KR200166575Y1 - 방사능 폐기물 측정용 20 ㎖ ｃ.ｂ 표준용기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 게르마늄(Ge) 반도체 검출기로 방사성 폐기물중의 방사성 핵종 및 방사능 농도 측정을 위한 표준용기에 관한 것이다.

종래의 일반용기(지름 22.5 mm, 높이 57.5 mm)는 지름이 작고 높이가 높은 불안정한 형태로 취급시 쉽게 전도되어 검출기를 오염시키거나 시료를 손실할 우려가 있어 검출효율이 낮다. 또한 규격화되어 있지 않고 용기 두께, 형태, 부피 등이 상이하여 측정시마다 기하학적 구조가 달라 측정 정확도가 낮으며 최대 수용 부피가 20 mL로서 시료 주입시 적정량의 주입이 어렵고 쉽게 넘치므로 취급이 어려울 뿐만 아니라 재질이 유리로서 사용 후에 방사성폐기물로서 처리시 부피 감용, 파쇠 등이 어려운 문제점이 있다.

본 고안의 표준용기는 폴리프로필렌 재질을 사용하여 시료용기 본체, 겉뚜껑 및 속뚜껑으로 구성하여 제작방법을 달리하고 수차의 시험을 통하여 검출효율이 최적인 표준용기(지름 49.9 mm, 높이 48.6 mm)로서 부피를 크게(95 mL) 표준화하여 항상 일정한 규격과 두께 및 형태를 갖도록 하였으며 표면이 매끄러워 시료의 용기 표면 흡착을 최소화하여 측정 정확도를 향상시켰다.

Description

방사능 폐기물 측정용 20 ㎖ Ｃ.Ｂ 표준용기 {20 ㎖ Cylindrical Bottle for Gamma-ray Spectrometry with Ge-detector}

본 고안은 게르마늄(Ge) 반도체 검출기로 방사성 폐기물중의 방사성 핵종 및 방사능 농도 측정을 위한 표준용기(20 mL)에 관한 것이다. 방사성 폐기물 중의 방사성 핵종 및 농도를 분석하기 위한 시료 측정 표준용기는 X-선 및 γ-선에 대한 감쇠가 낮아야 하고 시료의 채취, 이동 및 측정 중에 물리적 또는 화학적인 변형이 없어야 한다. 종래의 일반용기(지름 22.5 mm, 높이 57.5 mm)는 지름이 작고 높이가 높은 불안정한 형태로 취급시 쉽게 전도되어 검출기를 오염시키거나 시료를 손실할 우려가 있으며 검출효율이 낮다. 또한 종래의 20 mL 일반 용기는 최대로 시료를 수용할 수 있는 부피가 18∼20 mL로서 그 재질은 유리 또는 폴리에틸렌이며, 그 규격이 표준화되어 있지 않다. 또한 지름에 비해 높이가 높고 무게가 가볍기 때문에 취급시 쉽게 전도되어 사용이 불편하고 검출기와 측정용기의 기하학적 구조가 최적화 되지 않아 상대적으로 검출 효율이 낮다. 치수가 표준화되어 있지 않아 용기 규격의 차이에서 오는 측정 오차가 상대적으로 높다. 유리 용기의 경우, 사용 후에 압축 및 소각처리를 할 수 없어 방사성 폐기물 양이 증가되는 문제점이 있다. 또한 용기가 규격화되어 있지 않고 용기 두께, 형태, 부피 등이 상이하여 측정시마다 기하학적 구조가 달라 측정 정확도가 낮으며 최대 수용 부피가 20 mL로서 시료 주입시 적정량의 주입이 어렵고 쉽게 넘치므로 취급이 어려울 뿐만 아니라 재질이 유리로서 사용 후에 방사성폐기물로서 처리 시 부피 감용, 파쇠 등이 어려운 문제점이 있다.

원자력시설에서 발생하는 방사성폐기물은 액체, 고체, 기체 등의 형태가 있으며 방사능의 준위가 모두 다르므로 이들을 하나의 측정용기로 활용하는 것은 곤란하다. 방사능이 높은 액체나 고체시료는 20 mL의 용기를 사용하는 것이 가장 적합하다. 본 고안은 용기의 규격을 통일시켜 방사능 물질의 취급이 용이하고 용기가 전도되지 않으며 검출효율을 높일 수 있는 방사능 측정용 표준용기를 제공하는 데 있다.

도 1은 종래 일반용기의 단면도

도 2a는 본 고안의 표준용기 평면도

도 2b는 본 고안의 표준용기 단면도

도 3은 본 고안의 표준용기를 나타낸 사진

도 4는 도 3의 표준용기를 결합한 사진

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 용기 본체 2: 겉뚜겅 3: 속뚜겅

게르마늄(Ge) 반도체 검출기를 사용한 방사성폐기물 중의 방사성핵종 및 농도를 분석하기 위한 시료 측정 용기는 X-선 및 γ-선에 대한 감쇠가 낮아야 한다. 방사능용기는 측정시료에서 방출되는 방사선의 검출효율을 높이기 위해서는 검출기와 시료사이의 거리를 줄여 시료로부터 방출되는 방사선이 검출기에 많이 진입하도록 하기 위하여 시료를 담는 용기가 검출기 표면으로부터 가능한한 밀착되도록 설계되어야 한다. 그러나 기존의 20 mL 용기는 검출기 표면과의 거리가 떨어진 형태이므로 본 개발품은 검출기 표면에 가능한한 밀착하도록 하여 효율을 향상시키도록 하였다.

또한 표준용기는 시료의 채취, 이동 및 측정 중에 외부의 힘, 압력, 온도 등에 용기 형태가 변형되지 않을 정도의 물리적 특성과, 산, 알칼리 등에 대한 화학적 특성이 양호하여야 한다. 표준용기의 내면은 매끄럽고 조밀하여 시료 중의 방사성물질의 표면 흡착이 최소화되어야 한다. 표준용기는 측정시 기저방사선 (Background)의 영향을 적게 받도록 용기 재질 자체에서 X-선이나 γ-선의 방출이 무시할 정도로 낮아야 한다. 표준용기는 시료에서 휘발된 증기나 방사성 기체 및 용액이 스며 나오지 않도록 완전 밀봉되어야 한다. 표준용기는 시료 주입시 넘침에 의한 오염을 방지하기 위해 측정 시료량보다 적어도 10% 이상이 되도록 총 부피에 여분이 있어야 한다. 표준용기는 형태, 크기, 부피 등이 균일하여 용기 자체에 의해 측정오차가 발생되지 않아야 한다. 표준용기의 구조는 측정 시료의 검출 효율을 최적화 하는 구조이어야 한다.

본 고안의 표준용기(1)는 용기의 내경이 49.9 mm, 높이는 48.6 mm, 두께는 1.4 mm인 20mL 규격으로서 최대용량이 95 mL인 지름과 높이가 1 : 0.92의 비율로 안정된 균형을 이루고 있는 원통형으로서 속뚜껑(3)은 시료의 형태가 균일하여야 측정정확도를 유지할 수 있으므로 간편하고 신속하게 균일한 형태가 될 수 있도록 설치한 것으로 특히 용액을 측정할 때 시료가 수평으로 유지되지 않을 때는 형태가 완전히 변형되므로 측정오차가 심하게 나타나므로 본 용기는 20 mL 부피를 정확하게 측정하는데 사용되고 요구되는 시료의 양 및 방사능측정정확도에 따라 최대 95 mL 부피의 넓은 범위까지 사용할 수 있다. 회분 등의 가루 형태 시료 분석 시 시료 형태 및 시료량을 일정하게 유지해 주고 시료가 누출되거나 비산되지 않도록 밀봉하는 역할을 하며 겉뚜껑(2)은 용기의 기밀성을 유지하기 위하여 설치되어 있다. 표준용기의 재질은 폴리프로필렌을 사용하여 원자력시설에서의 방사능 분석에 적합하도록 표준화되어 있고 표준용기 제작시 주입법으로 성형하여 밀도와 두께가 일정하고 표면도 매끄럽고 조밀하다. 따라서, 취급시 전도의 위험이 없으며 방사성물질의 흡착이 최소화하도록 하였다. 용기의 치수나 두께 및 형태변형의 차이에서 발생하는 오차를 최소화하여 검출 효율 및 측정정확도가 기존용기에 비해 매우 우수하다.

표 1은 상대효율이 30 %인 Ge 반도체검출기를 사용하여 감마선 에너지에 따른 산출된 효율로서 기존 용기를 1로 하였을 때, 본 고안의 효율을 나타냈다.

표 1. 산출된 20 mL 용기의 계수효율의 비교

에너지(keV)	기존용기	개발품
88.03	1	1.49
122.06	1	1.73
320.08	1	1.71
514.01	1	1.74
1173.24	1	1.68
1836.06	1	1.61
평균	1	1.66

＜ 적용예 >

본 고안의 방사성물질 측정용 표준용기는 '98. 4월부터 우리나라 원자력발전소(고리, 영광, 월성, 울진)의 게르마늄(Ge) 반도체 검출기에 사용하였던 바 현장 방사능 분석 전문가로부터 기존용기의 모든 문제를 아래 표 2와 같이 해결했다는 우수한 평가를 받았고 일반 용기에 비해 검출 효율을 66% 향상시켰다. 따라서 본 발명의 표준용기는 원자력발전소 뿐만 아니라 원자력시설(학계, 연구기관, 의료계, 산업체)등의 방사성 동위원소를 사용하는 곳에서도 활용이 가능하다.

표 2. 본 고안의 표준용기 성능

비교사항	종래용기	개발용기	평가방법	개선사항
시료량	18∼29mL	20∼95mL	설계 및 제작	적용성
재질 및 형태	유리(뚜껑:1개)	폴리프로필렌(뚜껑 2개)	설계 및 제작	사용 후 처리간단
사용의 편리성	부피:＜ 20mL	부피:＜ 95mL	현장실험	방사선 안전
시료채취	전도등의 위험성	안전하고 정확	현장실험	측정정확도 향상및 안전성
검출효율	1.0	1.66	동일조건에서 상호측정하여 비교	정확도 향상
최소검출한계	1.0	0.60	동일조건에서 상호측정하여 비교	핵종분석능력및 정확도 향상
불확도	＜ 3∼10%	＜ 3∼5%	감마선 분광분석	정확도 향상

본 고안의 표준용기를 이용하여 동일한 시료를 측정한 결과 일반용기에 비하여 방사능 분석의 정확도와 검출효율이 향상되고 사용 후에 방사성 폐기물로서 처리시 압축, 소각 등으로 부피 감용도 용이하다. 또한 표준용기는 취급시 안전성을 향상시킨다. 회분 등의 고체 시료를 정확하게 채취할 수 있으므로 안정성을 향상시킨다.

Claims (2)

1. 액체 방사능 폐기물 측정용기에 있어서, 원료로서 폴리프로필렌을 몰드에 주입하여 용기본체(1)를 성형한 후 속뚜겅(3)과 겉뚜겅(2)을 부착시킨 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 측정용 20mL C.B 표준용기.
2. 제 1항에 있어서, 용기의 내경은 49.9 mm, 높이는 48.6 mm, 두께는 1.4 mm로 하여 20mL 크기로 제작하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 측정용 20mL C.B 표준용기.