[원자력기사 기출풀이] 2015년 방사선이용 및 보건물리 16 ~ 20번

 

 

 

96. 유리성 섬유 필터를 이용하여 작업장 내 부유성 공기시료를 포집하였다. 작업장 내 공기오염도(Bq/m^3)은 얼마인가?
(단, 필터의 포집효율은 80%이며 포집기 유량률은 2.5 L/min, 포집시간 100분, 계측기 측정효율은 10%, 계수값은 2400 cpm(자연계수값 제외)이다.)
    ① 250    ② 500    ③ 1,000    ④ 2,000

 

가정 : 포집시간, 계측시간동안의 방사능붕괴는 없는 장반감기 핵종임. 만약 단반감기 핵종이라면, 포집, 계측시간 동안의 방사능감쇠를 고려해주어야 함. 이 문제에서 반감기가 주어지지 않았기 때문에 무시함.

 

공기오염도를 X (Bq/m^3) 이라고 하면,

100분동안 80 % 효율, 2.5 L/min ( = 0.0025 m^3/min)의 유량률로 채취한 시료의 양은

 

$$X\ast 0.0025\ast 100\ast 0.8=0.2X[Bq]$$

 

계측효율 10 %로 측정된 계수값이 2400 cpm = 40 cps 이므로,

 

$$0.2X\ast 0.1=40$$

 

따라서 방사능농도 $X=2000Bq/m^3$ 이다.

 

 

정답 : 4

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97. 80 MHz로 운영되는 Wilkinson-type ADC를 사용하는 MCA의 불감시간은 얼마인가?
(단, 펄스의 저장시간은 2.5 μs이고, 운영하는 채널은 300 채널이다.)
    ① 6.25 μs     ② 7.25 μs     ③ 8.25 μs     ④ 9.25 μs

 

 

MCA의 불감시간은 Analog to Digital 변환시간과 메모리 처리시간의 합으로 구해진다. 이 불감시간동안 다른 펄스가 들어오면 처리가 불가능하다.

 

불감시간 $\tau$

채널수 N

주파수 : v 

펄스저장시간 B 

이면,

 

$$\tau =\frac{N}{v}+B$$

 

로 계산된다.

 

단위를 통일시켜 계산해보면 불감시간은 6.25 us 이다.

 

정답 : 1

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98. 표면오염 측정방법에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① 직접법은 자연계수가 높은 장소에는 적합하지 않다.
    ② 간접법은 전이율에 많은 영향을 받는다.
    ③ 간접법은 모든 방사능 오염원에 대하여 스메어 용지를 이용하여 100 cm^2을 직접 문질러 시료를 채취한 후 방사선 측정기를 이용하여 방사능 오염의 정도를 평가하는 방법이다.
    ④ 간접법은 방사성폐기물 저장드럼용기 표면오염 검사 등에 많이 사용된다.

 

 

직접법 : 오염현장에서 방사선계측기를 오염부위 근처에 가져다 대고 측정하는 것

간접법 (스메어 법) : 오염현장에서 종이로 오염부위를 문질러(스메어 하여) 오염을 채취한 뒤, 계측기로 종이의 방사능을 측정하는 것. 보기 3번이 간접법에 대한 설명이다. 문지르는 것을 스메어한다고 말한다.

 

직접법의 장점

 - 현장에서 신속하게 측정 가능

 - 유리성오염 ( 제거가 되는 오염)과 고정형 오염 (제거되지 않는 오염) 두가지 모두 측정 가능

 - 틈새나 이음매 같은 부위도 측정 가능

직접법의 단점

 - 현장의 배경준위가 오염에 비해 크다면 측정할 수 없음.

 

간접법의 장점

 - 배경준위에 무관하게 측정 가능 ( 현장에서 빠져나와서 계측하는 것이므로)

간접법의 단점

 - 이음매나 틈새 같은 부위는 스메어하기 어려움

 - 문지르는 힘, 문지르는 면적, 표면의 상태, 용지의 재질에 따라서 전이율(스메어율)의 차이가 큼

 - 제거성 오염만 측정이 가능하고, 고정형 오염은 측정할 수 없음. 스메어가 되지 않기 때문임.

 

 

 

정답 : 3

 

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99. 반도체 검출기에 대한 설명으로 틀린 것은?
    ① W값이 작기 때문에 에너지 분해능이 좋다.
    ② 검출기 내 전자와 정공의 이동속도는 같다.
    ③ 효율은 3"×3" Nal(Tl) 계측기에 대한 상대효율로 정의되고 있다.
    ④ 반치폭(FWHM)이 크면 에너지 분해능이 떨어진다.

 

반도체검출기는 고체전리를 이용한 검출기이다.

 

1번 : 반도체검출기의 W값은 작다. 상온에서 Ge의 W 값은 2.9 eV, Si 의 W 값은 3.6 eV 인데, 기체전리함의 경우 30 eV 수준. 섬광계수기의 경우 20 eV 인 것에 비교하면, 반도체검출기의 W 값은 상당히 작다. W값은 전하운반자(ex : 전자쌍) 한개를 만들어내는데 필요한 방사선의 에너지이다. 이 에너지가 작다면, 같은 에너지의 방사선이 들어올 때, 더 많은 전하운반자를 만들어낸다는 뜻이고, 그만큼 에너지 분해능이 좋아진다.

 

2번 : 고체결정에 방사선이 입사하면 전자와 정공 쌍이 생긴다. 반도체검출기의 정공은 전자보다 3배정도 느리다. 이론상, 정공은 전자의 빈자리이기 때문에 전자와 정공의 이동속도는 같을 것처럼 보이나, 전자는 여유로운 전도대에서 움직이고, 정공은 조밀한 충만대에서 움직이기 때문에 전자가 더 빠르다.

 

3번 : 반도체검출기의 효율은 Co-60의 1.33 MeV 감마선, 25 cm 거리에서 3 inch * 3 inch의 NaI(Tl) 에 대한 상대효율로 정의된다.

 

4번 : 반치폭이 크다는 것은 에너지스펙트럼에서 펄스의 폭이 두껍다는 것이고, 그럼 이웃한 에너지의 펄스와 구별하기 어려워진다. 따라서 분해능이 떨어진다.

 

분해능 R 은

$$R=\frac{FWHM}{E}$$ 

로 표현되는데,

반치폭 FWHM이 클수록 R 값은 커진다. R 값이 커질수록 분해능은 안좋아진다는 뜻이다.

 

 

정답 : 2

 

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100. Al-26 핵종의 스펙트럼 분석에서 가장 작은 에너지 영역에서 나타나는 피크는?
    ① 제동복사    ② 단일 이탈피크   ③ 엑스선 이탈피크    ④ 소멸 피크

 

 

Al-26은 1.8 MeV의 감마방출핵종이다.

 

1.8 MeV는 쌍생성 문턱에너지 1.022 MeV보다 크기 때문에, 쌍생성이 생길 수 있다. 그래서 1.022 MeV보다 큰 핵종과 작은 핵종의 감마스펙트럼 모양은 다르다.

아래 그림에서 왼쪽은 감마에너지 0.662 MeV의 Cs-137의 스펙트럼이고, 오른쪽은 1.78MeV의 Al-28 스펙트럼이다.

 

쌍생성이 일어나지 않는 경우,

1. 광전흡수에 의한 전에너지피크 ( = 감마에너지, E)

2. 광전 흡수 이후 발생하는 특성 X 선이 검출기에 흡수되지 못하고 빠져나간  (E - 특성 X 선 에너지) 의 피크 ( 아래 그림에는 표시되지 않았음)

3. 컴프턴 엣지와 전에너지피크 사이에 다중컴프턴으로 인한 연속부

4. 컴프턴산란에 의한 연속스펙트럼. 이 연속스펙트럼은 0 부터 시작하여 컴프턴 엣지에서 끝나는데,  180도로 산란되었을 때, 컴프턴전자의 에너지가 가장 크고, 그 에너지가 컴프턴 엣지를 형성한다.

5. 170 ~ 220 keV 부위에서 검출기 주변부와 후방산란으로 인한 후방산란 피크

6. 가장 낮은 부분에는 제동복사선에 의한 피크가 있다.

 

쌍생성이 일어나는 경우 ( Al-26, Al-28)

위 다섯가지에 더해서, 다음 피크가 추가된다.

1. 쌍생성 이후 발생한 0.511 MeV 의 소멸감마선 1개가 검출기를 빠져나간, E - 0.511 의 단일이탈피크

2. 두 소멸감마선 모두 빠져나간 E - 1.022 MeV 의 이중이탈피크

3. 검출기 주변부와 쌍생성 반응 이후 생성된 한개의 소멸감마선이 검출기로 들어오는 0.511 MeV의 소멸감마 피크 ( 이건 아래 그림에 표시되지 않았음.)

 

 

 

1번 보기의 제동복사영역은 오른쪽 그림에 Bremsstrahlung 으로 표시된 것인데, 감마선이 상호작용하여 생긴 광전자, 컴프턴전자들이 제동복사를 일으키고, 그 제동복사가 검출된 것이다. 이것을 피크로 봐야하나 애매하긴 한데, 제동복사영역이 가장 낮은 에너지의 스펙트럼을 형성한다.

 

Al-26 의 1.8 MeV 감마 기준으로 

전에너지피크는 1.8 MeV

단일이탈피크는 1.8 - 0.511 MeV

이중이탈피크는 1.8 - 1.022 MeV

소멸피크는 0.511 MeV

엑스선이탈피크는 1.8 MeV - 수십keV   ( Al-26의 가장 안쪽 궤도전자 결합에너지가 수십 keV 일텐데 정확히 모르겠음)

컴프턴 엣지는, 1.58 MeV (산란각 180도에서 전자에너지)

후방산란피크는 170 ~ 220 KeV 정도. 감마에너지에 큰 영향 받지 않고, 대부분 이정도에서 발생.

 

 

 

정답 : 1