한국원자력연구원의 지하처분연구시설인 KURT 주변의 지하수 유동 환경과 관련하여 수집 및 분석된 자료를 바탕으로, 가상의 처분장에서 누출된 방사성 핵종의 이동 현상을 시간 영역(time domain)에서 계산하였다. KURT에서 실시된 현장 시험에서 밝혀진 수리지질학적 특성을 바탕으로 지하수 유동 모의를 실시하였고, 그 결과를 통해 파악된 지하수 유동 경로를 따라 방사성 핵종이 이동하는데 걸리는 시간은 시간 영역에서 용질 이동 모의를 하는 TDRW(Time Domain Random Walk) 방식을 통해 평가하였다. 이류(advection)와 분산(dispersion) 현상 외에 방사성 핵종의 붕괴(decay), 평형 흡착(equilibrium sorption), 암반 기질로의 확산(matrix diffusion) 현상이 용질의 이동 시간에 영향을 주는 것으로 설정되었다. 모의 결과를 통해 방사성 핵종과 지하 매질의 특성에 의한 흡착 현상, 기질 확산 현상이 핵종 이동에 미치는 영향이 분석되었으며, 방사성 핵종의 연쇄 KURT 부지 환경에 위치한 가상의 처분 시설에서 누출되는 방사성 핵종의 이동을 Time Domain에서 해석하는 방법에 관한 연구 반응에 의한 영향도 평가하였다. KURT 부지 환경에서 지표로 유출될 수 있다고 계산된 방사성 핵종의 유출량은 처분장에서 누출될 수 있는 양의 $10^{-3}$배 미만이었고, 암반 기질로의 확산 및 흡착이 고려되면 그 비율이 더욱 낮아졌다. 본 연구에서 사용된 핵종 이동 모의 방법은 방사성붕괴나 흡착, 확산 등 이동 지연 현상을 고려하면서 핵종의 이동 시간을 계산할 수 있어 안전성 평가에서 요구되는 심부 지하에서의 방사성 핵종 이동 관련 자료를 작성하는데 활용될 수 있을 것이다.
시료 전처리가 필요 없는 감마선 분광분석법을 이용하여 지하수 중의 라듐 ($^{226}Ra$) 분석을 위한 측정법을 확립하였다. 방사평형된 딸핵종을 이용한 라듐의 분석 시 가장 문제가 되는 대기 중 라돈 딸핵종에 의한 바탕계수는 측정함 내부로 질소가스를 흘려주므로써 해결하였고, 라듐과 그 딸핵종들 사이의 방사평형 과정에서 생성된 라돈가스의 용기 외부로의 누출은 밀폐된 알루미늄 용기를 사용함으로써 방지할 수 있었다. 또한 측정용기 내부의 공기층에 의한 방사능 변화정도를 조사하기 위하여 임의로 공기층을 만들어 측정한 결과, 물 속에 녹은 라돈의 공기층으로의 발산에 의한 방사능 변화정도는 통상적인 측정오차인 5% 범위 이내였다. 측정 시 검출기 주위로 질소가스를 흘려줌으로서 대기 중 라돈 딸핵종에 의한 간섭을 제거하였고, 검출하한값을 0.02 Bq/L로 낮출 수 있었다. 이는 최근 US Environmental Protection Agency (EPA)에 의하여 제안된 지하수 중의$^{226}Ra$ Maximum Contaminant Level (MCL)인 0.74 Bq/L보다 충분히 작은 값으로서 감마선 분광법을 이용하여 지하수 중의 라듐을 방사능 농도를 정확히 결정할 수 있다는 것을 확인하였다.
오늘날 에너지 공급(供給)을 위한 새로운 해결책(解決策)의 하나로서 등장(登場)한 원자력발전소(原子力發電所), 재래(在來)의 X선(線) 진료(診療) 이외(以外)에 의학계(醫學界)에 도입(導入)된 방사선원(放射線源), 그리고 각종(各種) 전자생산품(電子生産品) 등(等)의 증가현상(增加現象)은 방사선(放射線) 방어(防禦) 문제(問題)와 관련(關聯)하여 보건의학분야(保健醫學分野)에서 종사(從事)하는 사람들에게 지대(至大)한 관심(關心)거리가 되고있다. 그래서, 우선(于先) 방사선(放射線)에 관(關)한 사항(事項)중에서 가장 기초(基礎)가되는 방사선량계측(放射線量計測)에 있어서 그 양(量)과 단위(單位) 문제(問題)가 체계적(體系的)으로 서술(敍述)되었다. 즉(卽) 방사선(放射線)이 인체(人體)에 끼칠 수 있는 해(害)로운 영향(影響)에 그 주안점(主眼點)을 두어 조사선량(照射線量), 흡수선량(吸收線量), 선량당량(線量當量), 그리고 그들의 관계(關係) 및 방사능등(放射能等)에 관(關)하여 토론(討論)되었다. 특(特)히 조사선량률(放射線量率), X는 비(比)감마선선상수(線常數), ($\Gamma$)를 포함(包含)하는 함수(函數)로 표현(表現)되었고, 끝으로 인체(人體) 내부(內部)에 축적(蓄積)된 방사능(放射能)으로부터의 영향(影響)에 의(依)한 이른바 생물학적효과(生物學的效果) (Somatic or Genetic Effects)와 관련(關聯)되는 내부흡수선량율(內部吸收線量率)은 평형흡수선량상수(平衡吸收線量常數)($\Delta_i$)와 흡수율($F_i$)를 포함(包含)하는 수학적(數學的) 모델로 소개(紹介)되었다. 한편 방사능(放射能)은 방사선원(放射線源) 물질(物質)의 자연붕괴율(自然崩壞率)이므로 다른 방사선량(放射線量)들 즉(卽) 조사선량(照射線量), 흡수선량(吸收線量)그리고 선량당량(線量當量)과는 별도(別途)로 취급(取扱)하였음을 부언(附言)한다.
액체섬광계수기를 이용한 수용액시료 중의 미량의 Rn-222 및 Ra-226 농도 측정을 위한 분석방법을 확립하였다. 라돈 분석을 위해 자이렌계열 섬광용액(xylene-based cocktail) 12 mL를 사용하여 물 시료(10mL)내 라돈을 선택적으로 용매 추출하였다. 추출된 라돈을 측정용기 내에서 딸핵종과의 방사 평형을 위해 3시간동안 방치한 후 저준위 액체섬광계수기를 이용하여 계측하였다. Ra-226 분석을 위해서는 화학적 분리과정을 거친 후 자이렌 계열 섬광용액이 포함된 측정용기 내에서 일정 기간동안의 방사평형을 거쳐 생성된 Rn-222 및 알파선 딸핵종을 계측하였다. Rn-222 및 그의 알파선 딸핵종의 계측을 위한 최적 파형분석(PSA) 준위는 바탕시료에 대한 최대 효율값(Figure of Merit)을 조사하여 설정하였다. PSA 준위 100에서 폴리에틸렌 용기와 자이렌계열 섬광용액을 사용하여 준비된 시료를 200분 동안 계측하였을 때 얻어진 검출하한값(MDA)은 알파선의 총 피크영역에서 0.14 Bq/L(3.78 pCi)이었고, Po-214 만의 피크영역에서는 0.06 Bq/L(1.63 pCi)이었다. 섬광용액에 대한 시료의 부피비와 시료용기의 취급 및 시료용기를 통한 라돈기체의 손실등이 계측치에 미치는 영향을 고찰하였다.
환원추출 공정은 소멸처리로의 연료를 제조하는 과정에서 전해분리된 TRU 성분을 추가로 정제하기 위해 이용된다. 본 연구에서는 용융염과 Bi 금속사이의 환원추출되는 과정에 대하여 조사하였다. TRU의 대체연구물인 지르코늄과 희토류 원소들이 용질로 이용되었으며, 환원제인 Li은 Bi와 미리 합금을 만들어 사용하였다. 모든 실험은 아르곤 가스가 채워진 글로브박스내에서 수행되었으며, 분석을 위해 ICP, XRD 및 EPMA 등이 이용되었다 Li 투입 후 3시간 이내에 환원추출 반응이 평형에 도달하였다. 세가지 용융염 시스템의 비교실험에서 3가지 용융염 시스템 모두에서 지르코늄이 희토류 원소들로부터 잘 분리되었다.
적외선 열화상 방식을 사용하여 초음속 풍동모델 표면온도를 측정하였다. 표면온도를 정량적으로 파악하기 위해 적외선 카메라 감지신호의 흑체 보정, 카메라와 렌즈의 불완전한 평형 등으로 야기되는 왜곡 보정, 그리고 모델표면 시야각에 따른 방사율 보정을 수행하였다. 본 연구를 통해 적외선 카메라를 이용한 표면온도측정의 왜곡보정 기술을 확보하였으며, 공력특성 실험을 통해 통상적으로 사용되는 이차원 시험모델 사용시 정성적일 뿐만 아니라 정량적인 계측을 위해서는 왜곡보정이 고려되어야 함을 입증하였다.
최근, 감마선 조사기의 자동 원격 조사 제어기가 오동작하여 방사선작업종사자가 방사선 피폭 사고가 지속적으로 보고되고 있다. 이에 NDT 분야에서는 방사선에 대한 잠재적 사고를 미연에 방지하기 위한 방사선원 모니터링 시스템 구축에 많은 시간과 재원을 투자하고 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 비파괴검사장비에 범용적으로 적용할 수 있는 방사선원 위치 모니터링 시스템의 개발을 위한 선행연구로써 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 산화납 기반 방사선 검출기에 대한 감마선 응답 특성을 모의 추정하였다. 연구 결과, 방사선 검출기의 최적화 두께는 방사선원에서 방사되는 감마선 에너지에 따라 상이하며 에너지가 증가함에 따라 최적화 두께가 점차 증가하는 것으로 나타났다. 결론적으로 PbO 기반 방사선 검출기의 최적화 두께는 Ir-192에 대하여 $200{\mu}m$, Se-75 $150{\mu}m$, Co-60 $300{\mu}m$로 분석되었다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 범용적으로 적용하기 위하여 2차 전자 평형을 고려한 PbO 기반 방사선 검출기의 적절한 두께는 $300{\mu}m$로 평가되었다. 이러한 결과는 차후 다양한 NDT 장비에 범용적으로 적용하기 위한 방사선원 위치 모니터링 시스템을 개발 시 방사선 검출기에서 요구되는 적절한 두께를 결정하는데 있어 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.
우라늄($^{238}U$)의 붕괴과정에서 생성되는 방사성기체인 라돈($^{222}Rn$)은 발생원 중 토양에서 85 % 이상으로 토양의 공극률이 클수록 토양 밖으로 방출할 수 있는 가능성이 많은 동위원소이다. 라돈으로부터 인체를 보호하기 위해서 적절한 대책을 세우는데 무엇보다도 정확한 측정기술의 개발이 선행되어야 한다. 이에 본 연구는 고순도게르마늄(HPGe) 검출기를 이용한 감마선 분광분석법으로 라돈을 측정할 경우에는 불안정한 자연방사능의 백그라운드 문제를 줄일 수 있고, 라듐과 라돈의 딸 핵종들을 방사평형에 이르게 한 후 라돈 농도를 측정하였으며, 토양시료에서의 감마선 방출핵종 및 에너지 스펙트럼을 분석하였다.
본 논문은 인접한 두 격실의 매질이 다를 때 공통 벽을 통한 음파의 전파를 해석한 내용을 다루었다. 통계적 에너지해석법(statistical energy energy)을 사용하여 두 격실의 음향에너지와 벽의 진동에너지간의 에너지 평형을 고려하였으며 소음원실의 음압이 벽을 투과하는 성분 외에 벽의 구조소음으로 인한 음의 방사(radiation)가 수음원실의 음압에 미치는 영향을 검토하였다. 예제로 선박의 엔진실과 물탱크가 크기 $8.4{\times}4$ m인 강판을 사이에 두고 접한 경우를 해석하였다. 강판의 임계주파수(critical frequency)가 관심주파수대역보다 큰 경우 63 Hz이하의 저주파수대역을 제외하고 음파의 전달은 강판을 투과하는 성분에 의해 주로 결정되며 강판의 구조소음에 기인한 방사소음은 무시할 정도로 기여도가 작음을 확인하였다.
공기시료채칩 종료후 공기여과지에 채집된 시료중 방사능을 일정한 시간구간을 두어 계측함으로써 얻은 붕괴곡선을 이론적 방법에 의하여 분석할 수 있는 간단한 방법을 개발하였으며, 이 방법을 이용하여 라돈 붕괴생성물 각각의 공기중 방사능 농도를 결정하였다. 라돈 붕괴생성물 각 핵종의 방사능 농도는 알파붕괴, 시료채집시간, 그리고 수치계수의 함수로 표시된 방정식으로 부터 얻었다. 그리고 대기중 라돈 붕괴생성물 개개의 방사평형상태도 또한 조사하였다. TRIGA Mark-III 원자로실내에서 채집한 공기시료는 상당히 비평형상태에 있었다. 라돈 붕괴생성물들 간의 방사성 불평형의 정도는 공기와류조건과 관련된 공기시료 채집시간에 따라 상당히 달라지는 것같았다. 본 연구 결과에서 얻은 자료는 인체 내부방사선 피폭선량평가와 기체 방사성 물질 방출감시기 교정에 유용한 기초자료가될 것이 확실하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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