[원자력기사 기출풀이] 2017년 방사선이용 및 보건물리 1 ~ 5번

 

81. 다음 중 축적인자에 가장 큰 영향을 주는 반응은?
    ① 광전효과    ② 쌍전자 생성    ③ 제동복사   ④ 콤프톤 효과

 

 

축적인자 : 얇은 빔의 경우 위 그림의 왼쪽 처럼 차폐체에서 지수감쇠되고 남은 광자만 관심영역 P에 도달할 것이다.

그런데 실제로는 지수감쇠되지 않고, 더 많은 양이 관심영역에 도달한다. 오른쪽 그림에서보면, 차폐체에서 산란된 광자들이 방향을 바꾸어 다시 관심영역 P에 도달하는 것을 볼 수 있다.

이렇게 차폐체 뒤에서 이론적인 지수감쇠보다 더 큰 선속이 측정되는 것을 Buildup 효과, 축적효과라고 한다. 축적효과의 정도를 축적인자, Buildup Factor 로 표현한다. 

 

축적을 고려하지 않는 경우, 차폐체 두께 t, 차폐체 선감쇠계수 $\mu$ 일 때, 차폐체 뒤에서의 선속 I 는

 

$$I(t) = I_0e^{-\mu t}$$

 

축적을 고려하는 경우, 축적인자를 B라고 할 때

 

$$I(t) = BI_0e^{-\mu t}$$

 

이 축적에 영향을 미치는 것은 컴프턴 산란이다.

 

정답 : 4

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82. 방사선의 생물학적 작용을 설명하기 위해 확률론적 영향과 결정론적 영향의 개념이 사용되기도 한다. 다음 중 결정론적 영향에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 발단선량이 존재한다.
    ② 대표적 증상으로 백내장, 홍반 등이 있다.
    ③ 대부분 지발성으로 증상이 나타난다.
    ④ 피폭과 증상발현의 인과관계가 필연적이다.

 

 

 

 

결정론적 영향은 대부분 급성이다. 피폭 후 수개월 내에 대부분 증상이 발현된다. 다만 백내장 같이 만성인 경우도 있긴하다.

그에 반해 확률론적 영향은 수년 ~ 수십년에 걸쳐서 발생한다.

 

정답 : 3

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83. 다음 중 1 MeV 광자에 대한 조사선량, 흡수선량, 유효선량의 관계로 맞는 것은?
    ① 1 C/kg = 1 Gy = 1 Sv 
    ② 1 C/kg = 40 Gy = 40 Sv
    ③ 40 C/kg = 40 Gy = 40 Sv 
    ④ 40 C/kg = 1 Gy = 1 Sv

 

 

유효선량은 장기별 등가선량의 가중평균이므로 이 문제에 적용시킬 수 없다. 그래서 유효선량 대신에 등가선량으로 풀어야한다.

그래도 문제가 이상한데, 조사선량은 공기에 대해서만 정의되고, 등가선량은 사람의 장기에 대해서 정의된다. 

공기에 적용되는 광자와 사람의 장기에 적용되는 등가선량을 직접 비교할 수 없다.

일단 결론을 말하면, 공기 흡수선량 34 Gy = 조사선량 1 C/kg 이다.

이 때 사람이 공기보다 1.1배정도 더 많이 흡수한다고 쳐서 34 * 1.1 Gy를 해주면

사람 흡수선량 37.4 Gy = 조사선량 1 C/kg 이다.

 

이 말은 조사선량이 1 C/kg/hr 인 방사선장에서 1시간동안 공기가 받는 흡수선량은 34 Gy이고, 사람이 1시간동안 서있으면 그 사람이 받는 흡수선량은 37.4 Gy라는 뜻이다.

 

여러모로 잘못된 문제이다.

 

Gy를 C\kg으로 환산하는 과정을 풀이해보겠다.

 

흡수선량의 단위 1 Gy = 1 J/kg,

등가선량의 단위 1 Sv = 1 J/kg

 

흡수선량과 등가선량이 1 Gy 인 경우 몇 C/kg 인지 계산해보도록 하자.

 

공기에서 W 값을 34 eV/ip 라고 할 때,

 

$$ 1 Gy = 1 \frac{J}{kg} * \frac{1 eV}{1.062*10^{-19}J}*\frac{1 ip}{34 eV}*\frac{1.602*10^{-19}C}{1 ip} = \frac{1}{34} C/kg$$

 

즉 공기흡수선량 34 Gy = 조사선량 1 C/kg이다.

 

사람의 조직이 공기보다 1.1배 더 흡수한다고 보고, 공기흡수선량을 사람흡수선량으로 바꾸어 37.4 Gy라고 친다면, 등가선량도 37.4 Sv라고는 할 수 있겠다. 전신균등피폭인 상황에서는 유효선량도 마찬가지로 37.4 Sv 이지만, 유효선량을 이렇게 조사선량, 흡수선량이랑 비교하는 것을 옳지않다.

 

일단 정답지에서는 2번이 정답이라고 한다. 보기에서 40 Gy가 아니라 34나 37.4 였다면 어찌저찌 인정해줄 수는 있겠으나 40 Gy는 진짜 아니다.

 

정답 : 2번

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84. 다음 중 커마(KERMA)에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 입자 플루언스에 선에너지 전달계수를 곱한 것이다.
    ② 2차 하전입자 평형이 이루어진 상태에서 자유공기 중의 커마와 흡수선량은 같다.
    ③ 비하전 방사선에 의해 단위 질량 중 생성된 모든 하전입자의 초기 운동에너지와 같다.
    ④ 물질의 입사면에서는 발생되는 2차 하전입자의 전방쪽 이동으로 인해 커마가 흡수선량보다 크다.

 

보기 3번은 커마의 정의이다.

커마 : 단위질량의 물질에 입사된 비하전입자에 의해 방출된 모든 하전입자의 초기운동에너지의 평균합

 

흡수선량 : 단위질량의 물질에 흡수된 방사선 에너지

 

흡수선량과의 차이점은,

1. 흡수선량은 모든 방사선, 커마는 비하전방사선

2. 흡수선량은 관심영역에서 흡수된 에너지, 커마는 관심영역에서 생성된 하전입자 에너지. 생성된 하전입자가 관심영역을 빠져나간다면, 흡수선량에서는 제외되고, 커마에서는 포함된다. 이것 때문에 물질 입사면 근처에서는 커마가 흡수선량보다 크다.

 

우선 관심영역에서 생성되는 하전입자는 관심영역을 벗어난다. 매질의 깊은 곳에서는, 이 벗어나는 분량만큼, 이전 영역에서 벗어나 관심영역으로 들어오는 하전입자들이 있다. 이를 하전입자평형이 성립한다라고 한다.

 

아래 그림에서 D가 우리의 관심영역이라고 해보자

우선 커마 계산 시, D에서 생성된 100 이 커마이다.

 

D에서 생성된 2차하전입자 일부는 E, F, G로 빠져나가 손실된다.

그런데 빠져나가는 만큼, A, B, C로부터 들어온다. 

A, B, C에서 들어오는 양 = E, F, G로 빠저나가는 양

이 성립하는 경우, 즉 하전입자평형이 성립하는 경우에는 흡수선량도 100 이고, 흡수선량과 커마는 같아진다.

보기 2번은 이에 대한 얘기이다.

 

 

 

하지만 A가 관심영역이라면, 커마는 100이지만 흡수선량은 100보다 훨씬 작다. B, C, D로 빠져나가기만하고 새로 들어와 보충되는 양이 없기 때문이다.

보기 4번은 이를 설명해주는 옳은 보기이다.

 

커마는 입자플루언스와 "질량"에너지전달계수의 곱이다.

질량에너지전달계수는 선에너지전달계수를 밀도로 나눈 것이다.

 

흡수선량은 입자플루언스와 질량에너지흡수계수의 곱이다.

 

에너지전달계수에서 제동복사 등 이탈을 제외해준것이 에너지흡수계수이다.

 

 

 

정답 : 1

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85. 방사능에 오염된 장비의 50 cm 거리에서의 방사선량률이 0.5 mSv/hr이고, 공기오염도가 50DAC인 지역에서 10시간 작업을 수행한 방사선 작업종사자의 총 피폭선량은? (단, 방사선 안전관리 목적으로 방사선 작업종사는 방호계수가 10인 반면 마스크를 착용하고 방사능에 오염된 장비의 50cm 거리에서 작업하였다.)
    ① 5.1mSv   ② 5.3mSv    ③ 5.5mSv   ④ 5.7mSv

 

 

피폭선량은 외부피폭과 내부피폭의 합으로 계산한다.

외부피폭부터 구해보면,

0.5 mSv/hr 로 10 시간을 받았으므로 5 mSv 이다. 외부피폭은 방호마스크의 효과를 받지 못한다.

 

내부피폭은,

유도공기중 농도의 정의에 따르면 1 DAC에서 2000시간 작업한 경우. 2000 DAC-hr =  20 mSv의 피폭을 받는다.

 

50 DAC인 작업장이지만 마스크의 방호계수가 10이므로, 실질적으로는 5 DAC의 작업현장이다.

 

따라서 5 DAC로 10 시간작업했으므로, 50 DAC-hr 이고, 이는 0.5 mSv의 피폭이다.

 

외부피폭과 내푸피폭을 합해보면 이 작업자의 총 피폭선량은 5.5 mSv 이다.

 

 

정답 : 3