KR100372755B1 - Multi-Functional Gamma Radiation Spectrometer and Detection Method Theirof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 방사성시료의 감마선을 측정하여 핵종과 방사능을 판별하는 장치(이하 '감마핵종분석기'라 한다) 주위에 보조검출기를 설치하여 측정하고자 하는 시료에 존재하는 미량의 방사능을 분석할 수 있도록 한 감마핵종분석기 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention is to install a secondary detector around the device for determining the radionuclide and radioactivity by measuring the gamma ray of the radioactive sample (hereinafter referred to as gamma nuclide analyzer) to analyze the amount of radioactivity present in the sample to be measured Gamma Nuclide Analyzer and Measurement Method.
본 발명의 장치는 HPGe 검출기 측정장치(1∼10), Si(Li) 표면장벽형검출기 측정장치(11∼19, 9, 41), NaI(Tl)섬광검출기 측정장치(20∼27, 9), 플라스틱섬광검출기 측정장치(28∼33, 9) 및 분석모듈로 구성되어 있으며, 베타-감마 동시방출 핵종의 방사능 정밀측정을 위하여 콤프턴삭감 기술과 우주선영향 삭감기술 및 하전입자-감마선 동시측정 기술이 적용된다. 이러한 기술은 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있도록 되어 있으며, 선택적으로 미량 방사성핵종의 정밀분석에 사용할 수 있다.The apparatus of the present invention is an HPGe detector measuring device (1 to 10), a Si (Li) surface barrier detector measuring device (11 to 19, 9, 41), NaI (Tl) scintillation detector measuring device (20 to 27, 9). And plastic scintillation detector (28-33, 9) and analysis module. Compton reduction technology, spacecraft impact reduction technology, and charged particle-gamma ray measurement technology for precise measurement of radioactivity of beta-gamma co-emitting nuclides. This applies. These techniques can be used alone or in combination and can optionally be used for the precise analysis of trace radionuclides.
Description
본 발명은 방사성시료의 감마선을 측정하여 핵종과 방사능을 판별하는 장치(이하'감마핵종분석기'라 한다) 주위에 보조검출기를 설치하여 측정하고자 하는 시료에 존재하는 미량의 방사능을 분석할 수 있도록 구성된 보조검출기를 이용한 감마핵종분석기 및 측정방법에 관한 것이다.The present invention is configured to analyze a small amount of radioactivity present in a sample to be measured by installing a secondary detector around a device for determining a radionuclide and radioactivity by measuring a gamma ray of a radioactive sample (hereinafter referred to as a gamma nuclide analyzer). The present invention relates to a gamma nuclide analyzer and a measuring method using an auxiliary detector.
보다 상세하게는 본 발명의 장치는 HPGe 검출기 측정장치(1∼10), Si(Li) 표면장벽형검출기 측정장치(11∼19, 9, 41), NaI(Tl)섬광검출기 측정장치(20∼27, 9), 플라스틱섬광검출기 측정장치(28∼33, 9) 및 분석모듈(43)로 구성되어 있으며, 베타-감마 동시방출 핵종의 방사능 정밀측정을 위하여 콤프턴삭감 기술과 우주선영향 삭감기술 및 하전입자-감마선 동시측정 기술이 적용된다.More specifically, the apparatus of the present invention is a HPGe detector measuring device (1 to 10), Si (Li) surface barrier detector measuring device (11 to 19, 9, 41), NaI (Tl) scintillation detector measuring device (20 to 20) 27, 9), plastic scintillation detector measuring device (28-33, 9) and analysis module (43). Compton reduction technology, spacecraft impact reduction technology, Charged particle-gamma simultaneous measurement technology is applied.
본 발명은 감마핵종분석기를 이용하여 미량의 방사능을 측정하기 위한 수단으로서 종래에는 감마핵종분석기에 콤프턴산란 삭감이나 우주선 영향 삭감에 필요한 장치 및 측정방법을 적용한 키앙(L.L.Kiang et al, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A327, 1993, 427-432) 등의 연구와 리브스(J.H.Reeves et al, PNL-SA-14316) 등이 있으나, 하전입자-감마선 동시측정 기술까지 적용된 바는 없다.The present invention is a means for measuring a trace amount of radioactivity using a gamma nucleus analyzer. In the related art, a device and a measurement method for reducing compton scattering or cosmic effect are applied to a gamma nucleus analyzer (LLKiang et al, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A327, 1993, 427-432) and Reeves (JHReeves et al, PNL-SA-14316), but have not been applied to the simultaneous measurement of charged particle-gamma.
본 발명의 기술은 단독 또는 복합적으로 사용할 수 있도록 되어 있으므로 선택적으로 미량 방사성핵종의 정밀분석에 사용할 수 있다.Since the technique of the present invention can be used alone or in combination, it can optionally be used for the precise analysis of trace radionuclides.
본 발명은 감마핵종분석기에 콤프턴산란 삭감, 우주선 영향 삭감, 하전입자-감마선 동시측정과 관련된 장치를 동시에 적용시켜 감마핵종분석기의 측정 성능을 향상시키는 데 있다.The present invention improves the measurement performance of a gamma nucleus analyzer by simultaneously applying a device related to compton scattering reduction, spacecraft influence reduction, and charged particle-gamma simultaneous measurement to a gamma nuclide analyzer.
감마핵종분석기에 사용되는 검출기와 관련 장치들은 방사능이 낮은 물질로 제작되어야 한다.Detectors and related devices used in gamma nuclide analyzers should be made of materials with low radioactivity.
도 1은 HPGe 검출기의 작동과 연관된 장치의 개략도1 is a schematic representation of an apparatus associated with the operation of an HPGe detector
도 2는 Si(Li) 표면장벽형 검출기의 작동과 연관된 장치의 개략도2 is a schematic representation of an apparatus associated with the operation of a Si (Li) surface barrier detector.
도 3은 NaI(Tl) 섬광검출기의 작동과 연관된 장치의 개략도3 is a schematic representation of an apparatus associated with the operation of a NaI (Tl) scintillation detector;
도 4는 플라스틱섬광검출기의 작동과 연관된 장치의 개략도4 is a schematic diagram of an apparatus associated with the operation of a plastic flash detector;
도 5는 NaI(Tl) 섬광검출기를 이용한 콤프턴산란 삭감 장치의 개략도5 is a schematic diagram of a Compton scattering reduction device using a NaI (Tl) scintillation detector
도 6은 플라스틱섬광검출기를 이용하여 우주선을 차폐하는 장치의 개략도6 is a schematic diagram of an apparatus for shielding a spacecraft using a plastic scintillation detector;
도 7은 감마선 동시측정 결과를 나타낸 도면7 is a diagram illustrating a result of simultaneous measurement of gamma rays
도 8은 콤프턴산란 삭감 측정결과를 나타낸 도면8 shows Compton scattering reduction measurement results.
도 9는 우주선차폐 측정결과를 나타낸 도면9 is a view showing the results of spacecraft shield measurement
도 10은 Si(Li) 표면장벽형 검출기가 NaI(Tl) 섬광검출기와 HPGe 검출기 안에 설치되는 단면도10 is a cross-sectional view in which a Si (Li) surface barrier detector is installed in a NaI (Tl) scintillation detector and an HPGe detector.
도 11은 Si(Li) 표면장벽형 검출기와 NaI(Tl) 섬광검출기와 플라스틱 섬광검출기가 전체 시스템 내에 설치되는 단면도11 is a sectional view in which a Si (Li) surface barrier detector, a NaI (Tl) scintillation detector and a plastic scintillation detector are installed in the overall system.
도 12는 검출기에서 발생된 신호를 분석 처리하는 분석 모듈의 사진12 is a photograph of an analysis module for analyzing and processing a signal generated by a detector
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1: HPGe 검출기 2: 전치증폭기 3: 냉각봉1: HPGe detector 2: Preamplifier 3: Cooling rod
4: 액체질소 5: 액체질소통 6: 고전압공급기4: liquid nitrogen 5: liquid nitrogen communication 6: high voltage supply
7: 증폭기 8: ADC 9: 컴퓨터7: amplifier 8: ADC 9: computer
10: 전원공급기 11: 진공펌프 12: 표면장벽형검출기10: power supply 11: vacuum pump 12: surface barrier detector
13: 알루미늄 필름 14: 시료 홀더 15: 고전압공급기13: aluminum film 14: sample holder 15: high voltage supply
16: 전치증폭기 17: 증폭기 18: 진공방16: Preamplifier 17: Amplifier 18: Vacuum Room
19: ADC 20: NaI(Tl)환형검출기 21: NaI(Tl) 원통형검출기19: ADC 20: NaI (Tl) annular detector 21: NaI (Tl) cylindrical detector
22, 22a∼22g: 광전자증배관 23: 광전자증배관22, 22a to 22g: photomultiplier tube 23: photomultiplier tube
24: 고전압공급기 25: 고전압공급기 26: 증폭기24: high voltage supply 25: high voltage supply 26: amplifier
27: ADC 28, 28a~28l: 플라스틱섬광검출기27: ADC 28, 28a ~ 28l: plastic flash detector
29: 고전압공급기 30: 고전압공급기 31: 고전압공급기29: high voltage supply 30: high voltage supply 31: high voltage supply
32: 증폭기 33: ADC 34: 시료32: amplifier 33: ADC 34: sample
41: 진공 호스 42: 케이블41: vacuum hose 42: cable
본 발명의 장치는 감마핵종 분석에 사용되는 HPGe 검출기 측정장치(1∼10)와 감마핵종분석기의 성능을 향상시키기 위하여 사용되는 보조검출기로 Si(Li) 표면장벽형 검출기 측정장치(11∼19, 9, 41)와 NaI(Tl)섬광검출기 측정장치(20∼27, 9)와 플라스틱섬광검출기 측정장치(28∼33, 9)및 분석모듈(도 12 참조)로 구성된다.The apparatus of the present invention is an HPGe detector measuring apparatus (1 to 10) used for gamma nuclide analysis and an auxiliary detector used to improve the performance of the gamma nuclide analyzer. 9, 41, NaI (Tl) scintillator detectors 20-27, 9, plastic scintillator detectors 28-33, 9, and an analysis module (see FIG. 12).
HPGe 검출기(1)는 방사성시료에서 방출되는 감마선을 검출하는 장치이다. HPGe 검출기(1)는 액체질소(4)를 채운 액체질소통(5)에 냉각봉(3)을 넣어 6시간 정도 냉각하여 사용한다. 냉각된 HPGe 검출기(1)에 고전압공급기(6)로 고전압을 가하면 HPGe 검출기(1)에서 전류신호가 발생되고, 전원공급기(10)로 전원이 공급되는 전치증폭기(2)를 통과하며 증폭된다. 전치증폭기(2)에서 발생된 전류신호는 증폭기(7)를 거치며 전압신호로 증폭되고, ADC(8)를 거치며 디지털신호로 바뀌어 컴퓨터(9)로 입력된다. 컴퓨터(9)에 입력된 신호의 크기를 감마선 에너지로 환산하면 감마선 방출 핵종의 종류 및 방사능을 판단할 수 있다.The HPGe detector 1 is a device for detecting gamma rays emitted from radioactive samples. The HPGe detector 1 uses a cooling rod 3 in the liquid nitrogen cylinder 5 filled with the liquid nitrogen 4, and then cools it for about 6 hours. When a high voltage is applied to the cooled HPGe detector 1 by the high voltage supply 6, a current signal is generated in the HPGe detector 1 and amplified by passing through the preamplifier 2 supplied with power to the power supply 10. The current signal generated by the preamplifier 2 is amplified by a voltage signal through the amplifier 7, and converted into a digital signal through the ADC 8 and input to the computer 9. By converting the magnitude of the signal input to the computer 9 into gamma ray energy, the type and radioactivity of the gamma ray emitting nuclide can be determined.
Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)는 방사성시료에서 방출되는 알파입자, 베타입자, 양성자 등의 하전입자를 검출하는 장치이다. 하전입자는 공기중에서 에너지를 쉽게 잃으므로 방사성시료와 검출기 사이의 공간을 진공으로 만들어주어야 한다. 따라서 방사성시료와 Si(Li) 검출기(12)를 모두 진공방(18)에 넣고 진공펌프(11)로공기를 제거한 후에 측정을 한다. 고전압공급기(15)에서 발생되는 고전압이 전치증폭기(16)를 통하여 Si(Li) 검출기(12)에 공급되면, 하전입자가 Si(Li) 검출기(12)로 입사될 때마다 전류신호가 발생되고, 전치증폭기(16)로 증폭된 다음, 증폭기(17)를 거쳐 전압신호로 증폭되고, ADC(19)에서 디지털신호로 바뀌어 컴퓨터(9)로 입력된다. 컴퓨터(9)에서는 입력된 신호의 크기를 하전입자 에너지로 환산하여 하전입자 방출 핵종의 종류를 판단하게 된다. Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)는 또한 다기능 감마핵종분석기의 보조검출기로서 하전입자-감마선 동시측정에 사용된다.The Si (Li) surface barrier detector 12 is a device for detecting charged particles such as alpha particles, beta particles, and protons emitted from radioactive samples. Since charged particles easily lose energy in the air, the space between the radioactive sample and the detector must be vacuumed. Therefore, the radioactive sample and the Si (Li) detector 12 are put in the vacuum chamber 18 and the air is removed by the vacuum pump 11 and then measured. When the high voltage generated from the high voltage supply 15 is supplied to the Si (Li) detector 12 through the preamplifier 16, a current signal is generated every time charged particles enter the Si (Li) detector 12. Amplified by a preamplifier 16, then amplified by a voltage signal via an amplifier 17, converted into a digital signal by the ADC 19, and input to the computer 9; The computer 9 determines the type of charged particle emitting nuclide by converting the magnitude of the input signal into charged particle energy. The Si (Li) surface barrier detector 12 is also used for simultaneous measurement of charged particle-gamma radiation as an auxiliary detector of a multifunctional gamma nuclide analyzer.
NaI(Tl) 섬광검출기는 HPGe 검출기(1)에서 콤프턴산란 된 감마선을 검출하는 장치이다. NaI(Tl) 섬광검출기는 HPGe 검출기(1)를 모두 둘러쌀수록 효율이 좋으므로, 속이 빈 원통형 모양의 NaI(Tl) 환형검출기(20)의 한쪽 구멍에 HPGe 검출기(1)를 집어넣고, 반대쪽 구멍에 막대 모양의 NaI(Tl) 원통형검출기(21)를 집어 넣어 NaI(Tl) 섬광검출기가 HPGe 검출기(1)를 최대한 둘러쌀 수 있도록 제작하였다.The NaI (Tl) scintillation detector is a device for detecting compton scattered gamma rays in the HPGe detector (1). Since the NaI (Tl) scintillation detector is more efficient around the HPGe detector 1, the HPGe detector 1 is inserted into one hole of the hollow cylindrical NaI (Tl) annular detector 20, and the opposite side The rod-shaped NaI (Tl) cylindrical detector 21 was inserted into the hole, and the NaI (Tl) scintillation detector was manufactured to surround the HPGe detector 1 as much as possible.
NaI(Tl) 환형검출기(20)는 고전압공급기(24)에서 고전압을 공급받고, NaI(Tl) 원통형검출기(21)는 고전압공급기(25)에서 고전압을 공급받아 작동된다. NaI(Tl) 환형검출기(20)에 콤프턴산란된 감마선이 입사되면 발생된 전류신호가 7개의 광전자증배관(22a∼22g)을 통해 증폭되어 증폭기(26)로 입력된다. NaI(Tl) 원통형검출기(21)에 콤프턴산란된 감마선이 입사되면 발생된 전류신호가 광전자증배관 (23)을 통해 증폭되고, 증폭기(26)에서 다시 전압신호로 증폭된 후, ADC(27)에서 디지털신호로 바뀌어 컴퓨터(9)로 입력된다. 이러한 NaI(Tl) 검출기는 다기능 감마핵종분석기의 보조검출기로서 콤프턴산란 감마선 삭감에 사용된다.The NaI (Tl) annular detector 20 is supplied with a high voltage from the high voltage supply 24, and the NaI (Tl) cylindrical detector 21 is operated by being supplied with a high voltage from the high voltage supply 25. When the compton scattered gamma ray enters the NaI (Tl) annular detector 20, the generated current signal is amplified through the seven photomultiplier tubes 22a to 22g and input to the amplifier 26. When the compton-scattered gamma ray enters the NaI (Tl) cylindrical detector 21, the generated current signal is amplified through the photomultiplier tube 23, amplified by a voltage signal in the amplifier 26, and then the ADC 27 ) Is converted into a digital signal and input to the computer 9. This NaI (Tl) detector is used for compton scattering gamma ray reduction as an auxiliary detector of the multifunctional gamma nuclide analyzer.
플라스틱섬광검출기는 우주선의 하전입자를 검출하는 장치이다. 플라스틱섬광검출기는 제일 바깥에 설치하게 되며 측정장치 전체를 많이 둘러쌀수록 측정효율이 좋다. 따라서 플라스틱섬광검출기를 상단부에 2개 옆면에 8개 하단부에 2개 설치하여 전체를 다 둘러쌀 수 있도록 제작하였다. 상단부의 플라스틱섬광검출기 (28a, 28b)는 고전압발생기(31)에서 고전압을 공급받고, 옆면의 플라스틱섬광검출기(28c∼28j)는 고전압발생기(30)에서 고전압을 공급받으며, 하단부의 플라스틱섬광검출기(28k, 28l)는 고전압발생기(29)에서 고전압을 공급받아 작동된다. 플라스틱섬광검출기(28a∼28l)에 방사선이 입사되면 발생된 전류신호가 전치증폭기를 통해 증폭되고, 증폭기(32)에서 다시 전압신호로 증폭된 후, ADC(33)에서 디지털신호로 변환되어 컴퓨터(9)에서 분석된다. 이러한 플라스틱 섬광검출기는 다기능 감마핵종분석기의 보조검출기로서 우주선영향 삭감에 사용된다.Plastic flash detectors are devices that detect charged particles in spacecraft. The plastic scintillation detector is installed at the outermost side, and the more surrounding the entire measuring device, the better the measurement efficiency. Therefore, two plastic flash detectors were installed at the top and two at the bottom and eight at the bottom. The plastic flash detectors 28a and 28b at the upper end are supplied with a high voltage from the high voltage generator 31, and the plastic flash detectors 28c to 28j at the side are supplied with a high voltage from the high voltage generator 30, and the plastic flash detectors at the lower end are provided. 28k and 28l operate by receiving a high voltage from the high voltage generator 29. When radiation is incident on the plastic scintillation detectors 28a to 28l, the generated current signal is amplified by the preamplifier, amplified by the amplifier 32 again to a voltage signal, and then converted into a digital signal by the ADC 33 to be converted into a computer 9) is analyzed. This plastic scintillation detector is used as a secondary detector of the multifunctional gamma nuclide analyzer and is used to reduce spaceship effect.
다음은 감마핵종분석기의 구성 및 설치방법에 대하여 설명한다.The following describes the configuration and installation of the gamma nuclide analyzer.
<HPGe 검출기, Si(Li) 검출기, NaI(Tl) 검출기><HPGe Detector, Si (Li) Detector, NaI (Tl) Detector>
HPGe 검출기(1)는 가장 안쪽에 설치된다. HPGe 검출기 위에는 Si(Li) 표면장벽형검출기(12)가 담긴 진공방(18)이 놓이며, HPGe 검출기와 Si(Li) 검출기는 NaI(Tl) 검출기(20, 21)로 덮여져 하부로만 빠져 나올 수 있는 상태가 된다. NaI(Tl) 검출기 하부로는 HPGe 검출기의 냉각봉(3)이 나오게 되며 이 냉각봉을 제외한 모든 부분은 저준위 방사능 차폐체로 둘러 쌓인다. 냉각봉은 액체질소통(5)에 담겨 HPGe 검출기를 냉각시키는 역할을 한다.The HPGe detector 1 is installed at the innermost side. Above the HPGe detector is placed a vacuum chamber 18 containing a Si (Li) surface barrier detector 12. The HPGe and Si (Li) detectors are covered with NaI (Tl) detectors 20 and 21 and only fall out. You can come out. Underneath the NaI (Tl) detector, the cold rods (3) of the HPGe detector emerge, and all but the cold rods are surrounded by a low-level radiation shield. The cooling rods serve to cool the HPGe detector in the liquid nitrogen passage (5).
<플라스틱 검출기><Plastic Detector>
플라스틱섬광검출기(28)는 HPGe 검출기와 Si(Li) 검출기 및 NaI(Tl) 검출기를 둘러싸고 있는 저준위 방사능차폐체 바깥에 설치된다. 플라스틱검출기는 다시 일반방사능 차폐체로 둘러싸인다.The plastic scintillation detector 28 is installed outside the low level radiation shield surrounding the HPGe detector, the Si (Li) detector and the NaI (Tl) detector. The plastic detector is again surrounded by a normal radioactive shield.
<Si(Li) 검출기의 설치><Installation of Si (Li) Detector>
도2와 같이 Si(Li) 검출기(12)는 진공방(18) 위 판에 돌려 끼워진다. 진공방 위 판에는 BNC 커넥터가 설치되어 있으며 여기에 케이블(42)을 연결하여 차폐체 밖으로 빼낸다. 이 케이블을 통하여 Si(Li) 검출기에 고전압을 공급하고 Si(Li) 검출기에서 발생된 신호를 외부로 전송한다.As shown in Fig. 2, the Si (Li) detector 12 is screwed onto the plate above the vacuum chamber 18. The BNC connector is installed on the vacuum plate, and the cable 42 is connected to the outside of the shield. This cable supplies a high voltage to the Si (Li) detector and transmits the signal generated by the Si (Li) detector to the outside.
진공방 위판에는 진공밸브가 달려 있으며 여기에 진공호스(41)를 연결하여 진공방 내의 공기를 빼내 진공방을 진공상태로 유지시킨다.A vacuum valve is attached to the vacuum chamber and a vacuum hose 41 is connected thereto to extract air from the vacuum chamber to maintain the vacuum chamber in a vacuum state.
진공호스와 케이블은 도5의 NaI(Tl) 환형검출기(20)와 HPGe 검출기(1) 사이의 틈으로 도10과 같은 모양으로 외부와 연결된다. 모두 설치되면 도11과 같이 구성된다.The vacuum hose and the cable are connected to the outside in the shape as shown in FIG. 10 by a gap between the NaI (Tl) annular detector 20 and the HPGe detector 1 of FIG. If all of the installation is configured as shown in FIG.
다음은 감마핵종분석기의 사용법을 실시예를 통하여 설명한다.The following describes the use of the gamma nuclide analyzer through the examples.
<실시예 1><Example 1>
감마선을 방출하는 시료의 방사능측정은 시료를 HPGe 검출기(1)의 위에 놓고 측정장치(1,2,6∼10)를 작동시키는 데, 예를 들어 시료에 Co-60이 10,000Bq 존재한다고 가정하면, Co-60이 들어있는 시료에서는 분기율이 0.9986인 1173keV 에너지 감마선이 초당 10,000 × 0.9986 = 9,986개 방출되며, 이때 HPGe 검출기(1)의 측정효율이 5%라면 HPGe 검출기(1)는 방출된 감마선의 5%에 해당하는 초당 9,986 × 5% = 499.3개의 감마선이 검출된다. HPGe 검출기에서 발생된 신호는 전치증폭기(2)와 증폭기(7)를 거쳐 증폭되고 ADC(8)에서 디지털 신호로 바뀌어 컴퓨터에 1173keV 에너지의 감마선이 초당 499.3개가 검출되었음이 나타낸다.Radioactivity measurement of a sample that emits gamma radiation puts the sample on top of the HPGe detector (1) and operates the measuring devices (1, 2, 6 to 10), for example assuming that Co-60 is present in the sample at 10,000 Bq. , Co-60 contains 10,000 × 0.9986 = 9,986 1173 keV energy gamma rays per second with a branching rate of 0.9986. If the measuring efficiency of the HPGe detector (1) is 5%, the HPGe detector (1) emits gamma rays. 9,986 × 5% = 499.3 gamma rays per second, equivalent to 5% of, are detected. The signal generated by the HPGe detector is amplified by the preamplifier (2) and the amplifier (7) and converted into a digital signal by the ADC (8), indicating that 499.3 gamma rays of 1173 keV energy are detected by the computer.
컴퓨터에서는 1173keV 에너지의 감마선이 초당 499.3개가 측정되었음을 확인하고, 측정된 값을 분기률과 측정효율로 나누어 499.3 ÷ 5% ÷ 0.9986 = 10,000Bq의 Co-60이 존재하는 것으로 분석한다.The computer confirms that 499.3 gamma rays of 1173 keV energy are measured per second, and divides the measured values by the branching rate and the measurement efficiency and analyzes that Co-60 of 499.3 ÷ 5% ÷ 0.9986 = 10,000Bq exists.
Si(Li) 표면장벽형검출기와 NaI(Tl) 섬광검출기 및 플라스틱섬광검출기도 동일한 방법으로 방사능을 분석한다.Si (Li) surface barrier detectors, NaI (Tl) scintillation detectors and plastic scintillation detectors are also analyzed for radioactivity in the same way.
<실시예 2><Example 2>
HPGe 검출기(1)에 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)를 사용하여 베타-감마 동시측정을 하려면 HPGe 검출기 측정장치(1∼10)와 Si(Li) 표면장벽형 검출기 측정장치(11∼19, 9, 41)를 동시에 작동시키고, 컴퓨터에 HPGe 검출기(1)와 Si(Li) 검출기(12)에서 동시에 신호가 발생되었을 때만 신호를 저장하도록 명령하여야 한다.In order to perform simultaneous beta-gamma measurement using the Si (Li) surface barrier detector 12 in the HPGe detector 1, the HPGe detector measuring apparatuses 1 to 10 and the Si (Li) surface barrier detector measuring apparatuses 11 to 11 are used. 19, 9 and 41 must be operated simultaneously and the computer is instructed to store the signal only when the signal is generated simultaneously by the HPGe detector 1 and Si (Li) detector 12.
측정방법은 측정시료를 시료홀더(14)에 넣고 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)를 진공방(18)에 넣어 진공방(18)을 HPGe 검출기(1) 위에 올려놓는다. 시료에 Co-60이 10,000Bq 존재하면 Co-60은 베타입자와 감마선을 동시에 방출한다. Co-60에서 방출되는 베타입자에 대한 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)의 측정효율을 20%라고 가정하면 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)에는 초당 10,000 × 20% = 2,000개의 베타입자가 검출된다. HPGe 검출기(1)에는 상기에서 설명한 바와 같이 1173keV 에너지의 감마선이 초당 499.3개가 검출된다. 즉, 베타-감마 동시측정이란 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)에는 베타입자가 검출됨과 동시에 HPGe 검출기(1)에서 1173keV 에너지의 감마선이 검출될 때만 컴퓨터에서 HPGe 검출기(1)에서 발생되는 신호를 받아들이는 것을 말한다.In the measuring method, the measurement sample is placed in the sample holder 14, and the Si (Li) surface barrier detector 12 is placed in the vacuum chamber 18, and the vacuum chamber 18 is placed on the HPGe detector 1. If Co-60 is present in the sample at 10,000Bq, Co-60 emits beta particles and gamma rays simultaneously. Assuming that the measurement efficiency of the Si (Li) surface barrier detector 12 for beta particles emitted from Co-60 is 20%, the Si (Li) surface barrier detector 12 has 10,000 × 20% = 2,000 units per second. Beta particles are detected. As described above, the HPGe detector 1 detects 499.3 gamma rays of 1173 keV energy per second. That is, beta-gamma simultaneous measurement means that the beta particles are detected in the Si (Li) surface barrier detector 12 and the gag rays of 1173keV energy are detected in the HPGe detector 1, which is generated by the HPGe detector 1 in the computer. To accept the signal.
시료의 Co-60에서 방출된 베타입자 중 2,000개는 Si(Li) 표면장벽형 검출기(12)에 검출되고, 나머지 8,000개(80%)는 손실되므로 베타-감마 동시측정을 하게 되면 HPGe 검출기(1)에서 발생되는 신호 중 20%만 얻게되며 컴퓨터에 받아들여지는 신호는 499.3 × 20% = 99.86 개이다.2,000 of the beta particles released from Co-60 of the sample are detected by the Si (Li) surface barrier detector 12 and the remaining 8,000 (80%) are lost. Only 20% of the signals generated in 1) are obtained and 499.3 × 20% = 99.86 signals accepted by the computer.
시료에 Co-60외에 다른 감마선 방출 핵종이 있다고 할 경우, HPGe 검출기(1)로 측정을 하면 Co-60의 감마선 외에도 다른 핵종의 감마선도 검출된다. Co-60은 미량 존재하고 다른 핵종이 주를 이룬다면 이 경우 Co-60의 감마선을 검출하기는 어려워진다. 이때 베타-감마 동시측정을 하면 이로 인하여 80%의 신호 손실이 발생된다. 그러나 다른 핵종의 감마선은 Co-60의 베타입자 또는 감마선과 동시에 발생되지 않기 때문에 컴퓨터에서 받아들여지지 않게 된다. 즉, Co-60의 방사능만 측정되므로 베타-감마 동시측정으로 인해 발생되는 손실(80%)에 해당하는 만큼만 측정시간을 늘려줌으로써 손실을 보전하여 Co-60의 방사능을 측정할 수 있다.If the sample has a gamma-emitting nuclide other than Co-60, the measurement by the HPGe detector (1) also detects gamma rays of other nuclides in addition to the gamma-rays of Co-60. If traces of Co-60 are present and other nuclides dominate, then it is difficult to detect the gamma rays of Co-60. In this case, beta-gamma simultaneous measurement causes 80% signal loss. However, gamma rays from other nuclides do not coincide with beta particles or gamma rays of Co-60 and are not accepted by computers. That is, since only the radioactivity of Co-60 is measured, the radioactivity of Co-60 can be measured by preserving the loss by increasing the measurement time as much as the loss (80%) generated by simultaneous beta-gamma measurement.
<실시예 3><Example 3>
NaI(Tl) 섬광검출기를 사용하여 콤프턴산란 삭감 측정을 하는 방법은 도5와 같이 HPGe 검출기(1)를 NaI(Tl) 환형 검출기(20)와 NaI(Tl) 원통형 검출기(21)로 둘러싸고 측정시료를 HPGe 검출기(1) 위에 올려놓는다. 시료에 Co-60이 10,000Bq존재한다면, Co-60에서 방출되는 1173 keV 에너지의 감마선 중 5%인 초당 499.3개가 HPGe 검출기(1)에 검출된다. 나머지 95%중 상당수는 HPGe 검출기(1)에 입사되었으나 에너지를 다 잃지 않고 콤프턴산란을 하여 빠져나간다. 이러한 콤프턴산란 감마선은 감마핵종분석기에서 임의의 다른 에너지로 기록되어 백그라운드 신호로 받아들여진다. 이것을 콤프턴연속부분이라고 하며 방사능측정시스템의 백그라운드를 증가시키는 큰 요인으로 시료의 방사능분석을 어렵게 한다. 따라서 NaI(Tl) 섬광검출기에 신호가 받아들여졌을 때와 동시에 HPGe 검출기에 측정되는 신호는 백그라운드이므로, 분석모듈을 이용하여 NaI(Tl) 섬광검출기에 신호가 받아들여졌을 때와 동시에 HPGe 검출기에 발생된 신호를 누락시켜, 감마핵종분석기의 백그라운드가 줄여 감마핵종분석을 용이하게 한다.Compton scattering reduction measurement using a NaI (Tl) scintillation detector is measured by surrounding the HPGe detector (1) with NaI (Tl) annular detector 20 and NaI (Tl) cylindrical detector 21 as shown in FIG. The sample is placed on the HPGe detector (1). If 10,000 Bq of Co-60 is present in the sample, 499.3 per second, which is 5% of the gamma ray of 1173 keV energy emitted from Co-60, is detected by the HPGe detector (1). Many of the remaining 95% were incident on the HPGe detector 1 but exited by compton scattering without losing energy. These compton scattering gamma rays are recorded as any other energy in the gamma nucleus analyzer and accepted as background signals. This is called the Compton Contiguous Section, which increases the background of the radiometric system, making it difficult to analyze the radioactivity of the sample. Therefore, the signal measured by the HPGe detector at the same time when the signal is received by the NaI (Tl) scintillation detector is the background. Therefore, the signal is generated by the HPGe detector when the signal is received by the NaI (Tl) scintillation detector using the analysis module. By eliminating the signal, the background of the gamma nucleus analyzer is reduced to facilitate gamma nuclide analysis.
NaI(Tl) 검출기를 이용하여 컴퓨터에 나타나는 콤프턴연속부분으로 삭감시키려면 HPGe 검출기 측정장치(1∼10)와 NaI(Tl)섬광검출기 측정장치(20∼27, 9)를 동시에 작동시키고, 컴퓨터에(9) NaI(Tl) 검출기와 NaI(Tl)섬광검출기에서 동시에 신호가 발생되지 않을 때만 신호를 저장하도록 명령하여야 한다.To reduce the Compton continuous portion appearing on a computer using a NaI (Tl) detector, operate the HPGe detector measuring device (1-10) and the NaI (Tl) scintillation detector measuring device (20-27, 9) simultaneously. (9) The signal should be stored only when no signal is generated at the same time by the NaI (Tl) detector and the NaI (Tl) scintillation detector.
<실시예 4><Example 4>
플라스틱섬광검출기로 우주선을 삭감하려면 HPGe 검출기 측정장치(1∼10)와 플라스틱섬광검출기 측정장치(28∼33, 9)를 동시에 작동시키고, 컴퓨터에 플라스틱섬광검출기에서 신호가 발생될 때마다 일정시간(약 수μ초∼100μ초 정도) HPGe 검출기의 신호를 저장하지 말도록 명령하여야 한다.To reduce the spaceship with the plastic flash detector, operate the HPGe detector measuring device (1 to 10) and the plastic flash detector measuring device (28 to 33, 9) at the same time. About several microseconds to about 100 microseconds). Do not store the signal from the HPGe detector.
측정방법은 플라스틱섬광검출기(28) 밖에서 우주선이 감마핵종분석기로 입사되면 그 중 일부가 HPGe 검출기(1)로 입사되어 컴퓨터(9)는 HPGe 검출기(1)의 신호로 인식하게 되어 방사능측정시스템의 백그라운드를 증가시키게 된다. 우주선은 동시에 많은 방사선을 방출하는데 그중 일부가 플라스틱섬광검출기(28)에 검출된다. 플라스틱검출기(28)에 신호가 검출될 때 발생되는 HPGe 검출기(1)의 신호를 컴퓨터에서 무시하게 되면 이러한 우주선으로 인하여 증가되는 측정 백그라운드를 줄일 수 있으므로 플라스틱검출기를 이용하여 우주선을 차폐할 수 있다.The measurement method is that when the spacecraft enters the gamma nucleus analyzer outside the plastic scintillation detector 28, a part of it enters the HPGe detector 1 and the computer 9 recognizes the signal of the HPGe detector 1, Will increase the background. The spacecraft emits a lot of radiation at the same time, some of which are detected by the plastic flash detector 28. If the computer ignores the signal of the HPGe detector 1 generated when the signal is detected in the plastic detector 28, the measurement background increased due to the spacecraft can be reduced, so that the spacecraft can be shielded using the plastic detector.
HPGe 검출기 측정 장치들은 감마핵종분석에 필요하므로 항상 가동시켜야 하, 나머지 보조검출기를 이용한 각 측정방법들은 하나의 기능만을 사용하거나 또는 복합하여 사용될 수 있다. 예를 들어 우주선영향 삭감 장치만을 가동하여 감마핵종분석을 할 수도 있고, 콤프턴산란 삭감과 감마-베타 동시측정을 함께 수행할 수도 있다. 여러 기능을 사용하면 정밀한 측정을 할 수 있으나 반면에 측정효율이 낮아져 측정시간이 길어진다. 어느 방법을 복합할 것인가는 분석하고자 하는 방사성시료에 따라 측정자가 선택하여야 할 일이다.Since HPGe detector measuring devices are necessary for gamma nuclide analysis, they should be operated at all times. Each measuring method using the remaining auxiliary detectors can be used in one function or in combination. For example, only a spacecraft impact reduction device can be operated for gamma nuclide analysis, or compton scatter reduction and gamma-beta simultaneous measurements can be performed. The use of several functions enables precise measurement, but on the other hand, the measurement efficiency is lowered and the measurement time is longer. Which method should be combined depends on the radiometric sample to be analyzed.
방사선측정에 있어서 측정오차는 측정된 개수 또는 측정 효율에 의존한다. 따라서 측정방법을 복합하여 사용할수록 측정효율과 측정 개수가 작아져 오차가 커진다. 그러므로 측정시간을 늘려 오차를 줄이는 방법을 택하게 된다. 이러한 감마핵종분석기는 오차의 전파가 자동 계산되므로, 측정자가 하여야 할 일은 각 측정방법에 대한 측정효율을 결정하는 일로 국한되며, 측정효율은 시료의 형태 각각에 대하여 모두 시행하여야 한다.In radiological measurement, measurement errors depend on the number measured or the measurement efficiency. Therefore, the more complex the measurement method is used, the smaller the measurement efficiency and the number of measurements and the greater the error. Therefore, the method of reducing the error by increasing the measurement time is taken. Since the propagation of the error is automatically calculated by these gamma nucleus analyzers, the operator's only task is to determine the measurement efficiency for each measurement method, and the measurement efficiency must be performed for each type of sample.
도 7은 감마선 동시측정을 하였을 경우(coincidence spectrum)와 하지 않았을 경우(single spectrum)에 대하여 컴퓨터에서 분석한 감마선 스펙트럼을 나타낸다. 동시측정을 하였을 경우는 하지 않았을 때에 비하여 측정 백그라운드가 1/100 낮았으며, 동시측정 효율을 5%로 한 결과 1332keV 감마선이 5%에 해당하는 만큼 두드러지게 나타났다.FIG. 7 shows gamma-ray spectra analyzed by computer for the case of simultaneous measurement of the gamma rays (coincidence spectrum) and the absence of (single spectrum). When the simultaneous measurement was not performed, the measurement background was 1/100 lower than when the simultaneous measurement was not performed. As a result, when the simultaneous measurement efficiency was 5%, the 1332 keV gamma ray was 5%.
도 8은 콤프턴산란 삭감을 하였을 경우(anticompton spectrum, 흑색그래프)와 하지 않았을 경우(single spectrum, 적색그래프)에 대하여 컴퓨터에서 분석한 감마선 스펙트럼을 나타낸다. 콤프턴산란 삭감을 하였을 경우가 하지 않았을 경우에 비하여 중간 부분의 경우 1/10가량 콤프턴연속부분이 줄어든 것으로 나타났다.8 shows a gamma ray spectrum analyzed by a computer with respect to the Compton scattering reduction (anticompton spectrum, black graph) and not (single spectrum, red graph). Compton scattering was reduced by about 1/10 in the middle part compared to the case where the Compton scattering cut was not made.
도 9는 우주선영향 삭감을 하였을 경우(anti-cosmic spectrum, 적색그래프)와 하지 않았을 경우(single spectrum, 흑색그래프)에 대하여 컴퓨터에서 분석한 감마선 스펙트럼을 나타낸다. 우주선영향 삭감을 하였을 경우가 하지 않았을 경우에 비하여 중간 부분의 경우 1/2 가량 백그라운드가 줄어든 것으로 나타났다.FIG. 9 shows gamma-ray spectra analyzed by a computer in the case of spacecraft effect reduction (anti-cosmic spectrum, red graph) and not (single spectrum, black graph). In the middle part, the background was reduced by half compared to the case where the spacecraft impact reduction was not done.
본 발명은 종래의 감마핵종분석기에 의해 감마선을 방출하는 미량의 방사능 측정기술을 이용하여 본 발명의 장치에 적용함으로써 감마핵종분석기는 감마선과 동시에 하전입자를 방출하는 방사성핵종이 있을 경우에는 극미량 존재하는 방사능도 분석이 가능하다. 또한 기존의 콤프턴산란 삭감 기능과 우주선 영향 삭감 기능과 더불어 미량 존재하는 방사성핵종의 분석을 매우 용이하게 할 수 있다.The present invention is applied to the apparatus of the present invention by using a small amount of radioactivity measuring technology that emits gamma rays by a conventional gamma nucleus analyzer, so that the gamma nucleus analyzer is present in a very small amount when there is a radionuclide that emits charged particles simultaneously with gamma rays. Radioactivity can also be analyzed. In addition to the existing Compton scattering reduction and spacecraft impact reduction functions, it is very easy to analyze trace radionuclides.
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