KR102395140B1 - 방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법 - Google Patents

방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법에 대한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따르면, 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선을 검출하는 검출기; 상기 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선 중 특정 방향의 감마선만 통과시키고 다른 방향에서 상기 검출기로 입사하는 감마선을 차단하는 콜리메이터(collimator); 상기 검출기 및 콜리메이터를 보호하고 지지하기 위한 고정 프레임; 및 상기 고정 프레임에 설치되며, 상기 고정 프레임의 위치를 이동시키기 위한 장치에 연결되는 제1 연결부를 포함하고, 상기 콜리메이터는, 특정 영역에서 방출된 방사선을 상기 검출기로 입사시키는, 방사선 측정 장치가 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 원자로에 설치된 크레인을 이용하여 원자로 주변에 배치된 구조물에서 방출되는 방사선을 측정할 수 있어, 구조물의 위치에 무관하게 모든 위치에서 방사선을 측정할 수 있다.

Description

방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법{RADIATION MEASURING APPARATUS AND MEASURING METHOD THEREOF}
본 발명은 방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법에 대한 것으로, 원자로와 인접한 콘크리트 및 기기 등과 같은 구조물에서 방출되는 방사선을 측정하기 위한 방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법에 대한 발명이다.
원자로와 인접하게 배치된 콘크리트나 기기 등과 같은 구조물은 원자로에서 방출된 중성자에 의해서 방사화되거나 방사성물질에 의해서 오염이 존재한다. 이러한 구조물의 해체를 위해서는 방사선학적 특성평가가 요구되며 이를 위해 오염 및 방사화된 구조물의 방사선/능을 측정하기 위해 작업자가 시료를 채취하거나 현장에서 직접 접근하여 측정한다.
그런데 원자로와 인접한 구조물의 특성평가를 위해 작업자가 접근하는 경우, 원자로 주변 구조물은 방사화(activation)로 인해 생성된 고농도의 방사성물질을 포함하며, 이로 인해 방사선 피폭 위험이 있어 차폐 장비를 착용한 상태에서 시료를 채취하거나 현장에서 측정할 필요가 있다. 이렇게 차폐 장비를 착용한 상태에서 방사선을 측정하더라도 피폭에 대한 위험이 높으며, 또한, 고하중의 다양한 장비를 이용하기 때문에 산업안전에 대한 위험 가능성은 높다.
더욱이, 구조물의 위치가 높이 위치한 경우, 작업자가 해당 위치에 접근하는 것이 쉽지 않아 해당 위치에 대한 방사선 측정이 어려운 문제가 있다.
또한, 원자로에 인접한 위치일수록 측정하고자 하는 구조물 이외에 주변에 다른 구조물에서 방출되는 방사선에 대한 영향으로 측정 대상 구조물의 핵종 분석 및 방사능 측정 결과가 영향을 받는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 주변의 다른 구조물에서 방출되는 방사선의 차폐와 더불어 정확한 핵종 재고량을 측정하여 평가하는데 많은 어려움이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1786949호 (2017.10.11.)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 원자로에 인접하게 배치된 콘크리트나 기기 등과 같은 구조물에서 방출되는 방사선을 측정할 수 있는 방사선 측정 장치 및 그의 측정 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선을 검출하는 검출기; 상기 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선 중 특정 방향의 감마선만 통과시키고 다른 방향에서 상기 검출기로 입사하는 감마선을 차단하는 콜리메이터(collimator); 상기 검출기 및 콜리메이터를 보호하고 지지하기 위한 고정 프레임; 및 상기 고정 프레임에 설치되며, 상기 고정 프레임의 위치를 이동시키기 위한 장치에 연결되는 제1 연결부를 포함하고, 상기 콜리메이터는, 특정 영역에서 방출된 방사선을 상기 검출기로 입사시키는, 방사선 측정 장치가 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 측면에 따르면, 측정 대상 구조물에서 방출된 방사능을 계산하기 위해 검출기로 입사되는 방사선의 최대 각도를 콜리메이터를 이용하여 설정하는 단계; 상기 검출기로 입사되는 방사선의 입사 각도에 따른 효율 보정 계수를 산정하는 단계; 및 산정된 상기 효율 보정 계수를 이용하여 단일 면선원에 대한 전체 방사능을 계산하는 단계를 포함하는, 방사선 측정 방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 원자로에 설치된 크레인을 이용하여 원자로 주변에 배치된 구조물에서 방출되는 방사선을 측정할 수 있어, 구조물의 위치에 무관하게 모든 위치에서 방사선을 측정할 수 있다.
또한, 스펙트럼 분석 방법을 통해 다양한 형태 및 크기의 구조물에서 방출되는 방사선을 빠르고 정확하게 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치에 화각부를 장착하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치의 화각부의 종류를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 이용하여 측정 화각을 계산하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 이용하여 계측 효율을 계산하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 이용하여 단일 면선원을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치를 이용하여 깊이 분포에 따라 방사능을 측정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '지지', '접속', '공급', '전달', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 지지, 접속, 공급, 전달, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
도 1 내지 도 4에 도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 측정 장치(10)는, 원자로에 인접하게 배치된 콘크리트나 기기 등의 구조물에서 방출되는 방사선을 측정할 수 있다.
이를 위해 방사선 측정 장치(10)는, 검출기(100), 콜리메이터(200), 고정 프레임(300), 제1 연결부(400) 및 제2 연결부(500)를 포함한다.
검출기(100)는, 측정 대상 구조물에 대한 방사선을 검출할 수 있다. 예컨대, 검출기(100)는 감마선의 에너지를 구분하는 성능의 척도인 에너지 분해능이 우수한 CZT(Cadmium Zinc Telluride) 검출기(100)가 이용될 수 있다.
검출기(100)는, 측정 대상 구조물에서 방출되는 감마선을 측정할 수 있고, 또한, 검출기(100)에서 측정된 신호를 처리하기 위한 신호 처리 장치 및 프로그램의 실행을 위한 제어장치와 연결될 수 있다.
신호 처리 장치는, 검출기(100)에서 방사능에 의해 생성된 계측신호를 증폭 및 성형하여 외부 통신장비에서 처리할 수 있도록 한다. 이러한 신호 처리 장치에서 처리된 계측 신호는 케이블 등을 통해 외부 통신장비로 전송되어 원격으로 측정이 이루어질 수 있다. 제어장치는, 노트북, PC, 태블릿 PC 등과 같이, 프로그램이 실행될 수 있는 장비가 이용될 수 있다.
콜리메이터(200, collimator)는, 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선 중 특정 방향의 감마선만 통과시키고 다른 방향에서 검출기로 입사하는 감마선을 차단하여 측정대상 구조물에서 방출되는 방사선이 검출기(100)로 입사되도록 한다. 이를 위해 콜리메이터(200)는, 주변의 다른 구조물에서 방출되는 방사선을 차폐하고 특정 영역에서 방출되는 감마선만 검출기(100)로 입사되도록 한다. 이를 위해 콜리메이터(200)는, 본체부(210), 차폐부(220) 및 화각부(230)를 포함한다.
본체부(210)는, 콜리메이터(200)를 지지하고, 입사되는 감마선을 평행하게 검출기(100)로 입사되도록 한다.
차폐부(220)는 측정하고자 하는 영역을 제외한 다른 영역에서 입사되는 감마선을 차폐한다.
화각부(230)는 측정하고자 하는 화각(Filed of view, FOV) 영역을 설정한다. 이러한 화각부(230)는 측정하고자 하는 화각을 설정하기 위해 측정하고자 하는 화각에 따라 핀홀(pin hole), 0도 각도, 30도 각도, 60도 각도, 90도 각도, 120도 각도 및 차폐(Shielding)와 같이, 구비될 수 있다. 또한, 필요에 따라 다른 각도의 화각을 가지는 화각부(230)가 이용될 수 있다. 이때, 필요에 따라 도 4의 (a) 내지 도 4의 (g)에 도시된 바와 같이, 화각부(230)는 120도 각도인 것이 기본으로 설정되고, 120도 각도에 핀홀(pin hole), 0도 각도, 30도 각도, 60도 각도, 90도 각도 및 완전차폐(Full Shielding)를 위한 구성이 추가로 결합될 수 있다.
이러한 화각부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이, 작업자가 원하는 화각에 따라 측정하기 위해 본체부(210)에 교체할 수 있도록 구비될 수 있다.
고정 프레임(300)은, 검출기(100) 및 콜리메이터(200)를 고정하고 보호하기 위해 구비된다. 또한, 측정이 필요한 위치에 검출기(100) 및 콜리메이터(200)가 위치할 수 있도록 크레인에 연결하기 위해 구비된다.
이를 위해 고정 프레임(300)은, 프레임 본체(310), 상부 플레이트(320), 하부 플레이트(330), 제1 충격 완화부(340), 제2 충격 완화부(350) 및 고정부(360)를 포함한다.
프레임 본체(310)는, 검출기(100) 및 콜리메이터(200)가 내부에 배치되고, 이를 위해 대략 육면체 형상을 갖도록 복수 개의 프레임을 포함할 수 있다. 이때, 프레임 본체(310)는 육면체 형상의 각 면이 개방된 형상을 가질 수 있다.
상부 플레이트(320)는 프레임 본체(310)의 개방된 상면을 덮도록 배치된다. 이때, 상부 플레이트(320)는 필요에 따라 프레임 본체(310)의 개방된 상면 전체가 아닌 일부만 덮도록 배치될 수 있다. 이를 위해 상부 플레이트(320)는 복수 개가 구비될 수 있다.
하부 플레이트(330)는 프레임 본체(310)의 개방된 하면을 덮도록 배치된다. 따라서 검출기(100) 및 콜리메이터(200)가 하부 플레이트(330)의 상면에 배치될 수 있다. 또한, 검출기(100)가 하부 플레이트(330)에 고정부(360)에 의해 고정될 수 있다.
제1 충격 완화부(340)는, 프레임 본체(310)의 일 측에 배치된다. 즉, 제1 충격 완화부(340)는 콜리메이터(200)로 감마선이 입사되는 방향인 프레임 본체(310)의 일 측에 배치된다. 이때, 제1 충격 완화부(340)는 도 1에 도시된 바와 같이, 대략 사각형 형상을 가지며, 내부에 감마선이 통과할 수 있도록 홀이 형성될 수 있다. 즉, 제1 충격 완화부(340)는 사각 틀의 형상을 가질 수 있다.
제1 충격 완화부(340)는 프레임 본체(310)와 스프링(S)과 같은 탄성부재에 의해 연결된다. 따라서 방사선 측정 장치(10)가 이동하다가 제1 충격 완화부(340)에 외력이 가해지는 경우, 탄성부재에 의해 충격이 프레임 본체(310) 측으로 전달되는 것이 최소화될 수 있다. 이때, 탄성부재인 스프링(S)은 제1 충격 완화부(340)의 네 개의 모서리에 각각 배치될 수 있다.
제2 충격 완화부(350)는 프레임 본체(310)의 하부에 배치된다. 제2 충격 완화부(350)는 제1 충격 완화부(340)와 같이, 사각 틀의 형상을 가질 수 있다. 또한, 제2 충격 완화부(350)는 프레임 본체(310)와 스프링(S)과 같은 탄성부재에 의해 연결될 수 있다. 따라서 방사선 측정 장치(10)의 하부에 외력이 가해지더라도 충격이 프레임 본체(310)로 전달되는 것이 최소화될 수 있다. 이때, 스프링(S)은 제2 충격 완화부(350)의 네 모서리에 각각 배치될 수 있다.
제1 연결부(400)는 고정 프레임(300)의 상부에 배치된다. 제1 연결부(400)는 고정 프레임(300)을 크레인에 연결하기 위해 구비되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 방사선 측정 장치(10)가 균형을 이루며 안정적으로 이동되도록 네 개의 와이어 또는 연결 바(bar)를 포함할 수 있다. 따라서 크레인을 이용하여 방사선 측정 장치(10)는 위치가 자유롭게 이동될 수 있다.
제2 연결부(500)는 고정 프레임(300)의 타 측에 배치된다. 제2 연결부(500)는 고정 프레임(300)과 크레인을 연결하기 위해 구비되며, 제1 연결부(400)와 같이, 네 개의 와이어 또는 연결 바(bar)를 포함하고, 고정 프레임(300)의 방향을 조정할 수 있다. 그에 따라 작업자는 제2 연결부(500)에 연결된 크레인을 조정하여 방사선 측정 장치(10)를 이용하여 측정하고자 하는 측정 대상 구조물의 방향을 조정할 수 있다.
상기와 같은 방사선 측정 장치(10)를 이용하여 방사선 측정 방법에 대해 설명한다. 측정하고자 하는 측정 대상 구조물에서 방출되는 방사선을 측정하는 방법은, 콜리메이터(200)를 이용하여 감마선 스펙트럼을 해석하기 위해 측정 대상 구조물의 형상을 기반으로 계측 효율을 평가한다.
앞서 설명한 바와 같이, 콜리메이터(200)를 이용하여 주변에 다른 구조물에서 발생된 감마선을 차폐하고, 특정 영역에서 방출되는 감마선만 검출기(100)로 입사하도록 할 수 있다. 이렇게 콜리메이터(200)에 의해 검출기(100)로 입사되는 감마선이 특정 영역으로 한정되는데, 이러한 영역이 측정 화각(FOV)이다. 측정 화각은, 검출기(100)가 감마선을 측정할 수 있는 영역의 크기로 콜리메이터(200)의 각도 및 측정 거리에 따라 달라질 수 있다.
본 실시예에서, 방사선 측정 장치(10)는, 감마선을 측정할 때 측정 화각 내에 존재하는 감마선만 고려하여 계산한다. 그리고 측정 화각 외부에서 입사하는 감마선에 대해서는 고려하지 않는다. 이때, 각도에 따라 계측 효율이 달라지므로, 콜리메이터(200) 사용에 따른 각도 보정인자
Figure 112020056706145-pat00001
를 도출하여 적용할 수 있다. 각도보정인자를 통해 콜리메이터 사용시, 측정 대상 구조물의 방사능 측정 및 평가에 대한 정확도를 높일 수 있다.
콜리메이터(200)를 적용하여 감마선의 입사 각도가 증가하는 경우, 콜리메이터(200)의 벽면 각도인
Figure 112020056706145-pat00002
이상의 각도에서 감마선이 계측기로 입사하면, 콜리메이터(200)는 해당 각도에 대한 감마선을 차폐한다. 따라서 콜리메이터(200)를 사용할 때 감마선이 차폐되지 않고 검출기(100)로 입사할 수 있는 최대 각도가 설정될 수 있다. 이때, 도 6에 도시된 바와 같이, 검출기(100)로 입사할 수 있는 최대 각도는
Figure 112020056706145-pat00003
로 정의한다. 그리고
Figure 112020056706145-pat00004
는 수학식 1에 의해 정의될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020056706145-pat00005
이때,
Figure 112020056706145-pat00006
는 매질과 검출기(100) 사이의 수직 거리이고,
Figure 112020056706145-pat00007
는 콜리메이터(200)의 내경 반지름이며,
Figure 112020056706145-pat00008
는 콜리메이터(200) 각도이다.
그리고 측정 대상 구조물에서 방출되는 감마선의 측정에 대한 계측 효율은 도 7에 도시된 도면을 참조하여 수학식 2에 의해 도출될 수 있다. 이때, 수학식 2의 각 인자는 표준 효율(
Figure 112020056706145-pat00009
)을 기준으로 감마선의 공기층 두께(
Figure 112020056706145-pat00010
), 매질층의 두께(
Figure 112020056706145-pat00011
) 및 계측 각도(
Figure 112020056706145-pat00012
) 변화에 따른 효율 보정계수일 수 있다. 여기서, 계측 각도(
Figure 112020056706145-pat00013
)의 최대값은
Figure 112020056706145-pat00014
이다.
[수학식 2]
Figure 112020056706145-pat00015
이때,
Figure 112020056706145-pat00016
는 매질과 검출기(100) 사이의 수직 거리이고,
Figure 112020056706145-pat00017
는 매질 내 선원의 깊이이며,
Figure 112020056706145-pat00018
는 매질 내 선원의 위치이다. 또, 계측 각도는
Figure 112020056706145-pat00019
이며, 공기층 두께는
Figure 112020056706145-pat00020
이고, 매질층 두께는
Figure 112020056706145-pat00021
이다.
그리고
Figure 112020056706145-pat00022
는 표준 계측 효율로, 검출기(100) 표면의 중심에서 20cm 거리의 점 선원에 대한 계측효율이고,
Figure 112020056706145-pat00023
는 검출기(100) 표면과 선원 사이의 공기층 두께(
Figure 112020056706145-pat00024
)에 의한 효율 변화율이다. 또한,
Figure 112020056706145-pat00025
는 검출기(100) 표면과 선원 사이의 계측 각도(
Figure 112020056706145-pat00026
)에 의한 효율 변화율이고,
Figure 112020056706145-pat00027
는 검출기(100) 표면과 선원 사이의 매질층(예컨대, 토양, 콘크리트 등) 두께(
Figure 112020056706145-pat00028
)에 의한 효율 변화율이다. 그리고
Figure 112020056706145-pat00029
는 검출기(100) 표면에서 검출기(100) 중심 사이의 거리이다.
상기와 같은 각 인자들은 전산모사 방법과 실제 실험 결과를 바탕으로 도출된 근사식으로 계산할 수 있다. 이때, 근사식의 형태는 실험으로 계산된 데이터와 상관도 값이 높게 나타나는 형태를 산정하고, 각 인자별 근사식의 형태는 수학식 3과 같다.
[수학식 3]
Figure 112020056706145-pat00030
그리고 상기와 같이, 계측 효율에 대한 산정이 이루어지면, 이후 측정 대상 구조물에 대한 깊이 분포에 따라 방출되는 감마선을 보다 정확하게 측정하기 위해 단일 면선원에 대한 측정을 수행할 수 있다.
단일 면선원은 두께 약 1cm의 면 형태의 선원에 방사능이 균질하게 분포된 형태의 선원을 의미한다. 즉, 단일 면선원에 대한 전체 방사능(
Figure 112020056706145-pat00031
)을 계산하면, 측정 대상 구조물의 표면에서 방출되는 방사선을 측정할 수 있다.
단일 면선원의 경우, 도 8에 도시된 도면과 같이, 대상물을 단위 길이의 메시(mesh)로 나누고, 각 지점의 계측 효율을 계산할 수 있다. 그리고 이렇게 계산된 각 지점에 대한 계측 효율의 평균값을 계산하여 이를 대표 계측 효율로 설정한다.
여기서, 메시의 단위 길이는 작업자의 선택에 따라 변할 수 있거나 또는 측정하고자 하는 선원의 크기에 따라 유동적으로 변할 수 있다. 그리고 효율의 계산은 측정 화각 영역 내에 존재하는 지점에 대해 고려하여 평균값을 계산하고 이를 단일 선원의 계측 효율로 이용한다. 이때, 선원은 단일 면선원 내에서 중심에 존재하는 것으로 가정한다.
각 측정대상 구조물과 검출기(100) 중심 사이의 공기층 두께, 측정대상 구조물의 두께 및 검출기(100)와 선원이 이루는 각도는 점 선원의 계측 효율을 구하는 방식과 동일할 수 있다. 그리고 계산된 측정 화각 내부 지점의 계측 효율 평균값을 면선원의 계측 효율(
Figure 112020056706145-pat00032
)로 이용하며, 면 선원 계측효율은 수학식 4와 같다.
[수학식 4]
Figure 112020056706145-pat00033
상기와 같이, 수학식 4에 따라 계산된 면선원의 계측 효율(
Figure 112020056706145-pat00034
)과 면선원을 계측하여 얻은 전 에너지 영역의 계수율과 수학식 5를 이용하여 면선원의 전체 방사능(
Figure 112020056706145-pat00035
)를 계산할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112020056706145-pat00036
이때,
Figure 112020056706145-pat00037
는 전 에너지 영역의 계수율(cps)이고,
Figure 112020056706145-pat00038
는 배경 방사능의 계수율(cps)이며,
Figure 112020056706145-pat00039
는 특정 핵종의 감마선 방출 확률이고,
Figure 112020056706145-pat00040
는 특정 영역에서의 계측 효율이다. 이때, cps는 초당 계수율이다.
전 에너지 영역 계수율과 배경 방사능의 계수율은 계측된 감마선 스펙트럼에서 도출할 수 있으며, 감마선 방출 확률(
Figure 112020056706145-pat00041
)은 계측하고자 하는 핵종에 따라 달라질 수 있다. 이렇게 면선원의 전체 방사능을 정확하게 계산할 수 있어, 이를 이용하면 다양한 면적과 부피를 가진 선원에 대한 계측 효율을 산정할 수 있으며, 감마선 스펙트럼 분석 결과의 정확도를 높일 수 있다.
상기와 같이, 면선원의 전체 방사능을 계산한 것을 이용하여 깊이 분포에 따라 방사능을 측정할 수 있다. 방사화 콘크리트 내부의 방사능 깊이 분포는 중성자와 물질과의 상호작용을 통해서 깊이에 따라 그 방사능 농도 분포가 달라지게 된다. 이때, 매질의 위치에 따라 계측 효율이 달라지기 때문에 선원의 깊이에 따라 계측 효율을 각각 계산하여 깊이에 따른 방사능 분포 및 특정 깊이의 방사능을 평가할 수 있다.
도 9를 참조하여 설명하면, n번째 면선원의 관점에서 k=1 내지 n-1번째 면선원은 감마선 차폐부(220)로 차폐된다. 따라서 k=1 내지 n번째 면선원까지 공기층 투과 거리인
Figure 112020056706145-pat00042
는 감마선 입사 각도가 동일하면 일정하지만, 차폐부(220) 투과거리는 면선원의 위치에 따라 변할 수 있다. 따라서 각 면선원의 계측 효율은 다른 값을 가질 수 있다. 이때, 각 면선원의 계측효율이
Figure 112020056706145-pat00043
(k=1~n)이고, 도 9에서와 같은 상황에서 계측된 순 계수치(
Figure 112020056706145-pat00044
)는 1~n까지 모든 선원의 순계수치의 합이므로, 수학식 6과 같이 나타날 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112020056706145-pat00045
이때, 각 면선원의 방사능 비율(
Figure 112020056706145-pat00046
) 값을 아는 경우, 특정 위치의 면선원의 방사능은 표면에 존재하는 면선원을 기준으로 수학식 7과 같이, 나타날 수 있다. 깊이에 따른 방사능 비율(
Figure 112020056706145-pat00047
)은 기존에 존재하는 깊이 분포 측정 방법론인 PTC, PTV 등을 이용하여 평가할 수 있다. PTC, PTV 방법의 경우, 현장 측정을 통해
Figure 112020056706145-pat00048
값을 도출할 수 있고,
Figure 112020056706145-pat00049
값을 이용하여 깊이에 따른 방사능 비율(
Figure 112020056706145-pat00050
)을 도출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112020056706145-pat00051
수학식 7을 이용하여 첫 번째 선원에 존재하는 전체 방사능 값(
Figure 112020056706145-pat00052
)과 깊이에 따른 방사능 비율(
Figure 112020056706145-pat00053
)을 이용하면, 특정 깊이의 방사능 값을 결정할 수 있다. 이를 통해 수학식 8과 같이, 깊이에 따른 특정 핵종의 실제 방사능 값을 도출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112020056706145-pat00054
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10: 방사선 측정 장치
100: 검출기
200: 콜리메이터 210: 본체부
220: 차폐부 230: 화각부
300: 고정 프레임 310: 프레임 본체
320: 상부 플레이트 330: 하부 플레이트
340: 제1 충격 완화부 350: 제2 충격 완화부
360: 고정부
400: 제1 연결부 500: 제2 연결부
S: 스프링

Claims (13)

  1. 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선을 검출하는 검출기;
    상기 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선 중 특정 방향의 감마선만 통과시키고 다른 방향에서 검출기로 입사하는 감마선을 차단하는 콜리메이터(collimator);
    상기 검출기 및 콜리메이터를 보호하고 지지하기 위한 고정 프레임; 및
    상기 고정 프레임에 설치되며, 상기 고정 프레임의 위치를 이동시키기 위한 장치에 연결되는 제1 연결부를 포함하고,
    상기 콜리메이터는, 특정 영역에서 방출된 방사선을 상기 검출기로 입사시키며,
    상기 고정 프레임은,
    프레임 본체;
    상기 검출기보다 상기 콜리메이터에 인접하게 배치되고, 외부에서 상기 프레임 본체에 가해지는 충격을 완화하기 위한 제1 충격 완화부; 및
    상기 제1 충격 완화부와 상기 프레임 본체를 연결시키는 복수 개의 탄성부재를 포함하고,
    상기 제1 충격 완화부는 상기 감마선이 상기 검출기를 항하여 진행할 수 있도록 홀이 형성되며,
    상기 복수 개의 탄성부재는 상기 제1 충격 완화부의 둘레를 따라 이격 배치되는,
    방사선 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콜리메이터는,
    상기 측정 대상 구조물에서 방출된 방사선을 상기 검출기로 입사시키는 본체부;
    특정 영역에서 방출된 방사선이 상기 본체부로 입사되도록 화각(FOV, field of view)을 설정하는 화각부; 및
    상기 화각부를 통해 입사되는 방사선을 제외한 다른 방사선을 차폐하는 차폐부를 포함하는,
    방사선 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 프레임은,
    상기 프레임 본체의 하부에 설치되며, 상기 검출기 및 콜리메이터를 지지하는 하부 플레이트; 및
    상기 검출기 및 콜리메이터를 상기 하부 플레이트에 고정하는 고정부를 더 포함하는,
    방사선 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 고정 프레임은,
    상기 프레임 본체의 하 측에 배치되며, 외부에서 상기 프레임 본체에 가해지는 충격을 완화하기 위한 제2 충격 완화부를 더 포함하는,
    방사선 측정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고정 프레임은,
    상기 제2 충격 완화부와 상기 프레임 본체를 결합시키는 하나 이상의 탄성부재 더 포함하는,
    방사선 측정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 고정 프레임의 상부에 배치된,
    방사선 측정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정 프레임의 일 측에 배치되고, 상기 고정 프레임의 위치 및 방향을 조정하기 위한 장치에 연결되는 제2 연결부를 더 포함하는,
    방사선 측정 장치.
  10. 측정 대상 구조물에서 방출된 방사능을 계산하기 위해 검출기로 입사되는 방사선의 최대 각도를 콜리메이터를 이용하여 설정하는 단계;
    상기 검출기로 입사되는 방사선의 입사 각도에 따른 효율 보정 계수를 산정하는 단계; 및
    산정된 상기 효율 보정 계수를 이용하여 단일 면선원에 대한 전체 방사능을 계산하는 단계를 포함하고,
    상기 방사선의 최대 각도는 수학식 1에 의해 정의되는,
    방사선 측정 방법.
    [수학식 1]
    Figure 112021144091983-pat00088


    상기
    Figure 112021144091983-pat00089
    는 상기 검출기로 입사할 수 있는 최대 각도이며, 상기
    Figure 112021144091983-pat00090
    는 매질과 상기 검출기 사이의 수직 거리이고, 상기
    Figure 112021144091983-pat00091
    는 상기 콜리메이터의 내경 반지름이며, 상기
    Figure 112021144091983-pat00092
    는 상기 콜리메이터 각도이고, z는 매질 내 선원의 깊이임.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 효율 보정 계수는 수학식 2에 의해 산정되는,
    방사선 측정 방법.
    [수학식 2]
    Figure 112020056706145-pat00060

    상기
    Figure 112020056706145-pat00061
    는 계측 효율이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00062
    는 매질과 상기 검출기 사이의 수직 거리이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00063
    는 매질 내 선원의 깊이이며, 상기
    Figure 112020056706145-pat00064
    는 매질 내 선원의 위치이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00065
    는 표준 계측 효율이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00066
    는 상기 검출기 표면과 선원 사이의 공기층 두께(
    Figure 112020056706145-pat00067
    )에 의한 효율 변화율이며, 상기
    Figure 112020056706145-pat00068
    는 상기 검출기 표면과 선원 사이의 계측 각도(
    Figure 112020056706145-pat00069
    )에 의한 효율 변화율이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00070
    는 상기 검출기 표면과 선원 사이의 매질층 두께(
    Figure 112020056706145-pat00071
    )에 의한 효율 변화율이며, 상기
    Figure 112020056706145-pat00072
    는 상기 검출기 표면에서 검출기 중심 사이의 거리임.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 단일 면선원에 대한 전체 방사능(
    Figure 112020056706145-pat00073
    )은, 수학식 5에 의해 계산되는,
    방사선 측정 방법.
    [수학식 5]
    Figure 112020056706145-pat00074

    상기
    Figure 112020056706145-pat00075
    는 특정 에너지 영역의 총 계수율(cps)이고, 상기
    Figure 112020056706145-pat00076
    는 배경 방사능의 계수율(cps)이며, 상기
    Figure 112020056706145-pat00077
    는 특정 핵종의 감마선 방출 확률이고,
    Figure 112020056706145-pat00078
    는 특정 영역에서의 계측 효율이며, cps는 초당 계수율임.
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