KR20220100394A - 감마선을 이용한 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기의 교정 인자 산출 방법 - Google Patents

감마선을 이용한 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기의 교정 인자 산출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기(이하 ‘감시기’)를 교정하기 위한 교정 인자를 산출하는 방법에 있어서, 감마선의 방사선량률에 따른 감시기의 반응도와 삼중수소 표준가스의 농도에 따른 감시기의 반응도 간 관계를 보다 경제적이고 효율적으로 감시기를 교정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

감마선을 이용한 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기의 교정 인자 산출 방법{THE CALCULATION METHOD OF CALIBRATION FACTORS FOR PORTABLE TRITIUM-IN-AIR-MONITOR USING GAMMA RAYS}
본 발명은 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 교정하는 기준인 교정 인자를 산출하는 방법에 관한 것이다.
삼중수소는 우주선에 의해 극히 일부 생성되지만, 핵무기 실험 과정, 원자력 발전소 운영 과정 등에서 발생하여 주로 배출된다. 삼중수소는 12.3년의 반감기를 가지는 순수 베타 방출 핵종으로 자연 붕괴하여 최대 에너지 18.6 keV의 베타선을 방출하며 안정동위원소인 헬륨(3He)으로 변환된다. 따라서 원자력 발전소에서는 삼중수소에 의한 종사자 피폭 관리를 위해서 주기적으로 공기 중과 수중에서의 삼중수소 농도를 측정해야 한다.
일반적으로 공기 중의 삼중수소 농도는 공기 시료 채취 장치를 이용하여 시료를 채집하고, 액체섬광계수기(LSC)로 분석하여 측정한다. 그러나 Passive Sampling/LSC 분석법을 이용하면 시료를 채집하는데 1시간가량 소요되고 LSC를 통해 분석하는데 1시간가량 소요되어, 해당 지역의 공기 중 삼중수소 농도를 실시간을 즉각 확인할 수 없다는 문제가 있다. 이에 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 이용하면 공기 중 삼중수소 농도를 신속하게 측정할 수 있다.
휴대용 공기 중 삼중수소 감시기는 검출기 내로 공기를 흡입하여 직접 삼중수소 농도를 측정할 수 있는 장비이다, 도 1은 종래의 휴대용 삼중수소 측정기의 구성도로서, 점선으로 표시된 영역이 휴대용 삼중수소 측정기이다. 휴대용 삼중수소 측정기는 상단의 보상챔버와 하단의 측정챔버로 병렬로 배치되어 구성된다. 측정챔버에만 유로가 형성되고, 보상챔버에는 유로가 형성되지 않아, 채집된 공기는 측정챔버로만 유입된다. 측정챔버는 유입된 공기에 대해 공기 중에 존재하는 삼중수소, 라돈에서 방출되는 베타입자와 주변 감마선에 의해 생성된 전류를 측정할 수 있는 반면, 보상챔버는 감마선에 의한 전류값만을 측정할 수 있다. 따라서 측정챔버에서 측정된 수치에서 보상챔버에서 측정된 수치를 빼서 공기 중 삼중수소 농도를 결정할 수 있다.
다만, 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 지속적으로 사용하기 위해서는 주기적인 교정(Calibration)이 필요하다. 교정은 미리 농도를 알고 있는 삼중수소 표준가스를 이용하여, 이를 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기에 주입시켜 측정된 결과와 비교하여 수행된다. 그러나 국내에는 삼중수소 표준가스에 대한 국가 표준이 없어 해외에서 수입을 해야 하고, 방사성물질인 삼중수소 표준가스를 이용하기 위해서는 적절한 후드 및 분배장치 등이 추가적으로 필요하여 문제가 된다. 따라서 매년 삼중수소 표준가스를 이용하여 교정하는 것은 효율성이 낮아지고, 비용이 발생하여 경제적이지 못하다는 문제가 있다.
이에 본 출원인은 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 교정함에 있어 삼중수소 표준가스를 이용하지 않고 감사선을 이용할 수 있는 방법에 관한 연구 개발을 진행하였다.
한국등록특허 제10-1397960호 한국등록특허 제10-0900355호
본 발명은 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 교정하는 기준인 교정 인자를 산출하는 방법으로서, 삼중수소 표준가스가 아닌 감마선을 이용하여 교정 인자를 산출하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기(이하 ‘감시기’)를 교정하기 위한 교정 인자를 산출하는 방법에 있어서, (a) 감마선의 방사선량률에 따른 상기 감시기의 반응을 통해 상기 감마선에 대한 상기 감시기의 제1 반응식을 산출하는 단계; (b) 삼중수소 표준가스의 농도에 따른 상기 감시기의 반응을 통해 상기 삼중수소 표준가스에 대한 상기 감시기의 제2 반응식을 산출하는 단계; (c) 상기 제1 반응식과 상기 제2 반응식을 상기 감시기의 반응에 대해 연계하여, 상기 감마선과 상기 삼중수소 표준가스 농도에 대한 제3 관계식을 산출하는 단계; (d) 상기 제3 관계식을 통해 상기 감마선의 방사선량률에 대한 상기 삼중수소 표준가스의 농도(제1 농도)를 산출하는 단계; (e) 상기 제2 반응식을 통해 상기 감마선의 방사선량률 대한 상기 감시기의 반응에 대응하는 상기 삼중수소 표준가스의 농도(제2 농도)를 산출하는 단계; 및 (f) 상기 제1 농도와 상기 제2 농도를 비교하여 교정 인자를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 감마선은,
Figure pat00001
일 수 있다.
바람직하게, 상기 (b)단계에서 산출된 상기 제2 반응식은, y=5.4508x+0.8442일 수 있다.
바람직하게, 상기 (c)단계에서 산출된 상기 제3 관계식은, y=8.0906x-6.7422일 수 있다.
바람직하게, 상기 (f)단계에서 산출되는 상기 교정 인자는, 상기 제2 농도 대비 상기 제1 농도의 비율로 산출될 수 있다.
본 발명은 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기를 교정하는 데 있어 감마선과 삼중수소 표준가스 간 관계를 이용하므로, 삼중수소 표준가스를 직접적으로 사용하지 않고도 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기의 장치적·방법적 변형 없이 기존 장비를 그대로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 경우에도 삼중수소 표준가스가 교정의 기준이 되므로 감마선을 통해서도 신뢰성을 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 해외 수입이 요구되는 삼중수소 표준가스를 이용하지 않고 감마선을 이용함으로써 별도의 비용이 발생하지 않아 경제적인 장점이 있다. 이를 통해 기존에 삼중수소 표준가스를 이용하는 것보다 주기적인 교정이 가능하다는 장점을 갖는다.
도 1은 종래의 휴대용 삼중수소 측정기의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기의 교정 인자를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실험 례에 따른 감마선의 방사선량률과 감시기의 반응에 관한 결과를 표로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실험 례에 따른 삼중수소 표준가스의 농도와 감시기의 반응에 관한 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실험 례로서 감시기에 동일한 반응도를 나타내는 감마선량률과 삼중수소의 농도를 나타낸 표이다.
도 6은 도 5의 결과를 바탕으로 감마선과 삼중수소의 관계를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기(이하 ‘감시기’)의 교정 인자를 산출하는 방법을 나타낸 순서도이다. 도 3은 본 발명의 실험 례에 따른 감마선의 방사선량률과 감시기의 반응에 관한 결과를 표로 나타낸 것이다. 도 4는 본 발명의 실험 례에 따른 삼중수소 표준가스의 농도와 감시기의 반응에 관한 결과 그래프이다. 도 5는 본 발명의 실험 례로서 감시기에 동일한 반응도를 나타내는 감마선량률과 삼중수소의 농도를 나타낸 표이다. 도 6은 도 5의 결과를 바탕으로 감마선과 삼중수소의 관계를 나타낸 그래프이다. 이하, 본 발명의 교정 인자 산출 방법을 도 2의 개념과 도 3 내지 도 6의 구체적인 실시 예를 이용하여 자세히 설명한다.
교정 인자란, 미리 농도를 알고 있는 삼중수소 표준가스에 대한 농도와 감시기를 통해 측정된 삼중수소 표준가스의 농도 간의 비율로서, 감시기를 교정하는 기준이 되는 도구이다. 이에 본 발명은 감시기로 직접적으로 삼중수소 표준가스의 농도를 측정하지 않고, 감마선을 측정한 결과를 삼중수소 표준가스의 농도로 변환하여 종래와 다른 교정 인자를 산출하는 것을 기술적 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 감시기는 다양한 감마선의 방사선량률에 대해 다른 반응을 나타낼 수 있다. 이를 통해 본 발명의 (a)단계에서 감마선의 방사선량률에 따른 감시기의 반응 간 관계를 감시기의 감마선에 대한 반응으로 제1 반응식을 산출할 수 있다. 보다 상세하게, 도 3의 본 발명의 실시 예와 같이 5.00 내지 500.00uSv/h의 다양한 감마선량률에 대한 감시기의 반응 결과(반응도)를 각각 측정할 수 있다. 감마선은
Figure pat00002
일 수 있다.
또한 감시기는 다양한 삼중수소 표준가스의 농도에 대해 다른 반응을 나타낼 수 있다. 감시기는 챔버(검출기)에서 발생되는 전기신호를 삼중수소 농도로 변환한다. 따라서, 모든 감시기는 삼중수소 표준가스에 대한 반응(전류값)을 통해 삼중수소의 농도를 파악할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 삼중수소 표준가스의 농도에 따른 감시기의 반응 데이터는 기저장된 데이터일 수 있다. 이를 통해 삼중수소 표준가스의 농도에 따른 감시기의 반응으로 제2 반응식을 산출하는데 활용될 수 있으며, 삼중수소의 농도와 감시기의 반응의 관계(즉, 제2 반응식)는 경험적으로 산출될 수 있다. 본 발명의 실시 예인 도 4의 그래프는 기저장된 복수의 삼중수소 농도에 대한 감시기의 반응을 통해 생성한 그래프이며, 삼중수소 농도와 그에 따른 감시기의 반응은 y=5.4508x+0.8442 관계를 가질 수 있다. (a)단계와 (b)단계는 순서에 영향받지 않고 (b)단계가 먼저 수행될 수 있다.
본 발명은 감마선과 삼중수소 표준가스에 대한 감시기의 반응의 관계를 이용한 것으로, 감시기의 감마선에 대한 제1 반응식과 삼중수소 표준가스에 대한 제2 반응식을 반응 결과로 연계할 수 있다. 본 발명의 실시 예인 도 5는 동일한 반응도에서의 감마선량률과 삼중수소 농도로서, 양 데이터는 감시기의 반응 결과(반응도)로 연계될 수 있음을 나타낸다. 이렇듯 감마선량률과 삼중수소 농도가 동일한 요소(반응도)로 연계됨으로써 (c)단계에서 제3 관계식이 산출될 수 있다. 본 발명의 실시예인 도 6의 그래프는 감마선량률과 삼중수소 농도를 연계한 도 5를 바탕으로 양 데이터의 관계를 나타낸 그래프이며, 감마선량률과 삼중수소 농도는 y=8.0906x-6.7422 관계를 가질 수 있다.
제3 관계식을 이용하면, 조사하고자 하는 감마선량률에 해당하는 삼중수소 표준가스의 농도(제1 농도)를 산출할 수 있고((d)단계), 제2 반응식을 통해 감마선의 방사선량률 대한 감시기의 반응에 대응하는 삼중수소 표준가스의 농도(제2 농도)를 산출할 수 있다((e)단계). 제1 농도와 제2 농도를 비교하여 교정 인자를 산출할 수 있으며((f)단계), 교정 인자는 제1농도와 제2 농도의 비율일 수 있다.
산출된 교정 인자를 감시기에서 측정된 삼중수소의 농도값에 적용하여 교정함으로써 신뢰도 있는 삼중수소 농도를 얻을 수 있다. 예를 들어, 특정 지역에서 감지기를 통해 측정된 삼중수소 농도가 10uCi/m3이고, 교정 인자가 0.9인 경우, 삼중수소 농도가 10uCi/m3에 교정 인자 0.9를 적용하여 최종 삼중수소 농도로서 9uCi/m3를 산출할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.

Claims (5)

  1. 휴대용 공기 중 삼중수소 감시기(이하 ‘감시기’)를 교정하기 위한 교정 인자를 산출하는 방법에 있어서,
    (a) 감마선의 방사선량률에 따른 상기 감시기의 반응을 통해 상기 감마선에 대한 상기 감시기의 제1 반응식을 산출하는 단계;
    (b) 삼중수소 표준가스의 농도에 따른 상기 감시기의 반응을 통해 상기 삼중수소 표준가스에 대한 상기 감시기의 제2 반응식을 산출하는 단계;
    (c) 상기 제1 반응식과 상기 제2 반응식을 상기 감시기의 반응에 대해 연계하여, 상기 감마선과 상기 삼중수소 표준가스 농도에 대한 제3 관계식을 산출하는 단계;
    (d) 상기 제3 관계식을 통해 상기 감마선의 방사선량률에 대한 상기 삼중수소 표준가스의 농도(제1 농도)를 산출하는 단계;
    (e) 상기 제2 반응식을 통해 상기 감마선의 방사선량률 대한 상기 감시기의 반응에 대응하는 상기 삼중수소 표준가스의 농도(제2 농도)를 산출하는 단계; 및
    (f) 상기 제1 농도와 상기 제2 농도를 비교하여 교정 인자를 산출하는 단계를 포함하는 교정 인자 산출 방법.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 감마선은,
    Figure pat00003
    인 것을 특징으로 하는 교정 인자 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 산출된 상기 제2 반응식은,
    y=5.4508x+0.8442인 것을 특징으로 하는 교정 인자 산출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 산출된 상기 제3 관계식은,
    y=8.0906x-6.7422인 것을 특징으로 하는 교정 인자 산출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f)단계에서 산출되는 상기 교정 인자는,
    상기 제2 농도 대비 상기 제1 농도의 비율로 산출되는 것을 특징으로 하는 교정 인자 산출 방법.
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