NaI(Tl) 검출기에서 감마선의 에너지에 따른 선형감쇠계수

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1 NaI(Tl) 검출기에서 감마선의 에너지에 따른 선형감쇠계수
광자에 대한 특정 물질에서의 선형감쇠계수 질량감쇠계수(mass attenuation coefficient) or

2 감마선 핵종분석결과에서 피크의 분석 단일이탈 전에너지 피크 전에너지 피크 이중이탈 피크 피크 컴프턴 단애 컴프턴 단애
컴프턴 연속 컴프턴 연속 다중 컴프턴산란 다중 컴프턴산란 컴프턴단애에 해당하는 에너지

3 입사광자의 검출기 주변물질과의 반응에 의한 스펙트럼 변화
PE 특성엑스선 선원 검출기 차폐체 ① CS ② 검출기 ③ 선원 e- 차폐체 PP e+ E [MeV] ① 특성 엑스선 ~ ② 후방산란선 ③ 소멸감마선 제동 복사선

4 137Cs 과 28Al 의 감마선핵종분석 결과

5 C : 채널수 a1, a2, a3 , a4 : 상수 에너지교정 및 효율교정 에너지교정식 :
 에너지교정 (Energy calibration) - 채널과 이에 대응하는 감마선의 에너지를 연관짓는 과정 - 핵종분석이 수행되는 전에너지에 걸쳐 기지의 에너지를 방출하는 감마선원의 스펙트럼을 측정한 후 피크가 위치하는 채널과 에너지를 비교 에너지교정식 : C : 채널수 a1, a2, a3 , a4 : 상수 Gamma Ray Energy [keV] Channel Number

6  효율교정 (Efficiency calibration)
- 감마선의 에너지와 검출효율을 연관짖는 과정 - 전에너지 피크 효율은 전에너지 피크에서의 계수율과 선원에서 방출된 감마선의 비 R : 전에너지 피크의 계수율 (net area/live time) S : 방사능(Bq) P : 감마선 방출율 - 검출효율은 시료의 기하학적 형태(크기, 밀도, 시료와 검출기간 거리)에 의존하므로 실제 측정환경과 동일한 조건에서 교정수행 - 핵종분석이 수행되는 전에너지에 걸쳐 기지의 에너지를 방출하는 감마선원의 스펙트럼을 측정한 후 각 에너지에 대한 효율을 도시 - 효율교정용 선원은 감마선의 에너지뿐 아니라 방출률과 방사능을 미리 알고 있어야 한다. - 광전효과, 검출기의 크기 등으로 일정 에너지에서 효율은 최대가 되고 그 이상의 에너지에서는 광전효과 감소 및 검출기 투과 등으로 효율이 감소, 저에너지에서는 dead layer에 의한 에너지 감쇠로 효율이 감소

7 NaI(Tl)를 이용한 감마선핵종분석

8 NaI(Tl)를 이용한 감마선핵종분석

9 HPGe를 이용한 감마선핵종분석

10 HPGe를 이용한 감마선핵종분석

11 감마선 스펙트럼의 특징 (1) 전에너지 피크: 1.78 MeV (2) 컴프턴단애:
[예] HPGe를 이용하여 28Al(E = 1.78 MeV)의 에너지 스펙트럼을 분석한 결과이다. 각 번호에 해당하는 피크의 명칭과 에너지를 구하라. (1) 전에너지 피크: 1.78 MeV (2) 컴프턴단애: (3) 단일이탈 피크: 1.78MeV MeV = MeV (4) 이중이탈 피크: 1.78MeV MeV x 2 = MeV (5) 소멸감마선 피크: MeV (6) 후방산란선 피크: ~0.2 MeV (7) 제동복사선

12 검출기의 효율 및 에너지분해능 - 검출기의 효율 ∝ 검출기의 원자번호, HPGe < NaI(Tl) 반도체 검출기의 효율은 60Co 선원(1.33 MeV) 으로부터 25 cm 거리에서 3"×3" NaI(Tl) 효율의 상대효율로 표현된다. - 에너지분해능 ∝ 단위 에너지당 생성되는 정보전달자의 수  하나의 전자 여기 및 전리에 필요한 에너지 NaI(Tl): 약 20 eV HPGe : 약 3 eV  HPGe > NaI(Tl)  반치폭(FWHM, Full Width at Half Maximum) 피크 최대값의 1/2에서 피크의 폭  E H0 FWHM Y/2 Y

13 단일채널분석기(SCA, Single Channel Analyer )
- 특정 범위의 크기를 지닌 펄스만 계수하는 장치 - 상한선별기(upper level disciminator, ULD)와 하한선별기(lower level disciminator, LLD)로 이루어진 하나의 채널(channel)을 구성 - 반동시회로로 동작 [SCA의 동작과 출력펄스] [반동시회로의 구성] Pulse height(V) Time SCA output LLD ULD Window 검출기 상한선별기 (ULD) 증폭기 H. V. 하한선별기 (LLD) 반동시회로 계수기

14 다중채널분석기(MCA, Multichannel Analyzer )
검출기에 흡수된 에너지에 비례하는 펄스를 크기에 따라 해당 채널에 기록저장 Vp Vp를 일정하게 방전 Capacitor charging Linear-ramp discharging Oscillator clock Time Gating pulse Start(open) Stop(close) t [채널수 결정] h: 스펙트럼에서 피크 식별을 위해 FWHM 묘사에 할당 되는 최소의 채널수(최소 4개 채널을 FWHM에 할당) 관심있는 에너지 범위: 통상 0~2 MeV  HPGe의 경우 에너지분해능: 2keV 정도  NaI(Tl)의 경우 에너지분해능: 50keV 정도 - MCA에서 Channel의 수를 늘리면?    핵종분석시 피크를 보다 명확하게 구분할 수 있다    각 채널당 계수값 감소로 통계적 오차가 커짐    데이터 처리시간이 길어지기 때문에 계측시스템의 불감시간이 늘어남

15 단일채널분석기와 다중채널분석기의 원리 (비교)
- 단일채널분석기(SCA) V2 V1 V1을 이동 V, window V ULD와 LLD 사이(window)에 있는 펄스만 계수 (예) V1과 V2 사이의 펄스의 수 : 5개 일정 시간동안 발생한 펄스 - 다중채널분석기(MCA) C9 C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 채 널 번 호 펄스의 높이에 해당하는 채널에서 그 수를 적산 (예) 5번 채널에서 계수된 펄스의 수 : 4개 일정 시간동안 발생한 펄스

16 [SCA의 이용] - MCA가 개발되기 전에는 SCA를 이용하여 핵종분석 수행 - MCA 보다 불감시간의 영향을 덜 받음 - SCA는 많이 사용되지는 않지만 window를 미세하게 설정할 수 있는 장점으로 인해 여러 에너지를 지닌 방사선장에서 특정 핵종의 감시에 활용 (예) 원전 등의 경우 다양한 에너지를 갖는 방사성핵종이 방출되는데, 이 경우 특정 핵종(137Cs, 131I 등)의 신속한 감시에 적합

17  : 분해시간 (resolving time) 또는 동시회로의 폭 (width of coincidence)
동시회로와 반동시회로  : 분해시간 (resolving time) 또는 동시회로의 폭 (width of coincidence)  동시회로 (Coincidence)  반동시회로 (Anticoincidence) Channel 동시회로 (Coincidence) Yes  1 2 No Channel 동시회로 (Coincidence)  1 2 No Yes

18 백그라운드 저감기법 백그라운드 선원 40K, 232Th, 238U, 토륨과 우라늄의 ① 검출기 재료에 함유된 자연방사능
 ① 검출기 재료에 함유된 자연방사능   ② 검출기 주변장치(보조장치, 지지대, 차폐체)에 함유된 자연방사능   ③ 지표의 지각방사선, 실험실 벽 또는 다른 구조물로부터 방출되는 방사선   ④ 검출기 주변 공기 중에 존재하는 방사능 : 222Rn, 220Rn   ⑤ 우주선 40K, 232Th, 238U, 토륨과 우라늄의 붕괴생성물 등의 천연 방사성핵종 선 원 가드검출기 주검출기 차폐체 백그라운드 저감기법 (1) 차폐체를 이용한 백그라운드 저감 차폐체: 납 또는 철 (2) 가드검출기를 이용한 반동시회로 - 가드검출기 : 대용량의 플라스틱 검출기, 액체섬광검출기, 환상의 GM 검출기 - 우주선에 의한 백그라운드 기여분 저감 - 선원에서 방출되는 방사선은 주검출기에서만 신호생성  반동시회로에서 출력펄스 형성 - 우주선은 가드검출기와 주검출기 모두에서 신호생성  반동시회로에서 출력펄스 제거 - 컴프턴연속 저감 선원에서 방출된 감마선이 주검출기에서 컴프턴산란을 한 후 가드검출기로 입사하여 다른 반응을 하면 반동시회로에서 출력펄스 제거

19 백그라운드 저감기법 (3) 동시회로 - 베타붕괴 후 감마선을 방출하는 핵종과 같이 동시에 하나 이상의 방사선을 방출하는 선원
- 방사선을 검출하는 검출기와 함께 동시회로(coincidence)를 사용하면 백그라운드 저감 - 12.7cm×12.7cm NaI(Tl) 검출기 내벽에 기체유입형 4π 비례계수관을 둔 검출시스템 - 베타선과 감마선 : 각각 비례계수관과 NaI(Tl) 검출기에서 신호생성  동시회로에서 출력펄스 형성 백그라운드 방사선 : 어느 한 검출에서만 신호생성  동시회로에서 출력펄스 제거     - 백그라운드 저감효과가 높으므로 극저준위 방사능을 측정할 때 많이 이용(최소검출한계 개선) 동시회로

20 [예] 다음중 상온에서 액체질소로 냉각하지 않고 사용할 수 있는 반도체 검출기는?
① HPGe ② Si(Li) ③ Ge(Li) ④ GaAs [예] 다음중 저에너지 엑스선 측정에 유리한 검출기는? ① HPGe ② LiI(Eu) ③ Si(Li) ④ HgI2 [예] HPGe 반도체 검출기의 특성에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 에너지 분해능이 탁월하다 ② W값이 다른 계측기에 비하여 적다 ③ NaI(Tl)검출기에 비해 측정효율이 좋다 ④ 전자와 정공은 반대 방향으로 이동한다 [예] 다음중 알파선 측정에 사용되는 검출기는? ① 표면장벽형검출기, ZnS(Ag) ② HPGe, Si(Li) ③ LiI(Eu), Ge(Li) ④ GaAs, CsI(Na) [예] 다음중 반도체 검출기의 상대효율의 기준이 되는 검출기는? ① 1"×1" HPGe ② 2"×2" NaI(Tl) ③ 3"×3" NaI(Tl) ④ 4"×4" HPGe [예] 137Cs 선원을 HPGe 검출기로 측정한 결과 FWHM이 3 keV 이었다. 이 경우 662 keV 광자에 대한 분해능(%)은 얼마인가?

21 [예] MCA에서 채널의 수를 증가시키는 것과 관련이 없는 것은?
① 핵종분석시 피크를 보다 명확하게 구분할 수 있다 ② 각 채널당 계수값 증가로 통계적 오차가 커진다 ③ 계측시스넴의 불감시간이 늘어난다 ④ 데이터의 처리 시간이 길어진다 [예] 다음은 MCA(다중파고분석기)에 대한 설명이다. 틀린 것은? ① 채널수는 방사선의 계수치에 비례한다 ② 채널수는 출력펄스의 높이에 비례한다 ③ 채널수는 방사선의 에너지에 비례한다 ④ 출력펄스의 높이는 에너지에 비례한다 [예] 감마선 에너지측정시스템의 배열구성이 옳은 것은? ㉮ 검출기 ㉯ 펄스크기분석기 ㉰ 전치증폭기 ㉱ 계수기 ㉲ 주증폭기 ① ㉮-㉯-㉰-㉱-㉲ ② ㉮-㉰-㉲-㉯-㉱ ③ ㉮-㉰-㉲-㉱-㉯ ④ ㉮-㉲-㉰-㉯-㉱ [예] 단일파고분석기(SCA)에 대한 설명으로 옳지 않은 것은? ① 동시회로를 이용한다 ② 원자력시설등의 환경감시에서 SCA는 MCA보다 특정핵종의 감시에 유리할 수 있다 ③ 하한선별기와 상한선별기 사이에 존재하는 펄스만을 계수한다 ④ 하한선별기와 상한선별기 구간을 창(Window)이라 칭한다 [예] HPGe 검출기를 사용할 때 액체 질소로 냉각하는 이유를 쓰시오. Ge의 경우 전도대와 충만대의 에너지 간격이 약 1 eV 정도에 불과하므로 상온에서 열적여기에 의해 충만대의 전자가 전도대로 이동하여 잡음(noise)을 형성할 수 있다. 이를 제거하기 위해 LN2로 냉각

22 [예] 137Cs핵종의 감마선 스펙트럼 분석에서 나타나지 않는 피크는?
① 광전피크 ② 컴프턴연속 ③ 후방산란선 피크 ④ 이중이탈 피크 [예] 반도체 검출기의 에너지 분해능이 섬광검출기나 비례계수관에 비해 우수한 이유를 설명하시오. 하나의 정보전달자를 생성하는데 필요한 에너지 반도체: ~3 eV 정도, 섬광검출기: ~20 eV, 기체: ~30 eV - 생성되는 정보전달자의 수 : - 분해능 : - 따라서 단위 광자에 대하여 각 검출기에 흡수된 에너지가 같다면 분해능의 비는 다음과 같다 반도체검출기 : 섬광검출기 : 비례계수관    (주의:분해능 값이 작은 것이 우수한 것임) [예] 감마선 스펙트로메트리에서 감마선의 에너지와 무관하게 후방산란 피크가 나타나는 에너지 구간은? ① keV ② keV  ③ keV ④ keV [예] 다음중 계측기 주변 차폐체의 영향에 의한 피크가 아닌것은? ① 특성 엑스선 피크 ② 후방산란선 피크 ③ 소멸감마선 피크 ④ 콤프턴단애 [예] 28Al(1.779 MeV) 핵종의 측정시 관찰되는 단일이탈피크의 에너지는? ① 732 keV ② 898 keV ③ 1038 keV ④ 1268 keV

23 [예] 감마선 에너지 분석에서 중요한 피크는? ① 광전피크 ② 콤프턴연속 ③ 단일이탈피크 ④ 이중이탈피크 [예] 천연에 존재하는 40K(1.46 MeV)핵종의 측정시 나타나는 컴프톤단애의 에너지는?

24 개인선량계및 내부피폭선량측정

25 개인선량계 (열형광선량계; TLD) 전도대 h 충만대 자유전자 여기 천이 가열 가시광선 열형광물질
방사선에너지를 흡수한 물질에 열을 가하면 형광을 방출하는 성질을 지닌 물질 자유전자 e 전도대 h e e 여기 천이 가시광선 e e e e 충만대 e e e e 가열 누적형 검출기 - 방사선 피폭량  가시광선의 방출량 집적형검출기 열형광물질 LiF, Li2B4O7, CaF2, CaSO4 등

26 개인선량계 (열형광선량계; TLD) 열형광물질의 종류 및 특성 ※ 조직의 유효원자번호 = 7.4
구 분 열형광물질 Zeff 상품명 측정방사선 용 도 조직등가 LiF:Mg,Ti 8.3 TLD-100, TLD-700 감마선, 베타선 개인선량측정 TLD-600 중성자 LiF:Mg,Cu,P TLD-100H, TLD-700H GR-207(7LiF:Mg,Cu,P) TLD-600H GR-206(6LiF:Mg,Cu,P) Li2B4O7:Cu 7.3 조직비등가 CaSO4:Dy 14.4 환경감시 CaF2:Dy 16.3 열형광물질 6Li (%) 7Li (%) 감마/중성자 혼합방사선장 비 고 TLD-100 7.5 92.5 감마선 천연 Li TLD-700 0.07 99.93 7Li 농축 TLD-600 95.6 4.4 감마선 + 중성자, 6Li(n,)3H 6Li 농축 중성자 선량 = (TLD-600 판독치) - (TLD-700 판독치)

27 개인선량계 (열형광선량계; TLD) 열형광선량계의 특성 - 감도가 매우 우수 최소검출한도: 1 mR 이하  저선량 측정 용이
- 열처리(annealing)하면 재사용 가능 반응도의 에너지의존성이 낮다 잠상퇴행이 낮다 ※ 잠상퇴행(fading) 시간이 경과함에 따라 선량계에 기록된 정보가 손실되는 현상 글로우 곡선 - 방사선에 조사된 열형광물질을 가열하였을 때 나타 나는 열형광의 강도곡선 - 열형광물질에 따라 고유한 글로우 곡선을 지닌다 열형광선량계의 에너지의존성 열형광선량계

28 개인선량계 (열형광선량계; TLD) TLD Ring dosimeter 열형광선량계 KAERI ICN
Panasonic-UD802 Front Case Rear Case TL Card 손목선량계 TLD Ring dosimeter

29 개인선량계 (열형광선량계; TLD) 가열 열형광선량계의 판독시스템 AMP Preamp Scaler ADC H. V. PMT
Harshaw RaDos

30 개인선량계 (필름배지) 필름의 흑화도가 피폭량에 비례 방사선에 필름의 반응 원리 열형광선량계 및 필름배지에서 필터의 역할
Proxtronics Inc ICN ICN wrist 방사선에 필름의 반응 원리 열형광선량계 및 필름배지에서 필터의 역할 방사선 + 필름  e- e- + Ag+  Ag Ag + e-  Ag- Ag- + Ag+  2Ag 2Ag + e-  AgAg- AgAg- + Ag+  3Ag  4 ~ 6 Ag = 잠상의 중심 처리과정을 거치면 가시상으로 형상화 - 실용량에 해당되는 선량을 조직등가로 보정하기 위해 필터의 두께를 조정하여  심부선량 : Hp(10)  피부선량 : Hp(0.07)  수정체선량 : Hp(3) 을 측정한다 - 입사되는 방사선의 선질정보 획득 필름의 처리 순서 현상  정지  정착  수세  건조

31 개인선량계 (필름배지) 필름배지의 특성 - 열형광선량계에 비하여 잠상퇴행이 크다 - 온도 및 습도 영향이 크다
- 측정가능한 선량범위가 좁다 - 에너지 의존성이 크다 필름 유제 속의 AgBr(브롬화은)의 원자번호가 높기때문 - 비용이 저렴 필름배지 필름의 에너지의존성 필름의 판독시스템 AMP 광 검출기 광원 계수기 필름 밀도계(Xrite 301) 필름의 흑화도 I0 : 필름에 입사하는 빛의 강도 I : 필름을 투과한 빛의 강도

32 OSL(Optically stimulated luminescence) : Al2O3
개인선량계 (기타 보조선량계) 기타 보조선량계 전자개인선량계 포켓선량계 OSL(Optically stimulated luminescence) : Al2O3 Aluminum Oxide Detector Film Tin Filter Imaging Filter Copper Filter Open Window 능동형선량계의 역할 - 작업자의 심리적 안정 도모 - 주선량계 파손 및 분실시 선량을 대체평가 - 사고 등의 감지 및 경보 고체비적검출기 NRPB의 중성자 선량계와 에칭 후의 CR-39

33 개인선량계 nf, nth 개인선량계의 종류별 특성
명 칭 원 리 용 도 측정 방사선 측정범위 에너지 의존성 잠상퇴행* 포켓 선량계 기체전리 수시선량 측정 X, , nth 10mR∼수 R 다소 나쁨 - 경보선량계 X,  1mR∼수 R 작음 필름배지 필름감광 누적선량 측정 X, , , nf, nth 10mR∼수십 R 5%/30day 열형광선량계 고체여기(열형광) X, , , nth 0.1mR∼105R 5%/90day ※ 잠상퇴행 (fading) : 시간이 경과함에 따라 선량계에 기록된 정보가 손실되는 현상 nth : 열중성자 (thermal neutron) nf : 속중성자 (fast neutron)

34 기타선량계 화학선량계 - 고선량 측정용이며 누적형이다 - 방사선의 조사 결과 발생한 화학변화량을 측정
- 수 십 ~ 수 천 Gy 정도의 대선량 측정에 이용 프리케선량계(Fricke Dosimeter)      - 산화반응 이용 Fe+2 + OH  Fe+3 + OH-      - G(Fe+3) = 15.5 세륨선량계(Ce Dosimeter) - 환원반응 이용 Ce+4  Ce+3      - G(Ce+3) = 2.34 ※ G값(G-Value) - 방사선에너지 100eV 흡수당 생성되는 원자나 분자의 수 - G값이 클수록 방사선에 대한 감도가 좋다

35 D : 흡수선량 (Gy) C : 비열 (cal/goK] 열량계(Calorimeter) T : 온도변화 (oK)
- 물질에 흡수된 방사선 에너지의 대부분은 열로 전환 - 열량계는 방사선에 의한 온도상승을 측정함으로써 흡수선량 측정 D : 흡수선량 (Gy) C : 비열 (cal/goK] T : 온도변화 (oK) - 물의 비열이 1 cal/goK 일때 물의 온도를 1oC 상승시키기 위해서는 4,200 Gy 만큼의 많은 선량이 필요 - 방사선치료 분야와 같은 대선량 측정에 이용

36 ※ CaSO4:Mn은 LiF 계열에 비해 상대적 감도는 우수하지만 잠상퇴행 커서 장기간 사용이 곤란
개인선량계 [예] 다음 선량계에 대한 설명으로 옳지 않은것은? ① LiF은 조직등가물질이다 ② TLD는 판독후에 열처리를 통해 재사용할 수 있다 ③ 조직등가물질을 사용하는 선량계는 에너지 의존성 높다 ④ TLD-600은 물질내 6Li의 함량이 천연비로 존재하는 것을 의미한다 [예] 저선량인 환경방사선측정에 널리 사용되는 열형광물질은? ① CaSO4:Mn ② LiF:Ti ③ CaSO4:Dy ④ MgB4O7:Dy [예] 다음 관계가 옳지 않은 것은? ① TLD-글로우 곡선 ② 필름배지-잠상퇴행 ③ HPGe-액체질소 ④ 전리함-전자사태 [예] G값에 대한 정의로 옳은 것은? ① 방사선 에너지 10eV당 생성되는 분자수 ② 방사선 에너지 100eV당 생성되는 분자수 ③ 방사선 에너지 1keV당 생성되는 분자수 ④ 방사선 에너지 1MeV당 생성되는 분자수 [예] 다음은 개인선량계로 사용되는 TLD와 필름배지를 비교한 것이다. 잘못된 것은? ① TLD가 필름배지보다 에너지 의존성이 작다 ② TLD가 필름배지보다 측정하한선량이 낮다 ③ TLD가 필름배지보다 잠상퇴행이 작다 ④ TLD가 필름배지보다 습도에 영향을 많이 받는다 ※ CaSO4:Mn은 LiF 계열에 비해 상대적 감도는 우수하지만 잠상퇴행 커서 장기간 사용이 곤란

37 개인선량계 [예] 필름배지에 대한 설명으로 옳지 않은 것은?
① 시간의 경과에 따라 AgBr로 환원되는 현상을 fogging 이라고 한다 ② 방사선에 의한 필름의 감광현상을 이용한다 ③ 에너지에 대한 의존성을 보상하기 위해 Al, Cu, Pb 등의 필터를 사용한다 ④ 필름배지는 사용하지 않을 경우 냉암소에 보관한다 ※ Fogging은 잠상퇴행(fading)과 반대되는 의미로 백그라운드에 의해 Ag 핵이 확장되는 잠상현상(latent image)이다

38 내부피폭선량측정 체외계수법, 바이오에세이(생물분석법), 작업환경감시(공기샘플러 등) 체외계수법
- 검출기 : NaI(Tl), HPGe - 전신계수기(Whole Body Counter) 및 폐계수기(Lung Counter) PC based MCA AMP Preamp PC Oscilloscope H. V. 예탁유효선량 평가 격실모델 해석

39 바이오에세이(생물분석법) 시료채집(대·소변) 시료의 화학적 처리 방사능측정(LSC, ICP-MS.) 격실모델 해석
예탁유효선량 평가

40 격실모델 호흡기 모델 생체역학적 모델 소화기 모델

41 X-선 발생장치 제동복사 양극의 재질 - 원자번호가 높은 물질 (제동복사 수율을 높이기 위해) - 녹는점이 높은 물질
Beam monitor chamber Filter Collimator Tube Housing 제동복사 원자번호에 따른 제동복사율 제동복사율 원자번호 양극의 재질 - 원자번호가 높은 물질 (제동복사 수율을 높이기 위해) - 녹는점이 높은 물질 - 74W, 42Mo, 29Cu 등 필터에 의한 스펙트럼의 변화 Normally filtered beam Unfiltered X-ray energy Intensity Ideal

42 X-선 발생장치 X-선 튜브 High Voltage Supply Current Tube Cathode Anode Target
Tube Housing Anode Window Cathode Target Focusing Cap Tube

43 X-선 스펙트럼 관전류 변화에 따른 X-선 스펙트럼 관전압 변화에 따른 X-선 스펙트럼 Intensity
Kα 관전류 변화에 따른 X-선 스펙트럼 Intensity 특성 X-선 Intensity 400 mA Kβ 제동복사선 200 mA Tube peak voltage(kVp) X-ray energy X-ray energy 관전압 변화에 따른 X-선 스펙트럼 Intensity 80 kVp 70 kVp  입사되는 전자 에너지의 99%는 열로 전환 X-ray energy

44 측정치의 통계처리

45 정확도와 정밀도 핵반응으로 방출되는 입자 → 확률적 성질 → 통계적 불확실성 Accuracy True
정확도(Accuracy)와 정밀도(Precision) Accuracy True

46 정확도와 정밀도 정확도(systematic error) ► 측정된 평균값과 참값의 차이 ► 원인
기기의 잘못된 교정, 관측오차, 환경의 간섭 정밀도(random error) ► 측정값의 평균에 대한 통계적 차이(측정값의 통계적요동) ► 원인 - 방사성핵종 붕괴의 통계적 현상 - 방사선과 물질과의 상호작용의 통계적 현상

47 측정치의 통계처리 dps = Bq 1 Ci = 3.71010 Bq dps cps
- 계수(count, n): 일정시간(t) 동안의 측정치 - 계수율(Count rate, r): - 단창형 GM 검출기를 이용하여 137Cs 선원을 5분간 측정하여 1000 counts 를 얻었다. 5분간의 계수 = 1000 counts 계수율(r),

48 측정치의 통계처리 어떤 시료를 일정시간동안 계측하여 계수 n을 얻었다면 오차의 합성 계수율 (백그라운드를 포함한시료에서)
Ex) 순계수(nn)=총계수(nt)-백그라운드 계수(nb) 비방사능(s)=방사능(A)/질량(m) 계수율 (시료에서) 계수율 (백그라운드를 포함한시료에서) 또는 상대오차 = 표준편차 평균

49 여러 조건에서의 오차계산 ① 백그라운드가 일정할 경우
    백그라운드를 충분히 오랜 시간동안 측정하여 그 오차가 무시할 수 있을 정도로 작을 경우, σb=0 로 둘 수 있다 ② 요구되는 정확도를 지닌 순계수율 산출에 필요한 계수시간 계산      총계수율이 400cpm 이고 백그라운드 계수율이 100±2cpm 이다. 순계수율의 상대오차가 1%가 되도록 측정하고자 할 때 시료계수에 필요한 시간을 구해보자.

50 위의 두식을 연립하여 풀면 ts=55min, tb=5min
여러 조건에서의 오차계산 ③ 정해진 시간에서 시료와 백그라운드 계수시간의 최적배분법     한정된 시간, 즉 t=tt+tb 내에 시료와 백그라운드를 측정하려 한다. 오차를 최소화하기 위해 각 측정에 할당할 수 있는 시간 [예제] 백그라운드가 22cpm인 환경에서 시료를 계수한 결과 2,630cpm이었다. 1시간 동안에 시료와 백그라운드를 측정하고자 할 때, 오차를 최소화하도록 각 측정시간을 배분하시오. 위의 두식을 연립하여 풀면 ts=55min, tb=5min

51 오차계산 예시 [예] 시료를 10분간 계수하여 6235 counts를 얻었다. 계수와 계수율을 평균과 표준편차로 나타내시오.
- 계수율(r) [예] 10 mg의 시료를 계수한 결과 76224 dpm의 순계수율을 얻었다. 시료의 무게 계랑에서 10%의 오차가 발생했다면 시료의 비방사능을 표준편차와 함께 나타내시오.

52 오차계산 예시 [예] 어떤 시료를 10분간 측정하여 2,630 의 총계수를 얻었고, 백그라운드를 30분간 측정하여 405 계수를 얻었다. 순계수율과 표준편차는? 백그라운드 계수율 백그라운드 표준편차 총계수율 총계수율의 표준편차 순계수율 = 총계수율 – 백그라운드 계수율 순계수율의 표준편차 [예] 시료의 계수율이 250 cpm인 경우, 표준편차가 계수율의 1%가 되기 위해서는 얼마동안 계측해야 하는가?

53 오차계산 예시 [예] 계수효율이 ε인 GM 계수관을 이용하여 어떤 β선원을 t 초동안 측정하였더니 n 카운트의 계수치를
얻었다. 그 선원의 방사능(Bq) 및 계수율의 상대오차 σr(%)를 구하라. [예] 어떤 방사성물질 10mg을 30분간 계수하여 634 counts를 얻었다. 이 계수기의 전계수효율이 20% 이고, 백그라운드계수율(충분히 긴시간동안 계수)이 2.2 cpm 이다. 시료의 비방사능을 표준편차와 함께 나타내면?(단, 시료무게 계량에서 ±10%의 표준오차가 있었다)

54 검출한도와 최소검출방사능 NB: 백그라운드 계수 (count0 검출한도(Detection Limit)
- 측정된 계수가 백그라운드와 구분될 수 있는 한계 - 최소검출한계 (Minimum Detection Level : MDL), 측정하한(Lower Limit of Detection; LLD) 이라고 부르기도 함 NB: 백그라운드 계수 (count0 최소검출방사능(Minimum Detectable Activity: MDA) - 검출한도에 붕괴당 방사선 방출률(f), 검출효율(ε), 시료의 계측시간(T)을 고려하여 방사능으로 환산한 값 - 측정된 시료의 방사능이 MDA보다 작을 경우에는 95%의 신뢰도로 시료에 방사능이 존재하지 않는다고 평가

55 기타 - 오염측정 공기중 오염 포집기를 이용하여 시료를 채집한 후 감시목적에 따라 방사선계측기를 선택하여 측정  입자형태
- 여과지와 공기포집기를 이용하여 포집 - 여과지 : 셀룰로스(cellulose), 유리섬유(glass fiber), 멤브레인(membrane) A : 공기중 방사능 농도 (Bq/m3) r   : 순계수율 (cpm)   : 검출효율 V  : 공기유입량 (m3)  불활성가스 - 85Xr, 133Xe, 222Rn, 220Rn 등 - 연속 유입형 계수기 ㆍ공기포집기와 검출기(전리함)로 구성 - Grab sampler ㆍ현장에서 공기를 포집한 후 계측실로 이동하여 분석 ㆍ“Lucas Cell”

56 기타 - 오염측정 (예) 가변형 서베이메터를 사용하여 방사선시설내의 표면오염도를 측정하였다. 검출기의 차폐창을 열고 측정한 값은 2600cpm 이었고, 차폐창을 닫고 측정한 결과는 1000cpm이었다. 자연계수율이 50cpm이라고 가정할 경우 베타선의 방사능 오염도는 얼마인가? (해설) 차폐창을 열고 측정한 값은 베타선과 감마선에 기인한 측정값이고, 차폐창을 닫고 측정한 결과는 감마선에 기인한 측정값이다. 따라서 베타선에 기인한 측정결과는 2600cpn – 1000cpm = 1600cpm이다. 자연계수율 50cpm은 양쪽의 측정결과에 모두 포함되었기 때문에 고려할 필요가 없다. (예) 단창형 표면오염측정기로 방사선시설내 바닥 표면오염도를 측정하였더니 650cpm의 계수값을 얻었다. 바닥의 표면오염도는 몇 Bq/cm2 인가? 단, 측정기의 직경은 5cm, 계측 효율은 10% 이며 자연계수율은 50cpm이다. (해설) 자연계수율을 뺀 순 방사선계수율은 600cpm = 10 cps 방사능 = 계수값/측정요율 = 10 cps / 0.1 = 100 Bq 표면오염측정기의 단면적 = 3.14×2.52 = 약 20 cm2 따라서 바닥의 표면오염도 = 100 Bq/ 20 cm2 = 5 Bq/cm2