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파이로 공정 모니터링용 대면적 고효율 콤프턴 카메라 성능 예측

Performance Estimation of Large-scale High-sensitive Compton Camera for Pyroprocessing Facility Monitoring

  • 김영수 (한양대학교 원자력공학과) ;
  • 박진형 (한양대학교 원자력공학과) ;
  • 조화연 (중앙대학교 물리학과) ;
  • 김재현 (한양대학교 원자력공학과) ;
  • 권흥록 (한양대학교 원자력공학과) ;
  • 서희 (한국원자력연구원 핵비확산 시스템 연구부) ;
  • 박세환 (한국원자력연구원 핵비확산 시스템 연구부) ;
  • 김찬형 (한양대학교 원자력공학과)
  • Kim, Young-Su (Department of Nuclear Engineering, Hanyang University) ;
  • Park, Jin Hyung (Department of Nuclear Engineering, Hanyang University) ;
  • Cho, Hwa Youn (Department of Physics, Chung-Ang University) ;
  • Kim, Jae Hyeon (Department of Nuclear Engineering, Hanyang University) ;
  • Kwon, Heungrok (Department of Nuclear Engineering, Hanyang University) ;
  • Seo, Hee (Nonproliferation System Research Division, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Park, Se-Hwan (Nonproliferation System Research Division, Korea Atomic Energy Research Institute) ;
  • Kim, Chan Hyeong (Department of Nuclear Engineering, Hanyang University)
  • 투고 : 2014.09.25
  • 심사 : 2015.01.30
  • 발행 : 2015.03.31

초록

콤프턴 카메라는 검출 신호의 동시성 판단을 기반으로 한 전자적 집속방식을 이용하기 때문에, 기존의 물리적 집속기를 이용하는 감마선 영상 장비의 가시영역이 좁고 투과력이 높은 고에너지 감마선에 적용하기 어렵다는 한계를 극복할 수 있다. 특히 대면적의 콤프턴 카메라는 절대 검출 효율이 높아 영상 장비의 운반이 요구되지 않는 대규모 공정 시설내 핵물질의 모니터링용으로 매우 적합하다. 본 연구팀은 한국원자력연구원에서 개발 중인 파이로 시험 공정 시설에서의 안전조치 수립을 위해 대면적 콤프턴 카메라를 적용하고자 한다. 대면적 콤프턴 카메라를 구성하는 대면적의 검출기는 그 형태나 구성 방식에 따라 에너지 분해능이나 위치 분해능이 달라질 수 있다. 이는 콤프턴 영상의 질에 직접적으로 영향을 미치므로, 본 연구에서는 전산모사를 통해 그 영향을 예측하여 대면적 검출기의 설계 방향을 결정하였다. 또한 한국원자력연구원으로부터 파이로 시험 공정 시설의 정보를 전달받아 전산모사를 수행하였고, 여러 계측 환경에 대해 대면적 콤프턴 카메라의 성능을 예측하여 보았다. 그 결과 대면적 검출기는 에너지 분해능 측면에서의 손실을 최소화 할 수 있도록 구성하여야 한다는 결론을 얻었으며, 에너지 분해능 10%, 위치 분해능 7 mm 정도 성능의 검출기를 이용하여 콤프턴 카메라를 구성할 경우 1 m 거리에 위치한 감손우라늄 선원을 영상 해상도 16.3 cm(각도 분해능 $9.26^{\circ}$)으로 영상화할 수 있음을 확인하였다.

과제정보

연구 과제 주관 기관 : 한국연구재단

참고문헌

  1. Inoue T, Koch L. Development of pyroprocessing and its future direction. Nucl Eng Technol. 2008 April; 40(3):183-190. https://doi.org/10.5516/NET.2008.40.3.183
  2. Lee H, Park G, Lee J, Kang K, Hur J, Kim J, Paek S, Kim I, Cho I. Current status of pyroprocessing development at KAERI. Sci Tech Nucl Install. 2013 February;343492.
  3. Todd RW, Nightingale JM, Everett DB. A proposed gamma camera. Nature. 1974;251:132-134. https://doi.org/10.1038/251132a0
  4. Seo H, Kim CH, Park JH, Kim JK, Lee JH, Lee CS, Lee JS. Development of double-scattering-type Compton camera with double-sided silicon strip detectors and NaI(Tl) scintillation detector. Nucl Instrum Meth A. 2010 February;615:333-339. https://doi.org/10.1016/j.nima.2010.02.060
  5. Seo H, Kim CH, Park JH, Kim JK, Lee JH, Lee CS, Lee JS. Multitracing capability of double-scattering Compton imager with NaI(Tl) scintillator absorber. IEEE T Nucl Sci. 2010 June;37(3):1420-1425
  6. Agostinelli S, et al. Geant4-a simulation toolkit. Nucl Instrum Meth A. 2003;506:250-303 https://doi.org/10.1016/S0168-9002(03)01368-8
  7. Heath RL. Compliation of gamma-ray spectra. In: Heath RL. Scintillation spectrometry gamma-ray spectrum catalogue. 2nd ed. Gamma-ray spectrometry center. 1997.
  8. Wilderman SJ, Fessler JA, Clinthorne NH, LeBlanc JW, Rogers WL. Improved modeling of system response in list mode EM reconstruction of Compton scatter camera images. IEEE T Nucl Sci. 2001 February;48(1):111-116 https://doi.org/10.1109/23.910840
  9. Hebert T, Leahy R, Singh M. Three-dimensional maximum-likelihood reconstruction for an electronically collimated single-photon-emission imaging system. J Opt Soc Am A. 1990 July;7(7):1305-1313 https://doi.org/10.1364/JOSAA.7.001305
  10. Yang YF, Gono Y, Motomura S, Enomoto S, Yano Y, A Compton Camera for Multitracer Imaging, IEEE T Nucl Sci. 2001 June;48(3):656-661 https://doi.org/10.1109/23.940142

피인용 문헌

  1. Development of Compton imaging system for nuclear material monitoring at pyroprocessing test-bed facility vol.53, pp.12, 2016, https://doi.org/10.1080/00223131.2016.1199333
  2. Monte Carlo simulations of safeguards neutron counter for oxide reduction process feed material vol.69, pp.7, 2016, https://doi.org/10.3938/jkps.69.1175
  3. Adaptation of filtered back-projection to compton imaging with non-uniform azimuthal geometry vol.68, pp.10, 2016, https://doi.org/10.3938/jkps.68.1156