KR20220109582A - 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템 및 방법 - Google Patents

물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법이 개시된다. 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법은 콤프턴 카메라를 이용하여 물체 내부의 방사선원에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하고, 상기 감마선의 반응 정보로부터 상기 방사선원의 위치 정보를 산출하는 단계; 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출하는 단계; 및 상기 감마선의 반응 정보와 상기 감마선의 계측 효율을 이용하여 상기 방사선원의 방사능을 추정하는 단계를 포함한다.

Description

물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템 및 방법{System and method for estimating the radiation activity of a radiation source located inside an object}
본 발명은 방사능 추정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사성 물질의 분포를 삼차원적으로 영상화할 수 있는 콤프턴 카메라를 활용하여 물체 내부에 존재하는 방사성 물질의 방사능을 정량적으로 추정할 수 있는 방사능 추정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
원전 해체 시 발생하는 콘크리트 폐기물 내의 방사성 물질, 또는 방사성 폐기물 드럼 내의 핫스팟과 같이 물체 내부에 위치한 방사성 물질의 방사능을 정량적으로 추정하기 위해서는 방사성 물질의 삼차원적인 위치를 정확하게 파악하는 것이 요구된다. 방사성 물질 탐지 기술 중 하나인 콤프턴 영상 기법은 고에너지 감마선의 탐지 능력이 우수하여 원자력 발전 시설 및 방사성 폐기물 등에 존재하는 방사성동위원소의 분포를 삼차원적으로 영상화할 수 있다는 이점을 가진다.
콤프턴 영상 기법을 활용한 영상장비인 콤프턴 카메라는 감마선의 반응 위치와 에너지 정보를 동시에 획득할 수 있는 위치민감형 검출기로 구성된다. 콤프턴 카메라는 위치민감형 검출기에서 감마선이 콤프턴 산란 반응을 거친 뒤 연이어 광전 흡수 반응을 일으킨 경우를 선택적으로 취한다. 각 반응에서의 반응 위치 및 에너지 정보를 감마선의 콤프턴 산란 시 물리적 특성에 따라 연산하면, 감마선이 방출된 위치를 특정한 원뿔면으로 제한할 수 있다. 상기 원뿔면은 상술한 일련의 반응마다 한 개씩 얻어지며, 이를 지속적인 측정을 통해 영상공간상에서 중첩시키면 상기 감마선을 방출한 방사성 오염의 삼차원적 위치를 알아낼 수 있다.
최근에는 상기 콤프턴 카메라를 통해 획득한 삼차원적 위치정보를 활용하여 방사성 오염이 위치한 지점에 대해 영상 지점 별 에너지 스펙트럼 (point-wise energy spectrum)을 획득하고, 이를 통해 수 m 이내의 공간에서 사물의 표면에 위치한 방사성 물질의 방사능을 정량적으로 추정하는 기술이 개발된 바 있다.
대부분의 방사성 오염 탐지 작업의 경우, 방사성 오염의 위치, 핵종, 세기에 대한 정보를 알아야만 법령에 따라 상기 방사성 오염의 처분 방침을 결정할 수 있다. 상기 콤프턴 카메라를 통한 방사능 추정 방법에서는 선원의 거리가 충분히 먼 경우만을 가정하여 위치민감형 검출기와 방사선원 사이의 공간각에 비례하는 근사화된 효율 계산식을 이용하여 방사능을 추정하였다.
반면, 콤프턴 카메라를 이용하여 콘크리트 등 물체 내부에 위치한 방사선원을 탐지하는 상황은, 방사선원과 검출기 사이의 거리가 가까워 상기의 근사화된 효율 계산식을 사용할 수 없으며, 물체 내부에서 감쇠현상에 의해 계측효율이 변화됨에 따라 정확한 방사능의 정량화가 어려운 한계가 있다.
본 발명은 물체 내부에 존재하는 방사선원의 방사능을 정량적으로 추정할 수 있는 방사능 추정 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법은 콤프턴 카메라를 이용하여 물체 내부의 방사선원에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하고, 상기 감마선의 반응 정보로부터 상기 방사선원의 위치 정보를 산출하는 단계; 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출하는 단계; 및 상기 감마선의 반응 정보와 상기 감마선의 계측 효율을 이용하여 상기 방사선원의 방사능을 추정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 콤프턴 카메라는, 상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및 상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며, 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하고, 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함할 수 있다.
또한, 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는, 상기 제1위치민감형 검출기에서 감마선이 상기 콤프턴 산란 반응 시 컴프턴 산란각으로 산란한 확률과, 상기 제2위치민감형 검출기에서의 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률을 포함할 수 있다.
또한, 상기 물체를 CT 촬영하여 상기 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 획득하고, 상기 3차원 단층 영상 정보를 복수의 셀로 분할하고, 셀 단위로 감쇠 정보를 획득하는 단계를 더 포함하며, 상기 콤프턴 카메라는, 상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및 상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며, 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는, 상기 셀들 중 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에 위치하는 유효 셀들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함할 수 있다.
또한, 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는, 상기 유효 셀들 각각으로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 거리와 상기 유효 셀들의 감쇠 정보를 이용하여 상기 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 산출할 수 있다.
본 발명에 따른 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템은 물체 내부의 방사선원에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하는 콤프턴 카메라; 및 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출하고, 상기 감마선의 반응 정보와 상기 감마선의 계측 효율을 이용하여 상기 방사선원의 방사능을 추정하는 방사능 추정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 콤프턴 카메라는, 상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및 상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며, 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는, 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하고, 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함할 수 있다.
또한, 상기 물체를 CT 촬영하여 상기 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 획득하는 컴퓨터 단층촬영부를 더 포함하며, 상기 콤프턴 카메라는, 상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및 상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며, 상기 방사능 추정부는, 상기 3차원 영상 정보를 복수의 셀로 분할하고, 셀 단위로 감쇠 정보를 획득하며, 상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는, 상기 셀들 중 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에 위치하는 유효 셀들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 콤프턴 카메라를 이용하여 파악한 물체 내부의 방사성 물질 분포에 따라 물체에 의한 감쇠를 반영한 계측 효율을 계산하고, 이를 바탕으로 예측되는 방사능 수치를 정량적으로 추정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 방사능 추정 시스템 및 방법은 원자로, 원자력 발전소 혹은 가속기 시설 해체 시 콘크리트 등 구조물 내부에 위치한 방사능 오염 탐지 분야, 방사성 폐기물 처리 시설에서의 폐기물 특성 평가 분야, 원자로 내부의 방사성 물질 탐지 분야, 이 외 물체 내부에 위치한 방사성 물질의 정량 평가가 요구되는 분야에 활용될 수 있다.
도 1은 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 콤프턴 카메라에서 감마선의 반응 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 3은 감마선의 계측 효율을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능을 추정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5는 비균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템을 나타내는 도면이다.
도 6은 컴퓨터 단층촬용부로 촬연한 비균질성 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 나타내는 도면이다.
도 7은 CT 촬영을 통해 물체 내부의 복셀화된 감쇠 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다
도 8은 비균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능을 추정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
본 발명에 따른 방사능 추정 시스템은 물체 내부의 방사성 물질 분포를 삼차원으로 영상화하고, 방사성 물질의 방사능을 정량적으로 추정할 수 있다. 방사성 물질을 탐지하고자 하는 대상은 원전의 콘크리트와 같은 균질성 물체와 방사성 폐기물 드럼과 같이 다양한 물질이 포함된 비균질성 물체로 구분된다. 이하, 방사성 물질을 탐지하고자 하는 대상을 구분하여 방사능 추정 시스템을 설명하다.
먼저, 상기 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템에 대해 설명한다.
도 1은 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 콤프턴 카메라에서 감마선의 반응 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이고, 도 3은 감마선의 계측 효율을 산출하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 방사능 추정 시스템(1000)은 콤프턴 카메라(100)와 방사능 추정부(200)를 포함한다.
콤프턴 카메라(100)는 물체(10) 내부의 방사선원(20)에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득한다. 콤프턴 카메라(100)는 제1위치민감형 검출기(110)와 제2위치민감형 검출기(120)를 포함한다.
제1위치민감형 검출기(110)는 방사선원(20)로부터 방사되는 감마선이 콤프턴 산란 반응을 일으키며, 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보(P1)와 에너지 정보(E1)를 획득한다. 제1위치민감형 검출기(110)에서 산란된 감마선은 콤프턴 산란각(β)으로 제2위치민감형 검출기(120)에 입사된다.
제2위치민감형 검출기(120)는 제1위치민간형 검출기(110)의 후방에 위치하며, 제1위치민감형 검출기(110)에서 산란된 감마선이 광전 흡수 반응을 일으키며, 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보(P2)와 에너지 정보(E2)를 획득한다.
방사능 추정부(200)는 물체(10) 내에 위치한 방사선원(20)의 위치 정보를 산출하고, 물체(10) 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 콤프턴 카메라(100) 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율(ε)을 산출하고, 감마선의 반응 정보와 감마선의 계측 효율(ε)을 이용하여 상기 방사선원(20)의 방사능을 추정한다.
먼저, 방사능 추정부(200)에서 물체(10) 내에 위치한 방사선원(20)의 위치 정보를 산출하는 과정에 대해 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 감마선의 반응 정보는 콤프턴 산란 반응에서의 반응 위치 정보(P1)와 에너지 정보(E1), 그리고 연이은 광전 흡수 반응에서의 반응 위치 정보(P2)와 에너지 정보(E2)를 포함한다.
방사능 추정부(200)는 콤프턴 산란 반응과 광전 흡수 반응 시 에너지 합(
Figure pat00001
)을 히스토그램화한 합 에너지 스펙트럼을 이용하여 감마선의 초기 에너지 정보를 얻는다. 이와 동시에 콤프턴 산란 시의 산란각(β)과 반응 에너지의 관계를 나타내는 수식 1를 통해 방사선원(20)의 위치 정보를 포함하는 원뿔면(30)에 대한 정보를 얻는다.
[수식 1]
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 감마선의 에너지(
Figure pat00004
),
Figure pat00005
은 전자의 정지질량에너지임.
상기 감마선의 계측 효율의 산출은 물체(10) 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 콤프턴 카메라(100) 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용한다.
도 3을 참조하면, 물체(10) 내부에서의 감마선 감쇠 정보는 방사선원(20)의 위치 정보로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)까지의 경로(ι0+ι1)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함한다.
콤프턴 카메라(100) 내에서의 감마선의 감쇠 정보는, 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)로부터 광전 흡수 반응의 반응 위치(P2)까지의 경로(ι1'+ι2)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률과, 제1위치민감형 검출기(110)에서 감마선이 콤프턴 산란 반응 시 콤프턴 산란각(β)으로 산란할 확률과, 제2위치민감형 검출기(120)에서의 광전 흡수 반응의 반응 위치(P2)에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률을 포함한다.
실시 예에 의하면, 방사능 추정부(200)는 아래 수식 2를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출한다.
[수식 2]
Figure pat00006
여기서,
ε: 감마선의 계측 효율
μ0: 균질성 물질의 감쇠계수
μ1: 초기 감마선 에너지에 대한 제1위치민감형 검출기의 감쇠계수,
μ2: 콤프턴 산란 후 감마선 에너지에 대한 제1위치민감형 검출기의 감쇠계수
Figure pat00007
: 기준점에서 방사선원까지의 방향 벡터
Figure pat00008
: 기준점에서 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지 방향 벡터
Figure pat00009
: 기준점에서 광전 흡수 반응의 반응 위치까지 방향 벡터
Figure pat00010
: 방사선원의 위치로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로(ι0, ι1)에서 감쇠하지 않을 확률
Figure pat00011
: 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로(ι1', ι2)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률
Figure pat00012
: 감마선이 콤프턴 산란 반응 시 콤프턴 산란각으로 산란할 확률
μ2α: 광전 흡수 반응의 반응 위치에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률
을 나타냄.
한편, 콤프턴 산란 반응은 제1위치민감형 검출기(110) 내 복수의 지점에서 발생하므로, 모든 지점에 대해 적분하여 계측 효율을 계산하는 것이 쉽지 않다. 때문에, 방사능 추정부(200)는 복수의 지점들에서 임의로 반응 지점을 추출한 후 해당 조건에 대한 상기 확률들을 계산하고, 이 과정을 충분히 반복하여 근사값을 추정하는 몬테칼로 적분법을 사용하여 계측 효율을 계산할 수 있다.
일반적으로 계측효율은 측정대상의 형태나 위치에 따라 변하기 때문에, 방사선원을 미리 정해 놓은 형태와 위치 조건에서 계측 효율을 확보하고 동일 조건에서 시료를 계측하여 방사능을 추정하는 방법이 사용된다. 그러나 콤프턴 카메라(200)를 통한 방사능 정량화의 경우, 방사선원(20)의 위치가 정해져 있지 않으며 측정대상(10)의 종류에 따라 감마선이 감쇠되는 확률이 다르므로 임의의 위치에서 임의의 물질에 대한 감쇠정보를 반영한 콤프턴 카메라(100)의 계측 효율 계산이 요구된다. 본 발명에서는 상술한 방법으로, 물체(10)의 감쇠정보와 감마선의 경로를 정밀하게 반영하여 콤프턴 카메라(200)의 계측 효율을 산출할 수 있다.
상기 방사선원의 방사능 추정은 수식 3을 이용한다.
Figure pat00013
A: 방사선원의 방사능
Y는 핵종정보로부터 얻은 방서선원의 붕괴 당 감마선 방출 확률
t: 측정시간
ε: 계측 효율
N: 광전 흡수 반응에서 획득된 에너지 정보를 히스토그램화한 전 에너지에서의 피크의 계수치
상술한 방사능 추정 시스템(1000)을 이용하여, 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능을 추정하는 방법에 대해 설명한다.
도 4는 균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능을 추정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 4를 참조하면, 방사선원의 방사능 추정 방법은 방사선원의 위치 정보 산출 단계(S110), 감마선의 계측 효율 산출 단계(120), 그리고 방사선원의 방사능 추정 단계(S130)를 포함한다.
방사선원의 위치 정보 산출 단계(S110)는 콤프턴 카메라(100)를 이용하여 물체(10) 내부의 방사선원(20)에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하고, 감마선의 반응 정보로부터 방사선원(20)의 위치 정보를 산출한다. 구체적으로, 방사선원의 위치 정보 산출 단계(S110)는 콤프턴 산란 반응과 광전 흡수 반응 시 에너지 합(E1+E2)을 히스토그램화한 합 에너지 스펙트럼을 이용하여 감마선의 초기 에너지 정보를 얻고, 콤프턴 산란각(β)과 반응 에너지(E1, E2)의 관계를 나타내는 상기 수식 1를 통해 원뿔면(30)에 대한 정보를 얻고, 상기 원뿔면(30)에서 방사선원(20)의 위치 정보를 산출한다.
감마선의 계측 효율 산출 단계(S120)는 물체(10) 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 콤프턴 카메라(100) 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율(ε)을 산출한다. 구체적으로, 물체(10) 내부에서의 감마선 감쇠 정보는 방사선원(20)의 위치 정보로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)까지의 경로(ι0+ι1)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 이용하고, 콤프턴 카메라(100) 내에서의 감마선의 감쇠 정보는 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)로부터 광전 흡수 반응의 반응 위치(P2)까지의 경로(ι1'+ι2)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률과, 제1위치민감형 검출기(110)에서 감마선이 콤프턴 산란 반응 시 콤프턴 산란각(β)으로 산란할 확률과, 제2위치민감형 검출기(120)에서의 광전 흡수 반응의 반응 위치(P2)에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률을 이용한다. 일 예에 의하면, 감마선의 계측 효율(ε)은 상기 수식 2를 이용하여 산출할 수 있다.
방사선원의 방사능을 추정하는 단계(S130)는 감마선의 반응 정보와 감마선의 계측 효율(ε)을 상기 수식 3에 적용하여 방사선원의 방사능을 추정한다.
도 5는 비균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템을 나타내는 도면이고, 도 6은 컴퓨터 단층촬용부로 촬연한 비균질성 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 나타내는 도면이고, 도 7은 CT 촬영을 통해 물체 내부의 복셀화된 감쇠 정보를 획득하는 과정을 나타내는 도면이다
도 5 내지 도 7을 참조하면, 방사능 추정 시스템(1000)은 컴퓨터 단층 촬용부(300)를 더 포함한다. 컴퓨터 단층 촬영부(300)는 물체(10)를 CT(Computed Tomography) 촬영하여 물체(10) 내부의 3차원 단층 영상 정보(40)를 획득한다.
방사능 추정부(200)는 3차원 단층 영상 정보(40)를 복수의 셀(41)로 분할하고, 셀(41) 단위로 감쇠 정보를 획득한다. 비균질성 물체(10) 내에는 서로 다른 종류의 물질(40a)이 포함되므로, 셀(41) 단위로 감쇠 정보가 상이할 수 있다. 방사능 추정부(200)는 셀(41)들 중 방사선원(20)의 위치 정보로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)까지의 경로(ι)에 위치하는 유효 셀(42)들을 도출하고, 상기 유효 셀(42)들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 적용하여 비균질한 물체(10) 내부의 특정 지점에서의 계측 효율(ε)을 산출한다. 방사능 추정부(200)는 아래 수식 4를 이용하여 비균질한 물체 내부의 특정 지점에서의 계측 효율을 산출할 수 있다.
[수식 4]
Figure pat00014
여기서,
ε: 감마선의 계측 효율
μ0: 균질성 물질의 감쇠계수
μ1: 초기 감마선 에너지에 대한 제1위치민감형 검출기의 감쇠계수,
μ2: 콤프턴 산란 후 감마선 에너지에 대한 제1위치민감형 검출기의 감쇠계수
Figure pat00015
: 기준점에서 방사선원까지의 방향 벡터
Figure pat00016
: 기준점에서 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지 방향 벡터
Figure pat00017
: 기준점에서 광전 흡수 반응의 반응 위치까지 방향 벡터
Figure pat00018
: 방사선원의 위치로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로(ι0, ι1)에 위치하는 유효 셀들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률
Figure pat00019
: 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로(ι1', ι2)에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률
Figure pat00020
: 감마선이 콤프턴 산란 반응 시 콤프턴 산란각으로 산란할 확률
μ2α: 광전 흡수 반응의 반응 위치에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률
을 나타냄.
방사능 추정부(200)는 수식 4를 이용하여 산출된 감마선의 계측 효율(ε)을 상기 수식 3에 적용하여 방사선원(20)의 방사능을 추정한다.
도 8은 비균질성 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능을 추정하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 방사선원의 방사능을 추정하는 방법은 셀 단위로 감쇠 정보를 획득하는 단계(S220)를 더 포함한다.
셀 단위로 감쇠 정보를 획득하는 단계(S220)는 비균질성 물체(10)를 CT 촬영하여 물체(10) 내부의 3차원 단층 영상 정보(40)를 획득하고, 3차원 단층 영상 정보를 복수의 셀(41)로 분할한다. 그리고 셀(41)의 물질 정보에 따라 셀 단위로 감쇠 정보를 획득한다.
감마선의 계측 효율 산출 단계(S230)는 셀(41)들 중 방사선원(10)의 위치 정보로부터 콤프턴 산란 반응의 반응 위치(P1)까지의 경로(ι)에 위치하는 유효 셀(42)들을 도출하고, 상기 유효 셀(42)들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 적용하여 비균질한 물체(10) 내부의 특정 지점에서의 계측 효율을 산출한다. 감마선의 계측 효율 산출 단계(S230)는 상기 수식 4를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
1000: 방사능 추정 시스템
100: 콤프턴 카메라
110: 제1위치민감형 검출기
120: 제2위치민감형 검출기
200: 방사능 추정부
300: 컴퓨터 단층 촬영부

Claims (8)

  1. 콤프턴 카메라를 이용하여 물체 내부의 방사선원에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하고, 상기 감마선의 반응 정보로부터 상기 방사선원의 위치 정보를 산출하는 단계;
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출하는 단계; 및
    상기 감마선의 반응 정보와 상기 감마선의 계측 효율을 이용하여 상기 방사선원의 방사능을 추정하는 단계를 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 콤프턴 카메라는,
    상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및
    상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며,
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는
    상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하고,
    상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는,
    상기 제1위치민감형 검출기에서 감마선이 상기 콤프턴 산란 반응 시 컴프턴 산란각으로 산란한 확률과,
    상기 제2위치민감형 검출기에서의 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치에서 광전 흡수 반응을 일으킬 확률을 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체를 CT 촬영하여 상기 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 획득하고, 상기 3차원 단층 영상 정보를 복수의 셀로 분할하고, 셀 단위로 감쇠 정보를 획득하는 단계를 더 포함하며,
    상기 콤프턴 카메라는,
    상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및
    상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며,
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는,
    상기 셀들 중 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에 위치하는 유효 셀들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는,
    상기 유효 셀들 각각으로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 거리와 상기 유효 셀들의 감쇠 정보를 이용하여 상기 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 산출하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 방법.
  6. 물체 내부의 방사선원에서 방출되는 감마선의 반응 정보를 획득하는 콤프턴 카메라; 및
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보와 상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보를 이용하여 감마선의 계측 효율을 산출하고, 상기 감마선의 반응 정보와 상기 감마선의 계측 효율을 이용하여 상기 방사선원의 방사능을 추정하는 방사능 추정부를 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 콤프턴 카메라는,
    상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및
    상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며,
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는,
    상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하고,
    상기 콤프턴 카메라 내에서의 감마선의 감쇠 정보는 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치로부터 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치까지의 경로에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 물체를 CT 촬영하여 상기 물체 내부의 3차원 단층 영상 정보를 획득하는 컴퓨터 단층촬영부를 더 포함하며,
    상기 콤프턴 카메라는,
    상기 감마선의 콤프턴 산란 반응이 발생하고, 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제1위치민감형 검출기; 및
    상기 감마선의 광전 흡수 반응이 발생하고, 상기 광전 흡수 반응의 반응 위치 정보와 반응 위치 정보와 에너지 정보를 획득하는 제2위치민감형 검출기를 포함하며,
    상기 방사능 추정부는,
    상기 3차원 영상 정보를 복수의 셀로 분할하고, 셀 단위로 감쇠 정보를 획득하며,
    상기 물체 내부에서의 감마선의 감쇠 정보는,
    상기 셀들 중 상기 방사선원의 위치 정보로부터 상기 콤프턴 산란 반응의 반응 위치까지의 경로에 위치하는 유효 셀들에서 감마선이 감쇠하지 않을 확률을 포함하는 물체 내부에 위치한 방사선원의 방사능 추정 시스템.
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