후쿠시마와 같은 방사선 누출 사고 시 방사선원의 위치를 찾는 일은 방사선 방호 뿐만 아니라 원전 사고의 조속하고 안전한 처리를 위해서도 중요하다. 방사선원의 3차원 위치 탐지는 기존에 방사선 탐지기의 2차원적 방사선 위치 탐지기능에 방사선원의 거리정보까지 추가 제공할 수 있어 방사선 오염원의 제거 및 제염작업에 결정적 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 반도체 센서에 기반한 듀얼(Dual) 방사선 탐지기를 이용한 방사선원 3차원 가시장치 개발 연구의 일환으로 방사선 센서부의 효율적 차폐체 구조설계에 관한 결과를 논하였다. 고하중의 텅스텐 또는 납 차폐체를 MCNP기반으로 최적구조로 설계함으로써 경량의 고효율 방사선원 위치탐지기 구현을 시도하였고, 이를 위해 차폐체의 구조와 두께, 그리고 콜리메이터에 형상의 다양한 변수모델에 대한 방사선 차폐시뮬레이션을 수행하였다. 본 연구의 결과는 향후 실리콘 센서기반의 소형 경량의 3차원 방사선원 탐지 및 가시화 연구에 활용될 예정이다.
후쿠시마와 같은 방사선 누출 사고 시 방사선원의 위치를 찾는 일은 방사선 방호 뿐만 아니라 원전 사고의 조속하고 안전한 처리를 위해서도 중요하다. 방사선원의 3차원 위치 탐지는 기존에 방사선 탐지기의 2차원적 방사선 위치 탐지기능에 방사선원의 거리정보까지 추가 제공할 수 있어 방사선 오염원의 제거 및 제염작업에 결정적 역할을 할 수 있다. 본 연구에서는 반도체 센서에 기반한 듀얼(Dual) 방사선 탐지기를 이용한 방사선원 3차원 가시장치 개발 연구의 일환으로 방사선 센서부의 효율적 차폐체 구조설계에 관한 결과를 논하였다. 고하중의 텅스텐 또는 납 차폐체를 MCNP기반으로 최적구조로 설계함으로써 경량의 고효율 방사선원 위치탐지기 구현을 시도하였고, 이를 위해 차폐체의 구조와 두께, 그리고 콜리메이터에 형상의 다양한 변수모델에 대한 방사선 차폐시뮬레이션을 수행하였다. 본 연구의 결과는 향후 실리콘 센서기반의 소형 경량의 3차원 방사선원 탐지 및 가시화 연구에 활용될 예정이다.
Radiation protection, as well as finding the location of the radiation source, such as the Fukushima radiation leak accident, it is important for the early and safe disposal of nuclear accident. The three-dimensional position of the radiation source detection distance of the radiation source can pro...
Radiation protection, as well as finding the location of the radiation source, such as the Fukushima radiation leak accident, it is important for the early and safe disposal of nuclear accident. The three-dimensional position of the radiation source detection distance of the radiation source can provide additional information to the existing radiation detectors radiation of a two-dimensional position detection function and then it can play a decisive role in the radiation contaminant removal and decontamination work. In this research, three-dimensional semiconductor sensor based on dual radiation detectors radiation source device visible part of the research and development of efficient radiation sensor unit on the design of the shielding structure.The lightweight, high-efficiency radiation source locator implementation was attempted for the structure and thickness of the shielding and collimator to perform the simulation of the radiation shielding for the various parameters of the shape model through design the optimal structure of the MCNP-based heavy-duty tungsten shielding, lead shielding The results of this study, is a compact, lightweight three-dimensional radiation source detection and future of silicon - based sensors will be used in the study.
Radiation protection, as well as finding the location of the radiation source, such as the Fukushima radiation leak accident, it is important for the early and safe disposal of nuclear accident. The three-dimensional position of the radiation source detection distance of the radiation source can provide additional information to the existing radiation detectors radiation of a two-dimensional position detection function and then it can play a decisive role in the radiation contaminant removal and decontamination work. In this research, three-dimensional semiconductor sensor based on dual radiation detectors radiation source device visible part of the research and development of efficient radiation sensor unit on the design of the shielding structure.The lightweight, high-efficiency radiation source locator implementation was attempted for the structure and thickness of the shielding and collimator to perform the simulation of the radiation shielding for the various parameters of the shape model through design the optimal structure of the MCNP-based heavy-duty tungsten shielding, lead shielding The results of this study, is a compact, lightweight three-dimensional radiation source detection and future of silicon - based sensors will be used in the study.
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문제 정의
이러한 탐지기의 센서부를 안전하게 보호하며 정확하고 신뢰성이 높은 데이터를 추출하기 위한 차폐체가 과중하게 설계될 경우 방사선 탐지기 현장사용에 있어 편리성을 떨어뜨리며 경제적 손실도 동반하게 된다. 따라서 본 연구에서는 MCNP 코드를 사용한 시뮬레이션 결과를 기반으로 경량의 효율적인 차폐체의 구조를 설계하고자 시도하였다.
본 연구는 방사선원 3차원 가시장치내 방사선 센서부의 고효율 차폐체 구조설계를 위한 MCNP 기반 모델링과 시뮬레이션의 과정과 결과를 논하였다. 방사선 차폐체의 제작에 앞서 MCNP를 통하여 모델링과 차폐기능의 시뮬레이션 결과를 획득함으로서 최적구조의 경량 고효율 방사선원 위치탐지기 구현을 시도하였다.
본 연구는 핵폭발이나 방사선 누설과 같은 심각하고 위험한 사고에서 방사선원 위치를 보다 신속하고 안전하게 탐지하는 3차원적 탐지기를 연구하는 목적에 앞서서 3차원 가시장치의 방사선 센서부 차폐체를 MCNP코드를 사용하여 효율적으로 구조설계 하는데 목적이 있다.
가설 설정
33Mev의 감마선을 1:1의 비율로 방사한다. 그리고 100mCi의 세기를 갖는다고 가정하였다. 그러므로
그림 3은 MCNP 시뮬레이션 방법을 도시한 것이다. 방사선원은 Co-60을 사용하였고 100mCi 세기로 방사를 가정하였다. 방사선원의 크기는 반지름 r = 0.
제안 방법
방사선원의 위치는 콜리메이터를 포함한 차폐체와 거리 t = 10cm로 설정하였다. 그리고 방사선원을 차폐체와 Y축 방향으로 0, 1, 1.5, 3, 5, 10, 20, 30, 50cm씩 올려서 시뮬레이션 하였다.
길이 변수에 대한 차폐체와 여러 가지 콜리메이터 형상으로 차폐모델을 구현하고 방사선원이 차폐체내부에 위치하는 센서에 도달하는 전방향 차폐율을 시뮬레이션 하였다.
본 연구는 방사선원 3차원 가시장치내 방사선 센서부의 고효율 차폐체 구조설계를 위한 MCNP 기반 모델링과 시뮬레이션의 과정과 결과를 논하였다. 방사선 차폐체의 제작에 앞서 MCNP를 통하여 모델링과 차폐기능의 시뮬레이션 결과를 획득함으로서 최적구조의 경량 고효율 방사선원 위치탐지기 구현을 시도하였다.
앞서 구현한 MCNP 코드를 실행시켜 추출한 데이터는 Co-60을 방사선원으로 시뮬레이션 하였다. 방사선원으로 사용한 Co-60은 1.
차폐체 설계에 앞서 MCNP를 사용하여 시뮬레이션을 진행하였다. 그림 1은 차폐체의 구조를 도시한 것으로 3차원 방사선 탐지기의 센서부는 항아리형 차폐체 내부에 위치하였고 데이터의 신뢰성을 높이기 위한 방안으로 콜리메이터를 설계하였다.
대상 데이터
방사선원은 Co-60을 사용하였고 100mCi 세기로 방사를 가정하였다. 방사선원의 크기는 반지름 r = 0.1cm 크기의 원구체로 설정하였다. 방사선원의 위치는 콜리메이터를 포함한 차폐체와 거리 t = 10cm로 설정하였다.
14cm, 외경 Φ = 5cm로 구현하였다. 콜리메이터 길이는 20, 15, 10, 5cm로 바꾸어 가며 시뮬레이션 하였다.
이론/모형
예를 들어 방사선의 수송 및 해석에 있어 보편적인 알고리즘으로 사용되는 몬테카를로 방식은 매우 어렵고 시간적 소요가 많은 알고리즘이다. 몬테카를로 계산에 있어서 보다 빠르고 정확한 계산을 위하여 컴퓨팅 기술인 MCNP코드를 사용한다. MCNP코드는 난수를 이용한 표본추출(sampling), 방사선 수송의 시뮬레이션, 타겟(tally)의 정보수집, 추정(estimation), 선형 감쇠계수(linear attenuation coefficient)등의 반응적이고 정확한 라이브러리로 신뢰성이 매우 높다.
성능/효과
그림 4의 데이터 결과를 통해 MCNP를 통해 설계된 차폐체는 20cm 길이의 납을 사용한 경우 전 방향에서 최소 77배의 방사선 차폐효과가 있음을 알 수 있고, 10cm 두께 차폐체의 경우 전방향 최소 차폐효과가 29배로 확인되었다.
실험결과 20cm 길이의 납 콜리메이터의 경우 전 방향에서 최소 77배의 방사선 차폐효과를 얻었고, 10cm 길이의 콜리메이터는 전방향 최소 차폐율이 29배임을 확인하였다. 이 경우 고하중으로 인한 장비 사용의 부담을 최소화하는 조건은 10cm의 두께 조건이 더 적합함을 알 수 있었다.
후속연구
본 연구의 결과는 소형 경량의 3차원 방사선원 탐지 및 가시화 연구에서 주요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
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