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감마핵종분석장치 에너지교정 함수의 불확도 평가

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Academic year: 2021

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2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 114_http://www.karp.or.kr

감마핵종분석장치 에너지교정 함수의 불확도 평가

조 문 형 ․ 이 영 주 ․ 맹 성 준 한국수력원자력 중앙연구원 E-mail: 02190559@khnp.co.kr 중심어 : 감마핵종분석장치, 에너지교정, 선형회귀분석, 불확도

서 론

감마핵종분석장치는 감마선과 검출기의 상호작용으로 생성된 펄스를 다중파고분석기를 이용하여 핵종을 분석 하는 장치로 이를 위해서는 정확한 에너지 교정이 필수 이다. 에너지 교정은 알려진 에너지를 가진 감마선 방출 선원 의 스펙트럼을 측정하여 전 에너지피크의 위치를 탐색, 채널번호로 지정한 후 에너지의 함수관계를 구하는 방법 으로 수행되며 “광자측정용 반도체검출기의 표준교정절 차(한국계량측정협회)[1]”에서는 50 keV ~ 2 MeV의 감마선 방출 선원에 대해 에너지 교정 불확도를 0.5 keV 이하로 제시하고 있다. 에너지교정 불확도를 산출하는 방법은 두가지가 있는 데 스펙트럼을 여러번 측정한 후 각 피크에너지의 불확 도 중 최대값을 적용하는 방법과 선형회귀함수 자체의 불확도를 산출하는 방법이 있다. 첫 번째 방법은 스펙트럼 측정을 위해 많은 시간이 소 요되며 특정에너지에서의 불확도만 알 수 있다는 단점 이 있어 이 논문에서는 선형회귀함수의 불확도를 산출 하는 방법에 대해 기술하고 실험에 사용된 감마핵종분 석장치가 표준교정절차서에 제시된 에너지교정 불확도 범위를 만족하는지 확인하고자 한다.

실험방법

실험에는 원전에서 감마핵종분석장치 교정용으로 사 용하는 1L Marinelli 비커용 혼합감마선원을 사용하였 으며 인증값과 불확도는 다음과 같다. Table.1. Certified Values and Uncertainties

Nuclides Activity(Bq) Energy(keV) Uncertainties (%) Am-241 16,122 59.54 2.0 Cd-109 44,407 88.03 2.05 Co-57 1486 122.06 2.0 136.47 2.0 Ce-139 1547 165.86 2.0 Cr-51 43373 320.08 2.1 Sn-113 3163 391.70 2.05 Sr-85 3261 514.00 2.0 Cs-137 1924 661.66 2.0 Co-60 4452 1173.23 2.0 1332.49 2.0 Y-88 6023 898.04 2.0 1836.05 2.0 혼합감마선원을 감마핵종분석장치 검출기내에 위치 시킨 후 각 에너지에서의 피크 순계수율을 최소 10,000 count이상으로 얻기 위해 스펙트럼 측정시간을 15,000 초로 설정하였다. 채널 번호는 50(6.42 keV) ~ 16,000(2 MeV)으로 설 정 하였으며 스펙트럼 측정데이터를 통해 각각의 채널 번호와 에너지와의 함수관계를 다음의 식으로 선형회 귀하였다[3]. E(keV) = I + GC (1) 여기서, I와 G는 각각 에너지교정 함수의 절편과 기 울기이며 C는 채널위치이다.

(2)

2011년도 추계학술발표회 논문요약집 대한방사선방어학회 제2분과(측정 및 분석Ⅰ)_ 115 기울기와 절편은 선형회귀분석의 정규방정식[2]을 이 용하였으며 다음식으로 에너지 교정함수의 불확도를 산출하였다.  

 

    ×   (2) 여기서, Km : 측정된 에너지 Kc : 계산된 에너지 n : 피크 갯수 m : 변수의 갯수

실험결과

측정된 스펙트럼으로 채널번호와 에너지를 선형회귀 한 결과 E(keV) = 0.269 + 0.125C로 구해졌으며 C에 각각의 채널번호를 대입하여 계산된 에너지(Kc)를 구한 결과는 Table. 2. 와 같다. E(keV)= 0.125C+0.269 R?= 0.999998 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 5000 10000 15000 channel Energy

Fig. 1. Energy Calibration Result

Table. 2. Calculated Energy and Error

Channel (Measured)Energy (Calculated)Energy Error(%) 475 59.54 59.63 -0.0015 703 88.03 88.12 -0.0011 975 122.06 122.12 -0.0005 1090 136.47 136.49 -0.0001 1325 165.86 165.86 0.0000 2558 320.08 319.94 0.0004 3132 391.7 391.68 0.0001 4111 514 514.02 0.0000 5292 661.66 661.62 0.0001 7183 898.04 897.94 0.0001 9385 1173.23 1173.12 0.0001 10660 1332.49 1332.46 0.0000 14691 1836.05 1836.22 -0.0001 위의 결과를 (2)번식에 대입한 결과 에너지교정 함수 의 불확도는 0.006%로 산출되었으며 설정된 최대 측정 에너지 2 MeV에서 불확도가 0.118 keV로 산출되어 표 준교정절차서에서 제시하는 불확도 범위 0.5keV 이하 를 만족함을 확인하였다.

결 론

원전에서 감마핵종분석장치 교정시 사용하는 선원 중 하나인 1L Marinelli 비커용 혼합감마선원의 에너지 교정함수에 대한 불확도를 산출하였다. 불확도 산출 결과는 2 MeV에서 최대 0.118 keV로 산 출되어 관련 기준을 만족함을 확인 하였으며 본 논문에 서 사용한 방법으로 다양한 형태의 혼합감마선원에 대해 서도 손쉽게 불확도를 평가 할 수 있을 것으로 판단된다. 산출된 에너지 교정함수의 상대불확도가 작아 불확도요 인에 포함시키지 않아도 무방하나 정기적인 교정 수행이 나 장비 수리 후에는 에너지교정함수에 대한 불확도를 평가를 통해 감마핵종분석장치의 건전성을 확인하는 것 이 바람직 할 것이다. 참 고 문 헌 1. 한국계량측정협회, 광자측정용 반도체검출기의 표준 교정절차(2004) 2. 율곡출판사, 통계학의 이해, P.453

3. ORTEC, Gamma-Ray Spectrum Anylysis and MCA Emulator User's Manual, P.16 - P.19

수치

Fig.  1.  Energy  Calibration  Result

참조

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