KR101447030B1 - 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개별 감마핵종의 조사선량률을 결정하는 방법에 관한 것으로, 개별 감마핵종에 대한 조사선량률 정보를 제공하도록 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 상기 검출기에 대한 G인자(G-factor)를 이용하여 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계, 개별 감마핵종에 대하여 광전효과에 기인한 조사선량률을 도출하도록 상기 변환된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 반영하는 광전피크의 순면적을 산출하는 단계, 및 광전효과에 기인한 조사선량률과 총 조사선량률의 비를 의미하는 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)와 개별 감마핵종의 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 연산하여 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계를 포함한다. 이에 의하여 개별 감마핵종별로 조사선량률 값을 정확하게 계산할 수 있다.

Description

개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법{DETERMINATION OF INDIVIDUAL EXPOSURE RATE FOR EACH GAMMA NUCLIDE}
본 발명은 분광분석법을 이용하여 개별 감마핵종에 대한 총 조사선량률을 결정하는 방법에 관한 것이다.
검출기로 측정한 에너지 스펙트럼으로부터 조사선량률을 계산하는 분광적인 조사선량률 결정방법(Spectrometric determination of the exposure rate)은 인공 감마핵종의 기여를 직접 확인하고 평가할 수 있다는 장점 때문에 환경 방사선 감시기에 도입되어 널리 활용되고 있다.
그러나, 종래의 조사선량률 결정방법으로부터 얻어지는 조사선량률 값은 자연 감마핵종 또는 인공 감마핵종이 포함된 환경에서의 총 조사선량률(total exposure rate)을 의미하며 개별 감마핵종의 조사선량률(Individual exposure rate) 정보는 얻을 수 없었다.
개별 감마핵종의 조사선량률은 방사성 물질의 측정이나 방사선 사고 등으로 인해 다수의 인공 감마 핵종이 존재하는 경우 그 감마핵종의 방사능과 직결된다. 따라서 측정된 에너지 스펙트럼으로부터 개별 감마핵종의 조사선량률을 직접 계산하는 것은 일상적인 방사선 감시뿐만 아니라 방사선 사고 초기 대응에 아주 유용한 정보를 제공할 수 있다.
그러나 종래의 분광적인 조사선량률 결정방법은 이러한 정보를 제공하지 않아 일상적인 환경 방사선 감시에만 분광적인 조사선량률 결정방법이 이용되고 있을 뿐이다.
기타 조사선량률의 결정에 관한 배경기술은 하기의 선행 문헌들을 참조한다.
선행 문헌 1. 등록특허공보 제10-092419호
선행 문헌 2. 공개특허공보 제10-1997-0062725호
선행 문헌 3. 공개특허공보 제10-2008-0015497호
본 발명의 일 목적은 종래의 분광적인 조사선량률 결정방법에서 제공하지 못하는 개별 감마핵종의 조사선량률을 결정하는 방법을 제안하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 반도체검출기뿐만 아니라 섬광검출기 등 분광분석을 구현할 수 있는 모든 검출기로부터 측정된 계수율에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 개별 감마핵종의 조사선량률을 쉽고 정확하게 계산할 수 있는 방법을 제시하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법은 개별 감마핵종에 대한 조사선량률 정보를 제공하도록 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 상기 검출기에 대한 G인자(G-factor)를 이용하여 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계, 개별 감마핵종에 대하여 광전효과에 기인한 조사선량률을 도출하도록 상기 변환된 에너지 스펙트럼으로부터 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 반영하는 광전피크의 순면적을 산출하는 단계, 및 광전효과에 기인한 조사선량률과 총 조사선량률의 비를 의미하는 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)와 개별 감마핵종의 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 연산하여 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 변환하는 단계는, 상기 검출기에 대하여 몬테칼로법(Monte-Carlo method)에 근거하여 계수율 값을 조사선량률 값으로 변환시키는 에너지별 G인자(G-factor)를 유도하는 단계, 상기 검출기에서 감마선을 측정하여 에너지별 계수율을 획득하는 단계, 및 상기 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 상기 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환시키도록 상기 계수율에 대한 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지별 계수율과 상기 에너지별 G인자(G-factor)를 연산하는 단계를 포함한다.
상기 변환하는 단계는 상기 에너지별 계수율과 상기 에너지별 G인자를 연산하도록 알고리즘화 되어, 상기 검출기로부터 에너지별 조사선량률을 획득할 수 있도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 산출하는 단계는, 감마핵종마다 적어도 하나를 가지는 고유의 에너지와 상기 광전피크의 중심에너지를 비교하여 검출된 감마선의 핵종을 식별하는 단계, 및 식별된 감마핵종에 해당하는 광전피크가 시작되는 에너지에서부터 상기 광전피크가 종료되는 에너지의 범위까지 순면적을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 고유의 에너지를 복수로 구비하는 감마핵종의 총 조사선량률은, 각 고유의 에너지마다 연산된 총 조사선량률들을 모두 합산하여 결정할 수 있다.
본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 결정하는 단계는, 감마선이 상기 검출기에 입사하는 것을 모사하여 광전효과에 기인한 조사선량률과 광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성에 기인한 상기 총 조사선량률의 비를 의미하는 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 유도하는 단계, 및 개별 감마핵종의 총 조사선량률이 도출되도록 상기 광전피크의 순면적을 상기 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)로 나누는 단계를 포함한다.
상기 결정하는 단계는 상기 광전피크의 순면적과 상기 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하도록 알고리즘화 되어, 상기 광전효과에 기인한 조사선량률로부터 상기 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정할 수 있도록 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 분광분석을 구현할 수 있는 모든 검출기로부터 개별 감마핵종별 조사선량률을 정확하게 계산할 수 있다. 이를 환경 방사선 감시기 또는 방사선 물질의 측정에 활용하여 자연 감마핵종과 인공 감마핵종의 핵종별 조사선량률을 측정할 수 있다.
또한 본 발명은, 방사선 사고시 핵종별 조사선량률 값을 제공할 수 있으므로 사고 대응에 활용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법을 나타내는 흐름도.
도 2는 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는데 이용되는 에너지별 G인자(G-factor)를 나타내는 그래프.
도 3은 검출기에 의해 검출된 개별 감마핵종의 계수율에 대한 에너지 스펙트럼.
도 4는 도 2에 도시된 G인자를 이용하여 도 3의 계수율에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 변환된 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
도 5는 도 4에 도시된 개별 감마핵종의 중심에너지와 광전피크별 순면적을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
도 6은 광전효과에 기인한 조사선량률과 개별 감마핵종의 총 조사선량률의 비를 의미하는 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 나타내는 그래프.
도 7은 인공 감마핵종이 없는 백그라운드(background)에 대하여 검출기로 자연 감마핵종을 검출한 것을 나타내는 계수율에 대한 에너지 스펙트럼.
도 8은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 바륨-133(Ba-133)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
도 9는 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 세슘-137(Cs-137)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
도 10은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 코발트-60(Co-60)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
도 11은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137), 코발트-60(Co-60)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼.
이하, 본 발명에 관련된 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법을 나타내는 흐름도이다. 도 2 내지 도 6은 도 1에 도시된 흐름도를 구체적으로 설명하기 위한 도면들이므로, 이하에서는 도 2 내지 도 6을 참조하여 도 1을 설명한다.
개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법은, 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계(S100), 상기 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 광전피크의 순면적을 산출하는 단계(S200), 상기 광전피크의 순면적과 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하여 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계(S300)를 포함한다.
검출기로부터 얻어지는 계수율에 대한 에너지 스펙트럼은 자연 감마핵종 또는 인공 감마핵종이 모두 포함된 총 조사선량률에 관한 정보만을 얻을 수 있고, 개별 감마핵종의 조사선량률에 관한 정보는 얻을 수 없다. 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계(S100)는, 검출기에 의해 검출된 결과를 도식화한 에너지 스펙트럼을 개별 감마핵종에 대한 조사선량률을 계산할 수 있는 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계이다.
계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계(S100)는, 검출기에 대하여 G인자(G-factor)를 유도하는 단계(S110), 검출기로부터 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 획득하는 단계(S120), 및 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환시키도록 계수율과 G인자를 연산하는 단계(S130)를 포함한다. 상기 세 단계(S110, S120, S130)에 대하여는 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는데 이용되는 에너지별 G인자(G-factor, G(E))를 나타내는 그래프이다.
G인자는 에너지별 계수율을 에너지별 조사선량률로 변환할 수 있는 보정인자로써, 감마선의 단위플럭스 당 조사선량률(exposure per unit flux of gamma ray)과 응답행렬의 역수(inversed response matrix)를 곱한 값이다. G인자는 검출기별로 전산모사(simulation) 방법인 몬테칼로법(Monte-Carlo method)에 근거하여 구할 수 있다.
G인자는 감마선을 측정하기 전에 측정하고자 하는 검출기에 대하여 사전에 미리 유도한다. 검출기를 통해 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 획득하면 미리 유도해 놓은 G인자와 연산함으로써, 계수율에 대한 에너지 스펙트럼이 곧바로 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환되도록 알고리즘화 할 수 있다.
도 3은 검출기에 의해 검출된 개별 감마핵종의 계수율에 대한 에너지 스펙트럼이다.
검출기는 종래의 일반적인 감마검출기를 이용하며, 반도체검출기뿐만 아니라 섬광검출기 등 분광분석을 구현할 수 있는 모든 검출기를 이용하여 측정할 수 있다. 검출기로부터 획득할 수 있는 에너지 스펙트럼은 도 3에 도시한 바와 같은 계수율에 대한 에너지 스펙트럼으로 가로축은 에너지 세로축은 계수율을 가리킨다. 도 3에서 각각의 점들은 에너지별 계수율(n(E))을 가리킨다.
계수율에 대한 에너지 스펙트럼에서 각 피크(peak)는 해당 에너지를 갖는 감마핵종의 계수율이므로, 도 3에서 얻을 수 있는 정보는 개별 감마핵종의 계수율과, 전체 감마핵종의 총 조사선량률에 관한 정보뿐이고 개별 감마핵종의 조사선량률에 관한 정보는 얻을 수 없다.
개별 감마핵종의 조사선량률에 관한 정보를 얻기 위해서는 도 3에서 검출기를 통해 얻은 에너지별 계수율을 도 2에서 사전에 미리 유도해 놓은 에너지별 G인자와 연산한다.
도 4는 도 2에 도시된 G인자를 이용하여 도 3의 계수율에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 변환된 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
도 4에서 가로축은 에너지이고 세로축은 에너지별 조사선량률이다. 특히 각 피크(peak)는 해당 에너지를 갖는 개별 감마핵종의 조사선량률을 가리킨다.
조사선량률의 단위는 μR/h 이고, 계수율과 G인자의 단위는 각각 cps와 μR/h/cps이므로, 에너지별 계수율(n(E))과 에너지별 G인자(G(E))를 연산하면 에너지별 조사선량률(n(E)G(E))를 얻을 수 있다. 특히 검출기를 통해 에너지별 계수율과 사전에 유도해 놓은 에너지별 G인자를 곱하도록 알고리즘화 되면, 검출기로부터 출력되는 값이 바로 에너지별 조사선량률이 되므로 개별 감마핵종의 조사선량률에 대한 분광분석이 가능하게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 광전피크의 순면적을 산출하는 단계(S200)는 개별 감마핵종에 대하여 특히 광전효과에 기인한 조사선량률을 도출하는 단계이다. 개별 감마핵종의 총 조사선량률은 광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성에서 기인한 조사선량률을 모두 포함하는데, 도 5에 도시된 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼에서 광전피크의 순면적은 그 중 광전효과에 기인한 조사선량률에 해당한다.
조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로부터 광전피크의 순면적을 산출하는 단계(S200)는, 감마선의 핵종을 식별하는 단계(S210) 및 광전피크의 순면적을 계산하는 단계(S220)를 포함한다. 상기 두 단계(S210, S220)에 대하여는 도 5를 참조하여 설명한다.
도 5는 도 4에 도시된 개별 감마핵종의 중심 에너지와 광전피크별 순면적을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
감마선의 핵종을 식별하는 단계(S210)는, 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼의 피크(peak)별로 중심 에너지를 결정하고 이를 개별 감마핵종 고유의 에너지와 비교하여 감마선의 핵종을 식별한다. 피크별 중심 에너지는 검출된 감마선의 에너지를 의미한다. 감마핵종마다 적어도 하나의 고유의 에너지를 가지므로, 중심 에너지를 고유의 에너지와 비교하면 검출된 감마핵종이 어떤 것인지 식별할 수 있게 된다.
도 5에서 가장 왼쪽의 피크 3개는 각각 81, 303, 356keV의 중심 에너지를 가지므로 이 에너지값들에 해당하는 고유의 에너지를 갖는 감마핵종은 바륨-133(Ba-133)임을 식별할 수 있다. 마찬가지로 그 오른쪽의 피크는 662keV의 중심 에너지를 가지므로 세슘-137(Cs-137)임을 식별할 수 있고, 1173과 1333keV의 중심 에너지를 갖는 감마핵종은 코발트-60(Co-60)임을 식별할 수 있다. 바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137), 코발트-60(Co-60)은 인공 감마핵종에 해당하고, 칼륨-40(K-40), 탈륨-208(Tl-208)은 자연 감마핵종에 해당한다.
광전피크의 순면적을 계산하는 단계(S220)는, 조사선량률에 대한 에너지스펙트럼에서 광전효과에 기인한 조사선량률을 산출하는 단계이다. 도 5에서 각 피크의 검게 칠한 부분이 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼에서 광전피크의 순면적에 해당하고, 이 값은 광전효과에 기인한 조사선량률을 의미한다. 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼에서 광전피크의 순면적은 개념적으로 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112012107938511-pat00001
여기서, En 및 Em은 각각 피크의 시작점과 종료점에서의 에너지를 의미하고, X'(E)는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼에서 광전피크에 해당하는 조사선량률 값을 의미한다. n'(E)와 계수율에 대한 에너지 스펙트럼에서의 순계수율을 의미하며 G(E)는 G인자를 의미한다. G인자를 이용하면 계수율을 조사선량률로 변환할 수 있으므로, n'(E)G(E)는 X'(E)에 대응되는 값을 의미한다. 광전피크의 순면적을 구하는 방법은, 예를 들어 피크의 시작점(En)과 종료점(Em)을 직선으로 이어 그 윗 부분과 아래 부분을 합친 면적에서 아래 부분을 빼는 근사적인 방법으로 구할 수 있다. 광전피크의 순면적을 구하는 또 다른 예는 피크의 시작점(En)과 종료점(Em)을 계단 형태로 이어 그 윗 부분과 아래 부분을 합친 면적에서 아래 부분을 빼는 근사적인 방법으로 구할 수 있다.
광전피크의 순면적을 계산하여 광전효과에 기인한 조사선량률 값을 얻었으므로, 이를 이용하여 다음 단계에서 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 광전피크의 순면적과 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하여 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계(S300)는, 광전효과에 기인한 조사선량률 값을 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)로 나누어 주어 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 계산하는 단계이다.
광전피크의 순면적과 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하여 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계(S300)는, 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 유도하는 단계(S310) 및 광전효과에 기인한 조사선량률과 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하는 단계(S320)를 포함한다. 상기 두 단계는 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 광전효과에 기인한 조사선량률과 개별 감마핵종의 총 조사선량률의 비를 의미하는 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 나타내는 그래프이다.
피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 유도하는 단계(S310)는, 광전효과에 기인한 계수율과 광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성을 모두 포함하는 반응에 기인한 총 계수율의 비를 의미하는 계수율의 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 조사선량률에 도입하는 단계이다.
계수율의 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)는 종래의 분광분석 방법인 계수율에 대한 에너지 스펙트럼에서 사용되는 함수로써, 이를 조사선량률에 도입하게 되면, 그 의미가 광전효과에 기인한 조사선량률과 광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성을 모두 포함하는 반응에 기인한 총 조사선량률의 비가 된다.
조사선량률의 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)는 G인자(G-factor)와 마찬가지로 검출기에 대하여 몬테칼로법(Monte-Carlo method)에 근거하여 여러 에너지의 감마선이 상기 검출기에 입사할 때를 모사함으로써 그 결과를 조사선량률 스펙트럼으로 도식화하여 구한다.
도 6에서 P(E)는 종래의 분광분석에서 사용되는 계수율의 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 가리키고, DP(E)는 동일한 검출기에 대하여 본 발명에서 유도하고자 하는 조사선량률의 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 가리킨다.
광전효과에 기인한 조사선량률과 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하는 단계(S320)는 광전피크의 순면적을 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)로 나누어주는 단계이다. 광전피크의 순면적을 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)로 나누어 주도록 알고리즘화 하면 광전피크, 컴프턴산란, 전자쌍생성을 포함하는 모든 반응에서 기인한 개별 감마핵종의 총 조사선량률이 결정되며, 수학적으로는 하기의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112012107938511-pat00002
다시 도 5를 참조하면, 바륨-133(Ba-133)이나 코발트-60(Co-60)과 같이 고유의 에너지를 복수로 구비하는 감마핵종의 총 조사선량률은 각 광전피크마다 연산된 총 조사선량률들을 모두 합산하여 결정한다.
이하에서는 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명에서 제시한 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법의 정확성에 대하여 검증한다. 정확성을 검증하는 방법은, 먼저 인공 감마핵종이 없는 백그라운드(background)에 대하여 검출기로 자연 감마핵종을 검출하여 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 도식화한다. 일르 전에너지에 대하여 합산함으로써 자연 감마핵종의 조사선량률을 포함하는 백그라운드의 총 조사선량률을 계산한다.
이어서 동일한 백그라운드에 대하여 인공 감마핵종인 선원을 두고 검출기로 자연 감마핵종 및 인공 감마핵종을 검출하여 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 도식화한다. 이를 전에너지에 대하여 합산합으로써 인공 감마핵종 및 백그라운드의 총 조사선량률을 계산한다. 그리고 이 스펙트럼에서 광전효과에 기인하 조사선량률과 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하여 얻은 인공 감마핵종의 총 조사선량률을 계산한다.
마지막으로 인공 감마핵종 및 백그라운드의 총 조사선량률에서 인공 감마핵종의 조사선량률만을 빼주면 백그라운드만의 총 조사선량률이 도출될 것이며, 이 값을 인공 감마핵종이 없는 백그라운드에 대하여 측정한 값과 비교하여 오차 범위 내에서 유사한 값이 얻어지면 본 발명의 정확함이 검증된다.
도 7은 선원이 없는 백그라운드(background)에 대하여 검출기로 자연 감마핵종을 검출한 것을 나타내는 계수율에 대한 에너지 스펙트럼이다. 두 개의 피크가 검출되어 도식화되었으며, 검출된 자연 감마핵종은 1461keV의 중심에너지를 갖는 칼륨-40(K-40)과 2651keV의 중심에너지를 갖는 탈륨-208(Tl-208)이다. 이를 바탕으로 백그라운드에 대하여 계산된 자연 감마핵종의 총 조사선량률은 12.94μR/h이고, 그 중 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40)과 탈륨-208(Tl-208)의 조사선량률은 각각 2.94μR/h, 0.80μR/h이다.
도 8은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 바륨-133(Ba-133)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
인공 감마핵종인 바륨-133(Ba-133)과 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40), 탈륨-208(Tl-208) 및 백그라운드의 총 조사선량률은 14.91μR/h로 계산되었다. 개별 감마핵종에 대하여는 바륨-133(Ba-133)이 1.48μR/h, 칼륨-40(K-40)이 3.05μR/h, 탈륨-208(Tl-208)이 0.86μR/h로 계산되었다.
바륨-133(Ba-133)과 백그라운드의 총 조사선량률인 14.91μR/h에서 바륨-133(Ba-133)의 조사선량률 1.48μR/h을 빼주면 백그라운드만의 총 조사선량률은 13.43μR/h로 계산되므로, 이 값은 도 7에서 얻은 12.94μR/h의 오차 범위 내에 있어 본 발명의 정확함이 검증된다.
도 9는 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 세슘-137(Cs-137)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
인공 감마핵종인 세슘-137(Cs-137)과 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40), 탈륨-208(Tl-208) 및 백그라운드의 총 조사선량률은 26.43μR/h로 계산되었다. 개별 감마핵종에 대하여는 세슘-137(Cs-137)이 13.33μR/h, 칼륨-40(K-40)이 2.91μR/h, 탈륨-208(Tl-208)이 0.80μR/h로 계산되었다.
세슘-137(Cs-137)과 백그라운드의 총 조사선량률인 26.43μR/h에서 세슘-137(Cs-137)의 조사선량률 13.33μR/h을 빼주면 백그라운드만의 총 조사선량률은 13.10μR/h로 계산되므로, 이 값은 도 7에서 얻은 12.94μR/h의 오차 범위 내에 있어 본 발명의 정확함이 검증된다.
도 10은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 코발트-60(Co-60)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
인공 감마핵종인 코발트-60(Co-60)과 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40), 탈륨-208(Tl-208) 및 백그라운드의 총 조사선량률은 14.27μR/h로 계산되었다. 개별 감마핵종에 대하여는 코발트-60(Co-60)이 1.54μR/h, 칼륨-40(K-40)이 2.73μR/h, 탈륨-208(Tl-208)이 0.83μR/h로 계산되었다.
코발트-60(Co-60)과 백그라운드의 총 조사선량률인 14.27μR/h에서 코발트-60(Co-60)의 조사선량률 1.54μR/h을 빼주면 백그라운드만의 총 조사선량률은 12.72μR/h로 계산되므로, 이 값은 도 7에서 얻은 12.94μR/h의 오차 범위 내에 있어 본 발명의 정확함이 검증된다.
도 11은 도 7의 백그라운드에 인공 감마핵종 바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137), 코발트-60(Co-60)을 선원으로 사용하여 검출기로 검출된 감마핵종들을 나타내는 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼이다.
인공 감마핵종인 바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137), 코발트-60(Co-60)과 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40), 탈륨-208(Tl-208) 및 백그라운드의 총 조사선량률은 29.71μR/h로 계산되었다. 개별 감마핵종에 대하여는 바륨-133(Ba-133)이 1.52μR/h, 세슘-137(Cs-137)이 13.62μR/h 코발트-60(Co-60)이 1.56μR/h, 칼륨-40(K-40)이 2.82μR/h, 탈륨-208(Tl-208)이 0.82μR/h로 계산되었다.
바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137),코발트-60(Co-60)과 백그라운드의 총 조사선량률인 29.71μR/h에서 바륨-133(Ba-133), 세슘-137(Cs-137),코발트-60(Co-60)의 조사선량률 합 16.7μR/h을 빼주면 백그라운드만의 총 조사선량률은 13.01μR/h로 계산되므로, 이 값은 도 7에서 얻은 12.94μR/h의 오차 범위 내에 있어 본 발명의 정확함이 검증된다.
도 11을 참조하면 본 발명에서 제시한 개별 감마핵종의 조사선량률 검증방법은 단일 감마핵종뿐만 아니라 복수의 감마핵종이 존재하는 경우에도 각각의 개별 감마핵종에 대하여 조사선량률 값을 정확하게 계산할 수 있음을 알 수 있다. 또한 도 8 내지 도 11에서 자연 감마핵종인 칼륨-40(K-40)과 탈륨-208(Tl-208)의 조사선량률 값을 각각 비교해도 오차 범위내에서 유사한 값이므로 본 발명의 정확함이 검증된다.
이상에서 설명된 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 조사선량률 분광분석에 이용될 수 있는 개별 감마핵종에 대한 조사선량률 정보를 제공하도록, 검출기에 대한 G인자(G-factor)를 이용하여 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환하는 단계;
    개별 감마핵종에 대하여 광전효과에 기인한 조사선량률을 도출하도록, 상기 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼에서 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 반영하는 광전피크의 순면적을 산출하는 단계; 및
    (a) 광전효과, 컴프턴산란 및 전자쌍생성을 포함하는 모든 반응에 기인한 총 조사선량률의 비를 의미하는 조사선량률의 에너지별 피크 대 총합 비(조사선량률의 에너지별 peak-to-total 비)와 (b) 상기 광전피크의 순면적으로부터 산출되는 개별 감마핵종의 상기 광전효과에 기인한 조사선량률을 연산하여, 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는,
    상기 검출기에 대하여 몬테칼로법(Monte-Carlo method)에 근거하여 계수율 값을 조사선량률 값으로 변환시키는 에너지별 G인자(G-factor)를 유도하는 단계;
    상기 검출기에서 감마선을 측정하여 에너지별 계수율을 획득하는 단계; 및
    상기 계수율에 대한 에너지 스펙트럼을 상기 조사선량률에 대한 에너지 스펙트럼으로 변환시키도록 상기 계수율에 대한 에너지 스펙트럼에 나타난 에너지별 계수율과 상기 에너지별 G인자(G-factor)를 연산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 변환하는 단계는 상기 에너지별 계수율과 상기 에너지별 G인자를 연산하도록 알고리즘화 되어, 상기 검출기로부터 에너지별 조사선량률을 획득할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산출하는 단계는,
    감마핵종마다 적어도 하나를 가지는 고유의 에너지와 상기 광전피크의 중심에너지를 비교하여 검출된 감마선의 핵종을 식별하는 단계; 및
    식별된 감마핵종에 해당하는 광전피크가 시작되는 에너지에서부터 상기 광전피크가 종료되는 에너지의 범위까지 순면적을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고유의 에너지를 복수로 구비하는 감마핵종의 총 조사선량률은, 각 고유의 에너지마다 연산된 총 조사선량률들을 모두 합산하여 결정하는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는,
    감마선이 상기 검출기에 입사하는 것을 모사하여, 광전효과에 기인한 조사선량률과 광전효과, 컴프턴산란, 전자쌍생성에 기인한 상기 총 조사선량률의 비를 의미하는 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 유도하는 단계; 및
    개별 감마핵종의 총 조사선량률이 도출되도록 상기 광전피크의 순면적을 상기 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)로 나누는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결정하는 단계는 상기 광전피크의 순면적과 상기 에너지별 피크 대 총합 비(peak-to-total 비)를 연산하도록 알고리즘화 되어, 상기 광전효과에 기인한 조사선량률로부터 상기 개별 감마핵종의 총 조사선량률을 결정할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 개별 감마핵종의 조사선량률 결정방법.
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