KR100734222B1

KR100734222B1 - 라돈농도 측정기의 상대교정 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100734222B1
Application number: KR1020060052326A
Authority: KR
Inventors: 박영웅
Original assignee: 박영웅
Priority date: 2006-06-12
Filing date: 2006-06-12
Publication date: 2007-07-06
Also published as: KR20060074962A

Abstract

라돈농도 측정값은 온도, 습도 및 기압의 변화에 영향을 받는 특성이 있으며, 또한 같은 농도의 라돈에 대한 측정결과라 하더라도 이런 환경변화에 따라 다르게 나타날 수 있다. 본 발명에서는 동일한 시간대 및 같은 환경조건에서, 1차교정기관으로부터 교정은 받은 2차교정용 표준측정기에 의한 측정값과 교정대상의 라돈농도 측정기에 의한 측정값을 비교하는 방식의 2차 교정방법에 해당하는 '상대교정법'을 통하여, 라돈농도 측정기의 교정 및 '정도검사'를 수행할 수 있도록 하였다.

라돈, 측정기, 상대교정, 정도검사, 항온, 항습

Description

라돈농도 측정기의 상대교정 방법 및 장치{Method and Device for Secondary Calibration of Radon Detectors}

'도 1'은 본 발명의 장치를 나타낸 그림으로써, 주전원스위치(01), 가열스위치(02) 및 온도조절기(03)가 부착된 항온기 내부에 1차교정기관으로부터 교정받은 2차교정용 표준측정기(11,12,13)가 내장된 3set의 라돈챔버(21,22,23)로 구성되어 있음을 알 수 있으며, 교정대상의 라돈농도 측정기와 라돈방출선원 및 습도조절용 염화칼슘 수용액이 라돈챔버(21,22,23) 내부에 포함되어 있다.

'도 2'는 기존의 교정장치를 나타낸 그림으로써, 이중 문(101,102)이 부착된 라돈챔버(100), 교정대상의 라돈농도 측정기(121)를 올려놓기 위한 내부선반(103) 및 라돈챔버 내부에 라돈을 공급하기 위한 표준선원(111), 그리고 라돈챔버 내부의 라돈농도를 측정하기 위한 1차교정용 표준측정기(112) 및 라돈챔버 내부에 습도를 공급하고 조절하기 위한 온습도 조절장치(113)를 올려놓기 위한 외부선반(104)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.

라돈은 지각의 구성물질 중에 존재하는 우라늄-238의 여섯 번째 붕괴생성물에 해당하며 대기중으로 방출되기 쉬운 불활성 가스의 알파선 방출체에 해당하므로 라돈의 농도가 높은 지역에서 오랜 기간 생활하는 경우 방사선 피폭으로 인한 폐암 발생확률이 높아지게 되며, 미국 보건국(DHHS)에서는 발암물질로 분류한 바 있다. 이에 따라 환경부에서는 관련 법규를 정비하여 실내공기 중의 라돈농도 측정을 법제화하였으며, 또한 관련 법규에는 라돈농도 측정뿐만 아니라 측정값의 신뢰도를 높이기 위해서 라돈농도 측정에 사용되는 라돈농도 측정기의 '정도검사'를 의무화하고 있다.

라돈농도 측정기의 '정도검사'를 위해서는 라돈농도가 일정하게 유지되는 라돈챔버가 준비되어야 하지만, 라돈에서 방출하는 알파선의 공기 비정(Range)이 매우 짧은 것이 원인으로 작용하여 라돈챔버 내부의 습도 변화에 따라 라돈농도가 일정하게 유지된다고 하더라도 그 측정값이 다르게 나타나는 특성이 있으므로, 라돈농도 측정기의 '정도검사'를 위한 라돈챔버는 일정한 온도 및 습도 유지는 물론 기압 변화에 따른 측정오차를 최소화할 수 있는 여러 조건을 만족시킬 수 있어야 함은 물론 발암물질로 분류된 라돈에 의한 피폭을 방지하기 위한 방사선안전관리의 개념을 포함하여야 한다. 이런 여러 가지 어려움 때문에 항온 및 항습이 유지된 라돈챔버와 라돈농도 표준측정기 및 라돈 표준선원을 구비하여 라돈농도 측정기의 교정 및 '정도검사'를 수행할 수 있는 국내기관은 1차교정기관에 해당하는 표준과학연구원을 포함하여 1개 내지 2개 기관에 불과한 실정이다.

환경 관련법에서 정한 연속식 라돈농도 측정방법은 1시간 간격으로 8시간 동안 라돈농도를 측정한 후 평균한 값을 해당 측정지점에서의 하루에 대한 라돈농도 대표값으로 인정하고 있으며, 또한 관련법에 근거하여 라돈농도 측정이 필요한 시설의 수는 약 10,000개에 해당하며 매년 법에서 규정한 '정도검사'를 받아야 할 연속식 라돈농도 측정기의 수는 수 백대에 이르고 있으므로, 1 내지 2개의 기관에서 모든 라돈농도 측정기를 대상으로 하는 '정도검사'를 수행하는데에는 무리가 따른다고 할 수 있다. 또한, 기존의 방법은 라돈농도 측정기를 교정하기 위해서는 사람이 직접 라돈챔버 내부로 들어가야 하므로 라돈에 의한 피폭이 우려되며 또한 자주 들락거리는 경우에는 농도균형이 깨지게 되는 단점이 있다.

본 발명에서는 위에서 제시한 문제점을 해결하기 위해, 사람의 출입이 필요없는 소형 라돈챔버를 준비하여, 라돈농도 측정기의 제조회사 또는 판매대행업체가 2차교정기관 또는 자율교정기관의 형태로 라돈농도 측정기의 '정도검사'를 수행할 수 있도록 하였으며, 1차교정기관에서 교정을 받은 연속식 라돈농도 측정기에 의한 측정값과 교정대상의 라돈농도 측정기에 의한 측정값을 비교하는 방식의 '상대교정법'을 제공한다.

'상대교정법'을 수행하기 위한 장치는 항온 및 항습이 유지된 2차교정용 라 돈챔버와 1차교정기관에서 교정받은 2차교정용 표준측정기 및 라돈방출선원으로 구성되어 있으며, 특히 라돈방출선원에 있어서는 피치블렌드, 제노타임(Xenotime), 모나자이트(Monazite), 맥반석 등 라돈을 방출하는 광석 또는 수산화라듐, 염화라듐, 산화라듐 등 라듐화합물 중 하나 이상을 선택하여 허용 농도 이하의 양을 취하여 사용할 수 있으며, 동일한 시간대 및 같은 환경조건에서 2차교정용 표준측정기와 교정대상의 라돈농도 측정기를 라돈챔버 내에 함께 넣어 라돈농도를 동시에 측정한 후 2차교정용 표준측정기에 의한 측정값을 교정대상의 라돈농도 측정기에 의한 측정값으로 나눈 값을 상대교정인자로 하여 교정하는 방식을 이용하고 있다.

위 식에서 F2는 교정하고자 하는 연속식 라돈농도 측정기의 상대교정인자이며, F1은 상대교정인자를 도출하는데 사용된 1차교정기관에서 제공받은 2차교정용 표준측정기의 교정인자에 해당하며, C1 및 C2는 각각 라돈챔버 내부에서의 2차교정용 표준측정기 및 교정하고자 하는 라돈농도 측정기에 의해 측정된 라돈농도의 평균값(pCi/ℓ)에 해당한다. CM은 실제로 측정에 사용된 라돈농도 측정기에 표시된 라돈농도(pCi/ℓ)이며, CRm-M은 상대교정인자를 적용한 라돈농도에 해당한다.

본 발명에서 소개하는 '상대교정법'에서는 라돈챔버 내부에 40% 내지 60% 정도의 염화칼슘 수용액을 넣어 챔버 내부의 습도가 일정한 범위로 유지되도록 하였 으며, 챔버를 기밀구조로 하여 기압변화 및 미세한 온도 변화에 따른 챔버 내부 공기의 팽창 및 수축에 의한 오차가 발생하지 않도록 하였다.

이를 단계별로 설명하면, ⅰ 1차교정기관으로부터 2차교정용 표준측정기를 교정하여 교정인자(F1)를 도출하는 단계, ⅱ 2차교정용 라돈챔버에 2차교정용 표준측정기와 교정하고자 하는 라돈농도 측정기 및 라돈방출선원을 함께 넣어 1시간 내지 24시간 동안 측정하는 단계, ⅲ 2차교정용 표준측정기에 의한 측정값(C1)과 교정인자(F1)를 곱한 값을 교정대상의 라돈농도 측정기에 의한 측정값(C2)으로 나누어 상대교정인자(F2)를 도출하는 단계로 나타낼 수 있다.

<실시예 1>

1차교정기관으로부터 교정을 마친 2차교정용 표준측정기와, 교정하고자 하는 라돈농도 측정기를 제노타임 분말 50g과 함께 50±5%의 염화칼슘 수용액 250㎖가 들어있는 16ℓ 크기의 챔버에 넣어 밀봉한 후 항온기(도1) 넣은 다음, 항온기의 온도를 30±1℃로 유지한 채 1시간 간격으로 24시간 동안의 라돈농도를 측정한 후, 측정을 개시한 시간으로부터 앞의 4시간의 측정데이터는 무시하고 5시간으로부터 24시간까지의 측정값을 평균한 다음, 측정결과를 수학식 1에 대입하여 상대교정인자를 도출하였으며, 그 결과를 '표1'에 나타내었다.

연속식 라돈모니터의 상대교정인자(F2) 도출과정을 나타낸 계산결과

구 분	시간(hr)										평균농도 (pCi/ℓ)	교정인자
	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
2차 표준 측정기	12	11	13	13	12	12	11	14	13	12	12.05	0.98
2차 표준 측정기	12	11	13	11	12	11	11	12	12	13	12.05	0.98
교정대상 측정기	13	12	10	10	12	11	11	10	9	12	11.15	1.06
교정대상 측정기	12	11	13	10	11	13	10	10	11	12	11.15	1.06

본 발명은 연속식 라돈농도 측정기의 교정뿐만 아니라 시간적분식 라돈농도 측정기에 대한 환산인자를 도출하는데에도 이용할 수 있으며, 이 경우에는 라돈방출선원 및 2차 교정용 표준측정기로 구성된 2차교정용 라돈챔버에 교정대상용 라돈농도 측정기 대신에 환산인자를 도출하기 위한 시간적분식 라돈농도 측정기를 넣은 후 일정시간 경과시킨 다음, 2차교정용 표준측정기 및 교정인자를 이용하여 도출한 평균라돈농도에 표준조사시간을 곱한 값에 해당하는 시간적분라돈농도를, 시간적분식 라돈농도 측정기 내부에 장착된 고체비적검출기에 생성된 단위면적당 비적수로 나누어 환신인자를 도출하게 되며, 이 방법은 고체비적검출기뿐만 아니라 고체전리함 및 활성탄 등 모든 형태의 시간적분식 라돈농도 측정기에 적용할 수 있다.

위 식에서 CF는 고체비적검출기를 사용하는 시간적분식 라돈농도 측정기의 단위면적당 비적수를 라돈농도로 나타내기 위한 환산인자((pCi·day/ℓ)/(tr/㎠))이며, F1은 1차교정기관에서 제공받은 2차교정용 표준측정기의 교정인자에 해당하며, C1은 라돈챔버 내부에서 2차교정용 표준측정기에 의해 측정된 라돈농도의 평균 값(pCi/ℓ)이며, D는 표준조사기간 또는 측정기간(day)이며, T2는 라돈챔버 내부에서 피폭된 시간적분식 라돈농도 측정기 내부에 장착된 고체비적검출기에 나타난 단위면적당 비적수(track/㎠)에 해당한다. TD는 실제로 측정에 사용된 시간적분식 라돈농도 측정기 내부에 장착된 고체비적검출기의 단위면적당 비적수(track/㎠)이며, CRN-D는 환산인자를 적용한 라돈농도 측정값에 해당한다.

<실시예 2>

1차교정기관으로부터 교정을 마친 2차교정용 표준측정기와 교정하고자 하는 시간적분식 라돈농도 측정기 10개 및 50±5%의 염화칼슘 수용액 250㎖가 들어있는 16ℓ 크기의 라돈챔버를 각각 3set 준비한 후, 각각의 챔버 내부에 라돈방출선원에 해당하는 제노타임을 50g, 100g 및 150g 되도록 넣어 밀봉 한 후 항온기(도1)의 온도를 30±1℃로 유지하면서 7일 동안 표준조사 한 후, 2차교정용 표준측정기로는 환산인자(CF) 계산에 필요한 시간적분농도(pCi·day/ℓ)를, 그리고 시간적분식 라돈농도 측정기에 내장된 고체비적검출기로는 단위면적당 비적수(tr/㎠)를 도출한 다음, 환산인자를 계산하였으며 그 결과를 '표2' 및 '표3'에 각각 나타내었다.

시간적분식 라돈농도측정기의 환산인자(CF) 도출과정을 나타낸 계산결과(1)

구 분	시간 (hr)										평균농도 (pCi/ℓ)	시간적분농도(pCi·day/ℓ)
	8	16	24	32	40	48	56	64	72	80
	88	96	104	112	120	128	136	144	152	160
2차표준측정기(1) (Chamber-A)	11	10	11	13	14	14	15	15	17	16	18.2	127
2차표준측정기(1) (Chamber-A)	20	18	19	23	25	23	25	24	27	24	18.2	127
2차표준측정기(2) (Chamber-B)	15	18	20	28	17	19	31	30	33	34	35.2	246
2차표준측정기(2) (Chamber-B)	39	35	39	45	49	47	51	48	55	51	35.2	246
2차표준측정기(3) (Chamber-C)	22	27	30	35	38	40	44	42	49	58	51.4	359
2차표준측정기(3) (Chamber-C)	56	56	54	60	65	69	70	74	77	73	51.4	359

시간적분식 라돈농도측정기의 환산인자(CF) 도출과정을 나타낸 계산결과(2)

구 분	횟수										평균 (tr/㎠)	환산인자
구 분	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	평균 (tr/㎠)	환산인자
Chamber-A	120	127	119	115	130	136	118	125	120	130	124	1.024
Chamber-B	242	250	236	231	258	265	235	247	243	255	246	1.000
Chamber-C	358	376	354	345	387	359	387	372	361	388	368	0.975
평균 ((pCi·day/ℓ)/(tr/㎠))												0.999

'표3'에서 환산인자의 산술평균값은 0.999임을 알 수 있으나, 일반적으로 시간적분식 라돈농도 측정기의 환산인자 도출에 이용되는 방법은 측정데이터를 최소자승법으로 처리한 후 기울기를 환산인자로 채택하는 방식이 이용되고 있으므로, '표2'의 시간적분농도를 세로축으로 하고 '표3'의 단위면적당 비적수를 가로축으로 한 후 기울기를 계산하여 환산인자를 도출하였으며 그 값은 '그림3'에서와 같이 0.95였다.

상기의 '실시예1' 및 '실시예2'는 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공한 것이며, 본 발명은 이에 구속되지 않는다.

본 발명으로 인하여, 1차교정기관에 의존하지 않고 라돈농도 측정기 제작업체, 측정대행업체 또는 다중이용시설관리자가 자체적으로 연속식 라돈농도 측정기 및 시간적분식 라돈농도 측정기의 교정 및 '정도검사'를 수행할 수 있게 되었다.

Claims

상대교정인자를 도출하기 위한 연속식 라돈농도 측정기의 교정방법에 있어서,

1차교정기관으로부터 2차교정용 표준측정기를 교정하여 교정인자(F1)를 도출하는 단계, ⅱ 2차교정용 라돈챔버에 2차교정용 표준측정기와 교정하고자 하는 연속식 라돈농도 측정기 및 '라돈방출선원'을 함께 넣어 1시간 내지 24시간 동안 측정하는 단계, ⅲ 2차교정용 표준측정기에 의한 측정값(C1)에 교정인자(F1)를 곱한 값을 교정대상의 라돈농도 측정기에 의한 측정값(C2)으로 나누어 상대교정인자(F2)를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈농도 측정기의 상대교정 방법
환산인자를 도출하기 위한 시간적분식 라돈농도 측정기의 교정방법에 있어서,

1차교정기관으로부터 2차교정용 표준측정기를 교정하여 교정인자(F1)를 도출하는 단계, ⅱ 2차교정용 라돈챔버에 2차교정용 표준측정기와 교정하고자 하는 시간적분식 라돈농도 측정기 및 '라돈방출선원'을 함께 넣어 1일 내지 7일 동안 표준조사하는 단계, ⅲ 2차교정용 표준측정기에 의한 측정값(C1)에 표준조사시간(D) 및 교정인자(F1)를 곱하여 얻은 시간적분측정값을 교정대상의 시간적분식 라돈농도 측 정기에 의한 측정값(T2)으로 나누어 환산인자(CF)를 도출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 라돈농도 측정기의 상대교정 방법
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

2차교정용 라돈챔버 내부에 40% 내지 60%의 염화칼슘 수용액을 넣어 챔버 내의 공기가 일정한 습도 분포를 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는, 라돈농도 측정기의 상대교정 방법
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

피치블렌드, 제노타임(Xenotime), 모나자이트(Monazite), 맥반석 등 라돈을 방출하는 광석 또는 수산화라듐, 염화라듐, 산화라듐 등 라듐화합물을 '라돈방출선원'으로 사용하는 것을 특징으로 하는, 라돈농도 측정기의 상대교정 방법
청구항 1의 '상대교정인자' 또는 청구항 2의 '환산인자'를 도출하기 위한 라돈농도 측정기의 교정장치에 있어서,

2차교정용 표준측정기(11,12,13)가 내장된 라돈챔버(21,22,23)가 온도조절기(03)가 부착된 항온기(도1) 내부에 내장된 것을 특징으로 하는, 라돈농도 측정기의 상대교정 장치