KR20000076439A - 용기에 담긴 방사능물질의 방사능 측정 방법 - Google Patents

Abstract

용기에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법은, 내용물의 평균 밀도를 측정하기 위해 부피가 알려진 용기(4)의 무게를 재는 단계; 서포트(1) 상에 상기 용기(4)를 위치시키는 단계; 상기 용기에 대해 대칭적으로 놓인 두 개의 γ선 검출기(6)를 각각의 서포트(5) 상에 위치시키는 단계; 그 길이 방향 주축이 상기 두 개의 검출기(6)를 연결하는 축(I-I)과 일치하도록 용기의 수직 방향의 움직임(F2)을 유발시키는 단계; 제1시험 위치에 그들을 정지시키기 위해 그들 각각의 서포트상에서 두 개의 검출기의 움직임(F1)을 유발시키는 단계; 최적인 방사선 계수를 제공하는데 적합한 것으로 증명된 제2 대칭 위치에서 그들을 정지시키기 위해 상기 두 개의 검출기의 움직임(F1)을 유발시키는 단계; γ방사를 측정하고, 계산된 방사 강도로부터 공식(1-2)에 의해 대응하는 γ 방사 강도(I)에 연결된 상기 두 개의 검출기의 계수 비율의 기하학적인 평균을 계산하는 단계를 구비한다.

Description

용기에 담긴 방사능물질의 방사능 측정 방법{A procedure to measure the radioactivity of radioactive material enclosed in a container}

핵 분야(nuclear field)(발전소, 연구실, 분석실 등)에서 작업을 수행하는 동안 약하게 방사능을 내는 상당량의 고형 폐기물이 발생되는데 이것은 보통 용기내에 모아지고 밀폐된다. 이들 폐기물을 올바르게 다루기 위하여, 존재하는 오염의 특성 및 범위를 신속하고 신뢰성있게 체크할 수 있는 것이 필요하다.

밀폐된 용기를 다루기 때문에, 적용할 수 있는 유일한 기술은 γ방사선을 외부에서 측정하는 것이고, 그로부터 적절한 계산에 의해 전체적인 오염 α+β+γ를 얻는 것이 가능하다.

상기 γ 측정 결과의 해석에 있어서 주요 문제는, 상기 소스들이 물질의 분포 및 특성과 활성 분포가 널리 알려지지 않은 큰 치수(dimension)라는 사실에 기인한 검출효율의 평가이다.

기술 사정상, 활성의 평가는 일반적으로 내용물이 균질한 조성 특징이 있고, 활성 분포가 잘 알려져 있다는 가정에 바탕을 두고 용기 밖의 다양한 측방향 위치에서 γ 계수에 의해 행해지거나, 그 밖에 용기의 측면을 따라 수행된 γ 조사량 측정에 의해 행해지며, 그런 다음 상기 측정들 중 하나로부터 적절한 계산 방법에 의해 소스 활성값을 구한다.

그들중 일부에는 다 써버린 이온 치환 수지가 담겨 있고, 나머지는 기술적인 폐기물을 가진 핵 발전소에서 생긴 용기들에 행해진 실험실에서의 측정은 또한 그러한 기술로 계산된 활성값과 실제 활성값 사이에 크기의 한 차수를 초과하는 차이를 보였고, 결과적으로 낮은 비(比)의 활성을 가진 폐기물을 다루고 보관하는데 채택된 방사선 방어를 위한 기준(criteria)이 지나치게 보수적인 것으로 보여진다.

본 발명은 용기에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법에 관한 것으로, 특히 밀폐된 용기내에 놓인 방사능 소스 및/또는 활성 또는 오염된 물질에 기인한 방사능을 측정하는 방법에 관한 것이다.

다음 도면들은 실시예를 설명하는데 도움을 준다:

도 1은 평면도,

도 2는 도 1의 화살표 F에 따른 정면도.

위에서 언급된 결점들을 제거하는 본 발명은, 용기 밖에 위치된 γ선 검출기에 의해 용기에 담긴 방사능물질의 방사능을 측정하는 방법에 관한 것으로, 청구범위에 특징지워진 것처럼 다음 단계를 구비한다:

i) 그 내용물의 평균 밀도를 측정하기 위하여 부피가 알려진 용기의 무게를 다는 단계;

ii) 서포트 위에 상기 용기를 위치시키는 단계;

iii) 상기 용기의 보다 작은 벽에 대면되는 상기 용기의 주 횡단축에 대해 대칭적으로 놓인 두 개의 γ선 검출기를 각 서포트 상에 위치시키는 단계;

iv) 그 길이방향의 주축이 상기 두 개의 검출기를 연결하는 축과 일치하도록 상기 용기를 수직으로 움직이는 단계;

v) 용기로부터의 방사능 강도가 가장 좋은 계수 기하학을 한정하도록 샘플링되는 위치이며, 경험의 바탕에서 유용하게 한정된 상기 용기에 대한 제1 대칭 위치에서 그 두 개의 검출기를 멈추도록 하기 위하여 그 각각의 서포트 상에 두 개의 검출기를 움직여주는 단계;

vi) 측정 및 계수 시간의 정확도의 관점에서 최적인 방사 계수를 제공하는데 적합한 것으로 입증된 용기에 대한 제2대칭 위치에서 상기 두 개의 검출기를 멈추도록 하기 위하여 그 각각의 서포트 상에서 2개의 검출기를 움직여주어, 그러한 위치들의 거리가 일반적으로 검출기에 대면되는 용기 벽의 가장 큰 치수보다 더 크도록 하는 단계;

vii) γ방사선을 측정하고, 활성이 주로 용기의 한정된 영역에 집중될 때 다음 공식,

및 활성이 용기내에 현저히 균일한 방식으로 분포될 때 다음 공식

에 의해 대응하는 γ방사의 강도에 링크되는 cps로 표현된 두 개의 검출기의 계수 비율의 기하학적인 평균을 계산하는 단계;

viii) 상기 공식들중 하나에 의해 γ방사선의 강도(I)를 계산하는 단계.

일반적으로 원통형 드럼 형태인 용기는 두 개의 원형벽이 각각 검출기들 중 하나와 대면하도록, 그 길이방향 축이 수평으로 위치되는 것이 바람직스러울 것으로 이해된다. 또한, 용기의 주 횡단 축에 대해 대칭으로 두 개의 검출기를 위치시키는 것은 필수 조건이 아니라고 이해된다; 비 대칭적으로 위치시키는 것은 단지 보다 복잡한 수학적인 절차를 수반한다.

이들 공식에 있어서: μ^*= (2/D) + μ

여기서:

μ 는 cm^-1로 표현된 담긴 물질에 대해 평균 감쇠 계수(coefficient)이며,

I는 dps로 표현된 소스의 강도,

β는 참작된 γ선(line)의 분기(branching),

F1은 용기 베이스의 흡수 인자,

F2는 공기중에서의 흡수 인자;

α는 광자의 에너지 및 검출기의 특질에 의존하지만, 용기와 검출기 사이의 거리 또는 용기의 치수에 의존하지 않거나, 폐기물의 성질에 의존하는 매개변수;

D는 cm로 표현되고 용기 내에서 광자에 의해 평균적으로 주행된 거리를 포함하는 검출기와 상기 검출기에 대면하는 용기 벽 사이의 거리(실제 D는 용기의 상기 벽과 검출기 중심 사이의 거리이다);

L은 cm로 표현된 용기의 높이이다..

상기 양들 β, D, L은 알려진 반면에 1에 매우 근접한 F2는 계산된다. 그러므로 장치의 교정(calibration)은 α와 F1의 측정을 필요로 한다.

이러한 목적을 위한 일련의 측정은, 텅빈 용기 밖에서 다양한 방식으로 무리지어진 교정된 소스들을 검출기 일측 및 다른측(도 2에 보여진 바와 같이 거리 D1과 D2) 상에서, 검출기에 대향되는 벽에 가능한한 근접하게 세팅함으로써 수행된다.

상기 두 위치에서 총수(count)는 다음처럼 표현된다:

그리고 양(quantity) F1은 다음에 의해 얻어진다:

다음으로, α는 C(D1) 및/또는 C(D2) 값으로부터 계산된다.

폐기물의 화학적 조성이 알려지지 않았기 때문에, 효율을 계산하는데 필요한 감쇠 계수값도 알려지지 않았다.

그러나, 이러한 유형의 측정에 포함된 에너지 간격내에서 cm²/g로 표현된, 주어진 에너지에서의 감쇠계수는 원자번호로부터 현저하게 독립적이다. 이는 cm^-1로 표현되는 두 개의 서로 다른 물질의 감쇠계수 사이의 비율로 이끄는데, 이 비율은 그들의 밀도 사이의 비율과 대략 같다.

그러므로 cm²/g로 표현된 물 감쇠 계수를 용기에 모아진 물질의 평균 밀도와 프로덕트한 것으로부터 유도될 수 있는 감쇠계수 μ_conv로 통상적인 값을 채택하는 것이 가능하다:

μ_conv= μ(H₂0)·ρ.

문헌에서 보고된 μ(H₂0)의 값은 :

662, 1173 및 1332 keV에서 각각 0.085, 0.066, 0.062cm²/g이다.

발명된 방법의 주요 장점은 상기 기하학적인 평균이 용기 내의 물질의 분포에 대해 현저히 독립적이라는 것과, 상기 방법이 불균질 소스인 특징이 있는 모든 상상할 수 있는 실제적인 상태에서 좋은 감도와 측정의 정확도롤 제공한다는 것이다.

선택적인 γ방사선 검출기는 공식(1) 또는 공식(2)를 선택할지를 결정하는데 유용한 정보를 더 제공하기 위해 용기의 보다 큰 치수에 평행하게 슬라이딩되도록 만들어진다.

설명된 측정 기술의 수행은 용기내의 불균질 물질 및 방사능의 모든 가능한 조합에 대해 이론적으로 평가되었다. 다양한 부분(주로 용기와 검출기)의 움직임 및 방사선의 검출과 계산 둘다에 대해 충분히 자동화될 수 있기 때문에 발명된 방법을 실행하기 위해 매우 간단한 장치가 사용될 수도 있다.

용기와 검출기의 순수한 수동 이동이 전혀 아니며, 사실상 작업자의 안전을 위해 회피된 본 발명의 실시예는 아래에 설명되었으며 다음을 구비한다:

a) 그 내용물의 평균 밀도를 측정하기 위하여 두 개의 서로 대향되는 γ방사선 검출기 사이 및 용기의 무게 측정에 적합한 디바이스 위에 용기를 세팅하는데 적합한 포지셔닝(positioning) 디바이스에 결합된 용기 지지구조;

b) 상기 용기의 주축에 대해 대칭적으로 위치된 상기 검출기를 위한 한쌍의 서포트;

c) 상기 검출기들로부터의 제1거리에 두 개의 검출기를 위치시키고 상기 방사선을 측정하는 제1계수를 수행하여, 방사선 계수가 정확도 관점 및 측정 시간의 고려하여 모두에 대해 최적인 제2거리에 검출기들을 재 위치시키기 위하여, 검출기 둘다의 동일하고 서로 반대되는 이행(translation)을 만들어내기 위한 프로세서에 의해 제어되는 모터 수단.

도 1 및 도 2는 함께 수평으로 연장되고 밀폐된 드럼(4)의 무게를 측정하는데 적합한 무게 측정 디바이스(3)의 로딩 플레인(2)을 지탱하는 지지구조(1)를 보여준다; 상기 구조(1)의 각 측상에서 수평 서포트(5)는 컴퓨터(8)로 제어되는 모터 수단(7)이 화살표 F1의 양방향을 따라 길이방향으로 움직이게 하는 참조부호 6으로 표시된 γ 방사선 검출기를 지탱하리라는 것이 예견된다; 또한, 컴퓨터(8)에 의해 제어되는 모터 수단 M은 화살표 F2를 따라 로딩 플레인(2)을 수직으로 움직여서 드럼(4)의 길이방향 축(I-I)이 검출기(6)의 축과 일치되도록 한다; 전선(9)은 컴퓨터(8)를 모터 수단(7,M)에 연결시키고, 전선(10)은 컴퓨터(8)를 검출기(6)와 연결시킨다(도 2에는 전선이 도시되지 않음); 또한 도시되지 않은 커넥터에 의해 컴퓨터(8)에 연결되며, 드럼(4) 위에서 그로부터 가까운 거리에 위치된 서포트(5^*) 상에 위치된 γ방사선(6^*)의 제3검출기는 용기(4) 내의 방사능 분포에 관한 데이터를 제공하도록 화살표 F1의 방향으로 움직이도록 만들어진다. 본 예에서, 검출기(6)가 상기 방법에 따라 작동하도록 드럼(4)에 대해 위치된 거리 D1은, 이러한 조건이 상기 방법으로부터 가장 좋은 결과를 얻는데 필수적이기 때문에, 위의 단락 vi)에서 진술된 것처럼, 드럼(4)의 원형 벽의 치수(W)보다 더 크다. 상기 컴퓨터(8)는 또한 작업자에 의해 공급된 데이터를 처리하고, γ 스펙트럼을 모으고 공식 (1) 및 (2)를 풀도록 프로그램된다.

핵 분야(발전소, 연구실, 분석실 등)에서 작업을 수행하는 동안 상당량 발생되고 용기내에 모아져 밀폐된 약하게 방사능을 내는 고형 폐기물의 오염의 특성 및 범위를 신속하고 신뢰성있게 체크할 수 있다.

Claims (3)

1. 용기 밖의 측면에 위치된 γ 선 검출기(6)에 의해 용기(4)에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법에 있어서,

   i) 내용물의 평균 밀도를 측정하기 위해 부피가 알려진 용기(4)의 무게를 측정하는 단계;

   ii) 서포트(1) 상에 용기(4)를 위치시키는 단계;

   iii) 상기 용기의 주 횡단축(II-II)에 대해 대칭적으로 놓인 두 개의 γ선 검출기(6)를 각각의 서포트(5) 상에 위치시켜서, 상기 용기(4)의 보다 작은 벽(W)에 대면하게 하는 단계;

   iv) 상기 용기의 길이방향 주축이 상기 두 개의 검출기(6)를 연결하는 축(I-I)과 일치되도록 상기 용기(4)를 움직여주는 단계(F2);

   v) 가장 좋은 계수 기하학을 한정하기 위해 용기로부터의 방사 강도를 샘플링하도록 경험을 바탕으로 유용하게 한정되는 상기 용기와 대칭인 제1위치에서 정지되게끔 그들 각각의 서포트(5) 상에서 두 개의 검출기(6)를 움직여주는 단계(F1);

   vi) 측정의 정확도에 대한 최적의 방사선 측정을 제공하는데 적합한 것으로 증명되고, 그러한 위치(D1)의 거리가 검출기(6)에 대면하는 용기벽의 치수(W)보다 훨씬 더 커야만 하는 용기와 대칭인 제2위치에 정지되도록 그들 각각의 서포트(5) 상에서 두 개의 검출기(6)를 움직이는 단계(F1);

   vii) γ방사를 측정하고, 활성이 주로 용기의 한정된 영역에 집중될 때 다음의 공식(1)에 의해 대응하는 γ방사의 강도에 연결되는 cps로 표현된 두 개의 검출기(6)의 측정 비율의 기하학적인 평균을 계산하는 단계:

   (1)

   viii) 위에서 진술된 공식(1)으로부터 γ 방사선의 강도(I)를 유도하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용기에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 활성이 용기 내에 현저하게 균일한 방식으로 분포될 때, γ 방사선의 강도(I)가 다음의 공식(2)에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 용기에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법.

   (2)
3. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 제3의 γ선 검출기(6)는 상기 공식 (1) 또는 상기 공식(2) 중 어느 것을 사용할 것인 지를 결정하는데 유용한 정보를 더 제공하도록, 용기(4)의 보다 큰 주축(I-I)에 평행하게 가까운 거리로 슬라이딩되도록 만들어진 것을 특징으로 하는 용기에 담긴 방사능 물질의 방사능을 측정하는 방법.