방사선물리학.

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1 방사선물리학

2 방사선의 이용

3 용어의 정의 방사선 에너지를 띤 입자 및 파동의 공간적 흐름 전자파 또는 입자의 형태로 고속으로 움직이는 에너지
방사성(방사능) 물질로부터 자발적으로 방사선을 방출하는 성질

4 방사선의 종류 비이온화 방사선 : 이온화 방사선 : 전파, 마이크로파, 빛, 적외선, 자외선…
이온화 방사선 : 전파, 마이크로파, 빛, 적외선, 자외선… X선, 선, 선,  선, 중성자선, 우주선... 전자파방사선 : 입자방사선 : X선,  선 선, 선 , 중성자선, 우주선... 자연방사선 : 인공방사선 :

5 방사선의 종류별 특성 방사선 형태 질량(AMU) 전하 상대적인 전리능력 알파 입자 4 +2 10000 베타 1/1836 1
감마 전자파 X-선

6 방사선의 성질 투과성 이온화 필름 흑화 형광

7 방사성핵종 동위원소: 아이소토프 또는 동위체(同位體)라고도 한다. 화학원소는 서로 같아 화학적으로 거의 구별할 수가 없으나 그것을 구성하고 있는 원자의 질량이 서로 다른 것 방사성동위원소:동위원소 중에서 방사능을 갖는 것을 방사성 동위원소 또는 라디오아이소토프(radioisotope:RI)라고 한다.

8 밀봉 방사성 핵종의 물리적 특성 방사성 핵종 Ir-192 Cs-137 Co-60 Ra-226 반감기 74.2 일 30 년
5.26 년 1600 년 에너지 (MeV) 0.38(avg) 0.662 1.25(avg) 0.83(avg) 반가층 (mm 납) 2.5 5.5 11 8 조사선량율상수 (Rm2/h-Ci) 0.4 0.328 1.307 0.825

9 방사선량의 단위 조사선량(Exposure, X) : 3 MeV 이하의 광자(X-선 또는 감마선)에 의해 공기의 단위
질량당 생성되는 전하의 양 단위: 렌트겐(R) R = 1000 mR = 2.58 x 10-4 C/Kg 흡수선량(Absorbed Dose, D) : 물질의 단위질량당 흡수된 방사선의 에너지 단위: 그레이(Gy), 라드(rad) Gy = 100 cGy = 100 rad = 100,000 mrad = J/Kg

10 방사선량의 단위 등가 선량(Equivalent Dose, H) : 흡수선량에 대해 방사선의 종류에 따른 인체의 생물학적 효과를
고려한 선량 단위 wR: 방사선종류에 따른 가중인자 DR: 조직 또는 기관에 대한 흡수선량 단위: 시버트(Sv), 렘(rem) Sv = 100 rem = 100,000 mrem = J/Kg 1 Sv = 0.1 mrem, 1 mSv = 100 mrem

11 방사선 가중인자 방사선의 종류 에너지 범위 방사선가중치 광자 모든 에너지 1 전자 및 뮤온 중성자 E < 10 keV
10 keV < E < 100 keV 100 keV < E < 2 MeV 2 MeV < E < 20 MeV E> 20 MeV 5 10 20 되튐양자를 제외한 양성자 E > 2 MeV 알파입자, 핵분열파편, 중핵 ICRP 60

12 방사선량의 단위 유효선량(Effective Dose, E) : wT: 조직 또는 기관 T의 조직가중인자
등가선량에 대해 총 피해 중 각 기관이나 조직에 따른 상대적인 기여도를 고려한 선량단위 wT: 조직 또는 기관 T의 조직가중인자 HT: 조직 또는 기관 T에 대한 등가선량 • 확률론적 위험도만을 고려한 단일 물리량

13 조직 가중 인자 조직 또는 장기 조직 가중치 생식선 0.20 골수(적색) 0.12 결장 폐 위 방광 0.05 유방 간장 식도
갑상선 기타 조직 조직 가중치 0.20 0.12 0.05 0.07 ICRP 60

14 방사능의 단위 방사능 : 1초 동안에 방출되는 방사선의 수량 X0 : 초기 방사능 T1/2 : 반감기
방사능의 단위 방사능 : 1초 동안에 방출되는 방사선의 수량 X0 : 초기 방사능 T1/2 : 반감기 단위: 베크렐(Bq), 큐리(Ci) 1 Ci = 1,000 mCi = 3.7  1010 dps (Bq)

15 방사선의 발생 방사선의 발생원 - 불안정한 방사성 핵종의 자발적 붕괴 • 붕괴, 붕괴, 전자포획, 감마천이 - 인공핵변환
• 붕괴, 붕괴, 전자포획, 감마천이 - 인공핵변환 • 핵분열반응 • 핵융합반응 - 자유전자가 원자핵 근처에서 방향을 바꿀 때

16 방사능 붕괴의 종류  붕괴 : 물질의 원자핵으로부터 양성자 2, 중성자 2 (He 원자핵)이 방출되는 현상 n

17 방사능 붕괴의 종류  붕괴 : 물질의 원자핵으로부터 전자가 방출되는 현상 15

18 방사능 붕괴의 종류  붕괴 : 원자핵으로부터 에너지가 전자파 형태로 방출되는 현상

19 X-선의 발생 X-Ray X-선 발생원리

20 X-선의 종류 특성 X-선(Characteristic X-ray)

21 X-선의 종류 제동복사선(Bremsstrahlung radiation)

22 감마선과 X-선의 차이

23 물질과의 상호작용 광자와 물질과의 상호작용 • 광전효과(Photoelectric Effect) 하전입자와 물질과의 상호작용
• 컴프턴산란(Compton Scattering) • 전자쌍생성(Pair Production) 하전입자와 물질과의 상호작용 중성자와 물질과의 상호작용

24 광전효과(Photoelectric effect)
광자와 물질과의 상호작용 광전효과(Photoelectric effect) 입사광자가 흡수체 원자의 궤도전자에 모든 에너지를 부여하여 광전자를 방출하는 과정.

25 컴프턴산란(Compton Scattering)
광자와 물질과의 상호작용 컴프턴산란(Compton Scattering) 입사광자가 원자의 최외각전자에 부분적으로 에너지를 전달하여 초기 입사에너지보다 더 낮은 에너지로 산란되고 2차 전리를 일으킬 수 있는 되튐전자(recoiling electron)를 생성하는 과정. 되튐전자

26 전자쌍생성(Pair Production)
광자와 물질과의 상호작용 전자쌍생성(Pair Production) 입사광자가 강한 전기장을 형성하는 핵 주위에서 소멸되고 음전자와 양전자를 생성하는 과정으로 입사광자의 에너지가 전자쌍의 정지질량 에너지인 1.02 MeV 이상인 경우에만 발생 소멸방사선

27 하전입자와 물질과의 상호작용 원자의 궤도전자와 주로 반응하여 전리나 여기 등으로 에너지를
물질에 전달, 베타선의 경우 제동복사선을 발생시킴 - 저지능(Stopping Power): 입사방사선의 단위 경로당 에너지 손실 - 선형에너지전달(Linear Energy Transfer): 방사선의 단위경로당 전달되는 에너지의 양(cf. Kerma) →흡수선량(absorbed dose)

28 중성자와 물질과의 상호작용 탄성산란 : (n, n) 반응 비탄성산란 : (n, n′) 반응
방사화 : (n, ), (n, p), (n, 2p), (n, 2n) 반응 핵분열 : (n, X)

29 방사선 검출기 개인 피폭선량 검출기 방사선 검출기 G.M. 계수관 비례 계수관 이온함 섬광검출기 반도체검출기 필름 뱃지
열형광 선량계(TLD) Pocket 선량계 Pocket 이온함 Pocket alarm-meter

30 방사선 검출기의 특성 검 출 원 리 검 출 기 명 칭 주 요 용 도 전리작용 기체전리 고체전리
전리작용    기체전리    고체전리 이온함 비례계수관 GM 계수관 반도체검출기 선량(률)측정 알파/베타 방사능측정 베타 방사능측정, 선량률측정 에너지측정(핵종분석), 방사능측정 여기작용    고체섬광    액체섬광    열형광    유리형광 NaI(Tl) ZnS(Ag) 플라스틱 액체섬광계수관 TLD 유리선량계 감마측정 알파측정 베타측정 저에너지 베타측정 방사선량측정 방사선량측정 화학작용    감광    물질분해 필름뱃지 화학선량계 방사선량측정, 방사선영상 고선량측정 결함유발작용 고체비적검출기 알파, 하전입자, 중성자 측정

31 기체검출기 전형적인 기체검출기의 검출원리

32 기체검출기 KCCH 비례계수관(Proportional Counter)의 검출원리 알파, 베타를 계수를 목적 전자사태:
증배율: 105 가스증배인자(gas multiplication facotr): 가스의 종류, 인가전압, 계수관 구조에 의존 소멸기체: 전자사태 과정에서 여기된 원자가 방출하는 자외선에 의한 새로운 전자사태를 방지하기 위해 사용 P-10 gas=90 % Ar + 10 % CH4 KCCH

33 기체검출기 GM 검출기(Geiger-mueller Detector)의 검출원리
압이 인가되고 비례계수기에서는 허용하지 않았던 자외선에 의한 부가 적인 전리현상을 용인하므로 방사선이 입사되면 양극을 중심으로 GM 관의 모든 영역에서 전자사태가 발생 출력펄스의 크기: 입사되는 방사선의 종류와 에너지에 무관하게 동일 → 방사능측정에 사용됨.

34 기체검출기 GM 검출기(Geiger-mueller Detector)

35 기체검출기 GM 검출기(Geiger-mueller Detector)

36 기체검출기 고선량 GM 검출기(Geiger-mueller Detector)

37 섬광검출기 섬광물질 방사선의 에너지를 흡수하였을 때 충만대에 있던 전자가 전도대로 여기
되었다가 다시 천이(∼10-8초 내에)하면서 가시광선을 방출하는 물질 - 무기 섬광검출기 - 유기 섬광검출기

38 섬광검출기 섬광검출기의 검출원리 광증배관(Photomultiplication Tube:PMT)

39 반도체 검출기 섬광검출기의 검출원리

40 반도체 검출기 반도체검출기의 종류 - Si(Li) : X-ray 측정 - Ge(Li) : gamma ray 측정
- HPGe : gamma ray 측정 – 사용시에만 냉각 - CdTe, HgI2, GaAs - 표면장벽형 검출기 : alpha 및 중하전입자

41 개인선량계 열형광선량계(TLD)의 검출원리

42 개인선량계 열형광선량계(TLD)와 판독시스템

43 개인선량계 필름뱃지(Film Badge)의 검출원리 방사선피폭량 ∝ 필름의 흑화도 필름뱃지(Film Badge)
Open window PTFE Al Cu Pb

44 개인선량계 포켓선량계(Pocket Dosimeter) 전자개인선량계

45 보건물리 장해방어

46 ALALA 개념 ALALA(As Low As Reasonably Achievable)
방사선피폭을 수반하는 행위로 인하여 얻은 사회적, 경제적 이득과 손실을 비교하여 순이익을 얻을 수 있는 경우에 한하여 합리적으로 달성 가능한 한 피폭선량을 낮게 유지.

47 피폭방어의 원칙 정당화: 방사선피폭을 수반하는 행위에서 얻는 이득이 피폭의 위험
보다 순이득을 가져오지 않으면 그 행위는 인정되지 않음. 최적화: 방사선피폭을 수반하는 행위가 정당화되었을 경우에도 그 행위로 인한 모든 방사선 피폭을 경제적,사회적인자를 고려하여 합리적으로 달성가능한 한 낮게 유지해야 함. 선량한도: 정당화,최적화가 된 경우에도 개인의 선량한도를 초과해서 피폭되어서는 안됨.

48 선량 한도 피폭구분 유효선량한도 등가선량한도 - 수정체 - 피부 및 손, 발 종사자 연간 50 mSv를 넘지
않는 범위에서 5년간 100 mSv 연간 150 mSv 연간 500 mSv 수시출입자 연간 12 mSv 연간 15 mSv 연간 50 mSv 일반인 연간 1 mSv 연간 15 mSv 연간 50 mSv 종사자 선량한도에 관한 경과조치 : 2002년 12월31일까지 5년간 200 mSv 원자력법

49 외부피폭방어의 3 원칙 거리 : 작업거리 확보 원격조작장비(핀센트, 로보트 등)를 이용하여 방사선원으로부터
작업거리를 가능한 한 멀리 확보.

50 외부피폭방어의 3 원칙 시간 : 작업시간 단축 작업전 사전교육(작업사항,방사선조건 등) 및 모의훈련
(작업절차 등)을 실시하여 방사선에 노출되는 시간을 최소화

51 외부피폭방어의 3 원칙 차폐 : 방사선의 세기 감소 적절한 차폐체를 이용하여 방사선의 세기를 감소시킴.
(납조끼, 납담요, 콘크리트 등을 이용한 적절한 차폐체 설치) : 감쇄계수, : 차폐체 두께

52 내부피폭방어의 원칙 선원의 격납: 방사선원을 일정공간안에 가두어두는 것으로 주로 고체형 선원에 적용 방사성물질의 희석 :
액체상의 방사성물질이 존재하는 경우 비방사성물질로 희석함으로써 방사성물질의 농도를 낮추는 방법으로 주로 액체폐기물의 방출에 적용 흡입차단 : 방사성물질이 신체내에 유입되는 경로를 차단하여 체내피폭을 방어하는 방법으로 계획예방 정비기간 중 가장 우선이 되는 원칙

53 방사성물질의 폐기 방사성폐기물의 정의: - 방사성물질 또는 그에 의해 오염된 물질로서 폐기의 대상이 되는
- 방사능에 오염되었거나 오염될 가능성이 있는 구역에서 발생되는 물질로서 폐기의 대상이 되는 물질 방사성폐기물 관리의 목적: - 방사성물질의 환경방출로 인한 환경오염의 방지 및 주변주민의 방사선피폭을 저감시키고 방사성폐기물을 장기간 안전하고 확실하게 인간환경으로 부터 격리, 저장

54 방사성폐기물의 처리 목적 오염물질 부피의 최소화 물리화학적 및 방사선적 안정화 수송 및 최종 처분에 적합한 형태로 전환
작업자의 피폭 최소화 오염물질 부피의 최소화 물리화학적 및 방사선적 안정화 수송 및 최종 처분에 적합한 형태로 전환

55 방사성폐기물의 처리원칙 재활용 : 유용한 물질은 가능한 한 제염을 하여 재활용한다.
농축 및 저장 : 중저준위 폐기물 처리에 많이 사용되는 방법으로 폐기물 중 비방사성 부분을 제거 희석 및 분산 : 저준위 폐액처리에 많이 사용되는 방법으로 주로 희석을 통하여 방출허용치 이하까지 준위를 낮추어 방출 지연 및 붕괴 : 반감기가 짧은 방사성핵종을 함유한 폐기물을 적당한 시간동안 저장하여 방사능을 감쇠시킨 후 방출

56 방사성폐기물의 처리 - Gas Decay Tank 저장에 의한 방법 - 농축법 • 기체방사성폐기물의 처리방법
- 활성탄지연계통에 의한 방법 • 액체방사성폐기물의 처리 - 농축법 응집침전법, 이온교환법, 증발법 - 희석법 • 고체방사성폐기물의 처리 - 소각처리 - 압축처리 - 해체처리 - 용융유리화처리

57 방사성폐기물의 처분 - 임시저장고 용량의 포화문제 해결 • 방사성폐기물의 처분목적 - 포장용기 부식에 의한 누출 해결
- 장기 안전격리 보장 - 중앙집중식 관리에 의한 오염확산 방지

58 방사성폐기물의 처분 - 천층매몰처분 - 해양투기 • 중저준위 방사성폐기물의 처분방식 • 해양처분 - 심해저 퇴적층 처분
- 동굴처분 - 공학적시설내 처분 • 해양처분 - 해양투기 - 심해저 퇴적층 처분

59 Survey meter 실습