KR101762008B1 - 방사선 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 방사선 검출 장치 및 검출 방법을 제공한다. 이러한 본 명세서는 혼합 선원의 스펙트럼 및 주위 온도를 측정하는 단계, 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득하는 단계, 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하는 단계, 상기 방사선 검출 환경에서의 상기 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼으로부터 에너지 교정 함수를 획득하는 단계, 측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이값을 계산하는 단계, 및 상기 계산된 차이값을 기반으로 에너지를 교정하는 단계를 포함하는 방사선 검출 방법을 제공한다.

Description

방사선 검출 장치 및 검출 방법{The Radiation Detection Method and the Apparatus Thereof}

본 발명은 NaI 섬광 검출기의 파고 이동 보정 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도에 따른 NaI 섬광 검출기의 파고 이동을 보정하는 방법에 관한 것이다.

방사선의 검출에는 NaI(T1) 섬광검출기가 널리 사용된다. NaI 섬광검출기는 감마선을 검출 효율이 높고, 상온 사용이 가능하며 가격이 저렴하여, 인체의 내부 방사선 피폭 평가를 위한 전신계수기(Whole Body Counter), 게이트 모니터(Gate Monitor), 공간 중의 환경 방사선 감시기(Environmental Radiation Monitor), 휴대용 선량계(Surveymeter) 등에 널리 사용되고 있다.

상기 NaI 섬광검출기는 온도에 따라 방사선 반응에 의한 전기 신호의 크기가 변화하여, 측정 감마선 에너지 스펙트럼에서 피크의 이동을 야기하기 때문에, 측정된 스펙트럼으로부터 핵종 식별을 불가능하게 하는 문제점이 있다.

NaI 섬광검출기 내부의 온도를 구하여 온도에 따른 검출기의 방사선 특성을 구하는 것은, 검출기 물질이 알루미늄 케이스 내부에 있어 검출기 물질 자체의 온도를 측정하는 데에 곤란함이 있다. 또한, 검출기 내부의 온도를 측정한다 하더라고, 검출기의 반응이 현재 온도에 이르는 과정에 의존하므로, 방사선 반응의 온도 보정의 효과는 제한적이다.

차폐제 없는 검출기로 장시간 감마선 에너지 스펙트럼을 측정하는 경우와 같이 스펙트럼에 에너지 교정에 사용할 자연 방사선의 피크가 나타나는 경우에는 이들 피크를 이용하여 에너지 교정이 가능하나, 전신계수기, 자체처분 검사장비와 같이 외부 방사선 차폐가 있는 곳에서 검출기를 사용하는 경우, 또는 해양에서 방사선 측정을 하는 경우에는 에너지 교정에 사용할 자연 방사선 피크가 부재하다.

따라서, 본 기술분야에서는 이와 같은 조건 및 온도가 변하는 환경에서 검출기로 측정한 스펙트럼의 에너지 교정 방법이 필요한 실정이다.

본 발명의 기술적 과제는 온도에 따른 NaI 섬광검출기의 파고 이동을 보정하는 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 온도 변화에 관계없이 방사선 스펙트럼을 정확하게 측정하는 방법을 제공하기 위함이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 방사선 검출 방법이 제공된다. 상기 방사선 검출 방법은 혼합 선원의 스펙트럼 및 주위 온도를 측정하는 단계, 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득하는 단계, 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하는 단계, 상기 방사선 검출 환경에서의 상기 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼으로부터 에너지 교정 함수를 획득하는 단계, 측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이값을 계산하는 단계 및 상기 계산된 차이값을 기반으로 에너지를 교정하는 단계를 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 혼합 선원은 Am-241, Cs-137, Co-60 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수는 상기 에너지를 상기 채널에 대한 2차함수로 표현되어 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하는 단계는 10일 동안 30분 간격으로 상기 스펙트럼을 반복 측정하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 방사선 검출 방법은 모든 스펙트럼으로부터 59.54 keV, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV 피크 채널의 중심 위치를 계산하는 단계 및 상기 모든 스펙트럼의 59.54 keV 피크의 중심 채널을 기준값으로 기록하는 단계를 더 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 에너지 교정함수는 에너지 및 채널에 관한 함수로 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 방사선 검출 장치가 제공된다. 상기 방사선 검출 장치는 혼합 선원의 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼 측정부, 상기 혼합 선원의 주위 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 스펙트럼 측정부에서 측정된 상기 스펙트럼과 상기 온도 측정부에서 측정된 상기 주위 온도를 기반으로 에너지를 계산하고 교정하는 연산부를 포함하되, 상기 연산부는 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득하고, 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하고, 상기 방사선 검출 환경에서의 상기 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼으로부터 에너지 교정 함수를 획득하고, 측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값을 기반으로 에너지를 교정하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 혼합 선원은 Am-241, Cs-137, Co-60 중 적어도 하나를 포함하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수는 상기 에너지를 상기 채널에 대한 2차함수로 표현되어 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼의 반복 측정은 10일 동안 30분 간격으로 상기 스펙트럼을 반복 측정하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 에너지 교정함수는 에너지 및 채널에 관한 함수로 구현될 수 있다.

본 발명에 따르면 온도 변화에 관계없이 방사선 스펙트럼을 정확하게 측정할 수 있는 장치 및 방법이 제공된다.

도 1은 주변 온도에 따른 피크위치의 변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 방사선 검출 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 Am-241, Cs-137, Co-60 등으로 구성된 혼합 선원의 스펙트럼 측정 결과의 일례를 도시한다.
도 4는 NaI 섬광 검출기를 통하여 측정되는 채널-에너지의 함수관계의 일례를 도시한 그래프이다.도 5는 본 발명에 따른 60keV 피크 중심 채널과 1,332keV 피크 중심 채널 사이의 관계의 일례를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 방사선 검출 장치를 나타낸 블록도이다.

이하, 본 명세서에서는 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 명세서의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 명세서의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

NaI 섬광 검출기는 검출기의 물리적 성징과 검출기로부터 전기 신호를 만들어 내는 광전 증배관(photomultiplier tube) 등의 물리적 성질에 의하여 도 1과 같이 스펙트럼에서 온도에 따라 방사선에 의한 전기 신호의 크기가 변하는 현상이 발생한다.

도 2는 본 발명에 따른 방사선 검출 방법의 일례를 나타낸다.

도 2를 참조하면, 방사선 검출 장치는 Am-241, Cs-137, Co-60 등으로 구성된 혼합 선원의 스펙트럼 및 방사선 검출 장치의 주위 온도를 측정한다(S205). 이 때, Am-241, Cs-137, Co-60의 감마선 순피크가 10,000 카운트(count) 이상(불확도 ±1%)이 되도록 측정한다. 도 3은 본 발명에 따른 Am-241, Cs-137, Co-60 등으로 구성된 혼합 선원의 스펙트럼 측정 결과의 일례를 도시한다. 도 3을 참조하면, Am-241, Cs-137, Co-60 등으로 구성된 혼합 선원의 스펙트럼은 60 keV, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV에서 피크가 형성됨을 확인할 수 있다. 상기 측정 결과는 주위 온도에 따라 다른 결과값이 측정될 수 있다. 상기 측정 결과는 측정된 중심 채널로 정의될 수 있다.

다시 도 2을 참조하면, 방사선 검출 장치는 단계 S205에서 측정된 스펙트럼으로부터 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득한다(S210). 이 때, 상기 상관관계 함수에서 에너지는 채널에 대한 2차함수로 표현된다.

도 4는 NaI 섬광 검출기를 통하여 측정되는 채널-에너지의 함수관계의 일례를 도시한 그래프이다. 도 4에 따른 채널-에너지의 함수관계는 감마선 에너지를 표준 선원으로 측정한 스펙트럼을 사용하여 획득될 수 있다.

다음으로, 방사선 검출 장치는 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 Am-241, Cs-137, Co-60 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정한다(S215). 상기 스펙트럼의 측정은 10일 정도 30분 간격으로 이루어질 수 있다.

다음으로, 방사선 검출 장치는 모든 스펙트럼으로부터 59.54 keV, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV 피크 채널의 중심 위치를 계산한다(S220).

다음으로, 방사선 검출 장치는 임의 시간에 측정된 스펙트럼을 사용하여 에너지 교정함수를 획득하고, 이 스펙트럼의 59.54 keV 피크의 중심 채널을 기준값으로 기록한다(S225). 이 때, 상기 에너지 교정함수는 에너지-채널에 관한 함수이다.

다음으로, 방사선 검출 장치는 모든 스펙트럼에 대해 단계 S225에서 구한 기준값으로부터 59.54 keV 피크 중심 채널의 이동비를 계산한다(S230). 이 때, 상기 59.54 keV 피크 중심 채널의 이동비는 단계 S225에서 구한 기준값을 59.54 keV 피크 중심 채널로 나눔으로써 계산될 수 있다. 도 5는 본 발명의 일례에 따른 60 keV 피크 중심 채널과 1,332 keV 피크 중심 채널 사이의 상관 관계를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 1,332 keV 피크 중심 채널은 60 keV 피크 중심 채널의 1차함수(예를 들어, y=18.479x + 4.401)로 표현될 수 있다.

다음으로, 방사선 검출 장치는 단계 S205에서 측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이를 계산한다(S235). 여기에서, 계산된 중심 채널이란 단계 S225에서 구한 에너지 교정함수를 사용하여 59.54 keV, 661keV, 1173 keV, 1332 keV 피크 중심 채널의 위치를 계산하고, 계산된 중심 채널의 위치 값에 단계 S230에서 계산된 중심 채널의 이동비를 곱한 값에 의해 정의된다.

다음으로, 방사선 검출 장치는 모든 스펙트럼의 59.54 keV, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV 피크에 대해 주위 온도와 단계 S235에서 계산된 중심 채널의 차이 사이에 관한 함수를 획득한다(S240). 이 때, 상기 주위 온도는 상기 59.54 keV, 661keV, 1173 keV, 1332 keV 피크보다 1시간 전 온도를 기준으로 한다. 상기 상관관계 함수에서 중심 채널의 차이는 상기 주위 온도에 대한 2차 함수로 표현된다.

다음으로, 모든 스펙트럼에 대해 단계 S240에서 획득한 함수를 사용하여, 각 에너지에 대한 온도 보정 결과를 계산한다(S245).

다음으로, 각 스펙트럼의 모든 에너지에 대한 피크 중심 채널을 계산한다(S250). 상기 모든 에너지에 대한 피크 중심 채널은 단계 S235에서 획득한 계산된 중심 채널에 단계 S245에서 계산된 온도 보정 결과를 합하여 계산될 수 있다.

마지막으로, 단계 S250에서 계산된 모든 에너지에 대한 피크 중심 채널을 사용하여 에너지를 교정한다(S255).

도 6은 본 발명에 따른 방사선 검출 장치를 나타낸 블록도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 방사선 검출 장치(600)는 스펙트럼 측정부(610), 온도 측정부(630), 연산부(650)를 포함한다.

스펙트럼 측정부(630)는 Am-241, Cs-137, Co-60 등으로 구성된 혼합 선원의 스펙트럼을 측정한다. 상기 스펙트럼 측정부(6340)는 Am-241, Cs-137, Co-60의 감마선 순피크가 10,000 카운트(count) 이상(불확도 ±1%)이 되도록 측정할 수 있다.

온도 측정부(650)는 방사선 검출 장치(600)의 주위 온도를 측정한다.

연산부(670)는 스펙트럼 측정부(630)에서 측정된 스펙트럼과 온도 측정부(650)에서 측정된 주위 온도를 기반으로 에너지를 계산하고 교정한다. 상기 에너지의 교정은 도 2의 단계 S210 내지 단계 S255에 따를 수 있다.

한편, 본 발명은 반드시 혼합 선원에 Am-241, Cs-137, Co-60 를 모두 사용하여야 하는 것은 아니다. 또한, 본 발명은 반드시 59.54 keV, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV 피크 중심 채널을 모두 사용하여야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 구현에 있어서, Am-241 만을 가지고 측정된 스펙트럼에 대해 이 핵종으로부터 방출되는 감마선 피크의 중심 채널과 온도만을 사용하여, 661 keV, 1173 keV, 1332 keV 피크 중심 채널을 사용하여 에너지를 교정하는 것도 가능하다.

한편, 본 발명의 일례에 따르면 방사선 측정에서 활용되지 않는 100keV 미만의 감마선을 사용하여, 바람직하게는 Am-241로부터 방출되는 60keV 감마선을 사용하여 NaI 섬광 검출기의 온도에 따른 방사선 반응을 측정하고, 상기 측정된 방사선 반응을 채널-에너지의 함수, 온도 등을 사용하여 스펙트럼의 모든 다른 에너지에 적용함으로써 구현될 수 있다. 이 때, Am-241 핵종은 알파선을 방출하며 Np-237로 붕괴하는데, 그 반감기는 432.6년이다. 상기 Am-241 핵종은 알파 붕괴하면서 35.92%가 59.54keV의 감마선을 방출한다.

따라서 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 방사선 검출 방법에 있어서,
   혼합 선원의 스펙트럼 및 주위 온도를 측정하는 단계;
   상기 측정된 스펙트럼으로부터 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득하는 단계;
   방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하는 단계;
   모든 스펙트럼으로부터 측정된 모든 피크 채널의 중심 위치를 계산하는 단계;
   상기 방사선 검출 환경에서의 상기 주위 온도와 임의의 시간에 측정된 상기 혼합 선원의 스펙트럼으로부터 에너지 교정 함수를 획득하고, 상기 임의의 시간에 측정된 혼합 선원의 스펙트럼의 59.54keV 피크의 중심 채널을 기준값으로 기록하는 단계;
   상기 기준값으로부터 59.54keV 피크 중심 채널의 이동비를 계산하는 단계;
   측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이값을 계산하는 단계; 및
   상기 계산된 차이값을 기반으로 에너지를 교정하는 단계
   를 포함하되,
   상기 계산된 중심 채널은 상기 에너지 교정 함수를 사용하여 상기 측정된 모든 피크 채널의 중심 위치를 계산하고, 상기 계산된 중심 위치 값에 상기 이동비를 곱함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 선원은 Am-241, Cs-137, Co-60 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수는 상기 에너지를 상기 채널에 대한 2차함수로 표현되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하는 단계는 10일 동안 30분 간격으로 상기 스펙트럼을 반복 측정하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
   
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 에너지 교정함수는 에너지 및 채널에 관한 함수인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
   
7. 방사선 검출 장치에 있어서,
   혼합 선원의 스펙트럼을 측정하는 스펙트럼 측정부;
   상기 혼합 선원의 주위 온도를 측정하는 온도 측정부; 및
   상기 스펙트럼 측정부에서 측정된 상기 스펙트럼과 상기 온도 측정부에서 측정된 상기 주위 온도를 기반으로 에너지를 계산하고 교정하는 연산부
   를 포함하되,
   상기 연산부는 상기 측정된 스펙트럼으로부터 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수를 획득하고, 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼을 반복 측정하고, 모든 스펙트럼으로부터 측정된 모든 피크 채널의 중심 위치를 계산하고, 상기 방사선 검출 환경에서의 상기 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼으로부터 에너지 교정 함수를 획득하고, 임의의 시간에 측정된 혼합 선원의 스펙트럼의 59.54keV 피크 중심 채널의 이동비를 계산하고, 측정된 중심 채널과 계산된 중심 채널의 차이값을 계산하고, 상기 계산된 차이값을 기반으로 에너지를 교정하고,
   상기 계산된 중심 채널은 상기 에너지 교정 함수를 사용하여 상기 측정된 모든 피크 채널의 중심 위치를 계산하고, 상기 계산된 중심 위치 값에 상기 이동비를 곱함으로써 획득되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 혼합 선원은 Am-241, Cs-137, Co-60 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
   
9. 제7항에 있어서, 상기 채널과 에너지 사이의 상관관계 함수는 상기 에너지를 상기 채널에 대한 2차함수로 표현되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
   
10. 제7항에 있어서, 상기 방사선 검출 환경에서 주위 온도와 상기 혼합 선원의 스펙트럼의 반복 측정은 10일 동안 30분 간격으로 상기 스펙트럼을 반복 측정하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
    
11. 제7항에 있어서, 상기 에너지 교정함수는 에너지 및 채널에 관한 함수인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
    

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