beaker 사용하여 Geant4 값과 비교하였다. 보정한 효율 값들을 적용하여 환경시료 중 미역에 측정하였다.
본 연구에서는 점 선원(⁶⁰Co)을 사용하여 검출기 중심축방향 및 방사상 방향에서 거리에 따른 변화를 주어 P/T 비를 구하여 동시합성 보정을 하였다. 동시합성 보정한 값들을 혼합부피선원(450 mL CRM source)에 적용하여 P/T에 따른 전체 피크효율 변화를 비교하여 Geant4값들과 비교하였다.

대상 데이터

감마선 에너지에서 P/T 비를 구하기 위해 점 선원 ⁶⁰Co, 혼합 부피 선원 (²⁴¹Am, ¹⁰⁹Cd, ⁵⁷Co, ¹³⁹Ce, ⁵¹Cr, ¹¹³Sn, ⁸⁵Sr, ¹³⁷Cs, ⁸⁸Y, ⁶⁰Co) 450 ml Marinelli beaker 사용하였다. 동시합성 효과에 영향을 받는 2개 핵종(⁶⁰Co, ⁸⁸Y)을 포함해서 효율을 보정하였다.

성능/효과

5에 나타내었다. 500 keV 이상의 효율의 영향을 받는 에너지 영역에 1,836 keV로 보정한 효율을 적용한 결과 측정값과 보정 값의 상대오차는 3.2% 피크 효율이 보정되어 잘 일치하였다.
차이는 효율에 의한 편차와 동시합성효과에 의한 편차이다. ⁶⁰Co, ⁸⁸Y의 동시합성에 의한 효과로 측정되는 계수 율이 낮아져 피크 효율이 교정되었다. 따라서 동시합성 효과 ²⁴¹Am(59.
또한 ⁶⁰Co, ⁸⁸Y의 동시합성효과 때문에 500 keV 이상의 에너지 영역에서 효율 문제 해결을 위해 보정할 수 있다^[11,13]. HPGe 검출기 마다 효율이 다르기 때문에 앞에서 보정한 방법을 이용하면 간단하고 쉽게 보정할 수 있음을 확인하였다.^[12-15] 또한 혼합부피 선원에서 구한 효율을 적용하여 부피가 다양한 환경시료에 적용할 수 있음을 확인하였다^[16.
그러므로 Fig. 7의 1, 2, 3, 4, 5처럼 맵핑함으로써 어떤 시료를 사용하더라도 효율을 구할 수 있음을 확인하였다. 또한 Fig.
그러므로 동시합성에 의한 효과로 측정되는 Y축의 증가, 감소 여부에 따라 계수율이 낮거나 높아져 피크 효율이 과소, 과대평가됨을 확인하였다. 450 ml CRM source처럼 부피가 커질수록 P/T 비는 ± 5% 까지 감소하였다.
21-22]. 따라서 연구자에 의한 실험에 드는 시간을 절약할 수 있으며, Monte Carlo simulation으로도 적용할 수 있음을 확인하였다.
그러므로 다양한 환경 시료의 효율에 적용하여 구할 수 있다^[22]. 또한, 다양한 검출기 크기에 적용할 수 있음을 확인 할 수 있었다.
6에서 보는 바와 같이 P/T 비는 검출기 축중심으로부터 거리에 따라 선형적으로 약간 감소 하고 있다. 전체적으로 3% 이내에서 잘 일치함을 확인하였다. 이처럼 P/T 비에서의 변화는 식(1)에 따라 동시합성 보정 피크 효율에 1% 미만의 영향을 주게 된다, 따라서 검출기 중심 및 방사상 방향에 놓여있는 교정용 선원(⁶⁰Co, 450 ml CRM source)의 경우 P/T 비는 항상 일정한 것으로 볼 수 있다.
8에는 맵핑에서 구한 효율 값들을 환경시료인 미역에 적용하였다^[19-20]. 효율 값들은 측정치 3% 이내에서 잘 일치함을 확인하였다. 따라서 각각의 점선원에 대한 효율을 구하면 다양한 실린더 비이커 뿐만 아니라 마리넬리 비이커 시료에 적용할 수 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	감마선 방출 핵종의 방사능 계산에서 동시 합성된 신호의 크기가 고려되야 하는 이유는?	검출기에 2개 이상의 감마선이 분해시간 이내에 검출되게 되면, 각각의 감마선 신호가 분리되지 않는다. 감마선 방출 핵종의 방사능 계산은 각각의 감마선이 분리된 신호로 검출된다는 것을 가정하고 있기 때문에 방사능 계산에 동시 합성된 신호의 크기가 고려되어야 한다. 이와 같은 동시합성 효과는 검출기의 효율이 향상할 때 그리고 선원과 검출기 사이의 거리가 가까울수록 크게 나타나는 것으로 알려져 있다.
	동시 합성 보정 효과가 크게 나타나는 경우는?	동시 합성 보정 효과는 검출기의 효율이 향상할 때 그리고 선원과 검출기 사이의 거리가 가까울수록 크게 나타나는 것으로 알려져 있다. 점 선원($^{60}Co$)을 사용하여 검출기 중심축 방향 및 방사상 방향에서 거리에 따른 변화를 주어 P/T 비를 구하여 동시합성 보정을 하였다.

참고문헌 (22)

Keyser, Ronald MRonald M., Susan E. Haywood, and Daniel L. Upp., "Performance of the True Coincidence Correction Method in Gamma Vision," Journal of Radioanalical and Nuclear Chemistry, Vol. 245, No. 4, pp. 185-188, 2000.

상세보기
McFarland, R. C. "Coincidence Summing Considerations When Using Marinelli-Beaker Geometries in Germanium Gamma-Ray Spectrometry," Radioactivity and Radiochemistry, Vol. 2, No. 3, pp. 72-74, 1991.
De Felice, Pierino, et al. "Fast Procedures for coincidence summing correction in Gamma-Ray Spectrometry," Applied Radiation and Isotopes, Vol. 52. No. 3, pp. 745-752, 2000.

상세보기
Blaauw, Menno, Sjoerd J. Gelsema. "Cascade summing in gamma-ray spectrometry in marinelli-beaker geometries: the third efficiency curve," Nuclear Instruments and Methods in Physicis Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 505, No. 1-2, pp. 311-315, 2003.
Garcia-Torano, Eduardo, Milagros Pozuelo, and Francesc Salvat, "Monte Carlo calculations of coincidence summing corrections for volume sources in gamma-ray spectrometry with Ge detectors," Nuclear Instruments and Methods in Physicis Research Section A: Acclerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Vol. 554, No. 3, pp. 577-583, 2005.
Garcia-Talavera, M., et al. "Coincidence summing corrections for the natural decay series in gamma-ray dpectrometry." Applied Radiation anf Isotopes Vol. 54, No. 5, pp. 769-776, 2001.

상세보기
S. H. Kim, "Evaluation of The Cascade Summing effect for HPGe Detector by Using The Cross Analysis Sample," Journal of Radiation Protection and Research. Vol. 30, No. 2, pp. 103-112, 2005.
M. S. Lee, "Study on the cascade summing correction for high efficiency HPGe detector," Journal of Radiation Protection and Research. Vol. 30, No. 3, pp. 107-112, 2005.
Giubrone, G., et al. "Calculation of Coincidence Summing Correction Factors for an HPGe detector using GEANT4," Journal of environmental radioactivity, Vol. 158-159, pp. 114-118, 2016.

상세보기
M. Lee, T. S. Park, J. K. Woo, "Coincidence summing effects in gamma ray spectrometry using a Marinelli beaker," Applied Radiation and Isotopes, Vol. 66, No. 6-7, pp. 799-803. 2008.

상세보기
M. C. Lepy. "Total efficiency calibration for coincidence summing corrections," Nuclear Instruments and. Methods in Physics Research, Vol. 579, No. 1, pp 284-287, 2007.

상세보기
C. C. Conti, I. C .P. Salinas, H. Zylberberg, "A detailed procedure to simualte an HPGe detector with MCNP5," Progress in Nuclear Energy, Vol, 66, pp. 35-40, 2013.

상세보기
C. S. Chaudhury, A. Goswami, et al., "Full energy peak efficiency calibration of HPGe detector for point and extended sources using Monte Carlo code," Journal of Radioanalitical and Nuclear Chemistry, Vol. 287, No. 3, pp. 701-708, 2010.
E, Tomarchio, "Coincidence summing correction equations in gamma-ray spectrometry with p-type HPGe detectors," Radiation Physics and Chemistry, Vol. 80, No. 3, pp. 318-323, 2011.

상세보기
G. Haase, D. Tait, A. Wiechen, "Monte Carlo simulation of several gamma-emitting source and detector arrangments for determining corrections of self-attenuation and coincidence summation in gamma-spectrometry," Nuclear Instruments and. Methods in Physics Research, Vol. A239, No. 3, pp. 483-492, 1993.
M.Decombaz, J. J. Gostely, J. P. Lawdermann, "Coincidence summing corrections for extended sources in gamma-ray spectrometry using Monte Carlo simulation," Nuclear Instruments and. Methods in Physics Research, Vol. A312, No. 1-2, pp. 152-159, 1992.
R. G. Helmer, R. J. Cek, "Calculation of coincidence summing corrections for a specific small soil sample geometry," Radioactivity Radiochemistry, Vol. 8, No. 1, pp. 18-29, 1997.

상세보기
B. S. Zoran Milosevic, "Coincidence summing correction for point and volume 152Eu sources," Applied Radiation and Isotopes, Vol.107, pp 138-144, 2016.

상세보기
Laslo J. Nadderd, Dragana J. Jordanov, Molos D. Davidovic, "A new matrix method for calculating coincidence summing effects for gamma spectroscopy," Nuclear Instruments and Method in Physics Research, Vol. 662, No. 1, pp 21-25, 2012.

상세보기
Yosimune Ogata, Hiroshi Miyahara, Ishiqure Nobuhito, Masashi Ishihara., "Development of the modified sum-peak method and its application," Applied Radiation and Isotopes, Vol. 109, pp. 354-357, 2015.
M. J. Safari, H. A. Heidari, "Method for developing HPGe detector model in Monte Carlo simuilation codes," Radiation Measurements, Vol. 88, 2016.
Y. D. Qingbin, W. Z. Ma, "HPGe detector application on monitoring environmental samples around the accelerator," IPAC, 2016.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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