공개문제 방사선관리기술사 71회 2003년도 1교시

1. 저에너지 감마선에서 필름베지의 에너지 의존성이 TLD보다 큰 주된 이유를 설명하시오.

 

필름 배지 (Film Badge)

원리: 사진 필름과 유사하게 X선이나 감마선에 노출되면 필름 내의 할로겐화은(AgBr) 결정이 전리되어 잠상(latent image)을 형성하고, 이를 현상하여 필름의 농도(optical density) 변화를 측정함으로써 선량을 평가

형광선량계 (TLD)

원리: 방사선에 노출되면 결정 격자 내에 전리된 전자가 형성되고, 이 전자가 불순물 준위나 결정 결함에 포획됩니다. 이후 열을 가하면 포획된 전자가 원래의 에너지 준위로 돌아가면서 빛(열형광)을 방출하고, 이 빛의 양을 측정하여 선량을 평가

 

필름 배지의 주성분인 은(Ag)과 브롬(Br)은 인체 조직에 비해 원자번호가 매우 높기 때문에, 저에너지 감마선 영역(수십 keV ~ 100 keV 이하)에서는 광전효과에 의한 에너지 흡수 효율이 인체 조직보다 훨씬 더 크게 증가

형광선량계 (TLD) 는 LiF는 인체 조직과 유효 원자번호가 비슷하기 때문에, 저에너지 감마선 영역에서 광전효과에 의한 에너지 흡수 효율의 변화가 인체 조직의 변화와 유사하게 나타남

 

 

• 필름 배지(AgBr)의 유효 원자번호가 TLD(LiF) 및 인체 조직의 유효 원자번호보다 현저히 높기 때문입니다.
• 높은 유효 원자번호를 가진 물질은 저에너지 감마선 영역에서 광전효과 발생 확률이 급격히 증가합니다. 광전효과 단면적은 원자번호의 3∼4승에 비례하고 에너지의 3승에 반비례하기 때문에, 필름 배지는 저에너지 감마선에 대해 인체보다 훨씬 과도하게 반응하여 큰 선량값을 나타내게 됩니다.
• 반면, 형광선량계 (TLD) LiF를 사용하는 TLD는 인체 조직과 유사한 유효 원자번호를 가지므로, 저에너지 감마선에 대한 반응이 인체 조직과 유사하여 에너지 의존성이 훨씬 작습니다.

 

 

2. 90Y에서 방출되는 β-선의 최대에너지는 2.28MeV이다. 이 베타입자의 운동속도(υ)를 빛의 속도(C)에 대한 비율로 나타내어라.

 

β-선의 최대에너지 = 2.28MeV

질량정지에너지 = 0.511 MeV

빛의 속도 (c) = 3×10^8 m/s

상대론적총 에너지 = 2.28MeV + 0.511 MeV = 2.791 MeV

로렌츠인자

r = 2.791 MeV / 0.511 MeV = 5.4618

루트(1 - 1 / ( 5.4618)^2)

0.98309

 

베타입자는 빛의 속도의 0.983배

 

 

3. 감마선의 선흡수계수(linear absorption coefficient)와 선에너지 흡수계수(linear energy absorption coefficient)의 물리적 의미의 차이점과 각각의 용도에 대해서 설명하시오.

 

선흡수계수 (Linear Attenuation Coefficient )

감마선이 물질을 통과할 때 단위 길이당 제거되는(감쇠되는) 감마선 광자의 분율을 나타냄

여기서 '제거된다'는 것은 감마선 광자가 물질 내 원자와 상호작용하여 산란(Scattering)되거나 흡수(Absorption)되어 원래의 진행 경로에서 벗어나거나 에너지를 잃는 모든 과정을 포함

 

• 차폐 계산: 특정 물질이 감마선 빔을 얼마나 효과적으로 감쇠시키는지를 평가하여 방사선 차폐체의 두께를 계산하는 데 직접적으로 사용됩니다. (예: 납 벽의 두께 계산)
• 선량계 교정: 방사선 계측기의 반응이 빔의 강도에 얼마나 비례하는지 평가할 때 관련될 수 있습니다.
• 영상 분야 (CT, X-ray): 의료 영상에서 X선 또는 감마선이 인체 조직을 통과하면서 얼마나 감쇠되는지를 나타내어 영상의 대비(contrast)를 결정하는 중요한 인자입니다.

 

선에너지 흡수계수 (Linear Energy Absorption Coefficient )

감마선이 물질을 통과할 때 단위 길이당 물질에 흡수되어 전리 또는 여기 에너지로 전환되는 감마선 에너지의 분율을 나타냄

감마선 광자가 상호작용하면서 에너지를 물질에 부여(deposit)하는 부분에 초점

 

• 선량 계산 (Dosimetry): 물질에 흡수된 에너지량(흡수선량)을 직접적으로 계산하는 데 사용되는 핵심 계수입니다. 방사선 피폭량을 정량화하고 방사선 방호 기준을 설정하는 데 필수적입니다.
• 캘리브레이션 (Calibration): 방사선 계측 장비가 특정 에너지에서 얼마나 정확하게 선량을 측정하는지 확인하고 교정할 때, 이 계수를 사용하여 물질에 흡수된 실제 에너지와 측정된 값을 비교합니다.
• 방사선 생물학: 생체 조직에 흡수되는 에너지량을 계산하여 방사선이 생체에 미치는 영향을 연구할 때 사용됩니다.

 

 

 

 

4. 신틸레이션 검출기와 반도체 검출기의 에너지분해능에 영향을 미치는 요소 3가지만 쓰시오.

 

 

• 통계적 요동 (Statistical Fluctuations):
  • 물리적 의미: 방사선이 검출기에 에너지를 전달할 때, 발생하는 전하 운반자(신틸레이션 검출기의 경우 광전자, 반도체 검출기의 경우 전자-정공 쌍)의 수는 통계적인 요동을 가집니다. 즉, 동일한 에너지의 방사선이 입사하더라도 매번 정확히 같은 수의 전하 운반자가 생성되지 않고, 포아송(Poisson) 분포와 같은 통계적 분포를 따릅니다.
  • 영향: 이 통계적 요동은 측정된 신호의 폭(분포)을 넓혀 에너지 스펙트럼에서 피크의 반치폭(FWHM)을 증가시키고, 결과적으로 에너지 분해능을 저하시킵니다. 생성되는 전하 운반자의 수가 적을수록 이 통계적 요동의 상대적 영향이 커집니다.
  • 검출기별 차이: 반도체 검출기는 신틸레이션 검출기보다 하나의 전하 운반자(전자-정공 쌍)를 생성하는 데 필요한 평균 에너지가 훨씬 작습니다 (예: Ge 검출기는 ~2.9 eV, NaI(Tl) 신틸레이터는 ~300 eV). 따라서 반도체 검출기는 동일한 입사 에너지에 대해 훨씬 더 많은 수의 전하 운반자를 생성하므로, 통계적 요동의 상대적 영향이 작아 에너지 분해능이 훨씬 우수합니다.
• 전하 수집 효율 (Charge Collection Efficiency):
  • 물리적 의미: 검출기 내에서 생성된 모든 전하 운반자(광전자 또는 전자-정공 쌍)가 손실 없이 외부 회로로 수집되어 신호로 변환되는 정도를 나타냅니다.
  • 영향: 전하 운반자가 재결합하거나, 트랩(trap)에 포획되거나, 검출기 경계면에서 손실되는 등의 이유로 완벽하게 수집되지 않으면, 측정되는 신호의 크기가 실제 에너지 흡수량에 비례하지 않게 됩니다. 이는 피크의 모양을 왜곡시키고, 저에너지 테일(tail)을 형성하며, 결과적으로 에너지 분해능을 저하시킵니다.
  • 검출기별 차이:
    • 신틸레이션 검출기: 신틸레이터 결정 내에서 빛이 생성되고, 이 빛이 광증배관(PMT)의 광음극에 도달하여 광전자를 생성하는 과정에서 빛의 손실이나 광전자의 손실이 발생할 수 있습니다.
    • 반도체 검출기: 결정 내의 불순물, 결정 결함, 전극 접촉 불량 등이 전하 운반자의 트랩이나 재결합을 유발하여 수집 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다. 특히 고순도 게르마늄(HPGe) 검출기는 이러한 불순물을 최소화하여 전하 수집 효율을 극대화합니다.
• 전자 잡음 (Electronic Noise):
  • 물리적 의미: 검출기 자체(예: 다크 전류) 및 신호를 증폭하고 처리하는 전자 회로(전치 증폭기, 주 증폭기 등)에서 발생하는 무작위적인 전기적 신호입니다.
  • 영향: 이 잡음은 실제 방사선 신호에 더해져 측정 신호의 변동성을 증가시킵니다. 특히 낮은 에너지의 방사선 신호는 잡음의 영향을 더 크게 받아 피크가 넓어지고, 낮은 에너지 피크를 잡음으로부터 구별하기 어렵게 만듭니다. 이는 직접적으로 에너지 분해능을 저하시키는 요인이 됩니다.
  • 검출기별 차이:
    • 신틸레이션 검출기: 광증배관(PMT)의 열전자 방출(다크 전류)과 증폭 과정에서의 잡음이 주요 원인입니다.
    • 반도체 검출기: 낮은 온도(액체 질소 온도)에서 작동하는 HPGe 검출기는 열 잡음을 최소화하여 매우 낮은 전자 잡음을 가집니다. 그러나 상온에서 작동하는 CdTe, CZT와 같은 반도체 검출기는 열 잡음의 영향이 더 커질 수 있습니다. 전치 증폭기의 FET(Field-Effect Transistor)에서 발생하는 잡음도 중요한 요소입니다.

 

 

 

5. 건물구조물내에서 공중피폭 평가에 사용되는 라돈 또는 그 딸핵종들의 검출과 측정에 사용되는 방법 3가지만 쓰시오.

 

 

• 알파 트랙 검출기 (Alpha Track Detector, ATD) / 고체 비적 검출기 (Solid State Nuclear Track Detector, SSNTD):
  • 원리: 플라스틱 필름(예: CR-39)으로 만들어진 수동형 검출기로, 라돈 및 그 딸핵종에서 방출되는 알파 입자가 필름을 통과하면서 미세한 손상 흔적(트랙)을 남깁니다. 일정 기간(보통 몇 주에서 몇 달) 노출시킨 후, 필름을 화학적으로 에칭하여 트랙을 확대하고 현미경이나 자동 계수기로 트랙의 밀도를 측정하여 평균 라돈 농도를 산출합니다.
  • 특징: 장기간 평균 농도 측정에 적합하며, 전원이나 특별한 조작이 필요 없어 설치 및 회수가 용이합니다. 비교적 저렴하고 신뢰성이 높습니다.
• 활성탄 흡착 검출기 (Activated Charcoal Detector):
  • 원리: 활성탄은 라돈 가스를 흡착하는 특성이 있습니다. 밀폐된 용기 안에 활성탄을 넣어 일정 기간(보통 2~7일) 공기 중의 라돈을 흡착시킨 후, 회수하여 감마선 분광기(예: NaI(Tl) 검출기)를 이용하여 흡착된 라돈의 딸핵종(주로 214Pb, 214Bi)에서 방출되는 감마선을 측정하여 라돈 농도를 평가합니다.
  • 특징: 단기간 측정에 주로 사용되며, 비교적 저렴하고 사용이 간편합니다. 측정 기간이 짧아 신속한 결과를 얻을 수 있습니다.
• 연속 라돈 모니터 (Continuous Radon Monitor, CRM):
  • 원리: 라돈 가스가 검출기 내부의 측정 챔버로 확산되어 들어오면, 라돈의 알파 붕괴로 인해 발생하는 알파 입자를 반도체 검출기(예: 실리콘 다이오드)나 신틸레이션 검출기(예: ZnS(Ag) 코팅)로 직접 측정합니다. 이 검출기는 실시간으로 라돈 농도를 측정하여 일정 시간 간격(예: 1시간)으로 데이터를 기록합니다.
  • 특징: 실시간 또는 단기간의 라돈 농도 변화를 파악할 수 있으며, 온도, 습도 등 환경 인자의 영향도 함께 기록할 수 있는 경우가 많습니다. 고가의 장비이며 전원이 필요합니다. 라돈 농도의 일중 변화나 환기 효과 등을 분석하는 데 유용합니다.

 

 

6. 비밀봉선원을 실험실에서 사용하는 경우 오염 가능성이 상존한다. 오염방지를 위하여 주의하여야 할 사항 3가지를 쓰시오.

 

 

• 적절한 작업 공간 및 설비 사용 (Use of Appropriate Work Area and Facilities):
  • 후드(Fume Hood) 또는 글로브 박스(Glove Box) 사용: 휘발성이 있거나 비산될 우려가 있는 액체 또는 분말 형태의 비밀봉선원을 다룰 때는 반드시 환기 시설이 잘 갖추어진 후드 또는 완전 밀폐된 글로브 박스 내에서 작업해야 합니다. 이는 방사성 물질이 공기 중으로 비산되거나 작업자에게 흡입되는 것을 방지합니다.
  • 오염 관리 구역 설정: 비밀봉선원 작업이 이루어지는 구역은 명확히 오염 관리 구역(Contamination Controlled Area)으로 설정하고, 외부와의 불필요한 출입을 제한해야 합니다. 바닥과 작업대 표면은 방사성 물질 흡수가 적은 비다공성 재질(예: 스테인리스 스틸, 라미네이트)로 되어 있어야 하며, 필요 시 흡수성 종이나 비닐로 덮어 오염 확산을 막습니다.
  • 충분한 공간 확보: 작업 시 필요한 모든 장비와 시료를 충분히 배치할 수 있는 여유 공간을 확보하여 작업 중 불필요한 움직임이나 접촉으로 인한 오염 확산을 방지합니다.
• 개인 보호 장비(Personal Protective Equipment, PPE) 착용:
  • 실험복/방호복: 방사성 물질로부터 피부와 개인 의복을 보호하기 위해 긴팔 실험복 또는 전용 방호복을 착용합니다. 오염 발생 시 쉽게 벗을 수 있는 형태로 착용해야 합니다.
  • 일회용 장갑: 방사성 물질과의 직접적인 접촉을 막기 위해 반드시 이중으로 일회용 장갑을 착용합니다. 오염될 가능성이 있는 작업 후에는 바깥쪽 장갑만 벗어 안전하게 폐기하고 안쪽 장갑으로 다른 작업을 계속하거나, 필요시 두 겹 모두 벗고 새 장갑을 착용합니다.
  • 보안경 및 마스크: 액체 선원 취급 시 비산으로 인한 눈 오염을 방지하기 위해 보안경을 착용하며, 분말 또는 휘발성 선원을 다룰 때는 호흡기 흡입을 막기 위해 적절한 등급의 마스크(예: N95 또는 그 이상)를 착용합니다.
  • 덧신/방호 신발: 발을 통한 오염 확산을 막기 위해 전용 덧신이나 방호 신발을 착용합니다.
• 철저한 청결 유지 및 오염 관리 (Strict Housekeeping and Contamination Control):
  • 주기적인 오염 검사: 작업 전후, 그리고 작업 중에도 주기적으로 작업대, 장갑, 장비 및 주변 환경에 대한 표면 오염 검사(스미어 테스트, GM 계수기 등)를 수행하여 오염 여부를 확인합니다. 오염 발견 시 즉시 제염 조치를 취합니다.
  • 폐기물 분리 및 관리: 방사성 폐기물은 일반 폐기물과 철저히 분리하여 지정된 용기에 보관하고, 규정에 따라 안전하게 처리합니다. 액체 폐기물과 고체 폐기물을 구분하여 처리해야 합니다.
  • 작업 후 정리정돈: 작업이 완료되면 사용한 모든 기구와 작업 공간을 깨끗하게 정리하고, 잔류 오염이 없는지 재차 확인합니다. 사용된 장비는 필요시 제염하거나 격리 보관합니다.
  • 식음료 및 화장 금지: 작업 공간 내에서 음식물 섭취, 음료수 마시기, 화장, 흡연 등은 절대 금지하여 방사성 물질의 체내 섭취나 오염 확산을 원천적으로 차단합니다.

 

 

7. 방사성 폐기물처리에서 고급산화공정(Advanced Oxiation Process)의 원리와 주요 적용분야에 대해서 설명하시오.

 

난분해성 유기 오염물질을 분해하고 제거하는 데 매우 효과적인 기술

액체 방사성 폐기물에 포함된 복잡한 유기 착화제(complexing agents)나 유기 오염물을 처리하는 데 유용

고급 산화 공정(AOPs)의 원리

고급 산화 공정의 핵심 원리는 매우 반응성이 높은 하이드록실 라디칼(•OH)을 생성하는 것입니다. 하이드록실 라디칼은 산화 전위가 불소 다음으로 높은 강력한 산화제이며, 유기 화합물의 이중 결합을 공격하거나 수소 원자를 추출하여 유기 분자를 분해합니다. 이 과정은 다음과 같은 특징을 가집니다:

• 비선택적 산화: 하이드록실 라디칼은 대부분의 유기 오염물질과 비선택적으로 반응하여 이들을 이산화탄소(CO2​), 물(H2​O), 무기 이온 등 무해하거나 단순한 형태로 분해합니다.
• 라디칼 반응 메커니즘: 복잡한 유기 분자를 직접적으로 산화시키는 것이 아니라, 라디칼 연쇄 반응을 통해 유기 분자의 구조를 파괴하고 궁극적으로 광물화(mineralization)시키는 경로를 따릅니다.

 

 

고급 산화 공정은 방사성 폐기물, 특히 액체 폐기물 처리에서 다음과 같은 분야에 주로 적용

• 유기물 및 착화제 분해:
  • 방사성 폐기물, 특히 병원, 연구소, 원자력 시설에서 발생하는 액체 폐기물에는 세척제, 유기 용매, 착화제(예: EDTA, NTA, 시트르산 등)와 같은 다양한 유기 물질이 포함되어 있을 수 있습니다. 이러한 유기물은 방사성 핵종과 결합하여 난용성 착화합물을 형성하거나, 침전 공정 등의 기존 처리 방법으로는 제거하기 어려운 형태로 핵종을 안정화시킬 수 있습니다.
  • AOPs는 이러한 유기 착화제를 효과적으로 분해하여 방사성 핵종이 자유 이온 형태로 분리되도록 돕습니다. 이는 핵종의 침전, 이온 교환, 흡착 등 후속 처리 공정의 효율을 크게 향상시킵니다.
• 방사성 핵종 제거 효율 증대:
  • 유기 착화제가 분해되면, 이전에 결합되어 있던 방사성 핵종(예: 코발트-60, 스트론튬-90, 세슘-137 등)은 용액 내에서 이온 형태로 존재하게 됩니다. 이렇게 분리된 핵종은 이온 교환 수지, 흡착제, 화학적 침전 등 기존의 핵종 제거 기술로 쉽게 포집되거나 제거될 수 있습니다.
  • 결과적으로 최종 폐기물의 부피를 줄이고, 안정적인 고형화에 기여합니다.
• 폐수 재활용 및 방류 기준 준수:
  • 처리된 액체 폐기물은 방사능 농도가 매우 낮아져 재활용되거나 환경으로 안전하게 방류될 수 있는 수준까지 정화될 수 있습니다. 이는 폐기물 처리 비용을 절감하고, 환경 규제를 준수하는 데 중요한 역할을 합니다.
• 낮은 2차 폐기물 발생:
  • 일부 AOPs (특히 UV/H2​O2​나 광촉매 공정)는 추가적인 화학 물질의 사용을 최소화하거나 부산물을 거의 생성하지 않으므로, 2차 폐기물 발생량이 적다는 장점이 있습니다. 이는 방사성 폐기물 관리에서 매우 중요한 고려사항입니다.

 

 

8. 210Po과 90Sr 핵종으로 오염된 시료를 기체 유입형(Gas flow)비례계수관으로 각각의 방사능을 분리 측정하는 방법에 대해서 설명하시오.

 

 

• 펄스 높이 차별 분석법 (Pulse Height Discrimination, PHA):
  • 원리: 기체 유입형 비례계수관은 방사선 입자가 계수 가스 내에서 생성하는 이온쌍의 수에 비례하는 전기적 펄스를 생성합니다. 알파 입자(210Po)는 베타 입자(90Sr/90Y)에 비해 단위 경로당 훨씬 많은 이온쌍을 생성하므로, 훨씬 크고 높은 진폭의 전기적 펄스를 만듭니다. 이 특성을 이용하여 검출기 시스템의 전자회로에 두 개의 문턱값(discriminator)을 설정합니다.
  • 측정 방법:
    1. 알파 채널 (고 문턱값 설정): 높은 문턱값을 설정하여 베타 입자로부터 오는 작은 펄스들은 무시하고, 알파 입자로부터 오는 큰 펄스들만 계수합니다. 이 계수율은 210Po의 방사능에 해당합니다.
    2. 총 계수 채널 (저 문턱값 설정): 낮은 문턱값을 설정하여 전자 잡음을 제외한 모든 알파 및 베타 입자로부터 오는 펄스들을 계수합니다. 이 계수율은 210Po + (90Sr + 90Y)의 총 방사능에 해당합니다.
    3. 베타 방사능 계산: 총 계수율에서 알파 계수율을 빼면 베타 입자(90Sr/90Y)로부터의 계수율을 얻을 수 있습니다.
• 차등 흡수법 (Differential Absorption / Absorber Method):
  • 원리: 알파 입자는 베타 입자에 비해 물질 내에서 통과 거리가 매우 짧습니다. 이 특성을 이용하여 특정 두께의 흡수체(예: 알루미늄 호일)를 시료 위에 올려놓아 한 종류의 방사선만 선택적으로 제거하고 다른 종류의 방사선은 통과시키는 방법입니다.
  • 측정 방법:
    1. 총 계수 측정 (흡수체 없음): 시료 위에 아무런 흡수체도 놓지 않은 상태에서 기체 유입형 비례계수관으로 알파 입자와 베타 입자 모두를 계수합니다. 이는 210Po와 90Sr/90Y의 총 방사능에 해당합니다.
    2. 베타 계수 측정 (알파 흡수체 사용): 시료 위에 210Po에서 방출되는 5.3 MeV 알파 입자를 완전히 막을 수 있지만, 90Sr/90Y에서 방출되는 베타 입자는 대부분 통과시킬 수 있는 얇은 흡수체(예: 약 5~10 mg/cm$^2$의 알루미늄 또는 마일라 필름)를 올려놓고 계수합니다. 이 계수율은 주로 90Sr/90Y의 베타 방사능에 해당합니다.
    3. 알파 방사능 계산: 총 계수율에서 베타 계수율을 빼면 210Po의 알파 방사능을 얻을 수 있습니다.
• 방사화학적 분리 및 개별 측정 (Radiochemical Separation and Individual Counting):
  • 원리: 물리적인 계수 방법으로는 완벽한 분리가 어렵거나 시료의 복잡성(두꺼운 시료, 다양한 핵종 혼재)으로 인해 오차가 커질 수 있습니다. 이러한 경우, 시료 전처리의 일환으로 210Po와 90Sr을 화학적으로 분리하여 각각의 핵종을 순수하게 추출한 후, 기체 유입형 비례계수관으로 개별 시료를 측정하는 방법입니다.
  • 측정 방법:
    1. 화학적 분리: 시료를 적절한 전처리(예: 용해) 후, 이온 교환 크로마토그래피, 용매 추출, 공침법 등을 사용하여 210Po (폴로늄)과 90Sr (스트론튬)을 서로 다른 화학적 형태로 분리합니다. 이 과정에서 90Sr은 딸핵종인 90Y와 함께 분리되는 경우가 많습니다.
    2. 시료 준비: 분리된 각 핵종(210Po 분획, 90Sr/90Y 분획)을 비례계수관 측정에 적합하도록 얇고 균일한 형태로 필터링하거나 증발시켜 준비합니다.
    3. 개별 계수: 각각의 분리된 시료를 기체 유입형 비례계수관으로 측정하여 해당 핵종의 순수한 방사능을 얻습니다. 이 방법은 가장 정확하고 신뢰성 있는 결과를 제공할 수 있습니다.

 

 

9. 원자력발전소의 부지선정에서 거주제한구역(Exclusion Area) 설정시 고려하는 전신선량 및 갑상선 선량은 얼마인가 ?

 

원자력발전소 주변지역의 방사선 비상계획구역의 설정 및 관리에 관한 고시 (원자력안전위원회 고시 제2023-013호 등)에 명시된 주요 기준입니다.

1. 전신선량 (Whole Body Dose):
   • 250 mSv (25 rem) 이하
2. 갑상선 선량 (Thyroid Dose):
   • 2,500 mSv (2,500 rem 또는 250 rad) 이하

 

 

10. 5MeV α입자의 공기중(표준상태)에서 비정은 35mm이다. 이 알파입자의 Aℓ 에서의 비정은 얼마인가 ?

단, 공기의 유효원자량은 15, 밀도는 0.001293g/㎤, Aℓ 의 원자량은 27,

밀도는 2.7g/㎤으로 가정한다

 

알파 비정 공식

 

0.022484 mm

 

11. 어느 점등방 감마선원에 대한 선량축적인자(dose buildup factor)가 2.0이고,relaxation length(μ․t)가 2.3이다. 투과인자(transmission factor)는 얼마인가 ?

 

선량축적인자(dose buildup factor) =  2.0

relaxation length(μ․t) =  2.3

 

선량축적인자 = 총 선량/일차 선량 로 정의

Relaxation length = 감마선이 물질을 통과한 두께를 선흡수계수(μ)와 곱한 값

투과인자 (Transmission Factor, T) = 물질을 투과한 감마선 빔의 선량률 또는 강도가 초기 선량률 또는 강도에 대해 어느 정도 비율인지를 나타냄

 

2 X e^-(2.3) = 0.201

 

 

 

12. 어떤 매질에서 간접전리방사선의 커마(Kerma) 선량이 흡수선량과 동일하게 되는 두가지 중요한 조건을 쓰시오.

 

1. 전하평형(Charged Particle Equilibrium, CPE)이 달성될 것:
   • 물리적 의미: 간접전리방사선이 매질과 상호작용하면 2차 전리 입자(예: 전자)가 생성됩니다. 이 2차 전리 입자들은 매질 내에서 에너지를 잃으면서 주위 원자를 전리시키거나 여기시킵니다. 전하평형은 특정 체적 내로 들어오는 2차 전리 입자의 에너지와 그 체적 밖으로 나가는 2차 전리 입자의 에너지가 같아지는 상태를 의미합니다. 즉, 그 체적 내에서 생성되는 2차 전리 입자의 수와 그 체적을 빠져나가는 2차 전리 입자의 수가 균형을 이루는 상태입니다.
   • 커마와 흡수선량의 관계:
     • **커마(Kerma)**는 간접전리방사선이 매질에 부여하는 총 운동 에너지(Kinetic Energy Released in MAterial)의 양을 나타냅니다. 이는 2차 전리 입자의 생성에 초점을 맞춥니다.
     • **흡수선량(Absorbed Dose)**은 단위 질량당 매질에 실제로 흡수된 에너지의 양을 나타냅니다. 이는 2차 전리 입자들이 매질 내에서 에너지를 잃는 과정에 초점을 맞춥니다.
     • CPE가 달성되면, 매질 내의 모든 2차 전리 입자가 그 에너지의 전부를 매질 내에서 소모(흡수)한다고 가정할 수 있게 됩니다. 따라서, 간접전리방사선이 2차 전리 입자를 생성하면서 부여한 운동 에너지(커마)가 모두 매질에 흡수된 에너지(흡수선량)와 같아지게 됩니다.
2. 제동복사 손실(Bremsstrahlung Loss)이 무시할 수 있을 만큼 작을 것:
   • 물리적 의미: 2차 전리 입자(특히 전자)가 매질 내에서 감속될 때, 일부 운동 에너지는 전리나 여기를 통해 매질에 전달되지만, 다른 일부는 제동복사(Bremsstrahlung)라는 X선을 방출하면서 손실될 수 있습니다. 이 제동복사는 에너지를 가지고 매질 밖으로 빠져나가거나, 매질 내에서 다시 상호작용하여 다른 형태의 에너지를 전달할 수 있습니다.
   • 커마와 흡수선량의 관계:
     • 커마는 2차 전리 입자가 "생성될 때"의 총 운동 에너지를 계산하므로, 이 에너지가 나중에 제동복사로 손실되는지는 고려하지 않습니다.
     • 흡수선량은 매질에 "실제로 흡수된" 에너지를 계산하므로, 제동복사로 인해 매질 밖으로 나가는 에너지는 흡수선량에 포함되지 않습니다.
     • 따라서, 제동복사에 의한 에너지 손실이 무시할 수 있을 정도로 작을 때 (즉, 2차 전리 입자가 자신의 운동 에너지를 거의 모두 전리 및 여기를 통해 매질에 전달할 때), 커마와 흡수선량이 동일해집니다. 이 조건은 주로 낮은 에너지의 방사선이나 낮은 원자번호(Z)의 매질에서 잘 만족됩니다 (제동복사는 고에너지 전자와 고Z 물질에서 더 흔하게 발생).

요약: 간접전리방사선에 대해 커마와 흡수선량이 동일해지려면, 해당 지점에서 2차 전리 입자의 에너지가 매질 내에서 완전히 균형을 이루어 흡수되고(전하평형), 2차 전리 입자가 제동복사를 통해 에너지를 외부로 손실하는 양이 무시할 수 있을 만큼 작아야(제동복사 손실 무시) 합니다. 이 두 조건이 만족될 때, 커마는 흡수선량의 좋은 척도가 됩니다.

 

13. 6Li가 (n,α) 반응을 일으키는 경우 방출되는 α입자의 에너지를 계산하시오.

핵반응에 관련되는 핵의 원자량은 다음과 같다.

η=1.008665, 3H=3.016049, 4He=4.0026, 6Li=6.01532

 

 

반응전 총 질량 = 7 .023985 amu

Li 원자량: 6.01532 amu

n (중성자) 원자량: 1.008665 amu

반응 후 총 질량 = 7.018649 amu

He (α 입자) 원자량: 4.0026 amu

H 원자량: 3.016049 amu

질량결손 = 7.023985 amu - 7.018649 amu = 0 .005336 amu

질량결손이 양수 발열반응

0.005336 amu X 931.5 MeV/amu = 4 .971 MeV

4.971 MeV X 3.016049 amu / 7.018649 amu = 2.136 MeV