본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
방사선 계측 실험의 목적은 여러 가지 방사선 계측기기를 활용하여 방사선에 대한 오해를 바로잡고 올바른 개념과 특성을 이해하는 것이다. 방사선 계측기기인 GM Tube와 HPGe 검출기를 사용하여 거리와 차폐체에 따른 방사선 방호 효과를 알아보고, 커피 원두의 방사능과 방사성 핵종을 분석함으로써 방사선의 특징을 파악하고자 한다. 이를 통해 방사선에 대한 정확한 개념과 특성을 이해하고, 방사선 방호 원칙을 파악할 수 있다.
1.2. 실험 장치 및 구성
실험 장치 및 구성은 다음과 같다.
실험에 사용된 주요 장치로는 GM Tube와 HPGe 검출기가 있다. GM Tube는 기체 전리 검출기 방식의 방사선 계측기이며, HPGe 검출기는 반도체 검출기로 감마선 에너지를 측정한다. 그 밖에 방사선 시편, 차폐체, 전압 공급장치 등이 사용되었다.
GM Tube는 고전압이 인가된 금속 용기로, 검출부의 내부에는 희박한 기체가 채워져 있다. 방사선이 검출부 내부로 입사하면 기체가 이온화되어 전류가 흐르게 되고, 이를 계수하여 방사선 세기를 측정한다.
HPGe 검출기는 반도체인 고순도 게르마늄 결정체로 제작되어, 감마선이 입사하면 반도체 내부의 전자-정공쌍이 생성된다. 이를 전기 신호로 변환하여 감마선 에너지를 측정하는 원리이다. 이를 통해 방사성 핵종을 분석할 수 있다.
시편으로는 Co-60, Cs-137, Sr-90, Ba-210 등의 방사성 핵종이 사용되었으며, 차폐체로는 납(T, S)과 알루미늄(P)이 사용되었다. 전압 공급장치는 실험에 필요한 고전압을 생성하였다.
이와 같은 실험 장치와 구성을 통해 방사선의 특성과 방사능을 측정하고 분석하는 실험이 진행되었다.
2. 이론적 배경
2.1. 방사선과 방사능
방사선과 방사능은 불가분의 관계를 가지고 있다. 방사선은 불안정한 상태의 물질(방사성 물질)이 안정적인 상태로 바뀔 때 나오는 입자나 빛을 의미하며, 방사능은 물질이 방사선을 내뿜는 능력을 말한다.
방사능은 A(t)=- {dN(t)} over {dt} = lambda N(t)= lambda N _{0`} e ^{- lambda t} =A _{0} e ^{- lambda t}라는 식으로 표현되는데, A는 방사능 세기[Bq, Ci], N은 방사능 물질 수[#], lambda는 붕괴 상수[s^{-1}], T_{1/2}는 반감기(T_{1/2} = {ln2} over {lambda })를 나타낸다. Bq는 초당 붕괴 수(Decay Per Second)를 의미하며, 1Ci는 3.7 TIMES 10^{10} Bq에 해당한다.
방사선에는 다양한 종류가 있는데, 그 중 감마선(Gamma ray)은 들뜬 상태의 원자핵이 안정화되거나 입자가 소멸할 때 생기는 전자기파로, 파장은 10^{-12} ~ 10^{-14} m, 에너지는 10keV ~ 10MeV 범위에 해당한다. 전자의 경우 1V 이동할 때 필요한 에너지가 1eV(1.602 TIMES 10^{-19} J)이다.
방사선 검출기에는 기체 전리 검출기(GM Tube)와 반도체 검출기(HPGe 검출기)가 있다. GM Tube는 기체 내 이온화를 통해 방사선을 검출하며, HPGe 검출기는 반도체의 전자-정공쌍 생성을 활용하여 방사선 에너지를 측정한다.
2.2. Gamma 선
Gamma 선은 들뜬 상태의 원자핵이 안정화되거나 입자가 소멸할 때 생기는 전자기파이다. 그 파장은 10^-12 ~ 10^-14 m, 에너지는 10 keV ~ 10 MeV 범위에 있다. Gamma 선은 전자기파의 일종으로 전자기 스펙트럼 상 가장 높은 에너지를 가진다.
Gamma 선은 원자 내부에서 높은 에너지 준위에 있던 원자핵이 낮은 에너지 준위로 전이될 때 발생한다. 이때 원자핵이 가지고 있던 에너지 차이가 광자의 에너지가 되어 Gamma 선으로 방출된다. Gamma 선은 원자핵 구조와 관련된 정보를 제공하기 때문에 핵물리학, 원자력공학 등의 분야에서 중요한 의미를 가진다.
Gamma 선은 높은 투과력을 가지고 있어 물질을 투과할 수 있다. 하지만 물질과 상호작용하면서 투과 과정에서 감쇠가 발생한다. Gamma 선의 감쇠 정도는 감쇠 계수(μ)로 나타낼...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10