91. 다음 중 중성자와 물질과의 상호반응에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 비탄성 산란에서는 중성자와 원자핵이 충돌하여 산란할 때, 중성자의 에너지 일부가 원자핵을 여기시키는데 사용되고, 여기된 원자핵은 비탄성감마선을 방출한다. ② 방사 포획 반응에서는 원자핵이 중성자를 포획해 하나 또는 몇 개의 감마선을 방출하는데, 이 때 발생하는 감마선을 포획 방사선이라 한다. ③ 중성자는 흡수반응의 결과로 양성자나 알파입자 등의 하전입자를 방출할 수 있는데, 이 때, 이러한 반응은 발열반응일 수도 있고, 흡열반응일 수도 있다. ④ 중성자와 원자핵이 충돌할 경우 때때로 (n, 2n)과 (n, 3n)반응이 일어날 수 있으며, 이 때 이러한 반응은 발열반응이다.
3. 중성자가 흡수되고 하전입자를 방출하는 경우가 있는데, 질량을 따져보아 Q > 0 이면 발열반응, Q < 0 이면 흡열반응이다. 일반적으로는 흡열반응이다. 그러나 가벼운 핵에서는 발열반응이 일어나기도 한다. 예) B-10(n,a)Li-7
4. (n,2n) 과 (n,3n)의 경우 흡열반응이다.
중성자 한개가 원자핵에 흡수되면 중성자 1개분의 결합에너지가 방출된다.
이 상태에서 두개의 중성자를 방출하려면 2개분의 결합에너지가 추가되어야 한다. 따라서 1개분의 결합에너지가 더 추가되어야 (n, 2n) 반응이 일어나므로 흡열반응이다.
정답 : 4
92. 다음 설명 중 옳은 것은? ① 1 MeV의 광자가 물 팬텀에 입사한 경우의 표면선량은 커마보다 흡수선량이 크다. ② 동일한 방사선에 대하여 물질의 반가층이 클수록 차폐의 공간적인 측면에서 더 유리하다. ③ 2가지 종류의 차폐체로 감마선을 차폐할 경우, 비충돌선속의 지수감쇠는 차폐체 순서와 무관하다. ④ 반도체 검출기의 경우, 저에너지 감마선 영역에서는 사층 (Dead Layer)으로 인해 계측효율이 높아진다.
1.
커마는 광자에 의해 생성된 하전입자의 초기 운동에너지 합이다.
즉, 광자가 물질과 반응을 한 순간에 생기는 전자들의 에너지이다. 이 전자들의 에너지 중 일부는 매질에 흡수될 것이고, 일부는 제동복사같은 형태로 매질을 빠져나갈 것이다. 이렇게 빠져나간 것을 제외하고 흡수된 것만 따진 것이 흡수선량이다.
매질 표면 부근에서 커마가 흡수선량보다 크다. 매질이 깊어지면 이전 영역에서 생긴 에너지가 관심영역으로 들어와 흡수되는 빌드업 현상 때문에 흡수선량이 보상을 받아 흡수선량과 커마는 비슷해진다.
표면에서는 이런 빌드업현상이 없으므로 관심영역을 빠져나간 에너지만큼 커마가 더 크다.
2.
반가층이란, 선량을 절반으로 줄일 수 있는 차폐체의 두께이다.
반가층이 작으면 작을수록 훨씬 얇은 벽으로도 차폐효과를 낼 수 있으므로, 반가층이 작을수록 유리하다.
3.
비충돌선속이란, 빌드업효과(인상인자)를 고려하지 않겠다는 것이다.
광자를 차폐할 때, 차폐벽에서 산란된 광자가 다시 관심영역으로 들어와 단순지수감쇠로 계산한 경우보다 선속이 더 커지는 경우가 있다. 이를 보정해주기 위해 인상인자를 곱해주어야 정확해진다.
만약 이런 산란으로 인한 빌드업효과를 고려하지 않는다면, 광자의 차폐는 단순 지수감쇠가 될 것이다.
$$ I(x) = B*I_0 e^{-x*\mu}$$
비충돌선속(협역빔, 빌드업 고려 안 함) 일 때 위의 식에서 B = 1로 무시해도 되지만
빌드업을 고려하는 경우(광역빔), B > 1 이 되어 단순 지수감쇠로 계산한 것보다 더 선속이 크다.
두가지 차폐체를 사용하는 경우, 차폐체의 순서 ( 앞, 뒤 배치 순서)에 따라 이 인상인자가 달라진다.
인상인자를 고려하지 않는 경우는 단순히 두 차폐체의 $\mu x$를 더하여 지수감쇠시키면 된다.
4.
Dead Layer는 불감층으로, 이 영역에서는 방사선의 검출이 불가능한 곳이다.
광자의 에너지가 너무 작은 경우, 이 불감층에 막혀 검출가능영역까지 도달하지 못할 것이다.
이런 불감층은 계측효율을 낮추는 안좋은 효과를 준다.
정답 : 3
93. 기체유입형 비례계수관을 이용하여 알파선과 베타선을 측정할 때, 다음 설명 중 옳은 것은? ① 가, 나 ② 가, 다 ③ 나, 다 ④ 가, 나, 다
비례계수관의 출력신호는 기체에 흡수된 에너지에 비례한다.
방사선의 에너지가 클수록 신호가 크기 때문에 에너지를 측정할 수 있다.
이는 알파선이든 베타선이든 마찬가지이다.
둘 모두 큰 에너지의 입자가 들어오면 그만큼 기체의 전리가 많이 생기고, 그만큼 펄스크기가 커진다.
근데 정답은 1번인데, 아마 베타선의 에너지가 너무 커지면, 검출기를 일부 빠져나가기 때문에 비례성이 상실된다고 출제자는 보는 것 같다. 그래도 4번이 정답인게 더 자연스러워 보인다.
정답 : 1
94. 1 MeV의 감마선이 섬광체에 모든 에너지를 전달하고 평균 450 nm의 파장을 가진 20,000개의 섬광광자를 생성하였을 경우, 섬광체의 섬광효율은? (단, 플랑크 상수 h = 6.6×10^-34 Jㆍsec, 광속 c = 3×10^8 m/s, 1 eV = 1.6×10^-19 J이다.) ① 2.0 % ② 5.5 % ③ 7.0 % ④ 9.5 %
95. He-3(n,p)H-3는 속중성자 측정에 사용되는 중요한 핵반응 중 하나이다. 2MeV의 속중성자가 He-3 비례계수관에 입사했을 때, 생성되는 출력 펄스 신호를 아래와 같은 그림에 나타내었다. B 지점에 해당하는 에너지를 옳게 나타낸 것은? (단, 상기 핵반응의 Q값은 0.76MeV이다. )
① 0.764MeV② 1.5MeV ③ 2MeV④ 2.764MeV
He-3 비례계수관의 스펙트럼에 대한 문제이다.
중성자가 검출기내로 입사되면 He-3와 반응하여 H-3와 p 가 생성된다. H-3와 양성자는 운동량을 보존하기 위해 반대방향으로 방출될텐데, 검출기 벽 부근에서 반응이 일어났다면, 둘 중 한 입자는 검출기 바깥으로 빠져나가 검출기의 신호 형성에 기여를 하지 못할 수도 있다. 이를 벽 효과라고 한다.
만약 중성자의 에너지가 없는 상태에서 핵반응이 일어났다면, Q값인 0.764 MeV를 H-3와 p가 나눠가질텐데, 운동량 보존을 위해 H-3이 1/4인 0.191 MeV를, p가 3/4인 0.573 MeV 를 가진다.
이 때 둘 모두 빠져나가지 않고 검출기 내에 흡수된다면 0.764 MeV의 피크를 형성할 것이다. (Epithermal peak)
