KR102170706B1 - 시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법 - Google Patents

시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기는, 감마선 분광분석용 시료 장착 용기에 있어서, 개구단을 통해 외부 노출되는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간의 바닥에 놓이는 시료를 수용하는 시료 장착부; 상기 개구단을 통해 상기 시료 장착부에 삽입되며, 상기 시료가 상기 바닥에 밀착되도록 압착하는 시료 압착부; 및 상기 개구단을 덮도록 상기 시료 장착부에 체결되며, 상기 시료 장착부에 체결된 상태에서 상기 시료 장착부의 하부를 향해 이동하며 상기 시료 압착부를 가압하는 시료 덮개부;를 포함하고, 상기 시료는 상기 시료 장착부와 상기 시료 압착부 사이에서 압착되어 상기 바닥에 밀착된 상태에서 일정한 두께를 갖는 레이어 구조를 유지할 수 있다.

Description

시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법{SAMPLE MOUNTING CONTAINER, SAMPLE MOUNTING MODULE HAVING THE SAME AND METHOD OF CORRECTING MEASUREMENT ERROR}
본 발명은 감마선 분광분석용 시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법에 관한 것이다.
환경시료에 대한 방사능의 모니터링 및 정량분석은 주로 감마선 분광분석기(gamma-ray spectrometry)를 이용하여 수행하고 있다. 감마선 분광분석을 위한 검출기에는 여러 가지 종류가 있으며 분석대상 핵종의 종류와 방사능 등에 의해 사용이 결정된다. 감마선 검출기의 효율은 감마선 분광분석기의 측정 정밀도와 정확성을 결정하는 주요 인자이며, 이러한 검출 효율은 시료의 기하학적 형태, 검출기와 시료간의 거리, 측정 시간 등에 의해 좌우되며, 특히 시료의 기하학적 형태 및 감마선 검출기와 시료간의 거리는 검출기의 효율을 결정하는 가장 큰 요인으로 작용된다.
국제원자력기구(IAEA)에서 권장하고 있는 환경시료분석법에서는 면 재질의 특정한 크기(10×10㎝)를 갖는 스와이프(swipe)를 이용하여 시료를 채취하고 있다. 통상적으로 검출기 사이즈는 스와이프 크기에 비해 작으며 검출기 크기보다 큰 샘플은 검출 효율이 현저히 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이러한 점을 보완하기 위해 스와이프 시료를 접어서 검출기에 부착하여 측정하고 있으나, 부착형태가 일정하지 않거나 시료와 검출기간의 들뜸 현상 때문에 정확한 분석에 많은 어려움을 겪고 있다. 스와이프 시료 이외의 다른 환경시료에 대해서도 모양, 크기 그리고 물리적인 형태가 다양하기 때문에 기하학적 인자 및 감마선 검출기와 시료간의 거리의 차로부터 발생되는 측정오차가 크게 나타날 수 있어 이를 보정할 수 있는 장치의 개발이 필요한 실정이다.
일본공개특허 특개2006-78450호("시료 홀더용 뚜껑, 시료 홀더 및 형광 X선 측정 장치", 공개일: 2006년03월23일)
본 발명은 기존의 감마선 분광분석기를 사용하여 시료에 대한 분석을 수행하는데 있어서 발생되는 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기는, 감마선 분광분석용 시료 장착 용기에 있어서, 개구단을 통해 외부 노출되는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간의 바닥에 놓이는 시료를 수용하는 시료 장착부; 상기 개구단을 통해 상기 시료 장착부에 삽입되며, 상기 시료가 상기 바닥에 밀착되도록 압착하는 시료 압착부; 및 상기 개구단을 덮도록 상기 시료 장착부에 체결되며, 상기 시료 장착부에 체결된 상태에서 상기 시료 장착부의 하부를 향해 이동하며 상기 시료 압착부를 가압하는 시료 덮개부;를 포함하고, 상기 시료는 상기 시료 장착부와 상기 시료 압착부 사이에서 압착되어 상기 바닥에 밀착된 상태에서 일정한 두께를 갖는 레이어 구조를 유지할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈은, 감마선 분광분석용 감마선 검출기에 장착되는 시료 장착 모듈에 있어서, 내부에 시료를 수용하는 시료 장착부, 상기 시료 장착부 내에 삽입되어 상기 시료를 압착하는 시료 압착부, 및 상기 시료 장착부에 체결되어 상기 시료 압착부를 가압하는 시료 덮개부를 포함하는 시료 장착 용기; 및 일면에 상기 시료 장착 용기가 끼워지는 제1홈을 구비하고 타면에 감마선 검출기에 끼워지는 제2홈을 구비하는 용기 홀더;를 포함할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 보정 방법은, 감마선량값이 알려진 감마표준선원을 사용해 검출기와의 거리에 따른 감마선량값을 측정하고, 상기 측정된 감마선량값을 상기 알려진 감마선량값과 비교하여 검출기와의 거리별 정확도(-x%)를 산출하는 단계; 시료의 두께를 측정하고, 측정된 상기 두께의 1/2값을 상기 시료와 상기 검출기 간의 평균거리로 설정하는 단계; 상기 설정된 평균거리에 대한 상기 정확도(-x%)를 이용해 보정인자(
Figure 112020502699995-pat00001
)를 산출하는 단계; 상기 시료에 대한 감마선량값을 측정하는 단계; 및 상기 측정된 시료의 감마선량값을 상기 산출된 보정인자로 나누어 보정된 감마선량값을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 기존의 감마선 분광분석기를 사용하여 시료에 대한 분석을 수행하는데 있어서 발생되는 상기의 문제점들을 해결할 수 있는 시료 장착 용기, 이를 포함하는 시료 장착 모듈 및 측정오차 보정방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈을 나타내는 개략도.
도 2는 도 1의 시료 장착 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도.
도 3은 도 1의 시료 장착 모듈의 용기 홀더를 나타내는 개략도.
도 4는 도 1의 시료 장착 모듈의 시료 장착 용기를 나타내는 개략도.
도 5는 도 4의 시료 장착 용기에서 시료를 압착하는 과정을 나타내는 개략도.
도 6은 도 4의 시료 장착 용기에서 시료 압착부와 시료 덮개부의 실시예를 나타내는 개략도.
도 7은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 측정오차 보정방법의 흐름도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈을 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈을 나타내는 개략도이고, 도 2는 도 1의 시료 장착 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 1의 시료 장착 모듈의 용기 홀더를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈(1)은 감마선 분광분석기(gamma-ray spectrometry)에 사용될 수 있다. 예를 들어, 시료 장착 모듈(1)은 감마선 분광분석을 위해 감마선 검출기(D)에 장착되어 검사 대상인 시료(S)를 감마선 검출기(D) 상에 고정시킬 수 있다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈(1)은 시료 장착 용기(10)를 포함할 수 있다. 시료 장착 용기(10)는 내부에 수용된 시료(S)가 감마선 검출기(D) 상에 위치하도록 할 수 있다.
시료 장착 용기(10)는 내부에 시료(S)를 수용하는 시료 장착부(11), 시료 장착부(11) 내에 삽입되어 시료(S)를 압착하는 시료 압착부(12) 및 시료 장착부(11)에 체결되어 시료 압착부(12)를 가압하는 시료 덮개부(13)를 포함할 수 있다.
시료 장착부(11)는 상부가 개방된 원통형 구조를 가지며, 내부에 시료(S)를 수용할 수 있다. 시료(S)는 시료 장착부(11) 내의 바닥에 놓여질 수 있다.
시료 압착부(12)는 시료 장착부(11)의 개방된 상부를 통해 시료 장착부(11) 내에 삽입될 수 있다. 시료 압착부(12)는 시료 장착부(11) 내에서 시료(S) 상에 놓여져 시료(S)를 압착할 수 있다.
시료 덮개부(13)는 시료 장착부(11)의 개방된 상부에 탈착이 가능하게 체결될 수 있다. 시료 덮개부(13)는 나사결합 방식으로 회전하며 시료 장착부(11)에 체결되거나 분리될 수 있다. 시료 덮개부(13)는 시료 압착부(12)를 가압하여 시료 압착부(12)가 시료(S)를 압착하도록 할 수 있다.
시료(S)는 시료 압착부(12)에 의해 시료 장착부(11)의 바닥에 압착될 수 있다. 그리고, 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착된 상태를 유지할 수 있다.
시료 장착 용기(10)에 대해서는 추후 구체적으로 설명한다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 모듈(1)은 용기 홀더(20)를 포함할 수 있다. 용기 홀더(20)는 시료 장착 용기(10)를 감마선 검출기(D) 상에 고정시킬 수 있다.
용기 홀더(20)는 일면에 시료 장착 용기(10)가 끼워지는 제1홈(21)을 구비하고, 타면에 감마선 검출기(D)에 끼워지는 제2홈(22)을 구비할 수 있다.
제1홈(21)은 시료 장착부(11)의 외경과 대응되는 단면 크기를 가지며, 상부로 개방되어 시료 장착부(11)의 바닥을 포함한 하부가 끼워져 고정될 수 있다. 제2홈(22)은 제1홈(21)의 아래에 위치하며, 하부로 개방되어 감마선 검출기(D)의 선단이 끼워져 고정될 수 있다.
제1홈(21)의 내경 크기는 제2홈(22)의 내경 크기보다 작을 수 있다. 예를 들어, 제1홈(21)의 내경 크기는 감마선 검출기(D)의 액티브 영역(active area)(Aa)에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 따라서, 시료(S)가 되도록 감마선 검출기(D)의 액티브 영역(Aa) 내에 놓이도록 위치를 한정함으로써 검출 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
용기 홀더(20)는 제1홈(21)과 제2홈(22)이 연결된 링 형상의 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1홈(21)과 제2홈(22)이 연결되어 용기 홀더(20)를 관통하는 구조를 가질 수 있다. 제1홈(21)과 제2홈(22)이 만나는 부분에는 내경 크기의 차이에 따른 단차(23)가 형성될 수 있다. 이러한 단차(23)는 감마선 검출기(D)의 선단이 걸리는 스토퍼 역할을 할 수 있다.
시료(S)에 대한 분석을 위해 사용자는 용기 홀더(20)를 제2홈(22)을 통해 감마선 검출기(D)에 끼울 수 있다. 이때, 감마선 검출기(D)의 선단은 용기 홀더(20) 내의 단차(23)에 걸려서 진입이 제한될 수 있다. 이를 통해 사용자는 용기 홀더(20)가 감마선 검출기(D)에 완전히 체결되었음을 확인할 수 있다.
다음으로, 사용자는 시료(S)가 수용된 시료 장착 용기(10)를 제1홈(21)을 통해 용기 홀더(20)에 끼울 수 있다. 이때, 제1홈(21)이 제2홈(22)과 연결됨에 따라서 시료 장착부(11)의 하면은 감마선 검출기(D)의 선단과 접하여 진입이 제한될 수 있다. 이를 통해 사용자는 시료 장착 용기(10)가 용기 홀더(20)에 완전히 체결되었음을 확인할 수 있다.
한편, 감마선 검출기(D)의 선단 중 제1홈(21)을 통해 노출되는 영역은 액티브 영역(Aa)으로 제한되므로 시료 장착 용기(10)는 제1홈(21)에 끼워지는 것으로 액티브 영역(Aa) 내에 놓이게 된다.
특히, 시료 장착부(11)의 하면과 감마선 검출기(D)의 선단이 간격 없이 접하고, 시료 장착부(11)의 바닥에 시료(S)가 밀착된 상태로 배치됨에 따라 시료(S)와 감마선 검출기(D) 사이의 거리를 최소화할 수 있다. 아울러, 시료(S)와 감마선 검출기(D) 사이의 거리를 보다 용이하고 정확하게 조절하는 것이 가능하다.
도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기를 설명한다.
도 4는 도 1의 시료 장착 모듈의 시료 장착 용기를 나타내는 개략도이고, 도 5는 도 4의 시료 장착 용기에서 시료를 압착하는 과정을 나타내는 개략도이며, 도 6은 도 4의 시료 장착 용기에서 시료 압착부와 시료 덮개부의 변형예를 나타내는 개략도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기(10)는 시료 장착부(11)를 포함할 수 있다.
시료 장착부(11)는 바닥이 있는 원통형 구조로 형성되며, 상부의 개방된 개구단을 통해 외부 노출되는 내부공간(112)을 가질 수 있다. 시료 장착부(11)는 내부공간(112)의 바닥에 놓이는 시료(S)를 수용할 수 있다.
시료 장착부(11)는 개구단의 외측 둘레에 제1 나사선(111)을 구비할 수 있다. 제1 나사선(111)은 시료 장착부(11)의 상부에서 개구단의 외측 둘레를 따라서 형성될 수 있다.
개구단을 통해 시료 장착부(11) 내에 수용되는 시료(S)로서 변형 가능한 재질을 취급할 수 있다. 예를 들어, 면 또는 종이 재질의 특정한 크기를 갖는 스와이프 시료(swipe sample)를 포함할 수 있다. 시료(S)는 크기에 따라서 반으로 접혀져 제공될 수 있다. 또한, 비닐봉투 내에 밀봉되어 제공될 수도 있다.
일 실시예에서, 시료 장착부(11)는 아크릴 재질, 세라믹 재질, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 시료 장착부(11)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기(10)는 시료 압착부(12)를 포함할 수 있다.
시료 압착부(12)는 개구단을 통해 시료 장착부(11)에 삽입될 수 있다. 시료 압착부(12)는 외부에서 가해지는 힘에 의해 시료(S)가 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착되도록 압착할 수 있다.
시료 압착부(12)는 바닥이 있는 원통형 구조로 형성될 수 있다. 시료 압착부(12)는 외경의 크기가 시료 장착부(11)의 내경의 크기보다 작아 시료 장착부(11)의 내부공간(112)에서 상하 방향으로 수직이동하도록 제공될 수 있다.
일 실시예에서, 시료 압착부(12)는 아크릴 재질, 세라믹 재질, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 시료 압착부(12)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다.
도면을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기(10)는 시료 덮개부(13)를 포함할 수 있다.
시료 덮개부(13)는 개구단을 덮도록 시료 장착부(11)에 탈착이 가능하게 체결될 수 있다. 이를 위해 시료 덮개부(13)는 내측 둘레에 제2 나사선(131)을 구비할 수 있다.
시료 덮개부(13)는 시료 장착부(11)에 체결된 상태에서 시료 장착부(11)의 하부를 향해 이동하며 시료 압착부(12)를 가압할 수 있다. 구체적으로, 시료 덮개부(13)는 제2 나사선(131)이 시료 장착부(11)의 제1 나사선(111)과 맞물린 상태로 나사결합 방식으로 회전하며 시료 장착부(11)에 대해 상하 방향으로 수직이동하도록 제공될 수 있다.
예를 들어, 시료 덮개부(13)는 시계방향으로 회전하며 시료 장착부(11)의 하부를 향해 이동할 수 있다. 이 경우, 시료 덮개부(13)는 시료 압착부(12)를 가압할 수 있다. 시료(S)는 시료 장착부(11)와 시료 압착부(12) 사이에서 압착되어 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착된 상태에서 일정한 두께를 갖는 레이어 구조를 유지할 수 있다.
또한, 시료 덮개부(13)는 반시계방향으로 회전하며 시료 장착부(11)의 상부를 향해 이동할 수 있다. 이 경우, 시료 덮개부(13)는 시료 압착부(12)에 대한 가압을 해제할 수 있으며, 시료 장착부(11)와 분리됨에 따라서 시료 압착부(12)를 시료 장착부(11)에서 꺼낼 수 있다. 시료 압착부(12)가 시료 장착부(11)에서 이탈된 상태에서 시료(S)를 교체하거나 시료(S)를 시료 장착부(11)에서 꺼낼 수 있다.
도 6에서는 시료 압착부와 시료 덮개부의 다양한 실시예를 나타내고 있다.
도 6a에서와 같이, 시료 덮개부(13)와 시료 압착부(12)는 일체로 이루어지는 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 4에서 도시하는 실시예에서와 같이 시료 덮개부(13)와 시료 압착부(12)가 상호 분리된 별개의 구성을 이루는 것과 달리 시료 덮개부(13)와 시료 압착부(12)는 일체로 이루어진 단일 구성을 이룰 수 있다.
또한, 도 6b에서와 같이, 시료 압착부(12)는 시료(S)를 압착하는 제1몸체(121)와 이러한 제1몸체(121)를 시료 덮개부(13)와 연결하여 고정시키는 제2몸체(122)로 구성될 수 있다. 제1몸체(121)는 시료 장착부(11)의 내경과 대응되는 단면크기를 가질 수 있으며, 제2몸체(122)는 상대적으로 작은 단면크기를 가질 수 있다.
시료 덮개부(13)와 시료 압착부(12)를 일체화함으로써 전체 구성을 보다 단순화할 수 있고, 보관 및 관리가 보다 용이해지는 효과를 기대할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 시료 장착 용기(10)는 시료 장착부(11) 내에 검사 대상인 시료(S)를 수용하고, 시료 압착부(12)를 시료 장착부(11) 내에 삽입하여 시료(S) 상에 배치한 상태에서, 시료 덮개부(13)를 나사결합 방식으로 시료 장착부(11)에 체결함으로써 시료 덮개부(13)가 시료 압착부(12)를 가압하도록 하며, 이를 통해 시료 압착부(12)가 시료(S)를 압착하여 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착되도록 한다.
따라서, 시료(S)는 시료 압착부(12)에 의해 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착된 상태에서 전체적으로 일정한 두께를 갖는 레이어 구조를 유지하게 되는데, 이는 시료(S)의 기하학적 인자로부터 발생되는 측정오차를 최소화한다. 즉, 시료(S)의 기하학적 형태가 압축되며 시료 장착부(11)의 바닥에 밀착됨으로써 검출기(D)와의 거리가 최소화된다. 압축된 시료(S)내의 각 성분은 결국 일정한 평균 거리(높이)를 갖도록 유지된다.
또한, 시료(S)와 검출기(D)간의 거리가 시료(S) 전체에 걸쳐 전체적으로 일정하게 유지되도록 하여 측정 정확도를 향상시키는 효과를 가져온다.
감마선 검출기(D)의 효율은 감마선 분광분석기의 측정 정밀도와 정확성을 결정하는 주요 인자이며, 이러한 검출기(D)의 효율은 시료(S)의 기하학적 형태, 검출기(D)와 시료(S)간의 거리, 측정 시간 등에 의해 좌우된다. 특히, 시료(S)의 기하학적 형태 및 감마선 검출기(D)와 시료(S)간의 거리는 검출기(D)의 효율을 결정하는 가장 큰 요인으로 작용한다.
통상적으로 검출기(D) 사이즈는 스와이프 시료(S) 크기에 비해 작으므로 검출 효율이 떨어지는 것을 보완하기 위해 스와이프 시료(S)를 접어서 검출기(D) 사이즈보다 작게 하여 검출기(D)에 부착하여 측정하고 있다. 그러나, 부착형태가 일정하지 않거나 시료(S)와 검출기(D)간의 들뜸 현상 때문에 정확한 분석에 많은 어려움을 겪고 있다. 이는 시료(S)의 기하학적 형태가 측정 과정 동안 일정하게 유지되지 못하고 변형되는 원인에 기인한다. 예를 들어, 종이 재질의 스와이프를 접은 상태에서 검출기(D) 상에 놓게 되면, 접힌 상태를 유지하지 못하고 점차 펼쳐지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 전체적으로 일정한 두께로 유지되지 못하고 다양한 기하학적 형태를 가지며 변형된다. 또한, 시료(S)의 기하학적 형태의 변형에 따라서 검출기(D)와의 거리가 일정하지 못하고, 다양한 거리범위를 가지게 된다.
본 발명에서는 시료(S)를 압착하여 밀착시킴으로써 시료(S)가 일정한 두께의 레이어 형태를 갖게 되며, 측정 과정 동안 시료(S)의 기하학적 형태를 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 시료(S)는 시료 장착 용기(10) 내에 압축된 상태로 용기 홀더(20)를 통해 검출기(D)와 밀착되게 배치되므로, 시료(S)와 검출기(D)의 거리가 최대한 짧게 유지되어 시료(S)의 거리가 멀어질수록 발생하는 오차를 최소화할 수 있다. 물론 필요에 따라서 거리 조절도 가능하다.
또한, 시료(S)의 종류에 관계없이 모든 시료(S)에 대해 압축형태가 균일하도록 할 수 있다. 따라서, 모든 시료(S)의 높이(거리) 균일화를 통해 정확한 분석이 가능하다는 장점이 있다.
또한, 시료(S)에 대한 압축 및 밀착을 통해 검출기(D)와 시료(S)간의 거리를 고정시킴으로써 거리에 따른 보정인자 도입이 가능해지며, 이를 통해 감마선 분광분석에 대한 분석 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 7에서는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 측정오차 보정방법의 흐름도를 개략적으로 나타내고 있다.
먼저, 본 발명에 따른 시료 장착 모듈(1)을 사용해 시료 장착 용기(10) 내에 수용된 시료(S)와 감마선 검출기(D)와의 거리에 따른 핵종별 분석정확도 평가를 수행하였다.
감마선 검출기(D)와의 거리에 따른 핵종별 분석정확도를 평가하기 위해, 핵종별 감마선량값(Activity)이 알려진 감마표준선원을 사용해 검출기와의 거리에 따른 감마선량값을 측정하였다. 그리고, 측정된 감마선량값을 알려진 감마선량값과 비교하여 검출기와의 거리별 정확도를 산출하였다.
구체적으로, 원통모양의 검출기(D)에 시료 장착 용기(10)를 장착 후, 다양한 방사성 핵종을 포함하고 있는 감마표준선원(ex. 한국표준과학연구원 생산, Paper Filter, Φ47mm, 두께
Figure 112018111350475-pat00002
0mm)을 용기 홀더(20)를 사용해 고정시켰다. 그리고, 시료 장착 용기(10)의 높이, 즉 검출기(D)와의 거리를 변화시켜가며 검출기(D)와 표준선원의 거리별 정확도를 평가하였다.
아래 [표 1]은 검출기와 감마표준선원의 거리에 따른 정확도를 평가한 결과이다. [표 1]은 감마표준선원에 포함된 방사성핵종의 종류와 용기 홀더의 높이에 따라 그 범위가 달라질 수 있다.
Isotope Activity(Bq) 검출기와 표준선원의 거리(높이)별 정확도(%)
0mm 1mm 2mm 3mm 4mm 5mm
Am-241 1789.7 -0.5 -1.9 -5.4 -4.9 -10.1 -13.0
Cd-109 7170.3 0.2 -3.6 -7.2 -9.7 -14.2 -18.6
Co-57 314.4 -0.9 -5.0 -9.2 -12.4 -17.6 -21.9
Ce-139 261.5 0.6 -3.5 -8.1 -11.0 -17.2 -20.4
Cr-51 2624.5 -1.3 -6.6 -11.8 -16.2 -21.2 -25.7
Sn-113 757.5 -21.2 -25.0 -29.3 -31.7 -36.3 -39.6
Sr-85 456.5 -1.1 -5.8 -11.4 -14.8 -20.3 -24.6
Cs-137 731.3 6.5 1.7 -3.7 -7.4 -13.6 -18.3
Co-60 968.0 1.3 -1.9 -6.1 -8.5 -13.4 -17.4
Y-88 1044.1 -5.2 -8.9 -12.9 -15.2 -19.5 -23.3
[표 1]에서와 같이, 검출기와의 거리가 증가함에 따라 정확도가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 검출기와 시료간의 거리가 검출기의 효율을 결정하는 가장 큰 요인으로 작용하는 것을 의미하며, 1mm의 미세한 차이에도 정확도에 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
한편, [표 1]에서 확인한 바와 같이 검출기와 시료의 거리가 멀어질수록 시료에서 발생하는 방사선 중 검출기에 입사되는 비율이 줄어들게 된다. 즉, 실제 방사능을 산출하기 위해서는 시료의 거리(높이)에 따른 보정이 필요하다.
스와이프 기준 시료를 이용하여 분석정확도를 평가하기 위해 스와이프 기준 시료(면 100mm 정사각형)를 사등분형태로 균일하게 접고, 시료 장착부 내에 넣은 상태에서 시료 압착부와 시료 덮개부를 이용해 최대한 압착한다. 이러한 시료 장착 용기(10)를 용기 홀더(20)에 고정시킨 후, 감마선 검출기(D)에 유격 없이 부착시켰다.
압착된 시료의 두께는 대략 4mm 정도가 된다. 이때, 시료의 하단면을 기준으로 상단면 높이는 4mm가 되므로, 높이를 보정하기 위해 시료의 중심(평균) 높이인 2mm를 적용한다. 예를 들어, 높이 2mm의 Am-241의 정확도는 -5.4%로서 94.6%만 검출기에 입사된다는 것이다([표 1] 참조). -x%의 정확도는 100-x%만큼의 방사능이 입사되는 것이다.
측정된 방사능값(감마선량값)이 실제 방사능의 일부만 적용된 것이므로, 각 핵종별로 측정된 값에 (100-x)/100를 나눠 시료의 실제 방사능값을 도출한다. 예컨대, Am-241은 0.946을 나눠준다. 여기서, 0.946은 검출기와의 거리(시료의 평균높이)에 따른 보정인자이다.
시료가 스와이프 시료가 아닌 경우, 압착했을 때의 시료의 두께를 측정하여 그 두께의 1/2값을 평균거리(높이)로 설정하여 적용한다. 설정된 거리(높이)를 [표 1]에 적용하여 핵종에 따른 정확도(-x%)를 이용해 보정인자 (100-x)/100를 산출한다. 그리고, 시료의 측정된 방사능값(감마선량값)을 산출된 보정인자 (100-x)/100로 나누어 보정된 방사능값(감마선량값)을 산출한다.
예를 들어, 압착 시 대략 4mm의 두께를 갖는 시료는 검출기에 밀착된 상태에서 평균높이 2mm를 가지게 된다. 그리고, 최대한 밀착된 경우에서의 평균높이 2mm에 대해 보정인자 (100-x)/100를 적용한다.
아래 [표 2]는 [표 1]에 따른 높이 2mm에서의 각 핵종별 보정인자를 나타낸다.
Isotope 검출기와 표준선원의 거리별 정확도(%) 입사비율 보정인자
2mm
Am-241 -5.4 94.6 0.946
Cd-109 -7.2 92.8 0.928
Co-57 -9.2 90.8 0.908
Ce-139 -8.1 91.9 0.919
Cr-51 -11.8 88.2 0.882
Sn-113 -29.3 70.7 0.707
Sr-85 -11.4 88.6 0.886
Cs-137 -3.7 96.3 0.963
Co-60 -6.1 93.9 0.939
Y-88 -12.9 87.1 0.871
감마선 검출기와의 거리에 따른 보정인자 평균값 0.9를 적용하여 보정 후 분석 정확도를 평가하였다.
아래 [표 3]은 스와이프 표준시료에 대한 분석정확도를 평가한 결과이다.
Isotope 반감기
(year)		 Activity
(Bq)		 보정 전 측정값(Bq) 보정 전 정확도(%) 보정 후 측정값(Bq) 보정 후 정확도(%)
U-235 7.04E10+8 0.26 0.210 -18.1 0.233 -9.0
Sb-125 2.7582 3.353 2.783 -17.0 2.949 -7.7
Cs-137 30.07 0.860 0.767 -10.8 0.751 -0.87
Co-60 5.2714 2.91 2.59 -11.2 2.876 -1.3
Eu-154 8.593 1.82 1.55 -14.8 1.723 -5.3
Eu-155 4.7611 2.46 1.98 -19.7 2.200 -10.7
Am-241 432.2 5.07 4.61 -8.9 5.128 1.2
[표 3]에서와 같이 보정인자를 적용한 결과 대부분의 핵종에서 분석정확도가 10% 내외로 개선됨을 확인할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1... 시료 장착 모듈
10... 시료 장착 용기
11... 시료 장착부
12... 시료 압착부
13... 시료 덮개부
20... 용기 홀더
21... 제1홈
22... 제2홈
S... 시료
D... 검출기

Claims (8)

  1. 감마선 검출기에 사용되는 감마선 분광분석용 시료 장착 용기에 있어서,
    개구단을 통해 외부 노출되는 내부공간을 가지며, 상기 내부공간의 바닥에 놓이는 시료를 수용하고, 상기 바닥의 하면이 상기 감마선 검출기의 상면에 놓이는시료 장착부;
    상기 개구단을 통해 상기 시료 장착부 내에 상하 방향으로 이동이 가능하게 삽입된 상태에서 상단면이 상기 개구단 위로 연장되어 외부로 돌출되는 구조로 배치되며, 상기 시료가 상기 내부공간의 바닥에 밀착되도록 상기 시료 전체를 압착하는 시료 압착부; 및
    상기 개구단을 덮도록 상기 시료 장착부에 체결되며, 상기 시료 장착부에 체결된 상태에서 상기 개구단 위로 연장되는 상기 시료 압착부의 상단면과 접하는 구조로 배치되어 상기 시료 장착부의 하부를 향해 이동하며 상기 시료 압착부를 가압하는 시료 덮개부;
    를 포함하고,
    상기 시료 장착부와 상기 시료 압착부 및 상기 시료 덮개부는 각각 별개의 분리된 개별 구성요소로 제공되고,
    상기 시료는 상기 시료 장착부와 상기 시료 압착부 사이에서 압착되어 상기 바닥에 밀착된 상태에서 전체에 걸쳐 일정한 두께를 갖는 레이어 구조를 유지하며, 상기 시료 장착부의 바닥 두께에 해당하는 거리만큼 상기 감마선 검출기와 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 시료 장착 용기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료 장착부는 상기 개구단의 외측 둘레에 제1 나사선을 구비하고, 상기 시료 덮개부는 내측 둘레에 제2 나사선을 구비하며,
    상기 시료 덮개부는 상기 제1 나사선과 제2 나사선이 맞물린 상태로 나사결합 방식으로 회전하며 상기 시료 장착부에 대해 상하 방향으로 수직이동하는 것을 특징으로 하는 시료 장착 용기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 시료 압착부는 외경의 크기가 상기 시료 장착부의 내경의 크기보다 작아 상기 시료 장착부의 내부공간에서 상하 방향으로 수직이동하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 시료 장착 용기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시료로서 스와이프 시료(swipe sample)를 포함한 변형 가능한 재질을 취급할 수 있는 것을 특징으로 하는 시료 장착 용기.
  5. 감마선 분광분석용 감마선 검출기에 장착되는 시료 장착 모듈에 있어서,
    내부에 시료를 수용하는 시료 장착부, 상기 시료 장착부 내에 삽입되어 상기 시료를 압착하는 시료 압착부, 및 상기 시료 장착부에 체결되어 상기 시료 압착부를 가압하는 시료 덮개부를 포함하는 시료 장착 용기; 및
    일면에 상기 시료 장착 용기가 끼워지는 제1홈을 구비하고 타면에 감마선 검출기에 끼워지는 제2홈을 구비하는 용기 홀더;
    를 포함하고,
    상기 시료 장착 용기는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 시료 장착 용기인 것을 특징으로 하는 시료 장착 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용기 홀더는 상기 제1홈과 상기 제2홈이 연결된 링 형상의 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 시료 장착 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1홈의 내경 크기는 상기 제2홈의 내경 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 시료 장착 모듈.
  8. 감마선량값이 알려진 감마표준선원을 사용해 검출기와의 거리에 따른 감마선량값을 측정하고, 상기 측정된 감마선량값을 상기 알려진 감마선량값과 비교하여 검출기와의 거리별 정확도(-x%)를 산출하는 단계;
    시료의 두께를 측정하고, 측정된 상기 두께의 1/2값을 상기 시료와 상기 검출기 간의 평균거리로 설정하는 단계;
    상기 설정된 평균거리에 대한 상기 정확도(-x%)를 이용해 보정인자(
    Figure 112020040485894-pat00003
    )를 산출하는 단계;
    상기 시료에 대한 감마선량값을 측정하는 단계; 및
    상기 측정된 시료의 감마선량값을 상기 산출된 보정인자로 나누어 보정된 감마선량값을 산출하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 시료에 대한 감마선량값을 측정하는 단계는 상기 시료를 시료 장착 용기의 시료 장착부 내에 넣은 상태에서 시료 압착부와 시료 덮개부를 이용해 압착하고, 상기 시료 장착 용기를 용기 홀더에 고정시킨 후 상기 검출기에 부착시켜 측정하도록 구성되며, 상기 시료 장착 용기와 상기 시료 장착 홀더는 제5항에 따른 시료 장착 모듈인 것을 특징으로 하는 측정오차 보정방법.
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