KR20200114580A - 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치 - Google Patents

다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치가 제시된다. 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법은, 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계; 상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계; 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계; 상기 감마방사능 측정부를 통해 획득한 측정값에 상기 MCNP 전산코드를 통해 획득한 상기 보정계수를 반영하는 단계; 및 상기 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

Description

다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치{Method and Apparatus for Measuring Gamma Radiation for Determination of Clearance Level of Nuclear Metal Radioactive Waste Having Various Shapes and Densities}
본 발명의 실시예들은 원자력발전소에서 발생하는 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 기술 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치에 관한 것이다.
원자력발전소를 해체하는 과정에서 대량의 금속방사성폐기물이 발생하는데, 이때 감마방사능의 농도가 규제해제 수준 미만일 경우 방사성폐기물이 아닌 일반폐기물로 처분하여 막대한 비용을 절감할 수 있다. 따라서 규제해제 값 미만임을 입증하기 위해 정확한 방사능 측정은 필수적이다. 발생되는 폐기물은 다양한 크기, 형상, 밀도를 가지는데, 이를 고려하지 않고 방사능을 측정할 경우 동일한 방사능을 가진 경우라도 측정값에 큰 오차가 발생할 수 있다.
규제해제 기준은 극저준위 기준보다 1/100배의 매우 낮은 수준을 나타내므로 이러한 오차는 방사성 계측 측정 신뢰도에 매우 큰 영향을 미친다. 금속내부에 오염선원이 위치해 있는 경우 정확한 위치를 알 수 없을 뿐만 아니라 이에 따른 자기흡수효과로 인해 실제 계측값 보다 더 낮은 값이 측정된다. 그로 인해 실제 방사능 농도를 정확히 측정하는 것이 매우 어려우므로 최대한 보수적인 접근법을 이용하여 규제해제 기준 이하임을 입증해야 한다.
방사능 계측값의 정확도를 향상시키고 계측 결과의 신뢰도를 보장받기 위해서는 MCNP 전산코드를 이용한 시뮬레이션이 필수적이며, 이를 이용하면 금속의 형상, 밀도, 선원위치에 따른 보정계수를 도출하여 가장 보수적인 값을 나타낼 수 있다.
금속방사성폐기물 형상에 따른 보정계수를 얻기 위해서는 금속폐기물의 형상을 정확하게 측정하는 것이 중요하다. 하지만 이를 작업자가 직접 측정할 경우 측정의 정확성을 신뢰하기 어려우며 방사능 피폭의 우려가 있으므로 이를 원격-자동화 기술을 적용하여 측정하는 작업이 필수적이다.
기존에 이루어졌던 방사성폐기물 보정계수 도출 연구는 정형화된 액체 시료의 밀도를 달리하는 측정 연구 및 금속폐기물의 형상을 고려하지 않고 겉보기밀도로 평가하는 연구가 주로 이루어져 실제 발생하는 금속방사성폐기물에 대한 정확한 보정계수 측정 연구가 이루어지지 않았다. 하지만, 실제 원자력발전소에서 발생할 수 있는 금속방사성폐기물의 경우 형상 및 재질이 다양하기 때문에 이에 대해 보정할 수 있는 연구가 반드시 이루어져야 한다.
한국등록특허 10-1657577호는 이러한 방사능 오염 유무 확인을 위한 총 감마방사능 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 방사선관리구역에서 발생되는 폐기물 중 일반 폐기물로 처리가 가능한 정도로 낮은 방사성폐기물을 일반 환경으로 반출 전에 최종 방사능오염유무를 확인할 수 있는 장치 및 방법에 관한 기술을 기재하고 있다.
한국등록특허 10-1657577호
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 원자력발전소에서 발생하는 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 판단하는 기술 및 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 3D 스캐너를 사용하여 원전 금속방사성폐기물의 형상 측정하고 이를 MCNP 전산코드로 검증하여 보수적인 값을 정확하게 측정함으로써, 감마방사능의 정확한 측정이 가능한 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법은, 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계; 상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계; 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계; 상기 감마방사능 측정부를 통해 획득한 측정값에 상기 MCNP 전산코드를 통해 획득한 상기 보정계수를 반영하는 단계; 및 상기 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계는, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 측정하는 단계; 상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하는 단계; 및 3D 모델링된 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계는, 상기 3D 스캐너를 이용한 3D 모델링은 실측 사이즈로 측정되며, 상기 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단되는 경우 역설계 프로그램을 사용하여 보정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계는, 상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시(mesh) 정보를 가진 데이터로 변환하는 단계; 변환된 상기 데이터를 상기 MCNP 전산코드의 계산과 비교하는 단계; 및 비교 결과에 따라 자기흡수에 대한 상기 보정계수의 최댓값을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계는, 사전에 표준인증물질(CRM)인 표준선원으로 내부 특성 평가 후, 방사능 측정 시 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득할 수 있다.
상기 감마방사능 측정부는, HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계는, 상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하는 단계; 상기 감마방사능 측정부의 위치 및 핵종별 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)값을 고려하여 계수율을 구하는 단계; 및 상기 계수율을 통해 총 방사능을 구하고, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 반영하여 방사능 농도를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
비슷한 형상의 금속방사성폐기물일 경우, 데이터베이스를 통해 오차범위 내의 형상 데이터를 적용하여 분석할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치는, 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 형상 측정부; 상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 MCNP 전산코드 비교부; 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 감마방사능 측정부; 상기 감마방사능 측정부를 통해 획득한 측정값에 상기 MCNP 전산코드를 통해 획득한 상기 보정계수를 반영하는 방사능 농도 산정부; 및 상기 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 규제해제 유무 판정부를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 형상 측정부는, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 측정하는 무게 측정부; 상기 금속방사성폐기물을 3D 모델링하는 3D 스캐너; 및 3D 모델링된 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정하는 밀도 및 재질 결정부를 포함할 수 있다.
상기 3D 스캐너를 이용한 3D 모델링은 실측 사이즈로 측정되며, 상기 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단되는 경우 역설계 프로그램을 사용하여 보정하는 역설계 프로그램 보정부를 더 포함할 수 있다.
상기 MCNP 전산코드 비교부는, 상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시(mesh) 정보를 가진 데이터로 변환하고, 변환된 상기 데이터를 상기 MCNP 전산코드의 계산과 비교하여, 비교 결과에 따라 자기흡수에 대한 상기 보정계수의 최댓값을 결정할 수 있다.
상기 감마방사능 측정부는, 사전에 표준인증물질(CRM)인 표준선원으로 내부 특성 평가 후, 방사능 측정 시 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득할 수 있다.
상기 감마방사능 측정부는, HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 방사능 농도 산정부는, 상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하고, 상기 감마방사능 측정부의 위치 및 핵종별 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)값을 고려하여 계수율을 구한 후, 상기 계수율을 통해 총 방사능을 구하고, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 반영하여 방사능 농도를 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면 기존 대량의 방사성금속폐기물을 육면체 형태의 바스켓에 넣어 형태와 재질에 관계없이 겉보기 밀도로 계산하여 방사능을 측정하던 방법을 대체할 수 있는 것으로, 복잡한 형상을 가지고 있는 금속에 대해 3D 스캐너를 이용해 형상을 측정하고 이를 MCNP 전산코드로 검증하여 보수적인 값을 정확하게 측정함으로써, 금속방사성폐기물에 대한 규제해제 여부를 신속하고 정확하게 결정할 수 있는 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감마방사능 측정부의 내부 위치에 따른 공간분포도의 예를 3차원 및 2차원으로 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간에 따른 최소검출농도(MDA)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 60Co 및 137Cs 핵종에 대한 MCNP 전산코드와 실제 계측값을 비교한 결과값을 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐너를 이용하여 다양한 형상의 금속을 모델링한 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준선원의 알루미늄 금속의 내부 위치에 따른 계측값의 차이를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 60Co에 대해서 금속 재질에 따른 계측값의 차이를 나타내는 그래프 이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터베이스의 예시를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
감마방사능 측정은 일반적으로 분해능이 우수해 핵종 분석이 가능한, HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 구성되어 있는데, 이는 충분한 계수율을 확보하면서 동시에 핵종 분석을 진행하여 계측 시간을 줄이기 위한 것이다.
본 발명에서는 다양한 형상과 밀도를 가진 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능의 정확한 측정을 위해서 형상 측정에 3D 스캐너를 사용하고, 이에 따른 보정계수 도출 및 측정값의 신뢰성을 위해 MCNP 전산코드를 사용하고, 검출기는 NaI(Tl) 및 플라스틱 섬광검출기를 사용하여 신속하여 정확하게 측정할 수 있는 방법을 제공할 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치는 3D 스캐너(111)를 통해 금속방사성폐기물의 형상을 측정하여 그 결과를 컨트롤 시스템(112)에 전달하고, 감마방사능 측정부(114)를 통해 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 그 결과를 다중채널분석기(115)를 통해 분석 후 컨트롤 시스템(112)에 전달할 수 있다.
그리고, 컨트롤 시스템(112)은 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 판별하여 모니터(113) 등을 통해 결과를 표시할 수 있다. 이때 컨트롤 시스템(112)은 측정값의 신뢰성을 위해 MCNP 전산코드(121)를 이용하고, Genie-2000 프로그램(122), 역설계 프로그램(123) 등을 이용할 수 있다. 예를 들어 3D 모델링 결과는 실측 사이즈로 측정되는데 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단될 시에는 역설계 프로그램(123)을 사용하여 보정할 수 있다.
아래에서 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치(200)는 형상 측정부(210), MCNP 전산코드 비교부(230), 감마방사능 측정부(240), 방사능 농도 산정부(250) 및 규제해제 유무 판정부(260)를 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 실시예에 따라 역설계 프로그램 보정부(220)를 더 포함할 수 있다. 이러한 구성은 도 1에서 설명한 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치에 포함될 수 있으며, 실시예에 따라 컨트롤 시스템에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 형상 측정부(210)는 도 1에서 설명한 3D 스캐너를 포함하거나 3D 스캐너로부터 정보를 전달 받은 컨트롤 시스템에 포함될 수 있으며, 역설계 프로그램 보정부(220), MCNP 전산코드 비교부(230), 방사능 농도 산정부(250) 및 규제해제 유무 판정부(260)는 도 1에서 설명한 컨트롤 시스템에 포함될 수 있고, 감마방사능 측정부(240)는 도 1에서 설명한 감마방사능 측정부를 포함하거나 감마방사능 측정부로부터 정보를 전달 받은 컨트롤 시스템에 포함될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법은 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계(310), 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계(320), 감마방사능 측정부(240)를 이용하여 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계(330), 감마방사능 측정부(240)를 통해 획득한 측정값에 MCNP 전산코드를 통해 획득한 보정계수를 반영하는 단계(340), 및 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 단계(350)를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법은 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치를 하나의 예를 들어 보다 상세히 설명할 수 있다.
단계(310)에서, 형상 측정부(210)는 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정할 수 있다. 형상 측정을 위해 3D 스캐너를 사용하는 경우 실제 형상으로 정확하게 3D 모델링을 할 수 있다.
형상 측정부(210)는 3D 스캐너뿐만 아니라, 무게 측정부 및 밀도 및 재질 결정부를 더 포함할 수 있다. 다시 말하면, 형상 측정부(210)는 금속방사성폐기물의 무게를 측정하는 무게 측정부와, 금속방사성폐기물을 3D 모델링하는 3D 스캐너와, 그리고 3D 모델링된 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정하는 밀도 및 재질 결정부를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서는 형상 측정부(210)에 3D 스캐너뿐만 아니라, 무게 측정부 및 밀도 및 재질 결정부를 포함하여 분류하였으나, 3D 스캐너, 무게 측정부 및 밀도 및 재질 결정부는 각각의 구성으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라 역설계 프로그램 보정부(220)를 더 포함할 수 있으며, 3D 스캐너를 이용한 3D 모델링은 실측 사이즈로 측정되며, 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단되는 경우 역설계 프로그램을 사용하여 보정할 수 있다.
단계(320)에서, MCNP 전산코드 비교부(230)는 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득할 수 있다. MCNP 전산코드 비교부(230)는 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시(mesh) 정보를 가진 데이터로 변환하고, 변환된 데이터를 MCNP 전산코드의 계산과 비교하여, 비교 결과에 따라 자기흡수에 대한 보정계수의 최댓값을 결정할 수 있다. 이와 같이 실측 메시 정보를 가진 3D 데이터를 이용하여 실제 형상을 적용한 MCNP 전산코드로 신속하게 평가할 수 있다.
단계(330)에서, 감마방사능 측정부(240)는 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득할 수 있다. 여기서, 감마방사능 측정부(240)는 HPGe 계측기 또는 NaI(Tl) 계측기와 계수율이 높은 플라스틱 신틸레이터(scintillator)를 결합한 형태로 이루어질 수 있다. 즉, 감마방사능 측정부(240)는 HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 이루어질 수 있다.
이러한 감마방사능 측정부(240)는 사전에 표준인증물질(CRM)인 표준선원으로 내부 특성 평가 후, 방사능 측정 시 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득할 수 있다.
단계(340)에서, 방사능 농도 산정부(250)는 감마방사능 측정부(240)를 통해 획득한 측정값에 MCNP 전산코드를 통해 획득한 보정계수를 반영할 수 있다. 보다 구체적으로, 방사능 농도 산정부(250)는 감마방사능 측정부(240)를 이용하여 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하고, 감마방사능 측정부(240)의 위치 및 핵종별 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)값을 고려하여 계수율을 구한 후, 계수율을 통해 총 방사능을 구하고, 금속방사성폐기물의 무게를 반영하여 방사능 농도를 획득할 수 있다.
단계(350)에서, 규제해제 유무 판정부(260)는 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가할 수 있다. 따라서 금속방사능폐기물 형상에 따라 MCNP 전산코드와 감마방사능 측정부(240)의 내부 특성을 이용하여 가장 보수적으로 측정할 수 있다.
한편, 비슷한 형상의 금속방사성폐기물일 경우, 데이터베이스를 통해 오차범위 내의 형상 데이터를 적용하여 분석할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법은, 금속방사성폐기물의 무게를 측정(411)하고, 3D 스캐너를 이용하여 형상을 측정(412)한 후, 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정(413)할 수 있다. 그리고, 계측값 데이터 베이스를 통해 금속을 선정(414)할 수 있으며, 이 때 MCNP 전산코드와의 비교(416)를 통해 계측값의 신뢰도를 확보할 수 있다. 이에 따라 자기흡수에 대한 보정계수의 최댓값을 결정(415)할 수 있다.
보다 구체적으로, 3D 스캐너를 이용하여 실제 형상으로 정확하게 3D 모델링한 후, 3D 스캐너로 얻은 3D 데이터(3D CAD 데이터)를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시 정보를 가진 데이터로 변환하고, 메시 정보를 가진 데이터를 MCNP 전산코드에 적용할 수 있는 변환 툴을 이용하여 MCNP 전산코드와 비교할 수 있다.
또한, 감마방사능 측정부를 이용하여 금속방사성폐기물의 방사능을 측정(421)할 수 있다. 이때, 감마방사능 측정부의 내부 특성을 이용해 측정 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 평가할 수 있다. 즉, 감마방사능 측정부의 위치, 핵종별 최소검출농도(MDA)값을 고려(422)하여 총 계수율을 산정(423)할 수 있다. 총 계수율을 이용하여 총 방사능을 구할 수 있는데, 이때 MCNP 전산코드와 비교를 통해 획득한 자기흡수에 대한 보정계수의 최대값을 반영하여 총 방사능을 산정(424)할 수 있다. 총 방사능과 측정한 무게를 반영하여 방사능 농도를 산정(525)한 후, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 판정(426)할 수 있다. 즉, MCNP 전산코드로 얻은 평가값(즉, 보정계수)과 방사능 검출부의 측정값을 비교하여 규제해제 유무를 보수적으로 평가할 수 있다.
이와 같이, 3D 스캐너로 얻은 3D 데이터와 감마방사능 측정부로 측정한 측정값, MCNP 전산코드의 보정계수(평가값)을 이용하여 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가할 수 있다.
한편, 다양한 금속방사성폐기물 중 비슷한 형상일 경우, 데이터베이스를 통해 오차범위 내의 형상 데이터를 적용하여 신속 분석할 수 있다.
아래에서는 실험을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법 및 장치를 검증할 수 있다.
실험 1
방사선의 세기는 거리제곱에 반비례하므로 감마방사능 측정부(계측기) 내부 측정 대상물의 위치에 따라서 계측 결과가 달라진다. 본 실험에서는 이를 확인하기 위하여 계측기의 내부 위치에 따른 공간감도분포 측정을 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 감마방사능 측정부의 내부 위치에 따른 공간분포도의 예를 3차원 및 2차원으로 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 감마방사능 측정 방법에 있어서, 감마방사능 측정부의 내부 위치에 따른 공간분포도의 예를 각각 3차원 및 2차원의 그래프로 표현할 수 있다. 측정 결과, 감마방사능 측정부와 거리가 가장 가까운 중심부를 기준으로 거리가 멀어질수록 계수율이 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
실험 2
방사성폐기물의 규제해제 기준은 매우 낮은 값을 나타내므로 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)를 결정하는 것은 매우 중요하다. 최소검출농도(MDA)는 시간, 계수율 및 백그라운드에 대한 함수이므로, 이를 적절히 조절할 경우 상황에 따라 최적의 값을 도출할 수 있는 계측기의 특성화가 가능하다.
최소검출농도(MDA)가 낮을수록 계측의 정확도가 높다고 볼 수 있으며, 차폐 수준, 측정 영역 등 모든 조건이 동일할 경우 이는 시간에 대한 함수가 된다. 계측 시간을 길게 할 경우 계측에 대한 신뢰도는 상승하지만 계측 시간이 길어질수록 작업속도가 저하되고, 이에 따른 경제적 손실이 발생할 수 있으므로 계측하고자 하는 폐기물의 조건에 따른 최적의 계측 시간을 도출해야 한다.
따라서 본 실험에서는 계수율 및 백그라운드에 대한 조건이 동일할 때 시간에 따라 최소검출농도(MDA)가 어떻게 감소하는지를 측정하는 실험을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 시간에 따른 최소검출농도(MDA)의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 시간에 따른 최소검출농도(MDA)의 결과를 나타낸 것으로, 시간이 증가함에 따라 최소검출농도(MDA)가 지수적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 최소검출농도(MDA)가 초반에 급격하게 감소하므로 이를 낮추기 위해 시간을 지나치게 많이 소모할 필요가 없으며 국내 원자력안전법 기준인 규제해제 기준의 1/10 이하를 유지할 수 있는 시간만 소요하면 된다는 것을 나타낸다.
실험 3
표준선원(radioactive standard)을 이용한 계측 실험을 진행하게 되면 선원 자체의 오차 및 작업자의 작업숙련도 수준에 따른 계측값의 오차가 발생하게 된다. 그러므로 측정값의 정확도를 보장하기 위해서는 MCNP 전산코드와의 값을 비교하는 것이 필수적이다. 이때, 정확도를 향상시키기 위해 계측기의 형태, 선원의 방사능 농도, 선원의 형태 및 주변 차폐물까지 실제와 거의 비슷하게 모사해야 한다.
그러므로 본 실험에서는 실제 표준선원을 모사하여 실제 계측값과 MCNP 전산코드로 계산한 값을 비교하여 최소한의 오차가 발생하는 것을 목표로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 60Co 및 137Cs 핵종에 대한 MCNP 전산코드와 실제 계측값을 비교한 결과값을 나타내는 그래프이다.
도 7을 참조하면, MCNP 전산코드로 실험환경을 모사한 후 계측 실험을 수행하여 60Co 및 137Cs 핵종에 대한 계측 결과를 비교할 수 있다. 실험 결과, 실제 계측값(Experiment)과 MCNP로 계산한 값(MCNP6 Simulation)이 거의 일치하는 것을 확인할 수 있으며 이 결과는 실제 계측값이 신뢰할 수 있는 수준이라는 것을 보여준다.
실험 4
금속의 형태에 따른 보정계수를 정확히 도출하기 위해서는 금속방사성폐기물의 형태를 정확히 측정하는 것이 매우 중요하다. 만약 이를 작업자가 직접 측정한다면 측정 시간이 오래 걸릴 뿐만 아니라 피폭의 우려가 있으므로 원격-자동화 기술을 이용해 측정하는 방식이 필요하다.
그러므로 원자력발전소에서 실제로 발생할 수 있는 금속에 대해서 정확하게 측정하여 3D 모델링하는 것을 목표로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 스캐너를 이용하여 다양한 형상의 금속을 모델링한 예를 나타내는 도면이다.
본 실험에서는 원자력발전소에서 실제로 발생할 수 있는 금속폐기물의 형태를 3D 스캐너를 이용하여 모델링할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 금속을 3D 스캐너를 이용하여 모델링한 결과들을 나타낼 수 있으며, 다양한 금속의 형상을 빠른 시간 안에 신속한 모델링이 가능한 것으로 확인되었다.
실험 5
일반적으로 금속 내부에 있는 선원의 방사능 농도는 기하급수적으로 감소한다. 하지만 금속의 형태나 재질 및 선원의 위치, 종류에 따라 방사선 세기의 감소 정도는 달라지게 되며 이는 계측 결과에 큰 영향을 미친다. 그러므로 이에 대한 보정계수를 도출하는 것은 필수적이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준선원의 알루미늄 금속의 내부 위치에 따른 계측값의 차이를 나타내는 그래프이다. 그리고 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 60Co에 대해서 금속 재질에 따른 계측값의 차이를 나타내는 그래프 이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 금속 내부에서 선원의 위치와 금속 종류의 차이에 따른 자기흡수계수를 도출한 그래프를 확인할 수 있다. 실험 결과, 금속 내부에 깊은 곳에 위치하고 밀도가 큰 금속일수록 자기흡수계수가 높은 것을 확인할 수 있으며, 60Co 보다 저에너지 영역인 137Cs이 자기흡수효과의 영향을 많이 받는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 데이터베이스의 예시를 나타내는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 비슷한 형상의 금속방사성폐기물일 경우, 오차범위 내의 형상 데이터를 적용하여 신속 분석할 수 있는 데이터베이스를 제공할 수 있다.
실시예들에 따르면 3D 스캐너를 이용하게 되면 작업자가 직접 측정하기 어려운 복잡한 형상을 신속하고 정확히 측정할 수 있으므로 형상 측정의 정확도를 향상시킬 수 있고, 작업자의 안전을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 경제적 비용절감 등의 장점을 가질 수 있다.
이상에서 설명된 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치에 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계;
    상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계;
    감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계;
    상기 감마방사능 측정부를 통해 획득한 측정값에 상기 MCNP 전산코드를 통해 획득한 상기 보정계수를 반영하는 단계; 및
    상기 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 단계
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계는,
    상기 금속방사성폐기물의 무게를 측정하는 단계;
    상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하는 단계; 및
    3D 모델링된 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정하는 단계
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 단계는,
    상기 3D 스캐너를 이용한 3D 모델링은 실측 사이즈로 측정되며, 상기 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단되는 경우 역설계 프로그램을 사용하여 보정하는 단계
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 단계는,
    상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시(mesh) 정보를 가진 데이터로 변환하는 단계;
    변환된 상기 데이터를 상기 MCNP 전산코드의 계산과 비교하는 단계; 및
    비교 결과에 따라 자기흡수에 대한 상기 보정계수의 최댓값을 결정하는 단계
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계는,
    사전에 표준인증물질(CRM)인 표준선원으로 내부 특성 평가 후, 방사능 측정 시 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 감마방사능 측정부는,
    HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 단계는,
    상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하는 단계;
    상기 감마방사능 측정부의 위치 및 핵종별 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)값을 고려하여 계수율을 구하는 단계; 및
    상기 계수율을 통해 총 방사능을 구하고, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 반영하여 방사능 농도를 획득하는 단계
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    비슷한 형상의 금속방사성폐기물일 경우, 데이터베이스를 통해 오차범위 내의 형상 데이터를 적용하여 분석하는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 방법.
  9. 3D 스캐너를 이용하여 금속방사성폐기물을 3D 모델링하여 형상을 측정하는 형상 측정부;
    상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 MCNP 전산코드와 비교하여 보정계수를 획득하는 MCNP 전산코드 비교부;
    상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 감마방사능 측정부;
    상기 감마방사능 측정부를 통해 획득한 측정값에 상기 MCNP 전산코드를 통해 획득한 상기 보정계수를 반영하는 방사능 농도 산정부; 및
    상기 보정계수가 반영된 방사능 농도에 따라 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무를 평가하는 규제해제 유무 판정부
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형상 측정부는,
    상기 금속방사성폐기물의 무게를 측정하는 무게 측정부;
    상기 금속방사성폐기물을 3D 모델링하는 3D 스캐너; 및
    3D 모델링된 금속방사성폐기물의 밀도 및 금속재질을 결정하는 밀도 및 재질 결정부
    를 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 3D 스캐너를 이용한 3D 모델링은 실측 사이즈로 측정되며, 상기 금속방사성폐기물의 형상이 실제 형상과 차이가 있다고 판단되는 경우 역설계 프로그램을 사용하여 보정하는 역설계 프로그램 보정부
    를 더 포함하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 MCNP 전산코드 비교부는,
    상기 3D 스캐너를 통해 획득한 3D 데이터를 역설계 프로그램을 이용하여 사면체 메시(mesh) 정보를 가진 데이터로 변환하고, 변환된 상기 데이터를 상기 MCNP 전산코드의 계산과 비교하여, 비교 결과에 따라 자기흡수에 대한 상기 보정계수의 최댓값을 결정하는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 감마방사능 측정부는,
    사전에 표준인증물질(CRM)인 표준선원으로 내부 특성 평가 후, 방사능 측정 시 위치에 따른 측정효율보정계수를 적용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하여 측정값을 획득하는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 감마방사능 측정부는,
    HPGe 반도체검출기 또는 NaI(Tl) 섬광검출기와 계수율이 높은 플라스틱 섬광검출기를 결합한 형태로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 방사능 농도 산정부는,
    상기 감마방사능 측정부를 이용하여 상기 금속방사성폐기물의 방사능을 측정하고, 상기 감마방사능 측정부의 위치 및 핵종별 최소검출농도(MDA: Minimum Detectable Activity)값을 고려하여 계수율을 구한 후, 상기 계수율을 통해 총 방사능을 구하고, 상기 금속방사성폐기물의 무게를 반영하여 방사능 농도를 획득하는 것
    을 특징으로 하는, 원전 금속방사성폐기물의 규제해제 유무 확인을 위한 감마방사능 측정 장치.
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