KR20200123675A - Method for Analyzing Radionuclide and Apparatus for Analyzing Radionuclide - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method and a device for analyzing a radionuclide. The method of the present invention comprises: a step (A) of preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59; a step (B) of converting X-rays generated from the Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by performing detection with at least one X-ray detector for measuring the intensity of photon energy by using silicon as a mediator when the electric charges are moved to a drift electric field; and a step (C) of determining radioactivity of the Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the obtained X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59. The device of the present invention comprises: a first storage container for storing a sample containing Fe-55 and Ni-59 therein; at least one X-ray detector disposed at a certain distance from the first storage container, converting X-rays generated from the Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting the intensity of photon energy using silicon as a mediator when the electric charges are moved to a drift electric field; and a measuring unit for determining radioactivity of the Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the obtained X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59. Accordingly, the method and device of the present invention can be used even at room temperature without cooling by using liquid nitrogen.

Description

방사성 핵종의 분석 방법 및 방사성 핵종의 분석 장치{Method for Analyzing Radionuclide and Apparatus for Analyzing Radionuclide}Radionuclide analysis method and radionuclide analysis apparatus {Method for Analyzing Radionuclide and Apparatus for Analyzing Radionuclide}

본 발명은 방사성 핵종의 분석 방법 및 방사성 핵종의 분석 장치에 관한 것으로서, 구체적으로 방사성 고체 폐기물을 보관 및 처분하기 전, 방사성 고체 폐기물에 포함된 방사성 핵종인 Fe-55와 Ni-59를 분석하는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a radionuclide analysis method and a radionuclide analysis apparatus, and specifically, a technology for analyzing Fe-55 and Ni-59, which are radionuclides contained in radioactive solid waste, before storage and disposal of radioactive solid waste. It is about.

원자력을 이용하거나, 원전을 해체하는 과정에서 불가피하게 발생되는 방사성 폐기물은 궁극적으로 생태계로부터 영구 격리 처분되어야 한다. 이 때, 방사성 폐기물의 방사능(radioactivity, Bq)에 따라 처분 방식이 다르고 처분 비용이 몇 배에서 몇 십 배의 차이가 나게 된다. 특히, 방사성 폐기물에 포함되는 방사성 핵종 중에서도 Fe-55와 Ni-59의 정량 분석은 필수적이다.Radioactive waste that is inevitably generated in the process of using nuclear power or dismantling a nuclear power plant must ultimately be permanently isolated from the ecosystem. At this time, the disposal method differs depending on the radioactivity (Bq) of the radioactive waste, and the disposal cost differs from several times to several dozen times. In particular, among radionuclides contained in radioactive waste, quantitative analysis of Fe-55 and Ni-59 is essential.

기존에는 Fe-55와 Ni-59이 함유된 콘크리트 및 토양(방사성 폐기물)으로부터 두 종류의 핵종을 분리하기 위해서는 알칼리 용융을 진행한 후에, 화학적 분리를 통해 액체 섬광 계수기(Liquid Scintillation Counter, LSC), 저에너지 영역 게르마늄 검출기(Low Energy Germanium Detector, LEGe), 또는 실리콘 리튬 반도체 검출기(Si(Li) semiconductor detector) 등을 사용하여 분석을 진행하였다.Previously, in order to separate two types of nuclides from concrete and soil (radioactive waste) containing Fe-55 and Ni-59, after alkali melting, liquid scintillation counter (LSC), through chemical separation, Analysis was performed using a low energy germanium detector (LEGe) or a silicon lithium semiconductor detector (Si(Li) semiconductor detector).

그러나 콘크리트 또는 토양 재질을 녹일 수 있는 알칼리 용융 과정 이후 다음 단계인 화학적 분리 과정에서, 화학적 용액의 첨가 과정을 통한 분리를 진행하기 때문에 추가적인 유기 용액 등이 필요하고, 해당 단계에서 분리를 위해 많은 시간이 소요되며, 유기 폐액 등의 2차 방사성 폐기물이 발생하는 문제점이 있다. 그리고 LSC 측정을 위해서는 유기 용매인 LSC-cocktail을 이용하여 분석 대상 시료와 섞어서 측정을 하며 이 때 유기 폐액이 방사성 폐기물 분석 대상 시료와 약 1 대 1의 비율로 발생하기 때문에 원자력 시설 해체 시에 발생하는 방사성 폐기물들을 대표할 수 있는 대표성을 가질 수 있는 방사능 분석 대상 시료의 개수만큼 수많은 방사성 핵종이 포함된 유기 폐액이 발생하는 문제점이 있으며 해당 폐액은 액체 방사성폐기물로 분류된다.However, in the chemical separation process, which is the next step after the alkali melting process that can dissolve concrete or soil materials, additional organic solutions are required because the separation is performed through the process of adding a chemical solution, and a lot of time is required for separation at that stage. It is required, and there is a problem that secondary radioactive waste such as organic waste liquid is generated. And for LSC measurement, an organic solvent, LSC-cocktail, is used to mix and measure the sample to be analyzed. At this time, the organic waste liquid is generated in a ratio of about 1 to 1 with the sample to be analyzed for radioactive waste. There is a problem in that an organic waste solution containing as many radionuclides as the number of samples to be analyzed for radioactivity that can have representativeness representing radioactive wastes is generated, and the waste solution is classified as a liquid radioactive waste.

또한 Fe-55와 Ni-59는 저에너지 X선을 방출하는 핵종이며, Fe-55와 Ni-59는 서로 인접한 에너지 대역에서 X선 방출 피크를 나타내는데, 이와 같이 서로 근접한 에너지 대역의 피크를 나타내는 두 핵종을 LSC, LEGe, 또는 Si(Li) 반도체 검출기를 이용하여 분리하려는 경우에는 Fe-55와 Ni-59로부터 방출되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼에서 피크의 분해능(해상도)이 낮아서 두 핵종의 분리가 불가능한 문제가 있다.In addition, Fe-55 and Ni-59 are radionuclides that emit low-energy X-rays, and Fe-55 and Ni-59 exhibit X-ray emission peaks in the energy bands adjacent to each other. In the case of using an LSC, LEGe, or Si(Li) semiconductor detector, the resolution (resolution) of the peak in the energy spectrum derived from X-rays emitted from Fe-55 and Ni-59 is low, making it impossible to separate the two nuclides. there is a problem.

더불어 LEGe 또는 Si(Li) 반도체 검출기는 충분한 전도율과 좋은 해상도를 위해서는 반드시 액체질소를 이용하여 저온을 유지해야 하기 때문에, 상온에서 이용하는 경우에는 문제가 발생하며, 액체질소 탱크 등의 부수적인 장비를 구비 및 관리해야 함에 따른 장비 소형화에 한계가 있다.In addition, since LEGe or Si(Li) semiconductor detectors must use liquid nitrogen to maintain a low temperature for sufficient conductivity and good resolution, problems arise when used at room temperature, and additional equipment such as liquid nitrogen tanks are provided. And there is a limit to the miniaturization of equipment due to the need to manage.

따라서, 위와 같은 기존의 검출기로는 원자력 시설의 해체 시 발생하는 다량의 콘크리트 또는 토양 재질의 방사성 폐기물을 분석하는데 있어 많은 시간과 인력이 소요되며 저온에서 사용(액체질소 등의 냉각)해야만 하는 문제가 있어서, 검출기의 교체가 잦기 때문에 추가 인력의 필요 등의 여러 불편함을 가지고 있다.Therefore, it takes a lot of time and manpower to analyze a large amount of concrete or soil radioactive waste generated when the nuclear facility is dismantled with the above conventional detector, and it has a problem that must be used at low temperatures (cooling of liquid nitrogen, etc.). Therefore, since the detector is frequently replaced, there are various inconveniences such as the need for additional personnel.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액체질소를 이용하여 냉각하는 단계 없이 상온에서도 사용이 가능하며, 유기 폐액 등의 2차 방사성 폐기물의 발생이 없는 방사성 핵종의 분석 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to solve the above problems, and can be used at room temperature without a cooling step using liquid nitrogen, and to provide a method for analyzing radionuclides without generation of secondary radioactive waste such as organic waste liquid. .

나아가 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 검출하여 얻은 에너지 스펙트럼 상의 두 핵종의 피크가 서로 겹치지 않고 명확하게 구분이 되어서, 방사성 폐기물에 함유된 Fe-55 및 Ni-59의 정성 및 정량 분석을 가능하게 하기 위한 것이다.Furthermore, since the peaks of the two nuclides on the energy spectrum obtained by detecting X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 do not overlap each other and are clearly distinguished, the qualitative and quantification of Fe-55 and Ni-59 contained in radioactive waste. To enable analysis.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, (A) Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 준비하는 단계; (B) 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트(drift) 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하는 적어도 하나의 X선 검출기로 검출하여 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 단계; 및 (C) 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 단계;를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present invention, (A) preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59; (B) Converting X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and measuring the intensity of photon energy using silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field Obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting with at least one X-ray detector; And (C) determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the X-ray-derived energy spectrum of the obtained Fe-55 and Ni-59; a method for analyzing a radionuclide comprising Provides.

또한, 본 발명의 또 하나의 실시형태에 따르면, Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 보관하기 위한 제1 보관용기; 상기 제1 보관용기로부터 일정한 거리에 배치되며, 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하여서, 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 적어도 하나의 X선 검출기; 및 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 측정부;를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 장치를 제공한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, a first storage container for storing a sample containing Fe-55 and Ni-59; It is disposed at a certain distance from the first storage container, converts X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and uses silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field. At least one X-ray detector for obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by measuring the intensity of photon energy; And a measuring unit for determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the X-ray-derived energy spectrum of the obtained Fe-55 and Ni-59; do.

본 발명에 따른 방사성 핵종의 분석 방법에 의하면, X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트(drift) 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하는 X선 검출기를 이용함으로써, 유기 폐액 등의 2차 방사성 폐기물이 발생하지 않으면서도 액체질소를 이용한 냉각 과정 없이 상온에서 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 두 핵종을 정량 및 정성 분석이 가능함에 따라, 종래에 X선 검출기로 이용되던 액체 섬광 계수기(LSC)에서 유기 폐액이 발생하는 문제, 저에너지 영역 게르마늄 검출기(LEGe), 또는 Si(Li) 반도체 검출기에서 액체질소 사용으로 인한 검출기 교체를 위한 번거로움, 다량의 방사성 핵종 함유 콘크리트 또는 토양을 분석함에 있어서 많은 시간과 인력이 소요되는 문제점을 극복할 수 있으며, 액체질소 유지 장비 등의 추가 관리를 위한 설비가 필요하지 않아 소형화된 시스템의 구성이 가능하다.According to the method for analyzing radionuclides according to the present invention, an X-ray detector that converts X-rays to electric charges and measures the intensity of photon energy using silicon as a mediating material when the electric charges move in a drift electric field is used. Thus, the two nuclides can be quantitatively and qualitatively analyzed from the energy spectrum derived from X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 at room temperature without a cooling process using liquid nitrogen without generating secondary radioactive waste such as organic waste. As possible, it is possible to replace the detector due to the use of liquid nitrogen in a liquid scintillation counter (LSC) that was used as an X-ray detector in the past, a low-energy region germanium detector (LEGe), or a Si (Li) semiconductor detector. It is possible to overcome the hassle of operation and the problem of taking a lot of time and manpower in analyzing concrete or soil containing a large amount of radionuclides, and it is composed of a miniaturized system as it does not require additional management facilities such as liquid nitrogen maintenance equipment. This is possible.

이에 따라, 소형화된 여러 대의 장비를 동시에 배치하여 분석 효율을 높이거나, 일련으로 배치하여 연속적으로 분석(즉, 자동화 공정에 적용)할 수 있어서, 한 개의 시료를 분석할 수 있는 효율이 증가하여 방사성 핵종 함유 시료로부터 Fe-55 및 Ni-59의 분석 시간이 단축될 수 있다.Accordingly, it is possible to increase analysis efficiency by arranging several miniaturized equipment at the same time, or to continuously analyze (i.e., applied to an automated process) by arranging them in a series, thereby increasing the efficiency to analyze a single sample. The analysis time of Fe-55 and Ni-59 from the nuclide-containing sample can be shortened.

도 1은 본 발명의 X선 검출기를 이용하여 Fe-55로부터 방출되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 나타낸 도시이다.
도 2는 본 발명의 X선 검출기를 이용하여 Ni-59로부터 방출되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 나타낸 도시이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따라 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료로부터 방출되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 SDD로 측정한 결과를 나타낸 도시이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시료와 X선 검출기 자동화 시스템의 3D 렌더링 이미지 및 시스템의 배치를 개략적으로 나타낸 도시이다.
도 5는 종래기술에 따라서 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료로부터 방출되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 LEGe 검출기로 측정한 결과를 나타낸 도시이다.
1 is a diagram showing an X-ray-derived energy spectrum emitted from Fe-55 using the X-ray detector of the present invention.
2 is a diagram showing an energy spectrum derived from X-rays emitted from Ni-59 using the X-ray detector of the present invention.
3 is a diagram showing a result of measuring the energy spectrum derived from X-rays emitted from a sample containing Fe-55 and Ni-59 according to an embodiment of the present invention by SDD.
4 is a schematic diagram showing a 3D rendered image of a sample and an X-ray detector automated system according to an embodiment of the present invention, and an arrangement of the system.
FIG. 5 is a diagram showing a result of measuring an X-ray-derived energy spectrum emitted from a sample containing Fe-55 and Ni-59 according to the prior art with a LEGe detector.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

1. 방사성 핵종의 분석 방법1. Radionuclide analysis method

본 발명은 방사성 핵종의 분석 방법을 제공한다.The present invention provides a method for analyzing radionuclides.

본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법은 (A) Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 준비하는 단계; (B) 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트(drift) 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하는 적어도 하나의 X선 검출기로 검출하여 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 단계; 및 (C) 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 단계;를 포함한다.The method for analyzing radionuclides of the present invention comprises the steps of: (A) preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59; (B) Converting X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and measuring the intensity of photon energy using silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field Obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting with at least one X-ray detector; And (C) determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the obtained Fe-55 and Ni-59.

상기 (A) 단계에서 상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료는 Fe-55 및 Ni-59 함유 방사성 고체 폐기물을 용융시킨 후에 상기 용융된 방사성 고체 폐기물을 침전시켜서 얻어지는 침전물일 수 있다. 상기 침전물(시료)은 약 3 내지 5 cm의 지름을 가지고, 10 내지 50 ㎛의 두께를 가질 수 있다.In the step (A), the sample containing Fe-55 and Ni-59 may be a precipitate obtained by melting the radioactive solid waste containing Fe-55 and Ni-59 and then precipitating the molten radioactive solid waste. The precipitate (sample) may have a diameter of about 3 to 5 cm and a thickness of 10 to 50 µm.

또한 상기 침전물은 더욱 높은 분석 효율 및 분석 시간의 단축을 위하여, 씰링(sealing)하는 단계를 거친 뒤(X선 검출기의 오염을 방지)에 X선 검출기와 직접 맞닿게 배치하여 방사성 핵종을 분석할 수 있다.In addition, for higher analysis efficiency and reduction of analysis time, the precipitate may be placed in direct contact with the X-ray detector after sealing (prevention of contamination of the X-ray detector) to analyze radionuclides. have.

특히 위와 같이 본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법은 액체 섬광 계수기(LSC)를 사용하지 않고 침전방식의 시료 전처리 방식을 도입하여서, 유기 폐액이 전혀 발생하지 않는 장점이 있다.In particular, as described above, the method of analyzing radionuclides of the present invention does not use a liquid scintillation counter (LSC) and introduces a sample pretreatment method of a precipitation method, so that organic waste liquid is not generated at all.

즉 상기 방사성 핵종의 분석 방법은 유기 폐액을 포함하는 2차 방사성 폐기물이 실질적으로 발생하지 않는 것일 수 있고, 상기 유기 폐액을 포함하는 2차 방사성 폐기물이 실질적으로 발생하지 않는 것의 의미는, 유기 폐액을 포함하는 2차 방사성 폐기물을 전혀 발생하지 않거나 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼 검출에 영향을 미치지 않을 만큼 소량 발생하는 것일 수 있다.That is, the method of analyzing the radionuclides may be that secondary radioactive waste including organic waste liquid is not substantially generated, and the meaning of that secondary radioactive waste including organic waste liquid is not substantially generated means that the organic waste liquid is It may be generated in a small amount so as not to generate any secondary radioactive waste containing or to affect the detection of the X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59.

상기 (B) 단계에서 상기 X선 검출기는 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환시키고, 상기 전하가 드리프트(drift) 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하여서 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻을 수 있다.In the step (B), the X-ray detector converts X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and uses silicon as an intermediary material when the electric charges move in a drift electric field. By measuring the intensity of photon energy by using the X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and the Ni-59 can be obtained.

상기 X선 검출기는 실리콘 기반의 반도체 검출기를 포함할 수 있다. 상기 반도체 검출기는 X선에 의해 발생한 전하(또는 이온화 입자)가 반도체 검출기에 입사하게 되면 전자-양공쌍이 생성되고, 이 전자와 양공들이 전기장을 따라 전극으로 이동하여 전기 신호(광자에너지)를 만들게 된다. 위와 같은 반도체 검출기는 전자-양공쌍을 생성하는데 필요한 에너지가 전자-이온쌍을 생성하는데 필요한 에너지보다 10 배 정도 작기 때문에, 같은 양의 입자 에너지에 대하여 기체 검출기보다 더욱 많은 하전 입자가 생성되고 그 결과 에너지 분해능이 향상될 수 있다.The X-ray detector may include a silicon-based semiconductor detector. In the semiconductor detector, when charges (or ionized particles) generated by X-rays enter the semiconductor detector, an electron-positive pair is generated, and the electrons and positive holes move to the electrode along the electric field to create an electrical signal (photon energy). . Since the energy required to generate an electron-positive pair is 10 times less than the energy required to generate an electron-ion pair, the above semiconductor detector generates more charged particles than the gas detector for the same amount of particle energy. Energy resolution can be improved.

상기 X선 검출기는 매개 물질로서 고순도의 실리콘을 이용할 수 있다. 또한, 상기 X선 검출기는 편평한 음극을 사용하고 중심에 작은 원을 형성하는 양극과 동심원을 가지는 일련의 전극들을 포함할 수 있다. 따라서 상기 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선에 의해 생성된 전하(또는 이온)들은 동심원을 그리게 된다. 상기 동심원의 일련의 전극들은 전하를 이동시키는 드리프트 전기장을 형성하게 되고, 상기 전하들은 중심의 양극으로 모이게 되며, 작은 면적의 상기 양극은 매우 작은 정전 용량을 유지하여 전자적 잡음을 줄임에 따라 보다 향상된 해상도(약 123 내지 135 eV FWHM at 4 ㎲ peaking time @ 5.9 keV)를 가질 수 있게 된다.The X-ray detector may use high-purity silicon as an intermediary material. In addition, the X-ray detector may include a flat cathode and a series of electrodes having a concentric circle and an anode forming a small circle at the center. Accordingly, charges (or ions) generated by X-rays generated from the Fe-55 and Ni-59 draw a concentric circle. The concentric series of electrodes form a drift electric field that moves charges, and the charges are collected to the center anode, and the anode with a small area maintains a very small capacitance to reduce electronic noise, resulting in improved resolution. (About 123 to 135 eV FWHM at 4 µs peaking time @ 5.9 keV).

Si(Li) 또는 Ge(Li) 반도체 검출기는 공핍층의 두께를 보다 두텁게 하기 위하여 p형 Si 또는 p형 Ge에 Li을 확산시켜 p-n 접합을 형성시킨 후 역전압을 걸어서 리튬(Li) 이온을 유동(drift)시켜 줌으로써 p형과 n형 사이에 i층(intrinsic region)이라고 불리는 진성반도체 부분을 첨가하여 형성되는 것으로써, 위와 같이 전하를 이동(또는 유동)시키는 매개 물질로 실리콘이 아닌 리튬을 이용하는 것이며, 리튬 유동 보정영역을 유지하거나 드리프트 시킨 리튬 이온의 상온에서의 확산을 방지하기 위하여 항상 액체질소 온도로 냉각시켜서 보존 및 사용해야만 한다.Si(Li) or Ge(Li) semiconductor detector diffuses Li into p-type Si or p-type Ge to form a pn junction to increase the thickness of the depletion layer, and then applies a reverse voltage to flow lithium (Li) ions. It is formed by adding an intrinsic semiconductor part called i-layer (intrinsic region) between p-type and n-type by (drifting) it. As above, lithium is used as a medium to move (or flow) charges. In order to maintain the lithium flow correction region or prevent the diffusion of the drifted lithium ions at room temperature, it must be cooled to liquid nitrogen temperature for storage and use.

그러나 본 발명에 이용되는 상기 X선 검출기는 매개 물질로 리튬이 아닌 실리콘을 이용하는 것이어서 액체질소 온도와 같은 냉각 과정을 포함하지 않아도 된다. 즉 상기 방사성 핵종의 분석 방법이 액체질소를 이용하여 냉각하는 단계를 실질적으로 포함하지 않을 수 있고, 액체질소를 이용하여 냉각하는 단계를 실질적으로 포함하지 않는다는 것의 의미는, 방사성 핵종의 분석 방법에서 액체질소를 이용하여 냉각하는 단계가 전혀 수행되지 않아도 된다는 것을 의미할 수 있다.However, since the X-ray detector used in the present invention uses silicon instead of lithium as an intermediary material, it is not necessary to include a cooling process such as liquid nitrogen temperature. That is, the means that the method for analyzing radionuclides may not substantially include the step of cooling using liquid nitrogen, and that the step of cooling using liquid nitrogen is substantially not included. This may mean that the step of cooling with nitrogen does not have to be performed at all.

상기 방사성 핵종의 분석 방법은 5 내지 30℃에서 수행될 수 있고, 구체적으로는 10 내지 30℃, 더 구체적으로는 15 내지 25℃에서 수행될 수 있다. 즉 상기 방사성 핵종의 분석 방법은 상온에서도 수행될 수 있다.The method of analyzing the radionuclide may be performed at 5 to 30°C, specifically 10 to 30°C, and more specifically 15 to 25°C. That is, the method of analyzing the radionuclide may be performed at room temperature.

구체적으로 상기 X선 검출기는 실리콘 기반의 반도체 검출기 중에서도 SDD(Silicon Drift Detector)를 포함할 수 있다.Specifically, the X-ray detector may include a Silicon Drift Detector (SDD) among silicon-based semiconductor detectors.

한편 Fe-55와 Ni-59에 대하여 각각 독립적으로 상기 X선 검출기로 검출하여 얻은 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 살펴보면, 도 1에 나타낸 바와 같이 Fe-55는 5.6 내지 6.0 keV와 6.2 내지 6.6 keV의 에너지 대역에서 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻을 수 있고, 도 2에 나타낸 바와 같이 Ni-59는 6.7 내지 7.0 keV와 7.4 내지 7.8 keV의 에너지 대역에서 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻을 수 있다.On the other hand, looking at the X-ray-derived energy spectrum obtained by detecting each of Fe-55 and Ni-59 independently with the X-ray detector, Fe-55 is 5.6 to 6.0 keV and 6.2 to 6.6 keV as shown in FIG. The energy spectrum derived from X-rays can be obtained in the energy band, and as shown in FIG. 2, the energy spectrum derived from X-rays can be obtained for Ni-59 in the energy bands of 6.7 to 7.0 keV and 7.4 to 7.8 keV.

구체적으로 Fe-55는 5.9 keV와 6.5 keV의 에너지 대역에서 X선 방출 피크를 보이며 Ni-59는 6.9 keV와 7.7 keV의 에너지 대역에서 X선 방출 피크를 나타낸다.Specifically, Fe-55 exhibits X-ray emission peaks in the energy bands of 5.9 keV and 6.5 keV, and Ni-59 exhibits X-ray emission peaks in the energy bands of 6.9 keV and 7.7 keV.

이와 같이 근접한 에너지 대역의 피크를 나타내는 두 방사성 핵종(Fe-55, Ni-59)을 기존의 방사선 검출기(예를 들어, LSC, LEGe, Si(Li) semiconductor detector)를 통해 분리해 내는 것은 쉽지 않으나, 본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법에 따른 상기 X선 검출기로 상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료의 Fe-55 및 Ni-59에서 방출되는 X선을 검출하여 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 측정하면, 도 3과 같이 총 4개의 피크(peak)가 정확하게 구분이 가능한 것을 확인할 수 있다.It is not easy to separate the two radionuclides (Fe-55, Ni-59) that show the peaks in the adjacent energy bands through conventional radiation detectors (for example, LSC, LEGe, Si(Li) semiconductor detector). , X-ray-derived energy spectrum is measured by detecting X-rays emitted from Fe-55 and Ni-59 of the Fe-55 and Ni-59-containing samples with the X-ray detector according to the method for analyzing radionuclides of the present invention. Then, it can be seen that a total of four peaks can be accurately distinguished as shown in FIG. 3.

또한 상기 (C) 단계에서, 상기 (B) 단계에서 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 단계는, 방사능을 알고 있는 표준 방사성 핵종을 이용하여 검출기 교정을 통해 상기 X선 검출기의 계측 효율을 결정한 뒤, 미지의 시료에 대하여 상기 X선 검출기로 측정 시에 얻어지는 에너지 스펙트럼에서 특정 피크 영역의 계수율(1초당 계측값)을, 앞서 결정된 계측 효율과 측정 대상 방사성 핵종(Fe-55 또는 Ni-59)의 붕괴 확률(방사성 핵종(Fe-55 또는 Ni-59)이 특정 에너지의 X선을 붕괴하여 방출할 수 있는 방사성 붕괴 확률)을 곱한 값으로 나누어서, 상기 시료에 함유된 Fe-55 또는 Ni-59에서 방출되는 방사능의 총량(Bq)을 계산하는 방법을 통해서 수행될 수 있다.In addition, in the (C) step, the step of determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the X-ray-derived energy spectrum of Fe-55 and Ni-59 obtained in the (B) step, After determining the measurement efficiency of the X-ray detector through detector calibration using a standard radionuclide with known radioactivity, the counting rate of a specific peak region in the energy spectrum obtained when measuring with the X-ray detector for an unknown sample (per second Measured value), the measurement efficiency determined previously and the probability of decay of the radionuclide (Fe-55 or Ni-59) to be measured (a radionuclide (Fe-55 or Ni-59) can decay and emit X-rays of specific energy). It can be carried out through a method of calculating the total amount (Bq) of radioactivity emitted from Fe-55 or Ni-59 contained in the sample by dividing it by the multiplied value).

상기 표준 방사성 핵종이란 핵종에 함유된 방사능을 알고 있는 핵종으로서, 방사능에 대한 표준 선원 등에 대해 제작 기관 (NPL, Ekert & Zigler 등)에서 보증하는 방사성 핵종이기만 하면 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 100 Bq/g의 농도를 가진 Ni-59 표준 인증 물질(Certified Reference Material, CRM) 1 mL를 방사성 동위원소가 포함되어 있지 않은 증류수 9 ml와 희석하여 최종적으로 1,000 Bq의 Ni-59를 시료로 이용할 수 있다.The standard radionuclide is a radionuclide that knows the radioactivity contained in the nuclide, and is not limited thereto as long as it is a radionuclide guaranteed by a manufacturing organization (NPL, Ekert & Zigler, etc.) for a standard source for radioactivity. For example, 1 mL of a Ni-59 Certified Reference Material (CRM) having a concentration of 100 Bq/g is diluted with 9 ml of distilled water that does not contain radioactive isotopes, and finally 1,000 Bq of Ni-59 Can be used as a sample.

상기 계측 효율은, 방사능을 알고 있는 표준 방사성 핵종을 통해 상기 X선 검출기(SDD)의 검출기 특성을 결정할 때 사용하는 지수로서, 상기 표준 방사성 핵종에서 발생하는 X선을 상기 X선 검출기로 측정할 때, 단위시간 동안 카운터(Counter)에 들어오는 X선 광양자 개수(계수율, counts per sec.(cps))를 측정하여 얻어진 값을, 상기 표준 방사성 핵종의 방사능과 표준 방사성 핵종의 방사성 핵종 에너지 붕괴확률의 곱으로 나누어준 값의 백분율(%)을 의미한다.The measurement efficiency is an index used when determining the detector characteristics of the X-ray detector (SDD) through a standard radionuclide with known radioactivity, and when measuring X-rays generated from the standard radionuclide with the X-ray detector , The value obtained by measuring the number of X-ray photons (counts per sec.(cps)) entering the counter during a unit time is the product of the radioactivity of the standard radionuclide and the probability of decay of the radionuclide energy of the standard radionuclide. It means the percentage (%) of the value divided by.

또한 본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법은 (A1) 제1 보관용기에 수용된 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 준비하는 단계; (B1) 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지를 측정하는 적어도 하나의 X선 검출기로 검출하여서 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 단계; 및 (C1) 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정한 후에, 상기 제1 보관용기를 외부로 이송하고, Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 제2 보관용기로 대체시키는 단계를 포함하는 사이클을 일정한 시간 간격으로 반복적으로 수행하는 것일 수 있다.In addition, the method for analyzing radionuclides of the present invention includes the steps of (A1) preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59 contained in a first storage container; (B1) At least one X-ray converting X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and measuring photon energy using silicon as a mediating material when the electric charges move in a drift electric field Obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting with a ray detector; And (C1) after determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the obtained Fe-55 and Ni-59, the first storage container is transferred to the outside, The cycle including the step of replacing the sample containing Fe-55 and Ni-59 with a second storage container accommodated may be repeatedly performed at regular time intervals.

본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법에 따르면, 액체질소 온도로의 냉각이 필요없기 때문에 액체질소 관련 장비를 구비하지 않아도 되고, 분석 과정에서 유기 폐액이 발생하지 않기 때문에 유기 폐액을 처리해야 하는 관련 장비도 구비하지 않아도 되어서, 장비의 소형화가 가능함에 따라 위와 같이 일련의 자동화 공정에 적용하여 방사성 핵종 분석을 반복적으로 수행할 수 있어서, 방사성 핵종의 분석 시간을 단축시키고, 분석 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.According to the method for analyzing radionuclides of the present invention, since cooling to liquid nitrogen temperature is not required, liquid nitrogen-related equipment is not required, and since organic waste liquid is not generated in the analysis process, related equipment that needs to treat organic waste liquid is also As equipment can be miniaturized, it is possible to repeatedly perform radionuclide analysis by applying it to a series of automated processes as described above, thereby shortening the analysis time of radionuclides and increasing analysis efficiency. .

구체적으로 상기 (C1) 단계에서, 상기 제1 보관용기를 상기 제1 보관용기와 일련(series)으로 배열되어 있는 상기 제2 보관용기로 대체시키는 것일 수 있다. 상기 제1 보관용기와 상기 제2 보관용기는 서로 동일하거나 상이한 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 수용하고 있을 수 있다.Specifically, in step (C1), the first storage container may be replaced with the second storage container arranged in a series with the first storage container. The first storage container and the second storage container may contain samples containing Fe-55 and Ni-59 that are the same or different from each other.

도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 보관용기의 상기 제2 보관용기로의 대체는 이송 수단을 이용할 수 있고, 상기 이송 수단은 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시키고, 상기 제1 보관용기를 제2 보관용기로 대체할 수 있다. 상기 이송 수단은 상기 제1 보관용기를 이송시킬 수 있는 것이면 이에 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 구체적으로, 견인기, 차량, 이동식 벨트, 자동 견인 로봇 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 상기 이송식 수단은 이동식 벨트(moving belt)를 포함할 수 있다. 상기 이동식 벨트는 구체적으로 컨베이어 벨트, 플레이트 벨트 등일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 4, a transfer means may be used to replace the first storage container with the second storage container, and the transfer means transfers the first storage container to the outside at regular time intervals, and 1 The storage container can be replaced with the second storage container. The transfer means may be used without being limited thereto as long as it can transfer the first storage container, and specifically, may be a retractor, a vehicle, a movable belt, an automatic towing robot, etc., but is not limited thereto. Preferably the conveying means may comprise a moving belt. The movable belt may specifically be a conveyor belt, a plate belt, or the like, but is not limited thereto.

즉, 상기 이송 수단에는 상기 제1 보관용기와 상기 제2 보관용기가 일련(series)으로 배열되어 있을 수 있다.That is, in the transfer means, the first storage container and the second storage container may be arranged in a series.

상기 제1 보관용기는 폴리올레핀 재질의 바이알(vial), 또는 필터를이용할 수 있다. 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이소프로필렌, 폴리부티렌 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 필터는 유리 섬유 필터(glass microfiber filter)를 포함할 수 있다. 상기 유리 섬유 필터는 기공 크기가 1 내지 1.5 ㎛, 바람직하게는 1.2 ㎛인 필터를 포함할 수 있으며, 예를 들어 Whatman 사의 GF/C(pore size: 1.2 ㎛) 필터를 포함할 수 있다.The first storage container may use a vial made of polyolefin or a filter. The polyolefin may include at least one selected from polyethylene, polypropylene, polyisopropylene, polybutylene, and mixtures thereof, but is not limited thereto. The filter may include a glass microfiber filter. The glass fiber filter may include a filter having a pore size of 1 to 1.5 µm, preferably 1.2 µm, and may include, for example, a Whatman's GF/C (pore size: 1.2 µm) filter.

상기 제1 보관용기로 바이알이 아닌 필터를 이용하는 경우에는 필터에 수용되는 미지의 시료의 표면 보호 및 X선 검출기의 오염 방지를 위하여 폴리프로필렌 필름을 이용할 수 있다.When a filter other than a vial is used as the first storage container, a polypropylene film may be used to protect the surface of an unknown sample accommodated in the filter and to prevent contamination of the X-ray detector.

상기 X선 검출기는 상기 제1 보관용기로부터 거리가 20 mm 이하일 수 있다. 또한 상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료(침전물)는 전술한 바와 같이 씰링(sealing) 하는 단계를 거친 뒤(X선 검출기의 오염을 방지)에 X선 검출기와 직접 맞닿게 배치하여 방사성 핵종을 분석할 수도 있다.The X-ray detector may have a distance of 20 mm or less from the first storage container. In addition, the Fe-55 and Ni-59-containing samples (precipitates) are placed in direct contact with the X-ray detector after the sealing (prevention of contamination of the X-ray detector) as described above to prevent radionuclides. You can also analyze it.

또한 상기 적어도 하나의 X선 검출기는 일정한 간격으로 이격된 복수의 X선 검출기일 수 있다. 예를 들어 하나의 시료(sample)의 상부 및/또는 하부에 각각 하나의 X선 검출기(SDD)가 배치될 수도 있으나, 하나의 시료(sample)의 상부 및/또는 하부에 복수 개의 X선 검출기(SDD)가 배치될 수도 있으며, 복수의 X선 검출기가 상기 시료(제1 보관용기)로부터 동일한 위치에 배치되어 있으면, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the at least one X-ray detector may be a plurality of X-ray detectors spaced at regular intervals. For example, one X-ray detector SDD may be disposed above and/or below one sample, but a plurality of X-ray detectors (SDD) above and/or below one sample ( SDD) may be disposed, and if a plurality of X-ray detectors are disposed at the same position from the sample (first storage container), it is not limited thereto.

2. 방사성 핵종의 분석 장치2. Radionuclide analysis device

본 발명은 방사성 핵종의 분석 장치를 제공한다.The present invention provides an apparatus for analyzing radionuclides.

상기 방사성 핵종의 분석 장치는 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 보관하기 위한 제1 보관용기; 상기 제1 보관용기로부터 일정한 거리에 배치되며, 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하여, 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 적어도 하나의 X선 검출기; 및 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 측정부;를 포함한다.The radionuclide analysis apparatus comprises: a first storage container for storing samples containing Fe-55 and Ni-59; It is disposed at a certain distance from the first storage container, converts X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and uses silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field. At least one X-ray detector for measuring the intensity of photon energy to obtain an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59; And a measuring unit for determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the obtained Fe-55 and Ni-59.

특히 본 발명의 방사성 핵종의 분석 장치는, 액체질소 냉각 관련 장비 또는 유기 폐액 처리 관련 장비를 구비하지 않아도 되어서 장비의 소형화가 가능함에 따라 일련의 자동화 공정에 적용하여 방사성 핵종 분석을 반복적으로 수행할 수 있다.In particular, the apparatus for analyzing radionuclides of the present invention does not have to be equipped with equipment related to cooling liquid nitrogen or equipment related to organic waste liquid treatment, so that the equipment can be miniaturized, so it can be applied to a series of automated processes to repeatedly perform radionuclide analysis. have.

따라서, 상기 방사성 핵종의 분석 장치는, 도 4에 나타낸 바와 같이 상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시켜서, 상기 제1 보관용기를 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 제2 보관용기로 대체시키기 위한 이송 수단을 더 포함할 수 있다.Accordingly, the radionuclide analysis device transfers the first storage container containing the Fe-55 and Ni-59-containing samples to the outside at regular time intervals, as shown in FIG. 4, so that the first storage container is Fe -55 and Ni-59-containing samples may further include a transfer means for replacing with the received second storage container.

전술한 바와 같이 상기 X선 검출기는 매개 물질로 리튬이 아닌 실리콘을 이용하는 것이어서 액체질소 온도와 같은 냉각 과정을 포함하지 않을 수 있으며, 이에 따라 상기 방사성 핵종의 분석 방법은 5 내지 30℃에서 수행될 수 있고, 구체적으로는 10 내지 30℃, 더 구체적으로는 15 내지 25℃에서 수행될 수 있다. 이를 위해 상기 방사성 핵종의 분석 장치는 온도 조절 수단을 더 포함할 수 있다.As described above, since the X-ray detector uses silicon, not lithium, as an intermediary material, it may not include a cooling process such as liquid nitrogen temperature, and accordingly, the method of analyzing the radionuclide may be performed at 5 to 30°C. And, specifically, it may be performed at 10 to 30 ℃, more specifically 15 to 25 ℃. To this end, the radionuclide analysis device may further include a temperature control unit.

상기 측정부는 상기 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정할 수 있다. 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 방법은, '1. 방사성 핵종의 분석 방법'에서 전술한 내용을 동일하게 적용할 수 있다.The measurement unit may determine the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the Fe-55 and Ni-59. The method for determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample is described in '1. The same can be applied to the above information in'Method of analyzing radionuclides'.

또한 상기 X선 검출기는 전술한 바와 같이 실리콘 기반의 반도체 검출기를 포함할 수 있고, 상기 X선 검출기는 매개 물질로서 고순도의 실리콘을 이용할 수 있다.In addition, the X-ray detector may include a silicon-based semiconductor detector as described above, and the X-ray detector may use high-purity silicon as an intermediary material.

상기 X선 검출기는 실리콘 기반의 반도체 검출기 중에서도 매개 물질로 리튬이 아닌 실리콘을 이용하는 것이어서 액체질소 온도와 같은 냉각 과정을 포함하지 않을 수 있고, 따라서 상기 방사성 핵종의 분석 장치는 액체질소를 이용하는 냉각부재를 실질적으로 포함하지 않을 수 있다. 상기 냉각부재를 실질적으로 포함하지 않는다는 것의 의미는, 상기 방사성 핵종의 분석 장치가 상기 냉각부재를 전혀 포함하지 않아도 된다는 것을 의미할 수 있다.The X-ray detector may not include a cooling process such as liquid nitrogen temperature because silicon is used as an intermediary material among silicon-based semiconductor detectors, and thus, the radionuclide analysis device includes a cooling member using liquid nitrogen. It may not be substantially included. The meaning of substantially not including the cooling member may mean that the radionuclide analysis apparatus does not need to include the cooling member at all.

구체적으로 상기 X선 검출기는 SDD(Silicon Drift Detector)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 보관용기로부터 상기 X선 검출기까지의 거리는 20 mm 이하일 수 있고, 상기 적어도 하나의 X선 검출기는 일정한 간격으로 이격된 복수의 X선 검출기일 수 있다.Specifically, the X-ray detector may include a Silicon Drift Detector (SDD), a distance from the first storage container to the X-ray detector may be 20 mm or less, and the at least one X-ray detector is spaced apart at regular intervals. It may be a plurality of X-ray detectors.

그 외에, 상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료, 상기 제1 보관용기, 상기 X선 검출기는 '1. 방사성 핵종의 분석 방법'에서 전술한 내용을 동일하게 적용할 수 있다.In addition, the Fe-55 and Ni-59-containing sample, the first storage container, and the X-ray detector are '1. The same can be applied to the above information in'Method of analyzing radionuclides'.

전술한 바와 같이 본 발명에 따른 방사성 핵종의 분석 장치를 이용하는 경우에는 유기 폐액을 포함하는 2차 방사성 폐기물이 발생하지 않으면서도 액체질소를 이용한 냉각부재가 필요하지 않아서 소형화된 시스템의 구성이 가능하다. 또한, 상온에서 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 정량, 정성 분석이 가능함에 따라, 종래에 X선 검출기로 이용되던 액체 섬광 계수기(LSC)에서 유기 폐액이 발생하는 문제를 해결하고, 저에너지 영역 게르마늄 검출기(LEGe), 또는 Si(Li) 반도체 검출기에서 액체질소 사용으로 인한 검출기 교체를 위한 번거로움, 다량의 방사성 핵종 함유 콘크리트 또는 토양을 분석함에 있어서 많은 시간과 인력이 소요되는 문제점을 극복할 수 있다.As described above, in the case of using the radionuclide analysis apparatus according to the present invention, a cooling member using liquid nitrogen is not required while secondary radioactive waste including organic waste is not generated, and thus a miniaturized system can be configured. In addition, as quantitative and qualitative analysis is possible from the energy spectrum derived from X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 at room temperature, organic waste liquid is generated in the liquid scintillation counter (LSC) used as an X-ray detector. Solving the problem, and the hassle of replacing the detector due to the use of liquid nitrogen in the low energy domain germanium detector (LEGe) or Si(Li) semiconductor detector, and a lot of time and manpower in analyzing concrete or soil containing a large amount of radionuclides. You can overcome the required problems.

나아가 소형화된 여러 대의 장비(X선 검출기)를 동시에 배치하여 분석 효율을 높이거나, 일련으로 배치하여 연속적으로 분석(즉, 자동화 공정에 적용)할 수 있어서, 한 개의 시료를 분석할 수 있는 효율이 증가하여 방사성 핵종 함유 시료로부터 Fe-55 및 Ni-59의 분석 시간이 단축될 수 있다.Furthermore, it is possible to increase the analysis efficiency by placing several miniaturized devices (X-ray detectors) at the same time, or to analyze them continuously (i.e., applied to an automated process) by placing them in series, so the efficiency to analyze one sample is improved. As a result, the analysis time of Fe-55 and Ni-59 from samples containing radionuclides can be shortened.

이하에서는 미지의 방사성 고체 폐기물의 Fe-55 및 Ni-59의 정성/정량 분석을 수행하기 전에, 기지의 방사능(Bq)의 표준 방사성 핵종을 이용하여 X선 검출기의 계측 효율을 계산하는 구체적인 방법을 서술하였다.Hereinafter, before performing the qualitative/quantitative analysis of Fe-55 and Ni-59 of unknown radioactive solid waste, a specific method of calculating the measurement efficiency of the X-ray detector using a standard radionuclide of known radioactivity (Bq) is described. Described.

예를 들어, Fe-55와 Ni-59이 혼합된 표준 방사성 핵종(기지의 방사능(Bq)의 표준 방사성 핵종) 혼합물을 알칼리 용융시킨 후에 원심분리용 15 mL 튜브에 0.2 % 질산 용액 5 mL에 캐리어로서 철과 니켈을 2 mg씩 추가한 후 Fe-55와 Ni-63을 각각 첨가하여 준비할 수 있다. 혼합된 용액은 뚜껑을 닫고 잘 흔들어 섞어준 후, 4 M 수산화나트륨 용액을 첨가하여 pH를 8~9 사이로 높여준다. 이후 침전이 잘 숙성되도록 30분 가량을 상온에서 방치한 후 Whatman GF/C (pore size: 1.2 μm) 필터를 이용하여 지름 2 cm, 최대 두께 50 ㎛의 침전물을 분리할 수 있다. 분리가 끝난 필터는 건조 후에, 표면을 보호하고 검출기의 오염을 방지하기 위해 폴리프로필렌 필름 (두께: 0.2 μm)으로 감싸서 시료를 준비할 수 있다.For example, after alkali melting a mixture of standard radionuclides (standard radionuclides of base radioactivity (Bq)) of Fe-55 and Ni-59, a carrier in 5 mL of 0.2% nitric acid solution in a 15 mL tube for centrifugation. It can be prepared by adding 2 mg of iron and nickel each, and then adding Fe-55 and Ni-63 respectively. For the mixed solution, close the lid and shake well, and then add 4 M sodium hydroxide solution to increase the pH between 8 and 9. Thereafter, the precipitates are allowed to stand at room temperature for about 30 minutes so that the precipitates mature well, and then the precipitates having a diameter of 2 cm and a maximum thickness of 50 μm can be separated using a Whatman GF/C (pore size: 1.2 μm) filter. After the separated filter is dried, a sample can be prepared by wrapping it with a polypropylene film (thickness: 0.2 μm) to protect the surface and prevent contamination of the detector.

상기 시료에 대하여 본 발명의 X선 검출기인 SDD (XR-100 Fast SDD-70)를 이용하여 측정한 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 도 3에 나타내었다.The energy spectrum derived from X-rays measured using the SDD (XR-100 Fast SDD-70), an X-ray detector of the present invention, for the sample is shown in FIG. 3.

위에서 제조한 시료를 이용하여 상온에서 상기 SDD의 카운터(Counter)에 들어오는 Fe-55 및 Ni-59의 X선 광양자 개수(계수)를 측정하여 계수율(단위 시간 당 계수)을 측정하고, 표준 방사성 핵종의 방사능(Bq)과 Fe-55와 Ni-59의 각 에너지 영역에서의 방사성 핵종 에너지 붕괴확률을 곱한 값으로 나누어 주어서(하기 계산식 1 참조), Fe-55 및 Ni-59의 각 에너지 영역에서 상기 SDD의 계측 효율을 산출할 수 있다.Using the sample prepared above, the counting rate (count per unit time) was measured by measuring the number (count) of X-ray photons of Fe-55 and Ni-59 entering the SDD counter at room temperature, and a standard radionuclide. Divided by the product of the radioactivity (Bq) of and the probability of decay of the energy of radionuclides in each energy region of Fe-55 and Ni-59 (see Equation 1 below), and the above in each energy region of Fe-55 and Ni-59 SDD measurement efficiency can be calculated.

<계산식 1><Calculation 1>

Figure pat00001
Figure pat00001

(여기서, A: 방사능(Bq), CPS: 계수율, ε: SDD 검출기 계측효율, γ: 방사성 핵종 에너지 붕괴확률)(Where, A: radioactivity (Bq), CPS: counting rate, ε: SDD detector measurement efficiency, γ: radionuclide energy decay probability)

Fe-55와 Ni-59의 각 에너지 영역에서의 방사성 핵종 에너지 붕괴확률은 이론값으로서 Monographie BIPM-Table of Radionuclides Vol.3, page 5 및 Vol.6, page 7에서 얻어질 수 있다.The probability of decay of radionuclides energy in each energy domain of Fe-55 and Ni-59 can be obtained from Monographie BIPM-Table of Radionuclides Vol. 3, page 5 and Vol. 6, page 7 as theoretical values.

상기에서 산출된 SDD의 계측 효율은 표준 방사성 핵종의 방사능, 방사성 핵종 에너지 붕괴확률, 측정횟수 등에 따라서 오차가 있을 수 있으며, 이러한 오차를 줄이기 위해 보정 과정을 거쳐서 얻어지는 계측 효율(보정치)을 이용할 수도 있다.The measurement efficiency of SDD calculated above may have an error depending on the radioactivity of the standard radionuclide, the probability of radionuclide energy decay, the number of measurements, etc., and the measurement efficiency (corrected value) obtained through the calibration process may be used to reduce such errors. .

이러한 계측 효율(보정치)를 이용하여서, 상기 SDD를 이용하여 미지의 방사성 고체 폐기물에 대한 정성 분석 및 정량 분석을 수행할 수 있다.Using this measurement efficiency (corrected value), qualitative analysis and quantitative analysis of unknown radioactive solid waste can be performed using the SDD.

구체적으로 상기 방사성 고체 폐기물에 대하여, 본 발명의 X선 검출기인 SDD를 이용하여 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 측정하였을 때, 도 3과 같은 에너지 스펙트럼이 얻어진다면, 상기 미지의 방사성 고체 폐기물에는 Fe-55와 Ni-59가 함유되어 있다는 것을 알 수 있다.Specifically, for the radioactive solid waste, when the energy spectrum derived from X-rays is measured using the SDD, an X-ray detector of the present invention, if the energy spectrum as shown in FIG. 3 is obtained, Fe- It can be seen that it contains 55 and Ni-59.

다음으로는, 상기 방사성 고체 폐기물에 대해 상온에서 상기 SDD의 카운터(Counter)에 들어오는 Fe-55 및 Ni-59의 X선 광양자 개수(계수)를 일정 시간 동안 측정하여 계수율(단위 시간 당 계수)을 계산하고, 이를 사전에 산출된 SDD의 계측 효율과 Fe-55와 Ni-59의 각 에너지 영역에서의 방사성 핵종 에너지 붕괴확률을 곱한 값으로 나누어 주어서, 상기 계산식 1을 통해 방사성 고체 폐기물에 함유된 Fe-55 및 Ni-59의 각 에너지 영역에서 유래되는 방사능(Bq)을 측정할 수 있다.Next, the number (count) of X-ray photons of Fe-55 and Ni-59 entering the SDD counter at room temperature for the radioactive solid waste is measured for a certain period of time to determine the counting rate (count per unit time). It is calculated and divided by a value obtained by multiplying the measurement efficiency of SDD calculated in advance and the probability of decay of the energy of radionuclides in each energy region of Fe-55 and Ni-59, and Fe contained in the radioactive solid waste through the above calculation formula 1 The radioactivity (Bq) derived from each energy region of -55 and Ni-59 can be measured.

특히 본 발명의 X선 검출기(SDD)를 이용하는 경우에는 Fe-55와 Ni-59이 함유된 방사성 고체 폐기물에 대하여 각각의 에너지 영역에서의 피크가 겹치지 않고 명백히 구분되어 4개로 나타나는 것을 확인할 수 있는 반면에, 기존의 LEGe 검출기(ORTEC사, GLP-36360/13)를 이용하여 측정한 경우에는 도 5에 나타낸 바와 같이 X선 유래의 에너지 스펙트럼 피크가 서로 겹치는 것을 확인할 수 있으며, 이에 따라 X선 검출기를 통한 분석 전에 Fe-55와 Ni-59 핵종을 분리하는 과정이 수행되어야만 하는 것을 알 수 있다.In particular, in the case of using the X-ray detector (SDD) of the present invention, it can be confirmed that the peaks in the respective energy domains do not overlap but appear as four clearly separated radioactive solid wastes containing Fe-55 and Ni-59. In the case of measurement using an existing LEGe detector (ORTEC, GLP-36360/13), it can be confirmed that the energy spectrum peaks derived from X-rays overlap each other, as shown in FIG. 5, and accordingly, the X-ray detector It can be seen that the process of separating Fe-55 and Ni-59 nuclides must be performed before the analysis through the analysis.

즉 본 발명의 방사성 핵종의 분석 방법 및 장치에 따르면, 방사성 고체 폐기물에 함유된 Fe-55와 Ni-59를 사전 분리 과정 없이도 X선 유래의 에너지 스펙트럼에서 두 핵종의 각 에너지 영역대별 피크가 육안으로도 명백하게 구분이 되어서, 정성 분석 및 정량 분석이 단일의 측정만으로도 가능하였다. 이는 본 발명에 따른 X선 검출기가 Fe-55와 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼 피크의 분해능(해상도)이 기존의 검출기에 비하여 우수하기 때문임을 확인할 수 있었다.That is, according to the method and apparatus for analyzing radionuclides of the present invention, the peaks for each energy region of the two nuclides in the X-ray-derived energy spectrum without prior separation of Fe-55 and Ni-59 contained in radioactive solid waste are visually observed. Also clearly distinguished, qualitative analysis and quantitative analysis was possible with only a single measurement. It was confirmed that this is because the X-ray detector according to the present invention has superior resolution (resolution) of the X-ray-derived energy spectrum peaks of Fe-55 and Ni-59 compared to conventional detectors.

Claims (16)

(A) Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 준비하는 단계;
(B) 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트(drift) 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하는 적어도 하나의 X선 검출기로 검출하여 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 단계; 및
(C) 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 단계;
를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
(A) preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59;
(B) Converting X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and measuring the intensity of photon energy using silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field Obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting with at least one X-ray detector; And
(C) determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the obtained Fe-55 and Ni-59;
The method of analyzing a radionuclide comprising a.
청구항 1에 있어서,
상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료는 Fe-55 및 Ni-59 함유 방사성 고체 폐기물을 용융시킨 후에 상기 용융된 방사성 고체 폐기물을 침전시켜서 얻어지는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
The sample containing Fe-55 and Ni-59 is obtained by melting the radioactive solid waste containing Fe-55 and Ni-59 and then precipitating the molten radioactive solid waste.
청구항 1에 있어서,
상기 X선 검출기는 SDD(Silicon Drift Detector)를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
The X-ray detector is a radionuclide analysis method comprising a SDD (Silicon Drift Detector).
청구항 1에 있어서,
상기 방사성 핵종의 분석 방법은 액체질소를 이용하여 냉각하는 단계를 실질적으로 포함하지 않는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
The method for analyzing radionuclides does not substantially include cooling using liquid nitrogen.
청구항 1에 있어서,
상기 방사성 핵종의 분석 방법은 유기 폐액을 포함하는 2차 방사성 폐기물이 실질적으로 발생하지 않는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
The method of analyzing the radionuclide is a method of analyzing a radionuclide that does not substantially generate secondary radioactive waste containing organic waste liquid.
청구항 1에 있어서,
상기 (B) 단계에서, 일정한 간격으로 이격된 복수의 X선 검출기로 검출하여 상기 에너지 스펙트럼을 얻는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
In the step (B), the energy spectrum is obtained by detecting with a plurality of X-ray detectors spaced at regular intervals.
청구항 1에 있어서,
(A1) 제1 보관용기에 수용된 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 준비하는 단계;
(B1) 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하는 적어도 하나의 X선 검출기로 검출하여 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 단계; 및
(C1) 상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정한 후에, 상기 제1 보관용기를 외부로 이송하고, Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 제2 보관용기로 대체시키는 단계를 포함하는 사이클을 일정한 시간 간격으로 반복적으로 수행하는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method according to claim 1,
(A1) preparing a sample containing Fe-55 and Ni-59 accommodated in a first storage container;
(B1) At least one that converts X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and measures the intensity of photon energy using silicon as a mediating material when the electric charges move in a drift electric field Obtaining an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59 by detecting with an X-ray detector of; And
(C1) After determining the radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the X-ray-derived energy spectrum of the obtained Fe-55 and Ni-59, the first storage container was transferred to the outside, and Fe A method for analyzing radionuclides, wherein a cycle comprising the step of replacing the sample containing -55 and Ni-59 with a second storage container accommodated is repeatedly performed at regular time intervals.
청구항 7에 있어서,
상기 (C1) 단계에서, 상기 제1 보관용기를 상기 제1 보관용기와 일련(series)으로 배열되어 있는 상기 제2 보관용기로 대체시키는 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method of claim 7,
In the step (C1), the method of analyzing a radionuclide by replacing the first storage container with the second storage container arranged in a series with the first storage container.
청구항 7에 있어서,
상기 제1 보관용기로부터 상기 적어도 하나의 X선 검출기까지의 거리가 20 mm 이하인 것인 방사성 핵종의 분석 방법.
The method of claim 7,
The method of analyzing radionuclides in which the distance from the first storage container to the at least one X-ray detector is 20 mm or less.
Fe-55 및 Ni-59 함유 시료를 보관하기 위한 제1 보관용기;
상기 제1 보관용기로부터 일정한 거리에 배치되며, 상기 시료에 함유된 Fe-55 및 Ni-59로부터 발생되는 X선을 전하로 변환하고, 상기 전하가 드리프트 전기장에서 이동할 때 매개 물질로서 실리콘을 이용하여 광자에너지의 세기를 측정하여, 상기 Fe-55 및 상기 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼을 얻는 적어도 하나의 X선 검출기; 및
상기 얻어진 Fe-55 및 Ni-59의 X선 유래의 에너지 스펙트럼으로부터 상기 시료에 함유된 Fe-55와 Ni-59의 방사능을 결정하는 측정부;
를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
A first storage container for storing samples containing Fe-55 and Ni-59;
It is disposed at a certain distance from the first storage container, converts X-rays generated from Fe-55 and Ni-59 contained in the sample into electric charges, and uses silicon as a medium when the electric charges move in a drift electric field. At least one X-ray detector for measuring the intensity of photon energy to obtain an X-ray-derived energy spectrum of the Fe-55 and Ni-59; And
A measuring unit for determining radioactivity of Fe-55 and Ni-59 contained in the sample from the energy spectrum derived from X-rays of the obtained Fe-55 and Ni-59;
A radionuclide analysis device comprising a.
청구항 10에 있어서,
상기 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 상기 제1 보관용기를 일정한 시간 간격으로 외부로 이송시켜서, 상기 제1 보관용기를 Fe-55 및 Ni-59 함유 시료가 수용된 제2 보관용기로 대체시키기 위한 이송 수단을 더 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 10,
The first storage container containing the Fe-55 and Ni-59-containing samples is transferred to the outside at regular time intervals, and the first storage container is replaced with a second storage container containing the Fe-55 and Ni-59-containing samples. The radionuclide analysis apparatus further comprising a transport means for making.
청구항 11에 있어서,
상기 이송 수단은 상기 제1 보관용기와 상기 제2 보관용기는 일련(series)으로 배열되어 있는 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 11,
The transport means is the radionuclide analysis apparatus in which the first storage container and the second storage container are arranged in a series.
청구항 10에 있어서,
상기 X선 검출기는 SDD(Silicon Drift Detector)를 포함하는 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 10,
The X-ray detector is a radionuclide analysis device comprising a SDD (Silicon Drift Detector).
청구항 10에 있어서,
상기 방사성 핵종의 분석 장치는 액체질소를 이용하는 냉각부재를 실질적으로 포함하지 않는 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 10,
The radionuclide analysis apparatus substantially does not include a cooling member using liquid nitrogen.
청구항 10에 있어서,
상기 제1 보관용기로부터 상기 적어도 하나의 X선 검출기까지의 거리가 20 mm 이하인 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 10,
A radionuclide analysis apparatus wherein the distance from the first storage container to the at least one X-ray detector is 20 mm or less.
청구항 10에 있어서,
상기 적어도 하나의 X선 검출기는, 일정한 간격으로 이격된 복수의 X선 검출기인 것인 방사성 핵종의 분석 장치.
The method of claim 10,
The at least one X-ray detector is a radionuclide analysis apparatus that is a plurality of X-ray detectors spaced at regular intervals.
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