RI 시험 준비 과정에서 마스터해야 할 기체전리 검출기의 개념 및 암기사항과 예제에 대해 알아보겠습니다.
'☆--' = 나만의 암기 방법
파란색 = 암기
빨간색 = 첨언
보라색 = 문제 및 궁금증
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방사선취급기술 Ch1 -방사선 취급기술-
RI 시험 준비 과정에서 다루어야 할 방사선취급기술에 대해서 개념 및 암기사항과 예제를 정리해보겠습니다 . '☆--' = 나만의 암기 방법파란색 = 암기빨간색 = 첨언보라색 = 궁금증 방사선장
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기체전리 검출기에 대해서 살펴보기 전에 검출기의 원리가 무엇인지 알아보겠습니다.
검출기의 목적은 결과적으로 방사선의 존재, 종류, 양, 에너지 수준을 감지하고 측정하는 것입니다.
기체 전리 검출기의 주요 원리
전리 과정: 방사성 입자(알파 입자, 베타 입자 등)나 감마선과 같은 방사선이 검출기 내부의 가스와 충돌할 때 가스 분자가 전리되어 양이온과 전자가 생성됩니다.
전하 수집: 검출기 내부에는 전극이 있고, 이 전극에 전기장이 가해집니다. 생성된 양이온은 음전극(보통 검출기의 외벽)으로, 전자는 양전극(중심 전극)으로 이동하게 됩니다.
신호 생성: 이온과 전자가 전극으로 이동하면서 전기 회로를 통해 전류가 흐르게 되고, 이 전류를 측정하여 방사선 이벤트를 감지합니다. 검출된 신호의 크기는 전리된 이온의 양과 직접적으로 관련이 있으며, 이는 방사선의 강도를 나타낼 수 있습니다.
| 종류 | 비례계수관 | GM계수관 |
| 가격 | 저렴 | |
| 출력펄스 | 수mv | 수V |
| 충전가스 | P-10가스 (Ar 90%) + (CH4 10%) |
Q 가스 (He 99%) + (isobutane 1%) |
| 불감시간 | 1us | 100~400us = 수백 마이크로초 |
| 방사선 정보 | α,β 분리 측정 가능 방사선의 양과 에너지 수준 구분 O 1차 이온쌍 수에 비례한 전자증폭 |
방사선의 양과 에너지 수준 구분 X 단지 반사선의 '수'만 계수 1차 이온쌍 수에 의한 비례성이 상실 |
| 응용분야 | 방사선 스펙트럼 분석, 방사선량 측정 | 환경 모니터링 |
| 출력펄스 파고 | 1차 전리량에 비례 | 1차 전리량에 관계없이 일정 |
| 공통점 | - 기체 전리를 이용한 검출기. - 전자사태를 이용 - 검출기 구조 유사 - 방사성 입자( α , β 입자)와 감마선을 검출하는데 사용 |
|
☆---암기
GM 계수관은 불감시간이 길고 나머지는 낮고 떨어집니다(가격도 낮아, 에너지 구분도 못해)
추가 ) 계수효율
GM 계수관은 특정 방사선(특히 베타 입자)에 대해 매우 높은 계수효율을 가지지만,
비례계수관은 방사선의 양과 에너지 정보를 모두 제공할 수 있는 유연성을 가집니다
Q) 계수효율이란?
A) 검출기가 특정 유형의 방사선을 감지할 수 있는 능력을 말합니다.
Q) 불감시간이란?
A) 불감시간(Dead Time): 방사선 검출기가 방사선 이벤트를 감지한 후, 다음 이벤트를 감지할 준비가 되기까지의 시간.
Q) 분해시간 vs 불감시간 미세 차이점
A)
분해시간은 두 이벤트를 구분할 수 있는 최소 시간 간격을 의미합니다. 분해시간이 짧을수록 더 높은 해상도를 가집니다.
불감시간은 검출기가 감지할 수 없는 시간입니다. 바로바로 감지하는 게 좋듯이 불감시간은 짧은게 좋겠죠?
소멸기체 역할
소멸기체는 GM 계수관과 비례계수관에서 주로 사용됩니다.
소멸기체가 하는 역할은 아발란체(전자증폭) 현상을 조절하고 전하 재결합을 감소시킵니다.
비례계수관 소멸기체
P-10가스 (Ar 90% + CH4 10%)로 비례계수관에서 흔히 사용되며 비교적 고급스러운 가스입니다.
전자에 의해 여기된 원자에서 방출되는 자외선이나 가시광선을 흡수합니다
GM계수관 소멸기체
Q 가스 (He 99% + isobutane 1%)로 Q가스는 비교적 저렴하고, 유지 관리 비용이 낮은 편입니다.
생성된 양이온에 의해 후속적으로 발생하는 2차 방전을 방지하기 위해 양이온과 충돌하여 양이온을 중화시키는 역할을 합니다.
Q) 아발란체 현상이 왜 중요한거죠?
A) 아발란체(Avalanche)란 영문 뜻을 보면 '눈사태' 입니다. 전자가 이온화를 하는데 너무 많이 증폭되버려 마치 눈사태와 같은거죠 ! (전자증폭이라고도 부릅니다 !)
그렇게 되면 검출기에 과부하를 주기 때문에 안정성과 성능이 보장되지 못합니다.
(☆-눈사태 맞으면 정신 못차리죠? )
하지만 여기서 소멸기체가 전자의 에너지를 흡수해서 이온화 현상을 조절해 과도한 전하 생성을 방지 하는 것입니다 !
Q) 전하 재결합은 왜 중요한거죠?
A) 이온과 전자 사이의 재결합이 일어나면 전자가 전극으로 이동하지 못하는데 소멸기체가 이온과 전자 사이의 재결합 확률을 감소시켜 검출기의 전극으로의 전하 이동을 촉진합니다.
자주 쓰이는 공식
여기 파트에서 주로 쓰이는 공식을 일부정도만 정리해보려고 합니다.
참계수율 문제
m : 참계수율=
n : 실측계수율
τ : 불감시간
예제 문제 및 풀이
Q1) 불감시간이 50 ms이고 효율이 30%인 계측기를 이용하여 방사능이 20 kBq인 미지핵종을 측정했을 때 실측계수율은 얼마인가?
Q2) 불감시간이 120 usec이고, 검출효율이 20%인 GM 계수관이 있다. 이 계수관으로 측정한 계수손실이 측정계수율의 5%가 되는 시료의 방사능은 몇 Bq인가?
A)
에너지, 이온쌍의 수, 전하량, 전압, 조사선량률 문제 풀 때 알아야할 공식 !
에너지가 주어졌을 때 떠올리면 좋을 것 같습니다.
에너지 > 이온쌍의 수 > 전하량 > 출력전압 이 메커니즘을 숙달해놓으시면 좋습니다.
☆--- 에이..전출갔네
E : 에너지
W : 일함수 [ev/ip]
여기까지 하면 전하량이 나오죠! 단위 (C)
이 방식은 장해방어에서도 많이 쓰이니 꼭 외워두시길 바랍니다 !
Q : 전하량
C : 용량
여기의 C는 용량(C)으로 단위는 [F]입니다.
위의 C는 전하량(Q)의 단위 [C]입니다.
서로 기호와 단위의 표기만 같은 것입니다 !
a : 양극의 반경 ( 직경/2인 것 주의 !)
b : 계수관의 반경
r : 계수관의 중앙으로부터 전기장이 형성되는 곳까지의 거리
예제 문제 풀이
Q) 정전용량이 16pF, 비례계수관에 에너지가 3.5Mev인 β선이 입사될 때 생성되는 출력 전압을 구하시오
(단, W치는 35ev이다)
A)
2선원법
2선원법은 GM계수관의 경우 선원 1과 2를 놓고 계수할 때의 방식으로 분해시간을 구할 때 사용합니다.
n_1 : 1선원
n_2 : 2선원
n_b : 백그라운드선원 OR 자연계수율
τ : 불감시간
예제 문제 풀이
Q) GM 계수관 앞에 선원 A를 놓고 측정했떠니 계수율이 5000cpm 선원 A와 B를 함께 측정했더니 계수율이 8800 cpm 이었다. 선원 B만 놓고 측정했을 떄 계수율이 4000cpm이었다면, GM 계수관의 불감시간은 약 얼마인가?
(단 자연계수율은 40cpm이다.)
A)
앞으로도 꾸준한 학습을 통해, 어제보다 나은 오늘을, 오늘보다 나은 내일을 만드셨으면 좋겠습니다 !
모든 RI 시험 준비생들에게 행운이 함께하기를 기원합니다 !
Ossss(대충 감사하다는 의미입니다 ^^ )
참조문헌
1)
RI SRI 핵심문제집
COUPANG
www.coupang.com
2) RISRI 다자바 문제집 저자 박철서 (엮음),강은보 (엮음),김쌍태 (엮음),김서융 (
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