KR102641920B1 - 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법 - Google Patents

원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것이다.
본 발명은 이를 위해 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것으로, 원전 콘크리트 구조물 내 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 수행하기 위해, (a) 비파괴 측정방법 및 내용으로 측정대상물에 존재하는 방사성 물질의 종류를 평가하는 단계; (b) 상기 (a)의 측정결과에 대한 신뢰성을 평가할 수 있도록 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능(MDA), 측정영역, 에너지영역, 에너지 분해능 및 방사능 측정 오차의 영상장치 성능 평가항목, 방법 및 허용기준을 제공하는 단계; 및 (c) 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정 절차로 영상장치를 교정하는 단계;가 포함된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차에 관한 것이다.

Description

원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법{Method on non-destructive measurement of characteristics and distribution of radioactive materials inside concrete structures of nuclear power plants}
본 발명의 실시예는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 식별항목에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 식별항목에 기재된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
주지하다시피 전 세계적으로 436기의 원전이 운전 중이고 209기 원전이 영구 정지되었으며, 이중 21기만 해체가 완료된 상황이며(2023년 4월 기준), 운전 중인 원전 436기 중 평균 수명이 30년을 넘은 노후 원전의 비율은 67%으로 원전 해체시장은 지속적으로 증가될 예정이다.
그리고 국내에서도 원전의 노후화로 인해 고리 1호기와 월성 1호기의 영구정지 및 해체가 확정되었으며, 25기의 가동 원전 중 10기가 오는 2030년 이내에 설계수명이 만료된다. 일반적으로 원전 해체 시 원전 1기당 콘크리트 폐기물이 약 2,600드럼 발생할 것으로 예상되며, 이로 인해 원전 1기당 500억 원 이상의 콘크리트 폐기물 처리 비용이 발생할 것으로 예상된다.
원전 해체 시 천문학적인 해체 비용을 절감하고 해체 작업자의 안전을 확보하기 위해서는 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포를 정확 평가하게 하는 것이 중요하다.
원전 해체를 위한 방사선학적 특성평가에 활용될 수 있는 감마 이미징 기술은 Coded Aperture type, Compton type, Pinhole type 3종으로 구분할 수 있으며, 특히 Compton type은 검출기 내에서 발생하는 콤프턴 산란을 이용한 콤프턴 영상기술을 활용하여 콘크리트 구조물 내 핵종 및 방사능 특성정보와 함께 삼차원적 분포에 대한 영상을 제공할 수 있는 기술이 최근에 개발되었다.
상기 콤프턴 영상기술은 0.7m×0.3m의 위치민감형 검출기와 콤프턴 영상기법을 이용하여 단 1회 측정으로 약 0.7m×0.3m×0.8m 정도의 넓은 콘크리트 내부 영역에 대한 방사성물질의 특성과 삼차원적 위치 분포를 측정할 수 있는 콤프턴카메라 영상장치를 활용한다.
상기 콤프턴카메라 영상장치는 산란부 검출기에서 산란된 광자를 흡수부 검출기에서 흡수하고 이들 반응에 대한 에너지와 위치정보를 계측하여 콤프턴 영상을 획득한다.
또한 원전 해체를 위한 방사선학적 특성평가와 관련된 국내 관련 법규는 원자력안전법 제28조에 의해 발전용 원자로 및 관계시설 해체 시 반드시 해체계획서를 제시하도록 규정하고 있으며, 이와 관련하여 원자력안전위원회 고시 제2021-10호 “원자력 이용시설 해체계획서 등의 작성에 관한 규정”에는 해체계획서 작성 기준 및 방법을 제공하고 있으며, 방사선학적 특성을 기술하도록 명시하고 있다.
하지만 상기 고시와 관련된 방사선학적 특성 분야 작성 지침에는 해체대상 시설 및 부지 등에 존재하는 방사성물질의 종류, 방사능량, 분포 및 방사성오염의 정도를 제시하고 여기에 사용된 근거, 방법 및 가정 사항을 기술하도록 명시하고 있지만, 국내의 경우 각 방사선학적 특성평가 기술과 관련된 명확한 기술기준은 현재 마련되어 있지 않다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 아래와 같은 선행기술문헌들이 개발되었으나, 여전히 상기한 종래 기술의 문제점을 일거에 해결하지 못하는 커다란 문제점이 발생 되었다.
대한민국 등록특허공보 제2250686호(2021. 05. 04)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제0925886호(2009. 11. 02)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제2437705호(2022. 08. 24)가 등록된바 있다. 대한민국 등록특허공보 제2527267호(2023. 04. 25)가 등록된 바 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 콘크리트 구조물 내부에 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치가 구비됨을 제1목적으로 한 것이고, 상기한 기술적 구성에 의한 본 발명의 제2목적은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차를 제공하고, 제3목적은 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 제공함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시, 원자력안전법 제28조 및 원자력안전위원회 고시 제2021-10호에서 규정하는 해체계획서 작성 내용 중 방사선학적 특성평가와 관련하여 명확하게 제시되어 있지 않은 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차 등을 제시함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시 요구되는 해체계획서 작성을 위한 가이드를 제공할 수 있고, 제4목적은 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등) 및 삼차원적 위치 분포 측정을 위한 평가항목, 방법 및 절차를 적용함으로써 측정결과의 정확성과 신뢰성을 기대할 수 있고, 제5목적은 이를 통해 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 정확한 측정 및 분류를 통한 해체전략 수립 등으로 방사성폐기물 발생량을 저감시켜 콘크리트 구조물 처리를 위한 비용을 절감시킬 수 있도록 한 것이고, 제6목적은 정확한 현장 측정결과에 기반한 해체 작업이 가능하므로 해체 작업의 효율성 향상과 방사선 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 것이고, 제7목적은 원전 해체 분야뿐만 아니라 사이클로트론 보유 의료기관 및 방사성동위원소 사용시설 등에 대한 해체 시에도 적용될 수 있으므로 보호할 가치가 충분히 있도록 한 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법을 제공한다.
이러한 목적 달성을 위하여 본 발명은 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것으로,
원전 콘크리트 구조물 내 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 수행하기 위해,
(a) 비파괴 측정방법 및 내용으로 측정대상물에 존재하는 방사성 물질의 종류를 평가하는 단계;
(b) 상기 (a)의 측정결과에 대한 신뢰성을 평가할 수 있도록 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능(MDA), 측정영역, 에너지영역, 에너지 분해능 및 방사능 측정 오차의 영상장치 성능 평가항목, 방법 및 허용기준을 제공하는 단계; 및
(c) 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정 절차로 영상장치를 교정하는 단계;가 포함됨을특징으로 하는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법을 제공한다.
상기에서 상세히 살펴본 바와 같이 본 발명은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차를 제공한다.
또한 본 발명은 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 제공함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시, 원자력안전법 제28조 및 원자력안전위원회 고시 제2021-10호에서 규정하는 해체계획서 작성 내용 중 방사선학적 특성평가와 관련하여 명확하게 제시되어 있지 않은 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차 등을 제시함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시 요구되는 해체계획서 작성을 위한 가이드를 제공할 수 있다.
그리고 본 발명은 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등) 및 삼차원적 위치 분포 측정을 위한 평가항목, 방법 및 절차를 적용함으로써 측정결과의 정확성과 신뢰성을 기대할 수 있다.
아울러 본 발명은 이를 통해 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 정확한 측정 및 분류를 통한 해체전략 수립 등으로 방사성폐기물 발생량을 저감시켜 콘크리트 구조물 처리를 위한 비용을 절감시킬 수 있도록 한 것이다.
더하여 본 발명은 정확한 현장 측정결과에 기반한 해체 작업이 가능하므로 해체 작업의 효율성 향상과 방사선 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 상기한 효과로 인해 원전 해체 분야뿐만 아니라 사이클로트론 보유 의료기관 및 방사성동위원소 사용시설 등에 대한 해체 시에도 적용될 수 있으므로 보호할 가치가 충분히 있도록 한 매우 유용한 발명인 것이다.
이하에서는 이러한 효과 달성을 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1 은 콤프턴카메라 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 측정 개념
도.
도 2 는 콤프턴카메라 영상장치를 통해서 획득된 에너지스펙트럼의 예.
도 3 은 획득된 에너지스펙트럼을 통해 판별된 핵종에 대한 고유 감마선 에
너지를 고려한 추가 정밀 측정 에너지 윈도우 설정 예.
도 4 는 콤프턴카메라 영상장치를 활용한 방사선원의 삼차원 영상화 결과의
예.
도 5 는 콤프턴카메라 영상장치를 활용한 방사선원의 방사능 추정을 위한 유
효반응 발생 확률 계산 방법 모식도.
도 6 은 본 발명에서 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성물질 특성 및 분포
비파괴 측정결과의 신뢰성 검증을 위한 측정내용, 평가방법 및 허용
기준 도표.
도 7 은 본 발명 콤프턴카메라 영상장치을 활용한 원전 콘크리트 구조물 내
부 방사성물질의 특성 및 분포 측정 절차를 나타내는 순서도.
본 발명에 적용된 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법은 도 1 내지 도 7 에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다.
먼저, 본 발명은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치(100)를 활용하여 콘크리트 구조물(10) 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차에 관한 것이다.
한편 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.
그리고 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선, 본 발명은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명은 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것이고, 특히 원전 콘크리트 구조물 내 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 수행하기 위해 아래의 각 단계를 거치게 된다.
즉, 본 발명은 (a) 비파괴 측정방법 및 내용으로 측정대상물에 존재하는 방사성 물질의 종류를 평가하는 단계를 거친다.
이때 상기 (a) 단계에는, 측정대상물에 존재하는 각 방사성물질의 삼차원적 위치를 평가하는 단계와, 측정대상물에 존재하는 각 방사성 물질의 방사능을 평가하는 단계가 포함됨이 바람직하다.
(b) 상기 (a)의 측정결과에 대한 신뢰성을 평가할 수 있도록 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능(MDA), 측정영역, 에너지영역, 에너지 분해능 및 방사능 측정 오차의 영상장치 성능 평가항목, 방법 및 허용기준을 제공하는 단계를 거친다.
(c) 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정 절차로 영상장치를 교정하는 단계를 거친다.
특히 본 발명에 적용된 상기 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능(MDA), 측정영역, 에너지영역, 에너지 분해능 및 방사능 측정 오차는 다음과 같다.
먼저, 상기 영상해상도는 0m, 0m, 0.5m 깊이에 위치한 60Co 방사선원 기준, 영상 최대값 기준 반치전폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)으로 각 평면 좌표축에 대한 반치폭들의 평균값 ''으로 평가하여 8㎝ 이하 만족.
또한 상기 계측효율은 0m, 0m, 0.5m 깊이에 위치한 60Co 방사선원 기준, 측정 유효 감마선 수와 방사성물질로부터 방출된 감마선 수의 비율로 평가하여 6×10-5% 이상 만족.
그리고 상기 최소 영상화 가능 방사능(MDA)은 측정기기의 최소 영상화 가능 방사능(MDA)은 [ND:방사선원의 영상화를 위해 요구되는 최소 계측값, ε:영상장치의 계측효율, Y: 감마선 방출율, T: 측정시간]로 평가하여 7 μCi 이하 만족.
또한 상기 측정영역은 영상장치별 영상화 가능 영역.
그리고 상기 에너지영역은 영상장치별 측정 에너지 영역.
또한 상기 에너지 분해능은 공기 중 Cs-137 방사선원 기준, 에너지 분해능(Energy Resolution)은 [FWHM: Full Width at Half Maximum, E: Cs-137 방사선원의 고유 감마선 에너지(662 keV)] 로 평가하여 8% 이하 만족.
그리고 상기 방사능 측정 오차는 0m, 0m, 5m 깊이에 위치한 60Co 방사선원 기준, 추정된 방사능 값과 방사선원의 방사능 세기의 퍼센트 오차로 평가하여 30% 이하 만족.
상기 (c)단계는 ⓐ 콤프턴카메라 영상장치 교정(S110); ⓑ 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 에너지스펙트럼 측정(S111); ⓒ 측정된 에너지스펙트럼을 활용한 콘크리트 내부 방사선원의 핵종 판별(S112); ⓓ 판별된 핵종의 감마선 에너지를 고려한 추가 정밀 측정을 위한 에너지 원도우 설정(S113); ⓔ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 삼차원적 영상화 및 위치 평가(S114); ⓕ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 추정 위치에 따른 효율식을 계산(f1)(S115); ⓖ 계산된 효율식에 따른 콘크리트 내부 방사선원의 방사능 계산(f2)(S116); 및 ⓗ 측정결과 기록;이 포함된다.
상기 각 기능을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 ⓐ 콤프턴카메라 영상장치 교정(S110)은 에너지를 알고 있는 감마선원을 측정하여 해당 스펙트럼에서의 광전피크 위치를 선원의 에너지에 대응시키는 과정을 통해 이루이지며, 이를 위해 영상장치를 통해 측정하고자하는 수십 keV부터 수 MeV에 이르는 넓은 에너지 범위 내에 여러 감마선 에너지를 방출하는 Eu-152 방사선원과 K-40 방사선원을 사용한 콤프턴카메라 영상장치를 교정하는 단계; 교정에 사용한 에너지는 Eu-152 방사선원의 44 keV, 122 keV, 344 keV, 779 keV, 964 keV, 1112 keV, 1408 keV 및 배경방사선 중 K-40의 1460 keV를 사용한다. 이때, 저에너지 반응을 측정해야하는 산란부 검출기의 경우 44 keV를 포함하여 8개 에너지를 전부 사용하고, 180 keV 미만의 반응을 고려하지 않는 흡수부의 경우 44 keV를 제외한 7개의 에너지 사용한다.
ⓑ 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 에너지스펙트럼 측정(S111)은 도 1 과 같이 콘크리트 구조물을 대상으로 영상장치를 활용하여 방사성물질을 측정하여 도 2 와 같은 에너지 스펙트럼을 획득한다.
ⓒ 측정된 에너지스펙트럼을 활용한 콘크리트 내부 방사선원의 핵종 판별(S112)은 측정된 에너지스펙트럼 내 감마선에너지 피크 확인과 콘크리트 구조물 내 존재 가능한 방사성물질의 고유 감마선 에너지를 고려한 유효 첨두 피크를 선별하여 콘크리트 구조물 내부 방사선원에 대한 핵종을 판별한다.
ⓓ 판별된 핵종의 감마선 에너지를 고려한 추가 정밀 측정을 위한 에너지 원도우 설정(S113)은 판별된 핵종의 고유 감마선 에너지를 고려한 방사성물질에 대한 삼차원적 위치 분포 및 방사능에 대한 추가 정밀 측정 및 확인을 위한 Low 및 High 에너지 밴드 갭을 도 3 과 같이 설정한다.
ⓔ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 삼차원적 영상화 및 위치 평가(S114)는 상기의 판별된 핵종에 측정 에너지 윈도우를 설정 후 추가 정밀 측정을 통해 도 4 와 같이 삼차원 영상화 결과를 획득하고, 각 평면에 대한 BP(Back-projection) 및 EM(Expectation-Maximization) 영상을 확인하여 방사선원의 삼차원적인 위치를 평가한다. 또한 상기 단계 후 획득한 EM 영상값과 추정된 선원의 위치에 대해 효율식을 계산하여 반영하고 각 선원의 방사능을 추정하는 단계로 이행한다.
ⓕ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 추정 위치에 따른 효율식을 계산(f1)(S115)한다.
ⓖ 계산된 효율식에 따른 콘크리트 내부 방사선원의 방사능 계산(f2)(S116)한다.
ⓗ 측정결과 기록은 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성 및 분포 정보, 영상장치 성능 평가결과(예: 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능, 측정영역, 에너지 영역, 에너지 분해능, 방사능 추정 불확도)를 기록한다.
한편, 상기 ⓕ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 추정 위치에 따른 효율식을 계산(f1)(S115)은 하나의 유효반응에 대해 콘크리트 내부 방사선원의 위치로부터 산란부 검출기까지의 경로 ｌ0 및 ｌ1, 콤프턴 산란 후 흡수부의 반응지점까지의 경로 ｌ1 및 ｌ2에서 감쇠하지 않을 확률, 산란부에서 해당 각도로 산란할 확률인 미분 산란 단면적, 흡수부의 반응 위치에서 광전흡수를 일으킬 확률을 반영하여 해당 유효반응이 일어날 확률 계산하고,(도 5) 상기한 확률이 발생할 수 있는 모든 조건에 대한 계산으로 계측효율을 평가하며 이에 대한 적분식은 아래 [수학식 1]을 이용하여 산출한다.
또 한편, 상기 ⓖ 계산된 효율식에 따른 콘크리트 내부 방사선원의 방사능 계산(f2)(S116)은 영상 지점별 에너지스펙트럼에서의 피크 계수치를 추산하고 계산한 계측효율을 적용하여 해당 지점에 위치한 선원의 방사능 추정은 아래 [수학식 2]를 이용하여 산출한다.
상기와 같이 본 발명은 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용하여 콘크리트 구조물 내부에 존재하는 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등)과 삼차원적 위치 분포 측정 결과의 신뢰성을 보장할 수 있는 평가항목, 방법 및 절차를 제공하고, 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 제공함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시, 원자력안전법 제28조 및 원자력안전위원회 고시 제2021-10호에서 규정하는 해체계획서 작성 내용 중 방사선학적 특성평가와 관련하여 명확하게 제시되어 있지 않은 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차 등을 제시함으로써 원자로 및 관계시설 해체 시 요구되는 해체계획서 작성을 위한 가이드를 제공할 수 있고, 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 특성(핵종 및 방사능 정보 등) 및 삼차원적 위치 분포 측정을 위한 평가항목, 방법 및 절차를 적용함으로써 측정결과의 정확성과 신뢰성을 기대할 수 있고, 이를 통해 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 정확한 측정 및 분류를 통한 해체전략 수립 등으로 방사성폐기물 발생량을 저감시켜 콘크리트 구조물 처리를 위한 비용을 절감시킬 수 있도록 한 것이고, 정확한 현장 측정결과에 기반한 해체 작업이 가능하므로 해체 작업의 효율성 향상과 방사선 작업자의 안전성을 향상시킬 수 있도록 한 것이고, 원전 해체 분야뿐만 아니라 사이클로트론 보유 의료기관 및 방사성동위원소 사용시설 등에 대한 해체 시에도 적용될 수 있으므로 보호할 가치가 충분히 있도록 한 효과를 제공하게 된다.
본 발명 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법의 기술적 사상은 실제로 동일결과를 반복 실시 가능한 것으로, 특히 이와 같은 본원발명을 실시함으로써 기술발전을 촉진하여 산업발전에 이바지할 수 있어 보호할 가치가 충분히 있다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 콘크리트 구조물
100: 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치

Claims (5)

  1. 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법에 관한 것으로, 원전 콘크리트 구조물 내 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정을 위한 측정내용, 평가방법, 허용기준 및 절차를 수행하기 위해,
    (a) 비파괴 측정방법 및 내용으로 측정대상물에 존재하는 방사성 물질의 종류를 평가하는 단계; (b) 상기 (a)의 측정결과에 대한 신뢰성을 평가할 수 있도록 영상해상도, 계측효율, 최소 영상화 가능 방사능(MDA), 측정영역, 에너지영역, 에너지 분해능 및 방사능 측정 오차의 영상장치 성능 평가항목, 방법 및 허용기준을 제공하는 단계; 및 (c) 콤프턴카메라(Large Area Compton Camera, LACC) 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질의 특성 및 분포에 대한 비파괴적 측정 절차로 영상장치를 교정하는 단계;가 포함되되,
    상기 영상해상도는,
    (0m, 0m, 0.5m) (깊이)에 위치한 60Co 방사선원 기준, 영상 최대값 기준 반치전폭(Full Width at Half Maximum, FWHM)으로 각 평면 좌표축에 대한 반치폭들의 평균값 ''으로 평가하여 8㎝ 이하 만족;
    상기 계측효율은,
    (0m, 0m, 0.5m) (깊이)에 위치한 60Co 방사선원 기준, 측정 유효 감마선 수와 방사성물질로부터 방출된 감마선 수의 비율로 평가하여 6×10-5% 이상 만족;
    상기 최소 영상화 가능 방사능(MDA)은,
    측정기기의 최소 영상화 가능 방사능(MDA)은 [ND:방사선원의 영상화를 위해 요구되는 최소 계측값, ε:영상장치의 계측효율, Y: 감마선 방출율, T: 측정시간]로 평가하여 7 μCi 이하 만족;
    상기 측정영역은,
    영상장치별 영상화 가능 영역;
    상기 에너지영역은,
    영상장치별 측정 에너지 영역;
    상기 에너지 분해능은,
    공기 중 Cs-137 방사선원 기준, 에너지 분해능(Energy Resolution)은 [FWHM: Full Width at Half Maximum, E: Cs-137 방사선원의 고유 감마선 에너지(662 keV)] 로 평가하여 8% 이하 만족;
    상기 방사능 측정 오차는,
    (0m, 0m, 5m) (깊이)에 위치한 60Co 방사선원 기준, 추정된 방사능 값과 방사선원의 방사능 세기의 퍼센트 오차로 평가하여 30% 이하 만족;이 포함됨을 특징으로 하는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 (c)단계는,
    ⓐ 콤프턴카메라 영상장치 교정(S110);
    ⓑ 영상장치를 활용한 콘크리트 구조물 내부 방사성물질의 에너지스펙트럼 측정(S111);
    ⓒ 측정된 에너지스펙트럼을 활용한 콘크리트 내부 방사선원의 핵종 판별(S112);
    ⓓ 판별된 핵종의 감마선 에너지를 고려한 추가 정밀 측정을 위한 에너지 원도우 설정(S113);
    ⓔ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 삼차원적 영상화 및 위치 평가(S114);
    ⓕ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 추정 위치에 따른 효율식을 계산(f1)(S115);
    ⓖ 계산된 효율식에 따른 콘크리트 내부 방사선원의 방사능 계산(f2)(S116); 및
    ⓗ 측정결과 기록;이 포함됨을 특징으로 하는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법.
  4. 청구항 3 에 있어서,
    상기 ⓕ 콘크리트 구조물 내부 방사선원의 추정 위치에 따른 효율식을 계산(f1)(S115)은,
    하나의 유효반응에 대해 콘크리트 내부 방사선원의 위치로부터 산란부 검출기까지의 경로 ｌ0 및 ｌ1, 콤프턴 산란 후 흡수부의 반응지점까지의 경로 ｌ1 및 ｌ2에서 감쇠하지 않을 확률, 산란부에서 해당 각도로 산란할 확률인 미분 산란 단면적, 흡수부의 반응 위치에서 광전흡수를 일으킬 확률을 반영하여 해당 유효반응이 일어날 확률 계산하고, 상기한 확률이 발생할 수 있는 모든 조건에 대한 계산으로 계측효율을 평가하며 이에 대한 적분식은 아래 [수학식 1]을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법.
    [수학식 1]


  5. 청구항 3 에 있어서,
    상기 ⓖ 계산된 효율식에 따른 콘크리트 내부 방사선원의 방사능 계산(f2)(S116)은,
    영상 지점별 에너지스펙트럼에서의 피크 계수치를 추산하고 계산한 계측효율을 적용하여 해당 지점에 위치한 선원의 방사능 추정은 아래 [수학식 2]를 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 원전 콘크리트 구조물 내부 방사성 물질 특성 및 분포 비파괴 측정 방법.
    [수학식 2]

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