KR200410136Y1

KR200410136Y1 - 제동방사선 차폐 구조물

Info

Publication number: KR200410136Y1
Application number: KR2020050028983U
Authority: KR
Inventors: 김영창
Original assignee: 김영창
Priority date: 2005-10-11
Filing date: 2005-10-11
Publication date: 2006-03-07

Abstract

본 고안은 방사성동위원소 취급시설에서 고에너지 베타방사선 차폐시 부가적으로 발생되는 제동방사선을 효과적으로 감소 및 차폐시키기 위한 방사선 차폐구조물에 관한 것으로 취급시설 내부의 후드나 글로브박스, 원격조작박스, 선원보관함 등 설비의 구조물로 사용된다. 즉, 설비 내측의 구조물은 제동방사선의 발생확률이 낮은 가벼운 원소로 구성된 메타크릴수지로 먼저 배치하여 베타선을 완전 차단하고, 설비 외측은 납을 덧붙여서 미량 발생되는 제동방사선을 차폐하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제동방사선, 방사선차폐, 차폐구조물, 차폐패널

Description

제동방사선 차폐 구조물{Structure for bremsstrahlung shield}

도 1은 제동방사선 차폐구조물을 나타내는 단면도

본 고안은 감마 및 베타방사선 등이 혼합하여 방출되는 방사성동위원소 취급시설에서 방사선차폐에 관한 것으로, 특히 고에너지 베타방사선 차폐시 부가적으로 발생되는 제동방사선을 효과적으로 감소 및 차폐시키기 위한 방사선차폐 구조물에 관한 것이다.

방사성동위원소 취급시설 등에서 방출되는 방사선 중 인체의 외부피폭 보호를 위해 차폐의 필요성이 있는 것은 대부분 감마 방사선이지만 간혹 고에너지의 베타방사선이 방출될 경우 차폐에 주의해야할 경우가 있다. 즉, 고에너지의 베타방사선은 이것이 어떤 물질에 차단되었을 때에는 부가적으로 투과력이 강한 소위 제동방사선을 방출하기 때문에 차폐시 적절한 설계를 하지 않으면 제동방사선을 통한 간접 외부피폭을 받을 우려가 크다. 그러므로 이러한 고에너지 베타방사선 차폐에는 먼저 제동방사선의 발생확률이 낮은 가벼운 원소로 구성된 물질로 1차 차폐하여 베타선을 완전 차단하고 그 과정에 미량 발생되는 제동방사선을 납 등으로 그 후방 에 배열하여 차폐하는 것이 바람직하다.

따라서 제동방사선의 우려가 있는 시설물에 대한 방사선 차폐 기술로서, 종래 사용되는 중량이 무거운 납이나 콘크리트 등을 사용하는 방법의 변화가 필요하게 되었으며, 향후 방사선 차폐의 효율성을 위해 새로운 기법의 차폐기술이 필요하다.

종래의 방사선 차폐는 대부분 방사선 사용시설 경계부분 즉, 벽이나 바닥, 천정, 출입문 등을 납 또는 콘크리트로 시공하여 감마선 또는 엑스선에 의한 방사선 영향을 적절히 차폐할 수 있다. 또한 고에너지 베타방사선을 사용하는 시설에서도 베타선의 비정 거리가 1~2m 이내로 짧기 때문에 선원으로부터 사용시설의 경계부분까지의 거리를 비정거리 이상으로 유지한다면 제동방사선에 의한 사용시설 외부에서의 방사선영향에 대한 차폐 고려가 불필요하다.

그러나 고에너지 베타방사선을 방출하는 선원을 후드나 글로브박스, 원격조작박스 등에서 사용하거나 보관함에 저장할 경우에는 비정거리 이내에서 작업자의 방사선 피폭이 우려되므로 제동방사선의 영향을 고려한 차폐설계가 절대 필요하다.

본 고안은 상기 문제점인 제동방사선에 의한 방사선 피폭영향을 최소화하기 위한 기술로서 고에너지 베타방사선을 방출하는 선원과 인접한 차폐물의 설계를 전단부는 가벼운 원소로 구성된 물질로 베타선을 완전 차단하여 제동방사선의 영향을 최소화시키고 후단부는 납으로 미량의 제동방사선을 완전 차폐하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 고안에 따른 제동방사선의 영향을 최소화하기 위한 패널 형태의 차폐구조물 단면도로서, 본 고안 차폐구조물은 후드 또는 글로브박스, 원격조작박스, 선원보관함 등 설비의 구조물로 사용된다. 즉, 상기설비 내측의 구조물은 메타크릴수지(1)로 배치되어 베타선을 차폐하고, 설비 외측은 다시 납(2)을 덧붙여서 미량 발생되는 제동방사선 및 감마선을 차폐하도록 구성한다.

고에너지 베타방사선에 의한 제동방사선 영향을 두 가지 즉 (a) 납 차폐두께, (b) 메타크릴수지+납 차폐두께로 구분한 실시 예에 의한 이론적 차폐계산 및 설계로 비교하여 보면 다음과 같다. 즉, 고에너지 베타방사선원인 Sr-89(E_β: 1.46MeV) 100Ci를 납으로 차폐하여 1m 떨어진 곳의 선량율이 10mR/hr 이하가 되기 위한 납의 차폐두께와 메타크릴수지로 먼저 베타선을 차폐한 후 다시 납을 덧붙여서 차폐할 때의 납의 차폐두께를 비교한다.

(a) 납 단독차폐 두께 : 제동방사가 일어날 확률 f= 3.5×10^-4 ZE_β= 3.5×10^-4×82×1.46 = 4.19×10^-2이므로 선원 1m거리에서 차폐가 없다고 가정하여 제동방사선(베타선에 의한 것은 비정이 짧기 때문에 무시함)에 의한 선량율 X₀ = (0.55AEf)/d²= (0.55×100×1.46×4.19×10^-2)/1² = 3.36 R/hr = 3360 mR/hr, 또한 납의 밀도ρ는 11.34g/cm³, 납의 질량흡수계수μ_m은 0.161cm²/g 이므로 납의 선형흡수계수μ는 1.826cm^-1, 따라서 상기 값에 의해 납의 최소 차폐두께는 다음의 식에 의해 구할 수 있다. 즉 X = X₀ e^-μ ^t 에서 ln(X/X₀) = -μt 이므로 구하고자하는 납의 최소 차폐두께 t= ln(X₀/X)/μ = ln(3360/10)/1.826cm^-1 = 3.19cm, 즉 납 단독차폐시의 제동방사선에 의한 차폐두께는 3.19cm 이상이어야 함.

(b) 메타크릴수지+납 차폐 두께 : Sr-89의 베타선에너지(E_β)가 1.46MeV인 β선 비정은 R(g/cm²) = 0.542E_β - 0.133 = 0.658g/cm²이고, 메타크릴수지 밀도는 대략 1g/cm³ 이므로 β선을 차폐하기 위한 메타크릴수지의 최소 두께는 t₁= 0.658/1 = 0.658cm 이다. 또한 메타크릴수지의 원료는 메타크릴산메틸(C₅H₈O₂)이므로 이것의 원자번호 총합 Z = Σ(N_iZ_i)²/ΣN_iZ_i= (5×6²+ 8×1² + 2×8²)/(5×6 + 8×1 + 2×8) = 5.85이므로 메타크릴수지에 의한 제동방사가 일어날 확률 f = 3.5×10^-4 ZE_β= 2.99 ×10^-3이며, 상기 값을 근거로 1m 거리에서의 제동방사에 의한 선량율은 X₀= (0.55AEf)/d²= (0.55×100×1.46×2.99×10^-3)/1² = 0.24 R/hr = 240 mR/hr 이다. 따라서 메타크릴수지로 베타선을 완전 차폐한 후의 제동방사선을 차폐하기 위한 최소 납 차폐두께 t₂= ln(X₀/X)/μ = ln(240/10)/1.826cm^-1= 1.74cm 이므로 합성수지의 차폐두께와 납 차폐두께의 합은 다음과 같다. t₁+ t₂= 0.658cm + 1.74cm = 2.398cm

따라서 상기 (a), (b)를 비교해보면 메타크릴수지+납으로 차폐한 (b)의 경우가 납 단독 차폐한 (a)의 경우보다 차폐두께를 훨씬 작게 할 수 있으며, 특히 (b)의 경우는 납의 사용두께(a: 3.19cm, b: 1.74cm)를 최소화할 수 있어 차폐 구조물 설치시 무거운 납 시공절차를 줄일 수 있다.

상기와 같은 구성 및 작용을 갖는 본 고안에 의하면, 고에너지 베타선원 및 감마선원을 혼합 취급하는 시설의 방사선차폐 구조물로서, 일반적인 감마선 차폐뿐만 아니라 제동방사선을 확실히 차폐할 수 있으면서도 차폐구조물의 두께를 줄일 수있어 공사비용이 매우 저렴하고, 간편하게 시공할 수 있는 효과가 있다.

Claims

방사선취급시설의 후드나 글로브박스, 원격조작박스, 선원보관함 등 설비의 제동방사선의 영향을 감소시키기 위한 패널 형태의 차폐구조물에 있어서, 상기 차폐구조물의 내측을 메타크릴산메틸(C₅H₈O₂)를 원료로 한 메타크릴수지(1)로 배치하고, 외측을 납판(2)으로 겹쳐지게 부착되어 구성되는 것을 특징으로 하는 제동방사선 차폐구조물.