KR20230021798A - Calibration method of real-time counting efficiency for monitoring system of radioactive concentration of target radionuclides in seawater - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도를 모니터링하기 위한 시스템을 이용함에 있어 계측기의 실시간 계수 효율을 교정하기 위한 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for calibrating the real-time counting efficiency of an instrument in using a system for monitoring the radioactivity concentration of a radionuclide of interest in seawater.
전세계적으로 후쿠시마 원전사고 이후 자국으로의 오염수 유입을 감시할 목적으로 수중방사선계측시스템을 운영하고 있다. 방사선 검출기의 종류는 일반적으로 NaI(Tl) 섬광체 기반으로 구성되며, 대부분 부이 및 항만 방파제 구조물에 방사선 검출기를 고정하여 수중 방사선 계측 시스템을 운영하고 있다. Globally, after the Fukushima nuclear power plant accident, underwater radiation measurement systems are being operated for the purpose of monitoring the inflow of contaminated water into countries. Types of radiation detectors are generally composed of NaI(Tl) scintillators, and most of them operate underwater radiation measurement systems by fixing radiation detectors to buoys and harbor breakwater structures.
최근 후쿠시마 원전 오염수 방류 결정 등에 따른 대국민적 불안감이 고조됨에 따라 국내 해양환경의 오염 여부에 대한 실시간 감시의 중요성이 대두되고 있는 실정이며, 현재 수중방사선계측기를 이용하여 해수 중 방사능 오염 정도를 파악하는데 가장 큰 장애 요인은 계수 효율과 관련되어 있다. As public anxiety has risen due to the recent decision to discharge contaminated water from the Fukushima nuclear power plant, the importance of real-time monitoring of contamination of the domestic marine environment has emerged. The biggest obstacle is related to counting efficiency.
첫 번째로 Cs-137 등의 특정 핵종의 해수 중 방사능 농도를 평가하기 위해서 방사선검출기를 이용하여 측정된 Cs-137 감마선(662keV)의 계수율로부터 방사능으로 환산하기 위한 계수 효율 인자를 도출하기 위한 방법이 개발되어야 한다. First, in order to evaluate the radioactivity concentration in seawater of a specific nuclide such as Cs-137, a method for deriving a counting efficiency factor for converting the count rate of Cs-137 gamma rays (662keV) measured using a radiation detector into radioactivity is should be developed
두 번째로 효율적인 현장 수중 감시를 위해서는 계수 효율 인자 값이 높은 방사선 검출 시스템을 구성해야 한다. 계수 효율 인자 값은 사용하는 검출기의 종류 및 측정기하(geometry)에 따라 정해지는 값으로서 적절한 수중 감시를 위해서는 고효율의 검출기를 사용하는 것이 바람직하다. Second, for efficient on-site underwater monitoring, a radiation detection system with a high coefficient efficiency factor must be configured. The value of the counting efficiency factor is determined according to the type and geometry of the detector used, and it is desirable to use a high-efficiency detector for proper underwater monitoring.
그러나 첫 번째 계수 효율 인자를 도출하는 방법은 해양환경을 대표할 수 있는 표준선원의 부재로 적절한 방법론이 부재한 실정이다. 현재 대부분의 해수 중 방사선감시에서는 몬테카를로 방법을 이용한 이론적인 계수 효율 값을 사용하고 있지만 이 이론적인 값에 대한 실험적 검증은 요원한 상황이다.However, the method for deriving the first counting efficiency factor is in the absence of an appropriate methodology due to the absence of a standard source that can represent the marine environment. Currently, most of the radiation monitoring in seawater uses the theoretical coefficient efficiency value using the Monte Carlo method, but the experimental verification of this theoretical value is far away.
이에 따라 본 발명의 발명자들은 현재 운영되고 있는 대부분의 해수 중 방사선 감시 시스템으로서 몬테카를로 방법을 이용하는 시스템에 있어서, 이론적인 계수 효율 값을 검증하기 위한 교정 방법을 개발하고자 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the inventors of the present invention completed the present invention to develop a calibration method for verifying theoretical coefficient efficiency values in systems using the Monte Carlo method as most currently operated seawater radiation monitoring systems.
본 발명은 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 방법 및 이에 의한 해수 중 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 시스템을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a real-time counting efficiency calibration method for a system for monitoring the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater and a real-time counting efficiency calibration system for the monitoring system for the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater.
특히, 본 발명은 해수 중 염도로부터 실험적 계수 효율을 유도하고, 이를 이론적인 몬테카를로 방법의 계수 효율과 비교 검증함으로써 이론적인 계수 효율 값을 교정하기 위한 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.In particular, the present invention is intended to provide a method and system for calibrating the theoretical counting efficiency value by deriving the experimental counting efficiency from the salinity of seawater and comparing and verifying it with the counting efficiency of the theoretical Monte Carlo method.
상기 과제를 해결하기 위하여, In order to solve the above problems,
본 발명의 일 측면은 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 방법으로서, 다음의 단계를 포함하는 교정 방법을 제공한다:One aspect of the present invention provides a method for calibrating real-time counting efficiency for a system for monitoring the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater, comprising the following steps:
(S1) 해수 중 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 단계,(S1) calculating the real-time radioactive concentration of K-40 from the measured salinity in seawater;
(S2) 상기 (S1) 으로부터 계산된 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 수득하는 단계, 및(S2) obtaining the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 calculated in (S1), and
(S3) 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식에 상기 (S2)에서 수득된 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 수득하는 단계.(S3) Real-time counting of the target radionuclide by substituting the real-time counting efficiency of K-40 obtained in (S2) into the correlation expression of the theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency of the target radionuclide obtained in advance Steps to gain efficiency.
본 발명의 다른 측면은 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 시스템으로서 다음을 포함하는 교정 시스템을 제공한다:Another aspect of the present invention provides a real-time counting efficiency calibration system for a monitoring system of the radioactivity concentration of a radionuclide of interest in seawater, comprising:
해수 중 염도를 측정하는 염도 측정부,A salinity measurement unit for measuring salinity in seawater;
상기 염도 측정부에 의해 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 해수 중 K-40의 방사능 농도 계산부,A radioactivity concentration calculation unit of K-40 in seawater for calculating the real-time radioactivity concentration of K-40 from the salinity measured by the salinity measurement unit;
상기 해수 중 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 K-40 계수 효율 도출부 및A real-time K-40 counting efficiency derivation unit for calculating the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 in the seawater; and
사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식에 상기 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 계수 효율 도출부.Real-time counting efficiency derivation unit for calculating the real-time counting efficiency for the target radionuclide by substituting the real-time counting efficiency of K-40 into the correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency for the target radionuclide obtained in advance .
본 발명은 해수 중 염도 및 천연의 방사성 핵종인 K-40 감마선(1461keV)의 계수율을 이용하여 수중 방사선 감시기의 실험적 계수 효율을 유도하고 이를 이론적 몬테카를로 방법의 계수 효율과 비교검증함으로써, 이론적인 계수 효율 유도 과정의 타당성을 입증하는 효과를 나타낼 수 있다.The present invention derives the experimental counting efficiency of an underwater radiation monitor using the salinity of seawater and the counting rate of K-40 gamma rays (1461keV), a natural radionuclide, and compares and verifies it with the counting efficiency of the theoretical Monte Carlo method, thereby theoretical counting efficiency. It can show the effect of proving the validity of the induction process.
구체적으로, K-40 감마선은 해수 모니터링 과정에서 항상 측정될 수 있기 때문에 간단한 염도 측정 방법을 해수 중 방사능 농도의 모니터링 시스템과 연계함으로써 실시간으로 K-40 감마선의 계수 효율을 실험적으로 측정할 수 있다. 이때 K-40 감마선에 대한 실험적인 계수 효율 값과 몬테카를로 방법에 의한 이론적인 계수 효율 값이 유사하다면 몬테카를로 방법에 의한 대상 방사성 핵종에 대한 이론적인 계수 효율 값의 타당성을 입증할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. Specifically, since K-40 gamma rays can always be measured during the seawater monitoring process, the counting efficiency of K-40 gamma rays can be experimentally measured in real time by linking a simple salinity measurement method with a monitoring system for radioactive concentration in seawater. At this time, if the experimental counting efficiency value for K-40 gamma rays and the theoretical counting efficiency value by the Monte Carlo method are similar, the effect that can prove the validity of the theoretical counting efficiency value for the target radionuclide by the Monte Carlo method can be shown. there is.
따라서 본 발명은 수중 방사선 감시기에서 Cs-137 등 다양한 인공 방사성 핵종들에 대한 이론적인 계수 효율과 K-40의 계수 효율 비를 유도함으로써 실험적으로 측정된 K-40의 계수 효율로부터 Cs-137 등 다양한 인공 핵종들의 계수 효율을 실시간으로 유도할 수 있는 효과를 나타낼 수 있다. Therefore, the present invention derives the ratio between the theoretical counting efficiency of various artificial radionuclides such as Cs-137 and the counting efficiency of K-40 in an underwater radiation monitor, and from the experimentally measured counting efficiency of K-40 to Cs-137 It can show the effect of inducing the counting efficiency of artificial nuclides in real time.
특히, 본 발명은 별도의 표준 선원을 이용하지 않고, 수중 방사선 감시기에 의해 항상 측정되는 K-40의 감마 피크와 감시기 주변 염도로부터 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 측정할 수 있는 장점이 있다.In particular, the present invention has the advantage of measuring the real-time counting efficiency for the target radionuclide from the gamma peak of K-40 always measured by the underwater radiation monitor and the salinity around the monitor without using a separate standard source.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라서 방사선 계측기를 이용하여 해수의 방사능 측정 스펙트럼(위) 및 담수의 방사능 측정 스펙트럼(아래)이다. 빨간색으로 표시되는 부분은 K-40의 ROI 영역을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라서 이론적인 K-40의 계수 효율과 주요 방사성 핵종에 대한 이론적 계수 효율을 계산하기 위한 일련의 절차의 흐름도를 나타낸다.
도 4는 부산항만공사 내 부산시에서 운용중인 해수 모니터링 시스템(좌)과 시스템을 통해 측정된 해수 스펙트럼 및 담수 스펙트럼(우)을 나타낸다.
도 5는 해수 모니터링 시스템의 전산 모사 기하(좌)와 전산 모사 결과 스펙트럼(우)을 나타낸다.1 shows a flowchart of a method for calibrating real-time counting efficiency for a system for monitoring the radioactive concentration of a target radionuclide in seawater according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a radioactivity measurement spectrum of seawater (top) and a radioactivity measurement spectrum (bottom) of fresh water using a radiation meter according to an embodiment of the present invention. The part marked in red represents the ROI area of K-40.
Figure 3 shows a flowchart of a series of procedures for calculating theoretical counting efficiencies for K-40 and theoretical counting efficiencies for major radionuclides according to one embodiment of the present invention.
4 shows a seawater monitoring system (left) operated by Busan City within the Busan Port Authority and a seawater spectrum and a freshwater spectrum (right) measured through the system.
5 shows the computational simulation geometry (left) and the computational simulation result spectrum (right) of the seawater monitoring system.
도 1에는 본 발명의 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 방법의 흐름도를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.1 is a schematic diagram showing a flow chart of a method for calibrating real-time counting efficiency for a system for monitoring the radioactive concentration of a target radionuclide in seawater according to the present invention.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 해수 중의 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 방법은 다음의 단계를 포함한다.The method for calibrating the real-time counting efficiency of the system for monitoring the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater according to the present invention includes the following steps.
(S1) 해수 중 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 단계,(S1) calculating the real-time radioactive concentration of K-40 from the measured salinity in seawater;
(S2) 상기 (S1)으로부터 계산된 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 수득하는 단계, 및(S2) obtaining the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 calculated from (S1), and
(S3) 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식에 상기 (S2)에서 수득된 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 수득하는 단계.(S3) Real-time counting of the target radionuclide by substituting the real-time counting efficiency of K-40 obtained in (S2) into the correlation expression of the theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency of the target radionuclide obtained in advance Steps to gain efficiency.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식은 하기 식 1로 표현되는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the correlation between the previously secured theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency for the target radionuclide may be expressed by Equation 1 below.
[식 1] [Equation 1]
(상기 식 1에서, (In Equation 1 above,
εi는 대상 방사성 핵종의 실시간 계수 효율이며,ε i is the real-time counting efficiency of the radionuclide of interest,
εi,s는 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율이며,ε i,s is the theoretical counting efficiency of the radionuclide of interest,
εK-40,s는 K-40의 이론적 계수 효율이며,ε K-40,s is the theoretical counting efficiency of K-40,
εK-40은 K-40의 실시간 계수 효율임.)ε K-40 is the real-time counting efficiency of K-40.)
먼저, (S1) 단계는 해수 중의 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 단계이다.First, step (S1) is a step of calculating the real-time radioactivity concentration of K-40 from the salinity in seawater.
해수 중에는 칼륨 원소가 항상 포함되어 있을 수밖에 없고, 해수 중의 염도 값으로부터 칼륨 원소 중 방사성 원소인 K-40의 방사능 농도를 도출할 수 있다. 구체적으로, 측정 대상의 해수 중 염분 내 칼륨(K)의 분율, 칼륨 내 방사성 칼륨인 K-40의 분율 및 해수의 밀도로부터 K-40의 단위 체적량을 도출할 수 있다.Potassium element must always be included in seawater, and the radioactive concentration of K-40, a radioactive element among potassium elements, can be derived from the salinity value in seawater. Specifically, the unit volume of K-40 can be derived from the fraction of potassium (K) in salinity of the seawater to be measured, the fraction of radioactive potassium K-40 in potassium, and the density of seawater.
본 발명의 일 실시예에서, 일반적으로 해수 중 염분의 1.1%는 칼륨(K)이 구성한다는 사실에 의해, 상기 (S1) 단계는 (S1-1) 해수에서 측정된 염도로부터 하기 식 (a)에 의해 해수 중 칼륨(K)의 단위 체적량(C(K))을 얻는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in general, by the fact that 1.1% of the salinity in seawater is composed of potassium (K), the step (S1) is performed by the following formula (a) from the salinity measured in seawater (S1-1) It may include a step of obtaining a unit volume (C(K)) of potassium (K) in seawater by
[식 (a)][Equation (a)]
(상기 식 (a)에서, ρ는 해수 밀도, S는 해수 염도임.)(In the above formula (a), ρ is seawater density, S is seawater salinity.)
본 발명의 일 실시예에서, 일반적으로 칼륨(K) 중 방사성 칼륨(K-40)의 함유량이 0.0117%이라는 사실과 해수 밀도가 1027 Kg/m3이라는 사실에 의해, 상기 (S1) 단계는 (S1-2) 상기에서 얻어진 칼륨(K)의 단위 체적량(C(K))으로부터 하기 식 (b)에 의해 해수 중 방사성 칼륨인 K-40의 단위 체적량(C(40K))을 얻는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in general, by the fact that the content of radioactive potassium (K-40) in potassium (K) is 0.0117% and the fact that the density of seawater is 1027 Kg / m 3 , the (S1) step ( S1-2) From the unit volume (C(K)) of potassium (K) obtained above, the unit volume (C( 40 K)) of K-40, which is radioactive potassium in seawater, is obtained by the following formula (b) steps may be included.
[식 (b)][Equation (b)]
(상기 식 (b)에서, S는 해수 염도임.)(In the above formula (b), S is seawater salinity.)
본 발명의 일 실시예에서, 상기 (S1) 단계는 (S1-3) 상기에서 얻어진 단위 체적량(C(40K))으로부터 하기 식 (c)에 의해 단위 체적 당 K-40의 방사능 농도(γ(Bq/m3))를 얻는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the (S1) step is the radioactivity concentration of K-40 per unit volume by the following formula (c) from the unit volume (C( 40 K)) obtained in (S1-3) above and obtaining γ(Bq/m 3 )).
[식 (c)][Equation (c)]
(상기 식 (c)에서, t1/2 는 K-40의 반감기이며, MB는 K의 분자량이며, NA는 아보가드로 수를 나타냄.)(In the above formula (c), t 1/2 is the half-life of K-40, MB is the molecular weight of K, and N A represents Avogadro's number.)
본 발명의 일 실시예에서, 상기 식 (c)에서, t1/2 = 1.2504 x 109 years, MB=39.098, NA=6.023 x 1023 molecules/mol일 수 있다.In an embodiment of the present invention, in Equation (c), t 1/2 = 1.2504 x 10 9 years, MB = 39.098, N A = 6.023 x 10 23 molecules/mol.
이상의 방법에 따라서 해수 중 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도의 계산 값이 도출될 수 있다.According to the above method, the calculated value of the real-time radioactive concentration of K-40 can be derived from the measured salinity in seawater.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (S1) 단계는 염도 측정 장치를 이용하여 해수 중의 염도를 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 이때 염도 측정 장치는 방사능 농도를 측정하고자 하는 해수 중의 염도를 측정할 수 있는 장치라면 특별히 제한되지 않는다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, the step (S1) may include measuring the salinity in seawater using a salinity measuring device. At this time, the salinity measurement device is not particularly limited as long as it is a device capable of measuring the salinity in seawater to measure the radioactive concentration.
다음으로, (S2) 단계는 상기 (S1)으로부터 계산된 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 수득하는 단계이다.Next, step (S2) is a step of obtaining the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 calculated in step (S1).
상기에서 도출된 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 수득하기 위해서 해수 중의 K-40의 순계수율을 측정이 필요하다. 해수 중의 K-40의 순계수율을 측정하기 위해서, 상기 (S2) 단계는 (S2-1) 방사선 계측기로부터 해수 방사선의 측정 스펙트럼을 얻는 단계를 포함할 수 있다.In order to obtain the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 derived above, it is necessary to measure the net count rate of K-40 in seawater. In order to measure the net count rate of K-40 in seawater, the step (S2) may include obtaining a measurement spectrum of seawater radiation from a radiation meter (S2-1).
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (S2) 단계는 방사선 계측기로부터 해수 감마선 에너지 스펙트럼을 얻는 단계를 포함할 수 있다. In one embodiment of the present invention, the step (S2) may include obtaining a seawater gamma ray energy spectrum from a radiation meter.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 (S2-1) 단계에 앞서 방사선 계측기를 이용하여 해수의 방사선을 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, prior to the step (S2-1), a step of measuring radiation of seawater using a radiation meter may be further included.
도 2에는 방사선 계측기를 이용하여 해수의 방사능 측정 스펙트럼(위) 및 담수의 방사능 측정 스펙트럼(아래)이 도시되어 있다. 도 2에서 빨간색으로 표시되는 부분은 K-40의 ROI 영역을 나타낸다.2 shows a radioactivity measurement spectrum of seawater (top) and a radioactivity measurement spectrum (bottom) of freshwater using a radiation meter. The portion marked in red in FIG. 2 represents the ROI region of K-40.
상기 (S2-1) 단계에서 식 [(해수 측정 스펙트럼 계수) - (담수 측정 스펙트럼 계수)]을 이용하여 K-40의 ROI의 순계수를 얻을 수 있다.In the step (S2-1), the net coefficient of the ROI of K-40 can be obtained using the formula [(seawater measurement spectral coefficient) - (freshwater measurement spectral coefficient)].
상기 (S2-1) 단계에서 방사선 계측 시 측정시간 값을 이용하면, 상기 (S2) 단계는 (S2-2) 하기 식 (d)에 의해 해수 중 K-40의 순계수율(n'(E))을 얻는 단계를 포함할 수 있다.If the measurement time value at the time of radiation measurement is used in the step (S2-1), the net count rate (n'(E) of K-40 in seawater by the following equation (d) in the (S2-2) step ) may include a step of obtaining.
[식 (d)][Equation (d)]
(상기 식 (d)에서, 순계수는 식 [(해수 측정 스펙트럼 계수) - (담수 측정 스펙트럼 계수)]으로부터 도출된 값을 나타냄.)(In the above equation (d), the net coefficient represents a value derived from the equation [(seawater measurement spectral coefficient) - (freshwater measurement spectral coefficient)].)
이상의 방법에 따라서 상기 (S1) 단계에 의해 해수 중 K-40의 실시간 방사능 농도가 도출되었으므로, 상기 (S2) 단계는 (S2-3) 상기 K-40의 실시간 방사능 농도(Bq/Kg)와 상기 (S2-1) 단계에 의해 얻어진 K-40의 순계수율(cps)로부터 하기 식 2에 의해 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율(εK-40, cps/(Bq/Kg))을 얻는 단계를 포함할 수 있다.According to the above method, since the real-time radioactivity concentration of K-40 in seawater was derived by the step (S1), the step (S2) is performed by (S2-3) the real-time radioactivity concentration (Bq/Kg) of K-40 and the Obtaining the real-time counting efficiency (ε K-40 , cps/(Bq/Kg)) of K-40 in seawater by Equation 2 below from the net count rate (cps) of K- 40 obtained in step (S2-1) can include
[식 2][Equation 2]
εK-40 = [해수 중 K-40의 순계수율(n'(E))]/[해수 중 K-40의 방사능 농도]ε K-40 = [net count rate of K-40 in seawater (n'(E))]/[radioactive concentration of K-40 in seawater]
다음으로, (S3) 단계는 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율의 상관 관계식에 상기 (S2)에서 수득된 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 수득하는 단계이다.Next, step (S3) substitutes the real-time counting efficiency of K-40 obtained in (S2) into the correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 obtained in advance and the real-time counting efficiency for the target radionuclide. This step is to obtain real-time counting efficiency for radionuclides.
도 3에는 이론적인 K-40의 계수 효율과 주요 방사성 핵종에 대한 이론적 계수 효율을 계산하기 위한 일련의 절차의 흐름도가 도시되어 있다.Figure 3 shows a flowchart of a series of procedures for calculating the theoretical counting efficiency of K-40 and the theoretical counting efficiency for the major radionuclides.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 K-40의 이론적 계수 효율을 확보하기 위해 다음과 같은 단계를 수행할 수 있다:In one embodiment of the present invention, the following steps may be performed to secure the theoretical counting efficiency of the K-40:
(S3-1) 전산모사를 위해 해수 감시기 하에서 MCNP(Monte Carlo N-Particle) 모델링을 수행하는 단계.(S3-1) A step of performing MCNP (Monte Carlo N-Particle) modeling under the seawater monitor for computational simulation.
(S3-2) 이론적인 단위 질량 당 K-40 방사능을 해수 감시기 내에 균일하게 분포시켜 전산 모사를 수행하는 단계.(S3-2) Performing computational simulation by uniformly distributing K-40 radioactivity per theoretical unit mass within the seawater monitor.
(S3-3) 전산모사 결과를 통해 해수 감시기의 이론적인 K-40의 반응 함수(
(S3-4) 상기 K-40의 반응 함수 값을 상기에서 분포시킨 K-40의 방사능 농도로 나누어 이론적인 K-40의 계수 효율(εK-40, s)을 계산하는 단계.(S3-4) Calculating the theoretical counting efficiency of K-40 (ε K-40, s ) by dividing the response function value of K-40 by the radioactivity concentration of K-40 distributed above.
(S3-5) 상기 (S2) 단계에서 수득한 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율과 이론적인 K-40의 계수 효율을 비교하여 그 비율인 X = 
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상 방사성 핵종에 대한 이론적 계수 효율을 확보하기 위해 다음과 같은 단계를 수행할 수 있다:In one embodiment of the present invention, the following steps may be performed to secure the theoretical counting efficiency for the target radionuclide:
(S3-6) 대상 방사성 핵종, 예를 들어 Co-60, Co-57, Cs-137, Cs-134, Sn-113, Y-88등과 같은 대상 감마선 핵종에 대하여 해수에 균일 하게 분포시켜서 전산 모사 수행하는 단계.(S3-6) Computational simulation by uniformly distributing target radionuclides, for example, target gamma ray nuclides such as Co-60, Co-57, Cs-137, Cs-134, Sn-113, Y-88, etc. steps to perform.
(S3-7) 대상 방사성 핵종에 대한 이론적인 반응 함수(n'(E)i,s)를 도출하는 단계.(S3-7) Deriving a theoretical response function (n'(E) i,s ) for the target radionuclide.
(S3-8) 상기 대상 방사성 핵종의 반응 함수 값을 상기에서 분포시킨 대상 방사성 핵종의 방사능 농도로 나누어 이론적인 대상 방사성 핵종의 계수 효율(εi,s)을 계산하는 단계.(S3-8) Calculating the theoretical counting efficiency (ε i,s ) of the target radionuclide by dividing the response function value of the target radionuclide by the radioactivity concentration of the target radionuclide distributed above.
본 발명의 일 실시예에 있어서, K-40의 이론적 계수 효율과 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율로부터 상기 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 이론적 효율비(
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 이론적 효율비는 실험적 효율비는 동일할 것이므로(
[식 1] [Equation 1]
(상기 식 1에서, (In Equation 1 above,
εi는 대상 방사성 핵종의 실시간 계수 효율이며,ε i is the real-time counting efficiency of the radionuclide of interest,
εi,s는 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율이며,ε i,s is the theoretical counting efficiency of the radionuclide of interest,
εK-40,s는 K-40의 이론적 계수 효율이며,ε K-40,s is the theoretical counting efficiency of K-40,
εK-40은 K-40의 실시간 계수 효율임.)ε K-40 is the real-time counting efficiency of K-40.)
본 발명의 해수 중 대상 방사성 핵종의 방사능 농도의 모니터링 시스템을 위한 실시간 계수 효율의 교정 시스템은 해수 중 염도를 측정하는 염도 측정부;The real-time counting efficiency calibration system for the monitoring system of the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater of the present invention includes a salinity measurement unit for measuring salinity in seawater;
상기 염도 측정부에 의해 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 해수 중 K-40의 방사능 농도 계산부; 상기 해수 중 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 K-40 계수 효율 도출부; 및 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식에 상기 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 계수 효율 도출부;를 포함한다.A radioactivity concentration calculation unit of K-40 in seawater for calculating a real-time radioactivity concentration of K-40 from the salinity measured by the salinity measurement unit; A real-time K-40 counting efficiency derivation unit for calculating real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 in seawater; And real-time counting efficiency for calculating the real-time counting efficiency for the target radionuclide by substituting the real-time counting efficiency of K-40 into the correlation expression of the theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency for the target radionuclide obtained in advance. contains;
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 실시간 계수 효율 도출부는 상기 식 1에 의해 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 계산하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the real-time counting efficiency derivation unit may calculate real-time counting efficiency for a target radionuclide by Equation 1 above.
상기 실시간 계수 효율의 교정 시스템의 구현 방법은 상술한 교정 방법을 원용한다.The implementation method of the real-time counting efficiency calibration system uses the above-described calibration method.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with examples.
부산항에 설치된 해수 모니터링 시스템(NaI(Tl))을 이용하여 K-40의 실시간 계측 효율과 이론적 계수 효율을 비교하였다.The real-time measurement efficiency and theoretical counting efficiency of K-40 were compared using the seawater monitoring system (NaI(Tl)) installed in Busan Port.
도 4에는 부산항만공사 내 부산시에서 운용중인 해수 모니터링 시스템(좌)과 시스템을 통해 측정된 해수 스펙트럼 및 담수 스펙트럼(우)이 각각 도시되어 있다.4 shows a seawater monitoring system (left) operated by Busan City within the Busan Port Authority and a seawater spectrum and a freshwater spectrum (right) measured through the system, respectively.
상기 시스템 내 염도 측정부를 이용하여 측정한 해수 중 염도는 약 25 psu 이었으며, 하기 식 (a), 식 (b) 및 식 (C)를 통해 해수 중 K-40의 방사능 농도 값으로서 8948.71 Bq/m3, 8.713 Bq/Kg 를 도출하였다. The salinity in seawater measured using the salinity measuring unit in the system was about 25 psu, and the radioactive concentration of K-40 in seawater was 8948.71 Bq/m through the following equations (a), (b) and (C) 3 , 8.713 Bq/Kg was derived.
[식 (a)][Equation (a)]
[식 (b)][Equation (b)]
(상기 식 (a) 및 식 (b)에서 ρ는 해수 밀도, S는 해수 염도임.)(In the above formulas (a) and (b), ρ is seawater density, and S is seawater salinity.)
[식 (c)][Equation (c)]
(상기 식 (c)에서, t1/2 = 1.2504 x 109 years, MB=39.098, NA=6.023 x 1023 molecules/mol임.)(In Equation (c) above, t 1/2 = 1.2504 x 10 9 years, MB = 39.098, N A = 6.023 x 10 23 molecules/mol.)
다음으로, 도 4의 우측에 도시된 해수 측정 스펙트럼과 담수 측정 스펙트럼의 K-40의 ROI 값으로부터 해수 중 K-40의 순계수 값으로서 160 count를 도출하고, 측정시간 15분을 나누어 순계수율 0.1778 cps를 도출하였다. Next, 160 count is derived as the net coefficient value of K-40 in seawater from the ROI values of K-40 of the seawater measurement spectrum and the freshwater measurement spectrum shown on the right side of FIG. cps was derived.
해수 모니터링 시스템의 해수 용량으로서 1.6077 m3, 1651.1079 Kg을 앞서 도출한 해수 중 K-40의 방사능 값에 대입한 후, 해수 중 K-40의 순계수율을 해수 중 K-40의 방사능 농도로 나눠줌으로써 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율 0.0204 cps/(Bq/Kg)을 도출하였다. After substituting 1.6077 m 3 , 1651.1079 Kg as the seawater capacity of the seawater monitoring system into the radioactivity value of K-40 in seawater derived above, by dividing the net count rate of K-40 in seawater by the radioactivity concentration of K-40 in seawater A real-time counting efficiency of K-40 in seawater of 0.0204 cps/(Bq/Kg) was derived.
도 5에는 해수 모니터링 시스템의 전산 모사 기하(좌)와 전산 모사 결과 스펙트럼(우)가 도시되어 있다.5 shows the computational simulation geometry (left) and the computational simulation result spectrum (right) of the seawater monitoring system.
전산모사 결과를 통해 K-40의 이론적 순 계수 효율 0.0001147 count/dps 을 도출하고, 여기에 K-40의 감마 일드 0.1055 dps/Bq 을 곱하여서 K-40의 이론적 효율 1.217 x 10-5 cps/Bq 을 도출한 후 여기에 해수 모니터링 시스템 해수 용량 1651.1079 Kg을 곱하여 주어서 K-40의 이론적 계수 효율 0.01999 cps/(Bq/Kg)을 도출하였다.The theoretical net counting efficiency of K-40 of 0.0001147 count/dps was derived through the computer simulation results, and the theoretical efficiency of K-40 of 1.217 x 10 -5 cps/Bq was obtained by multiplying this by the gamma yield of K-40 of 0.1055 dps/Bq. After deriving , the theoretical coefficient efficiency of K-40 of 0.01999 cps/(Bq/Kg) was derived by multiplying this by the seawater monitoring system seawater capacity of 1651.1079 Kg.
상기에서 수득한 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율 값과 K-40의 이론적 계수 효율 값은 약 2% 차이를 나타내 이론적인 전산모사가 실제 상황을 잘 모사하고 있음을 확인하였다.The real-time counting efficiency value of K-40 and the theoretical counting efficiency value of K-40 in the seawater obtained above showed a difference of about 2%, confirming that the theoretical computational simulation simulated the actual situation well.
위와 같은 전산모사를 통해 대상 방사성 핵종에 대한 이론적 계수 효율을 수득함으로써, 상기 식 1에 따라 해수 중 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 도출할 수 있음을 확인하였다.By obtaining the theoretical counting efficiency for the target radionuclide through the above computational simulation, it was confirmed that real-time counting efficiency for the target radionuclide in seawater could be derived according to Equation 1 above.
Claims (9)
(S1) 해수 중 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 단계,
(S2) 상기 (S1)으로부터 계산된 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 수득하는 단계, 및
(S3) 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율의 상관 관계식에 상기 (S2)에서 수득된 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 수득하는 단계를 포함하는 방법.As a calibration method of real-time counting efficiency for a monitoring system of radioactive concentration of a target radionuclide in seawater,
(S1) calculating the real-time radioactive concentration of K-40 from the measured salinity in seawater;
(S2) obtaining the real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 calculated from (S1), and
(S3) The real-time counting efficiency of K-40 obtained in (S2) is substituted into the correlation expression of the theoretical counting efficiency of K-40 and the real-time counting efficiency of the target radionuclide obtained in advance to obtain the real-time counting efficiency of the target radionuclide. A method comprising obtaining a counting efficiency.
상기 사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율의 상관 관계식은 하기 식 1로 표현되는, 방법:
[식 1]
상기 식 1에서,
εi는 대상 방사성 핵종의 실시간 계수 효율이며,
εi,s는 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율이며,
εK-40,s는 K-40의 이론적 계수 효율이며,
εK-40은 K-40의 실시간 계수 효율임.The method of claim 1,
The correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 obtained in advance and the real-time counting efficiency for the target radionuclide is represented by Equation 1 below:
[Equation 1]
In Equation 1 above,
ε i is the real-time counting efficiency of the radionuclide of interest,
ε i,s is the theoretical counting efficiency of the radionuclide of interest,
ε K-40,s is the theoretical counting efficiency of K-40,
ε K-40 is the real-time counting efficiency of K-40.
(S1) 단계는 다음의 단계를 포함하는, 방법:
(S1-1) 해수에서 측정된 염도로부터 하기 식 (a)에 의해 해수 중 칼륨(K)의 단위 체적량(C(K))을 얻는 단계,
[식 (a)]
(S1-2) 상기에서 얻어진 칼륨(K)의 단위 체적량으로부터 하기 식 (b)에 의해 해수 중 방사성 칼륨인 K-40의 단위 체적량(C(40K))을 얻는 단계, 및
[식 (b)]
(S1-3) 하기 식 (c)에 의해 단위 체적 당 K-40의 방사능 농도(γ(Bq/m3))를 얻는 단계.
[식 (c)]
(상기 식 (c)에서, t1/2 = 1.2504 x 109 years, MB=39.098, NA=6.023 x 1023 molecules/mol임.)The method of claim 1,
Step (S1) includes the following steps:
(S1-1) obtaining a unit volume (C(K)) of potassium (K) in seawater by the following formula (a) from the salinity measured in seawater,
[Equation (a)]
(S1-2) Obtaining a unit volume of radioactive potassium K-40 in seawater (C( 40 K)) by the following formula (b) from the unit volume of potassium (K) obtained above, and
[Equation (b)]
(S1-3) Obtaining the radioactivity concentration (γ(Bq/m 3 )) of K-40 per unit volume by the following formula (c).
[Equation (c)]
(In Equation (c) above, t 1/2 = 1.2504 x 10 9 years, MB = 39.098, N A = 6.023 x 10 23 molecules/mol.)
(S2) 단계는 다음의 단계를 포함하는, 방법:
(S2-1) 방사선 계측기로부터 해수 방사선의 측정 스펙트럼을 얻는 단계,
(S2-2) 하기 식 (d)에 의해 해수 중 K-40의 순계수율(n'(E))을 얻는 단계, 및
[식 (d)]
(여기서, 순계수 = 해수 측정 스펙트럼 계수 - 담수 측정 스펙트럼 계수.)
(S2-3) 하기 식 2에 의해 해수 중 K-40의 실시간 K-40 계수 효율(εK-40)을 얻는 단계.
[식 2]
εK-40 = [해수 중 K-40의 순계수율(n'(E))]/[해수 중 K-40의 방사능 농도]The method of claim 1,
Step (S2) includes the following steps:
(S2-1) obtaining a measurement spectrum of seawater radiation from a radiation meter;
(S2-2) Obtaining the net count rate (n'(E)) of K-40 in seawater by the following formula (d), and
[Equation (d)]
(Where, net coefficient = seawater measurement spectral coefficient - freshwater measurement spectral coefficient.)
(S2-3) Obtaining real-time K-40 counting efficiency (ε K-40 ) of K-40 in seawater by Equation 2 below.
[Equation 2]
ε K-40 = [net count rate of K-40 in seawater (n'(E))]/[radioactive concentration of K-40 in seawater]
상기 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율(εi,s) 및 상기 K-40의 이론적 계수 효율(εK-40,s)은 각각 독립적으로 몬테카를로 전산모사 방법을 통해 산출되는 것인 방법.The method of claim 2,
The theoretical counting efficiency (ε i,s ) of the target radionuclide and the theoretical counting efficiency (ε K-40,s ) of the K-40 are each independently calculated through a Monte Carlo computational simulation method.
상기 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율의 상관 관계식은 전산모사를 통해 상기 K-40의 이론적 계수 효율을 도출하는 단계를 포함하여 확보된 것인 방법.The method of claim 1,
The correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 and the real-time counting efficiency for the target radionuclide is obtained by deriving the theoretical counting efficiency of K-40 through computer simulation.
상기 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율의 상관 관계식은 전산모사를 통해 상기 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율을 도출하는 단계를 포함하여 확보된 것인 방법.The method of claim 1,
The correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 and the real-time counting efficiency for the target radionuclide is obtained by deriving the theoretical counting efficiency of the target radionuclide through computer simulation.
해수 중 염도를 측정하는 염도 측정부;
상기 염도 측정부에 의해 측정된 염도로부터 K-40의 실시간 방사능 농도를 계산하는 해수 중 K-40의 방사능 농도 계산부;
상기 해수 중 K-40의 실시간 방사능 농도로부터 해수 중 K-40의 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 K-40 계수 효율 도출부; 및
사전에 확보된 K-40의 이론적 계수 효율 및 대상 방사성 핵종에 대한 계수 효율의 상관 관계식에 상기 K-40의 실시간 계수 효율을 대입하여 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 계산하는 실시간 계수 효율 도출부;를 포함하는 실시간 계수 효율의 교정 시스템.As a calibration system of real-time counting efficiency for a monitoring system of the radioactivity concentration of a target radionuclide in seawater,
Salinity measurement unit for measuring salinity in seawater;
A radioactivity concentration calculation unit of K-40 in seawater for calculating a real-time radioactivity concentration of K-40 from the salinity measured by the salinity measurement unit;
A real-time K-40 counting efficiency derivation unit for calculating real-time counting efficiency of K-40 in seawater from the real-time radioactivity concentration of K-40 in seawater; and
Real-time counting efficiency derivation unit for calculating the real-time counting efficiency for the target radionuclide by substituting the real-time counting efficiency of K-40 into the correlation between the theoretical counting efficiency of K-40 and the counting efficiency for the target radionuclide obtained in advance Calibration system of real-time counting efficiency, including;
상기 실시간 계수 효율 도출부는 하기 식 1에 의해 대상 방사성 핵종에 대한 실시간 계수 효율을 계산하는 것인, 실시간 계수 효율의 교정 시스템:
[식 1]
식 1에서,
εi는 대상 방사성 핵종의 실시간 계수 효율이며,
εi,s는 대상 방사성 핵종의 이론적 계수 효율이며,
εK-40,s는 K-40의 이론적 계수 효율이며,
εK-40은 K-40의 실시간 계수 효율임.The method of claim 8,
The real-time counting efficiency derivation unit calculates the real-time counting efficiency for the target radionuclide by Equation 1, the real-time counting efficiency calibration system:
[Equation 1]
In Equation 1,
ε i is the real-time counting efficiency of the radionuclide of interest,
ε i,s is the theoretical counting efficiency of the radionuclide of interest,
ε K-40,s is the theoretical counting efficiency of K-40,
ε K-40 is the real-time counting efficiency of K-40.
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| JP2016033459A (en) * | 2014-07-31 | 2016-03-10 | 株式会社日立製作所 | Apparatus and method for monitoring radioactive substances |
| KR20160072907A (en) * | 2014-12-15 | 2016-06-24 | 한국수력원자력 주식회사 | Salt production year estimation method |
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Patent Citations (5)
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