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[고려대학교 보건환경융합과학부 전공선택 방사선안전분석] 1. Plotting a GM plateau

LAB1: Plotting a GM plateau방사선안전분석 레포트소속: 보건환경융합과학부실험일: 20. 04. 08제출일: 20. 04. 120. Prelab Q&A1. 실험 제목2. 실험 동료 이름3. 실험 목적4. 실험 장비5. 실험 절차6. 실험 결과 및 분석7. 고찰8. 결론9. Postlab Q&A10. Raw data* 위의 목차는 블랙보드 공지사항 『실험실보고서 작성 방법』을 토대로 작성함.0. Prelab Q&A(1) 그래프 (plateau 부분)는 어떻게 그려질 것인가?Plateau라 함은 안정기, 즉 그래프에서 볼 때 x값이 증가하는 동안 y값이 일정하게 유지되는 부분을 뜻한다. 따라서 plateau는 그래프레서 수평선처럼 그려질 것이다. 즉, Plateau 구간에서는 y값의 증감이 나타나지 않을 것이다. 세포의 생장곡선plateau라는 개념을 생각하면 가장 먼저 떠오르는 것은 세포의 생장곡선이다. 화분배양법으로 미생물 배양 시 시간에 다른 미생물 수를 log scale로 나타내면 위와 같은 그래프가 나온다. 이를 4개의 단계로 나눌 수 있는데, 1단계 Lag phase (지체기)와 3단계 Stationary phase (정체기) 내에서는 시간이 지나도 미생물의 수가 늘어나지 않는다.(2) GM tube 작동법에 대한 introduction 항목을 읽은 후 전기퍼텐셜이 GM tube의 작동에 어떤 영향을 끼치는지 답하여라.GM tube가 적절하게 작동하기 위해서는 인가전압이 적정한 범위 내에 있어야 한다. 인가전압이 너무 커서 방전된다면, GM tube를 망가뜨릴 수도 있기 때문이다.전기퍼텐셜이 GM tube에 미치는 영향을 자세히 살펴보기 위해서는 먼저 GM tube의 작동원리에 대하여 알아야 한다. 다음 그림은 GM tube의 인가전압에 따른 계수율을 나타낸 그래프이다. GM tube의 applied volatage에 따른 pulse heightGM tube의 작동원리를 순서대로 살펴보면 다음과 같다.Quenching gas (주로 유 수가 급격하게 증가하는 경향을 보인다. ‘이때 방사선 입자의 수를 헤아릴 수 없으며, 지속적인 방전을 정지시키기 위한 방법으로 외부소거법, 내부소거법이 있다. (강보선 외, p200, 2012년)’1. 실험 제목Plotting a GM plateau2. 실험 동료 이름온라인 영상자료와 강의로 진행하였음.3. 실험 목적Plateau 구간을 그래프로 그리고, 이를 통해 operating voltage 값을 구한다.4. 실험 장비(1) ST-360 counter(2) GM tube(3) 거치대선원을 장착시키기 위해 필요하다.(4) 선원Cs-137, Sr-90, Co-60, TL-204, Po-210, 이하 5가지가 있다. 본 실험에서는 가장 먼저 Cs를 사용하여 측정했으며 거치대의 위에서 두 번째 칸에 위치시켰다. Sr과 Cs가 본 실험의 목적에 가장 적합하다고 볼 수 있다.(5) 노트북데이터 기록용으로 사용할 수 있으나 수기로 작성해도 무관하다.(6) 실험 매뉴얼 (hard copy)(7) BNC 고전압 연결선(8) Quenching gas본 실험에서는 할로겐 가스를 quenching gas로 사용했다. Quenching gas로는 할로겐 가스 또는 유기 가스를 사용한다. 할로겐 가스 사용 시 이론적으로는 tube의 수명이 무제한이라고 하지만 실제로는 불순물 때문에 수명이 제한적이다. 할로겐 가스는 상대적으로 slope값이 크다는 단점을 가진다.5. 실험 절차(1) 주의사항실험 절차를 작성하기에 앞서 본 실험 시 가장 중요한 주의사항을 서술하자면 다음과 같다.선원의 표지가 없는 면을 GM tube 쪽으로 향하게 한다.GM tube를 열었을 때 나오는 석영유리는 매우 얇으므로 만지지 않는 것이 안전하다.GM tube의 절연체 안쪽에는 고전압이 흐르고 있으므로 전선 등의 이물질을 넣어서는 안 된다. 감전 위험이 있다.실험 중 만약 GM tube가 파손되었다면 동작전압과 분해시간을 다시 측정하도록 한다.(2) 실험 절차실험 절차는 크게 볼 때 counting 과정과 그래프를 작성한다. 이때 x값은 인가전압 (voltage 단위), y값은 계수율 (counts 단위)로 한다. Plateau 구간을 찾고, 1/3~1/2 범위 내에서 operating voltage 값을 구한다. 차트 요소 중 ‘추세선’을 활용하며, 이때 R-squared값을 구하여 실험 결과의 정확도를 판단하도록 한다.6. 실험 결과 및 분석(1) Data table세 가지의 선원 ( Cs-137 Sr-90 Co-60)으로 측정한 raw data를 표로 정리하면 다음과 같다.Cs-137Sr-90Co-60Voltage (V)Counts (N)Volatge (V)Counts (N)Volatge (V)Counts (N)70**************************6*************760249*************678024****************************************************7*************4***************************************5****************************************************8**************************7***************************************049***************************************710**************************8921**************************8*************051641*************5112*************1**************************98*************91**************************0*************1**************************917 Data table(2) Graph .1차 시도1차 시도는 raw data를 모두 포함시킨 Data table을 바탕으로 엑셀을 이용하여 3가지 선원에 대하여 각각 그무반응 data를 제거하고 추세선을 구함으로써 data의 정확도를 높였다는 결론을 얻을 수 있다. 특히 Sr-90의 2차 시도 data를 보면 정확도의 증가폭이 매우 큼을 알 수 있다.plateau 분석Cs-137을 대상으로 plateau를 분석해보면,(a) Plateau 시작 인가전압=760V(b) Plateau 끝 인가전압=1220V800~820V, 900~920V, 960~1020V, 1040~1060V, 1120~1140, 1180~1200V 이하 구간에서 인가전압이 증가함에 따라 오히려 계수율을 감소했는데, 이는 이론적으로는 증가해야 하는 구간이나 실험기구의 한계로 나온 결과라고 판단했다. 즉, 760V부터 측정을 끝낸 1220V까지의 구간이 plateau라고 판단했다. 사실 1220V 이상의 인가전압에서 platesu 구간이 이어질 수도 있으나 그에 대한data가 없으므로 판단할 수 없었다.마찬가지로 Sr-90, Co-60의 plateau는 760~1220V이다.Operating voltage세가지 선원의 operating voltage는 plateau 구간의 1/3~1/2 지점이므로 913.3~990V이다.7. 고찰본 실험의 목적은 GM tube의 사용법, 작동 원리를 알고 인가전압에 따른 계수율 data를 통해 graph를 그리고 결과적으로 plateau 구간을 지정함으로써 slope와 operating voltage를 구하는 것이다.(1) Plateau 구간의 의미Plateau는 고원, 평평한 부분이라는 뜻을 가지는데 그 이름에서 알 수 있듯이 x값이 변화함에도 불구하고 y값이 일정 수준을 유지하는 구간을 일컫는다. 본 실험에서는 인가전압이 최대 1220V였는데, 인가전압을 더 높았다면 plateau 구간이 달라졌을 수도 있다고 생각한다. 이에 따라 slope값과 operating voltage 또한 변화했을 것이라고 예측한다.(2) Slope 값에 대한 평가slope 값의 경우에는 사용하는 기구의 종류와 quenching gas에 따라서 달라analysis 과정에서 약간의 어려움이 있었다. 결국 실험을 수행하는 것만큼이나 data를 제대로 이해하고 해석하는 것이 중요함을 알게 되었다. 본 실험의 경우 plateau 구간에서 인가전압이 높아짐에도 불구하고 계수율이 낮아지는 지점이 꽤나 많이 보였는데, 이런 부분은 실험 결과의 오차를 유발하는 하나의 원인으로써 작용했을 것이다.또한, R squared 값의 변화를 통해서 적절한 data를 선택하면 data의 정확도는 급격하게 변함을 알 수 있었다. 결국 data를 선별하는 것이 결과 해석의 가장 큰 부분이라고 생각했다.9. Postlab Q&A(1) Operating voltage 최적값을 구하여라.Plateau 구간=760~1220VOperating voltage 최적값 범위는 913.3~990V이다.(2) (1)에서 구한 값은 실험실의 다른 tube에서도 동일할 것인가?값이 완전이 똑같을 수는 없을 것이다. 이론 시간에 배운 내용에 따르면, GM tube는 약간의 충격이나 외부에서 오는 자극 등에 민감하게 반응하여 고장 나거나 수명이 줄어들 수 있다. 실제 실험실이라는 상황에서 완전히 온전한 상태의 GM tube를 사용하기란 현실적으로 관리 비용, 시간의 측면에서 어려울 것이다. 따라서 operating voltage 값이 큰 차이를 보이지는 않을지라도 완전히 같기는 어렵다고 결론 내릴 수 있다.(3) 10년 후에도 (1)의 값은 동일할 것인가?GM tube의 quenching gas는 할로겐 가스 또는 유기 가스를 사용하는데, 본 실험과 마찬가지로 할로겐 가스를 사용하는 경우를 생각해보자. ‘할로겐 가스는 plateau가 짧으며 slope 값이 크다는 단점이 있다. (강보선 외, p202, 2012년)’ 즉, 할로겐 가스를 사용하면 상대적으로 plateau 조건은 이상적인 것과 거리가 있다. 시간이 지나면 GM tube의 사용횟수가 늘어남에 따라 수명이 줄어들 것이다. 특히 외부 자극이 여러 번 강하게 가해진다거나 관리가 소홀하다면 실험 data13

자연과학| 2021.02.12| 14페이지| 1,500원| 조회(363)

고려대학교, 보건환경융합과학부, 방사선안전분석

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[고려대학교 보건환경융합과학부 전공선택_방사선안전분석] 6. Shelf Ratios

LAB6: Shelf Ratios방사선안전분석 레포트소속: 보건환경융합과학부실험일: 20. 05. 14제출일: 20. 05. 191. Prelab Q&A2. 실험 제목3. 실험 목적4. 실험 장비5. 실험 절차6. 실험 결과 및 분석7. 고찰8. 결론9. Postlab Q&A10. Raw data* 위의 목차는 블랙보드 공지사항 『실험실보고서 작성 방법』을 토대로 작성함.1. Prelab Q&A(1) 방사선의 intensity는 선원이 검출기로부터 멀어짐에 따라 어떻게 변하는가?만약 선원을 검출기로부터 멀어지도록 한다면, tube에 들어오는 방사선의 양은 줄어들 것이다. observed count rate에 선원과 tube 사이의 거리가 미치는 영향방사선은 선원으로부터 모든 방향으로 방출되므로 그림으로 표현하자면 위 그림처럼 일종의 구로 표현할 수 있을 것인데, 그림에서 삼각형의 높이, 즉 h는 선원과 tube 사이의 거리가 멀어짐에 따라 증가하고 삼각형이 방사선의 방출 모양인 구의 일부만을 감싸게 됨에 따라 tube에 들어오는 방사선의 양은 줄어든다고 결론 내릴 수 있다.특히 β 선원의 경우에는 입자가 공기에 의해서 흡수되기 때문에 선원과 검출기가 멀어짐에 따라 activity는 보다 급격하게 감소한다. 그러므로 이 경우에는 선원과 검출기 사이의 거리를 적절하게 유지하는 것이 실험에서 중요한 고려사항이라고 볼 수 있겠다. (본 실험에서는 β 선원을 사용한다.)(2) 방사선은 선원으로부터 어떻게 방출되는가?방사선이 선원에서 방출되는 것은 방향의 측면에서 볼 때 햇빛이 태양이라는 광원으로부터 방출되는 것과 유사하다. 말하자면, 방사선은 선원으로부터 방출될 때 어느 한 방향으로 편중되지 않고 모든 방향에서 방출된다.2. 실험 제목Shelf Ratios3. 실험 목적방사선 선원과 검출기 사이의 거리에 따라 intensity가 어떻게 변화하는지 알고 shelf ratio를 계산한다.4. 실험 장비(1) ST-360 counter(2) GM tube(3) 거치대(4) 선원: β 선원인 TI-204를 사용한다.(5) 기록용 노트북raw data를 기록, 저장한다.(6) 실험 매뉴얼 (hard copy)(7) BNC 고전압 연결선5. 실험 절차GM tube와 ST-360 counter를 세팅한다.High voltage=900 V, time=30 sec로 설정한다.선원을 놓지 않은 상태로 Background radiation을 측정한다.TI-204 선원을 표지가 아래로 향하게 한 뒤 거치대의 맨 위칸에 놓고 측정한다.선원을 거치대에서 한 칸씩 아래로 이동시키면서 각 위치에서 count를 측정한다.6. 실험 결과 및 분석(1) Data tableShelf #Count (30 sec)Count (cps)1157252.4284528.1666667351917.3434811.652448.*************.671785.*************.3666666791053.510882.93333333Background260.86666667 Data table(2) 보정① 배경방사선 보정측정값에서 배경방사선 count (cps, 0.86666667)을 빼서 각 선원의 계수율을 보정한다.② 분해시간 보정Resolving time은 LAB4에서 구한 값, 즉 T=322.3726628 μs=0.000322373 s을 사용한다.R=r/(1-rT)상기 식에 T값을 대입하여 보정한 결과는 다음과 같다.Shelf #Count (cps)① Background 보정② Resolving time 보정152.451.5333333352.40391727228.166666727.327.54239464317.316.4333333316.52085526411.610.7333333310.7706010958.133333337.2666666677.28372936566.65.7333333335.74394971475.933333335.0666666675.07495587984.366666673.53.5039535393.52.6333333332.63557071102.933333332.0666666672.068044476 보정 결과(3) Shelf Ratio 계산Shelf Ratio는 다음과 같이 구할 수 있다.이 식에서 두번째 칸이 shelf ratio를 계산하는 데 있어서 일종의 기준이 됨을 알 수 있다.1번째 칸부터 10번재 칸부터 위 식에 대입하여 shelf ratio를 구하면 차례대로 1.902663801, 1, 0.599833656, 0.391055361, 0.264455196, 0.208549394, 0.184259791, 0.127220366, 0.095691415, 0.075085863 이다. 기준점 (2번째 칸)에서 멀어짐에 따라 shelf ratio 값이 감소하는 결과를 통해 선원에서 tube 사이의 거리가 멀어지면 tube에 들어오는 방사선의 양이 줄어듦을 알 수 있다. 결론적으로, 선원을 거치하는 위치가 한칸씩 이동할 때마다 선원과 tube 사이의 거리는 1 cm (거치대 한칸 사이의 간격) 멀어지고 tube에 들어오는 방사선의 양이 줄어든다.7. 고찰Efficiency의 개념① Geometric EfficiencyGeometric Efficiency를 구하는 식은 다음과 같다.이때 r은 계수관의 유효한 창의 반지름, h는 창의 중심에서 선원까지의 거리를 가리킨다.이 값은 실제로 계산해 볼 수 있다. observed count rate에 선원과 tube 사이의 거리가 미치는 영향앞서 1. Prelab Q&A-(1)에서 제시한 그림을 다시 살펴보면, 거치대의 2번째 칸 기준으로 h=3 cm, r=1.75 cm라고 한다. 따라서위 식에 대입하면, geometric efficiency=0.068 이다.② Intrinsic EfficiencyIntrinsic Efficiency를 구하는 식은 다음과 같다.③ Absolute EfficiencyAbsolute Efficiency는 다음과 같은 두가지 방법으로 구할 수 있다(a) Geometric Efficiency와 Intrinsic Efficiency의 곱(b) Detected counts를 radioactivity로 나눈 값(2) 만약 2번째 칸에서 멀어질수록 counts가 감소하지 않고 오히려 증가한다면 그 이유는?실험 시의 statistical fluctuation 때문이다. 즉, 이론적으로는 감소하는 게 맞으나 실험 기기의 한계로 인해서 통계적인 오차가 발생한 것이라고 생각할 수 있겠다.8. 결론본 실험에서는 shelf ratios의 개념을 통해서 평소 실험 시 선원을 2번째 칸에 놓았던 이유를 알 수 있었다. 결국 선원을 놓는 위치조차도 방사선의 activity를 고려해여 이루어져야 함을 알게 되었다. 더불어, 선원으로부터의 거리가 멀어질수록 efficiency가 낮아진다는 어쩌면 당연해 보이는 사실에 대해서 상세한 이유를 알게 되었다.9. Postlab Q&AShelf ratio는 사용된 선원의 특성에 영향을 받는가?그러하다. 예를 들어 α 선원의 경우는 그 자체가 공기에 흡수되는 효과가 크기 때문에 geometric efficiency에 영향을 미칠 것이다.γ 선원의 경우에는 공기와 반응을 잘 안하고 뚫고 나가기 때문에 geometric efficiency와 intrinsic efficiency가 낮다. 그래서 검출기와 반응 시 반응하지 않고 나가는 입자의 비율이 상당하다. 공기중에 의한 흡수는 거의 없는 편이다.β 선원은 세가지 선원 중 공기에 의한 흡수, tube의 window에 의한 흡수가 가장 적어 일반적으로 efficiency가 제일 높다고 볼 수 있다.γ 선원이나 α 선원으로 본 실험을 진행한다면, 어떤 차이가 예상되는가?γ 선원으로 실험 시에는 공기의 영향은 거의 없으며 geometric efficiency는 상대적으로 낮을 것이다. α 선원 사용 시 공기흡수의 영향 때문에 efficiency는 낮으며 counts가 상대적으로 낮게 나올 것이다.두번째 칸이 기준점 (reference shelf)이 되는 이유는?두번째 칸이 기준점이 되는 이유는 크게 세가지로 나누어 설명할 수 있겠다.선원이 검출기에 최대한 가까이에 있다면 geometric efficiency가 50% 정도이다. h=3 cm 정도로 (선원이 2번째 칸에 있을 때의 수치이다.) 적절히 떨어져 있어야 efficiency를 높일 수 있다.선원이 너무 가까이에 있다면 분해시간에 따른 계수율의 감소 정도가 너무 크다. 따라서 적절한 거리를 유지해야 하는데 두번째 칸 정도가 적절하다고 판단되기 때문이다.선원이 검출기로부터 멀리 있다면 손실은 적지만 geometric efficiency가 낮아서 적절치 못하다.10. Raw dataShelf #CountsCorrected Counts (cps)Shelf Ratio1157252.403917271.902664284527.542394641351916.520855260.599834434810.770601090.39105552447.2837293650.26445561985.7439497140.20854971785.0749558790.1842681313.503953530.1272291052.635570710.09569110882.0680444760.075086페이지 PAGE13 / NUMPAGES13

자연과학| 2021.02.12| 9페이지| 1,500원| 조회(238)

고려대학교, 보건환경융합과학부, 방사선안전분석

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[고려대학교 보건환경융합과학부 전공선택_방사선안전분석] 7. Backscattering

LAB7: Backscattering방사선안전분석 레포트소속: 보건환경융합과학부실험일: 20. 05. 20제출일: 20. 05. 261. Prelab Q&A2. 실험 제목3. 실험 목적4. 실험 장비5. 실험 절차6. 실험 결과 및 분석7. 고찰8. 결론9. Postlab Q&A10. Raw data* 위의 목차는 블랙보드 공지사항 『실험실보고서 작성 방법』을 토대로 작성함.1. Prelab Q&A(1) GM tube의 창이 선원을 둘러싸는 전체 구의 몇 퍼센트 정도를 차지하는지 계산하라. GM tube window의 구조위 그림을 보면이고 이므로 이다.이때 구의 표면적은 이므로구해야 할 비율은 이다.(2) backscattering은 원자번호와 두께에 영향을 받는다. 둘 중 하나가 상대적으로 더 크게 영향을 끼치는가?원자번호의 영향을 더 크게 받는다.원자번호의 영향이란 결국 backscattering 과정에서 핵의 크기의 영향이라고 볼 수 있겠는데, 본 실험에서 absorber는 같은 두께에 다른 물질 (각기 다른 원자번호)로 만들어진 것을 사용한다. 하나의 변수 (두께)의 영향은 없도록 하고 다른 변수 (원자번호)의 영향을 알기 위해서이다. 이때의 두께란 areal thickness (mg/cm2)을 뜻한다. 물질의 흡수능력은 밀도와 두께에 의해서 결정되므로, 이 두 값이 areal thickness로 주어진다고 볼 수 있다. 식으로 정리하자면 areal thickness는 다음과 같이 구한다.2. 실험 제목Backscattering3. 실험 목적(1) absorber 물질 종류 (Element)와 backscattering의 관계 (2) absorber thickness와 backscattering의 관계를 알기 위해 본 실험을 실시한다. 따라서 본 실험을 backscattering에 영향을 미치는요인을 기준으로 하여 PART1: 원자번호의 영향 PART2: 두께의 영향으로 나누어 볼 수 있다.4. 실험 장비(1) ST-360 counter(2) GM t3395223.25222.2277778239.3767872H13524225.4224.3777778241.8732793I13649227.4833226.4611111244.2959221J13827230.45229.4277778247.7518304K13958232.6333231.6111111250.2997869L14091234.85233.8277778252.890612M14404240.0667239.0444444259.0036475N14606243.4333242.4111111262.9606431O14831247.1833246.1611111267.3791713P15134252.2333251.2111111273.3478237Q15861264.35263.3277778287.7552539R16041267.35266.3277778291.3414468S17663294.3833293.3611111324.002587T20806346.7667345.7444444389.1146469 corrected counts(2) % Backscattering 계산Counts from backscattering은 하기 식을 통해 계산한다.이때 r은 물질 종류에 따른 각각의 corrected counts (cps)이며 r0는 source only일 때의 corrected counts (cps)를 뜻한다. 따라서 선원만 놓고 실험 시 (source only일 때) Counts from backscattering (%)는 0일 것이다. Counts from backscattering 계산 결과는 다음과 같다.Material codeCorrected counts (cps)% BackscatteringMaterial codeCorrected counts (cps)% Backscatteringsource only215.49202380K250.299786916.152692A225.07002254.4447115L252.89061217.354976B249.424097815.746325M259.003647520.il)246.7027 poly의 두께에 따른 corrected counts③ plastic (Z=6)Material code (thickness)Corrected counts (cps)E (0.030 inch)239.5702F (0.040 inch)243.5978 plastic의 두께에 따른 corrected counts④ Al (Z=13)Material code (thickness)Corrected counts (cps)G (0.020 inch)239.3768H (0.025 inch)241.8733I (0.032 inch)244.2959J (0.040 inch)247.7518K (0.050 inch)250.2998L (0.063 inch)252.8906M (0.080 inch)259.0036N (0.090 inch)262.9606O (0.100 inch)267.3792P (0.125 inch)273.3478 Aluminum의 두께에 따른 corrected counts⑤ Lead (Z=82)Material code (thickness)Corrected counts (cps)Q (0.032 inch)287.7553R (0.064 inch)291.3414S (0.125 inch)324.0026T (0.250 inch)389.1146 Lead의 두께에 따른 corrected counts7. 고찰(1) 원자번호와 corrected count의 비례관계가 명확한 이유는?원자번호와 corrected counts는 명확한 비례관계를 보이는데, 그 이유는 측정 횟수에서 찾을 수 있다. 본 실험의 raw data는 한번 측정한 결과를 바로 나타낸 것이 아니라 각 접시마다 3회 측정 후 평균값을 낸 것이기 때문에 비교적 신뢰도를 높였다고 볼 수 있겠다. 실험 영상에서는 중간에 원자번호가 증가함에도 불구하고 counts가 감소한 적이 있기는 한데, 그 이유는 statistical fluctuation이라고 볼 수 있겠다.(2) 추가자료- Backscattering의 정의“산란 물관계는 명확함을 알 수 있다.두께 (PART2)각 물질별로 두께를 달리 했을 때 corrected counts의 그래프를 그리면 다음과 같다.① Al foil (Z=13) Al foil의 두께에 따른 corrected counts② poly-carbonate (Z=6) poly의 두께에 따른 corrected counts③ plastic (Z=6) plastic의 두께에 따른 corrected counts④ Al (Z=13) Aluminum의 두께에 따른 corrected counts⑤ Lead (Z=82) Lead의 두께에 따른 corrected counts①~⑤까지로 구분한 각 물질에서 그래프를 통해 알 수 있듯이 absorber의 두께와 corrected counts는 비례 관계를 보이며 이때 R2값이 1이거나 또는 1에 거의 가까운 값을 가지는 것을 볼 때 일차함수에서 두께와 corrected counts의 비례 관계는 매우 신뢰성 있음을 알 수 있다. 즉, 비례 정도가 매우 명확하다.(2) % backscattering 계산값은 비례관계를 확인시켜주는가?% backscattering은 하기 식을 통해 계산할 수 있다.위 식에서 r은 물질 종류에 따른 각각의 corrected counts (cps)이며 r0는 source only일 때의 corrected counts (cps)를 뜻한다.따라서 r0 값은 일정하므로 % backscattering 값은 r값에 비례하게 된다. 이때 아래 표에서 볼 수 있듯이 % backscattering 값 또한 corrected counts 값과 마찬가지로 원자번호, absorber의 두께에 비례하므로 % backscattering 값을 통해 원자번호와 corrected counts 값 사이, 그리고 absorber의 두께와 corrected counts 값 사이의 비례관계를 재확인할 수 있다.Material codeCorrected counts (cps)% BackscatteringMaterial codeCorrectech) ② I (Aluminum, 0.032 inch) ③ Q (Lead, 0.032 inch)의 세가지 데이터를 이용하여 x축을 log scale of atomic number, y축을 corrected counts으로 하여 다음 그래프를 그릴 수 있다. log Z와 correctec counts의 관계위 그래프에서 볼 수 있듯이 추세선의 방정식은 y = 44.593x + 200.64 이다.이때 uranium의 Z=92이므로 x=log 92를 대입하면, y=288.211이므로uranium 사용 시 계수율은 288.211 (cps)라고 예측할 수 있을 것이다. log Z와 % Backscattering의 관계참고로 log scale of atomic number에 따른 % Backscattering을 알아보면, 위 그래프에서 볼 수 있듯이 추세선의 방정식은 y = 20.693x - 6.8944 이다. 마찬가지로 uranium의 Z=92이므로 x=log 92를 대입하면, y=33.742이므로 uranium 사용 시 % Backscattering은 33.742%라고 예측할 수 있다.b) 두께가 0.25 inch일 때 계수율 예측두께가 0.25 inch이면 위의 a항목에서 구한 계수율보다 훨씬 큰 계수율이 나오리라고 예측할 수 있을 것이다.10. Raw dataPART1Element (Z)Counts (cpm)Corrected counts (cps)% BackscatteringSource only12151215.*************5246.547277214.*************6.702654814.*************9.570180411.1*************.597841213.*************225.07002254.*************49.424097815.*************9.376787211.*************1.873279312.*************4.295922113.3*************.751830414.970ES13

자연과학| 2021.02.12| 19페이지| 1,500원| 조회(224)

고려대학교, 보건환경융합과학부, 방사선안전분석

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[고려대학교 보건환경융합과학부 전공선택_방사선안전분석] 3. Background

LAB3: Background방사선안전분석 레포트소속: 보건환경융합과학부실험일: 20. 04. 22제출일: 20. 04. 271. Prelab Q&A2. 실험 제목3. 실험 목적4. 실험 장비5. 실험 절차6. 실험 결과 및 분석7. 고찰8. 결론9. Postlab Q&A10. Raw data* 위의 목차는 블랙보드 공지사항 『실험실보고서 작성 방법』을 토대로 작성함.1. Prelab Q&A(1) 배경방사선 선원 중 자연적인 선원을 4가지, 인공적인 선원을 3가지 제시하시오.배경방사선원에 의한 피폭의 절반(50%)은 자연방사선에 기인하고, CT 촬영과 핵의학, 중재 방사선시술, 일반 방사선촬영 등이 48%, 나머지 2%가 소비제품 등에서이다. 원자력발전소 운영으로 피폭하는 양은 0.1% 미만으로 매우 적다. (『기저방사선(배경방사선)』. 김봉환.) 배경방사선 선원에 따른 분포① 자연적인 선원자연적인 선원으로는 우주선, 지각방사선, 인체 내부의 방사선, 라돈 등이 있다.(a) 우주선우주선기원 방사성 핵종은 H-3, C-14, Be-7 등이다. 대부분의 우주선은 은하계 내 천체의 폭발 이후 남은 찌꺼기에서 강한 전파가 방사됨으로써 발생한다.(b) 지각방사선40억년 전 지구가 생성 되었을때 지각은 많은 종류의 방사성 핵종을 함유하고 있었다. 이중 단반감기의 핵종은 모두 붕괴하였고 현재 남아있는 핵종은 반감기가 1억년 이상인 핵종과 이들의 붕괴생성물들 중 장반감기를 지닌 핵종이다. 지각을 구성하는 주요한 세가지 방사성핵종은 U-238, U-235와 Th-232로 이들이 붕괴할 때 방사선을 방출할 뿐만 아니라 생성된 단반감기의 딸핵종들이 연쇄적으로 붕괴하면서 방사선을 방출한다. (『자연방사선과 인공방사선의 차이』. 권성옥.)(c) 인체 내부의 자연방사선사람의 인체에는 소량의 방사성 핵종이 존재하며 이것은 주로 인간이 섭취하는 음식물에 함유된 소량의 방사성 핵종에 기인한다. 이들 중에서 인체의 주요한 피폭원은 K-40이며 표준인(70kg)을 근거로 할 때 약 17mg의 선 등이 있다.(a) 의료방사선의료방사선 역시 자연방사선과 마찬가지로 인구집단 전체에 고르게 분포하지 않는다. 건강에 문제가 있는 경우, 방사선의학의 도움을 받기 때문에 선량의 대부분을 특히 노인층이 피폭한 것이다. (『자연방사선과 인공방사선의 차이』. 권성옥.) 방사선의학 영상기술의 발전에 의한 것으로 CT가 차지하는 비중이 크다.(b) 방사선낙진1950년대와 1960년대에 서방국가들의 핵무기 경쟁으로 많은 핵무기시험이 대기권에서 수행되었고 그 결과 다량의 방사성 핵종이 생태계로 방출되었다. 방사성낙진이란 핵무기로 인해 대기권에서 방출된 방사 성핵종이 생태계로 유입되는 것을 의미한다. 이러한 방사성낙진은 지표에서의 방사선량률을 증가시키며 호흡과 음식물을 통해 체내로 유입될 수 있다. (『자연방사선과 인공방사선의 차이』. 권성옥.)(c) 산업체 발생 방사선원자력 관련 시설로부터 일상적으로 방출되는 미량의 유출물에 의한 피폭과 원자력시설, 의료시설, 실험실 그리고 일반산업체에서 방사선을 취급하는 작업자의 직업적 피폭 또는 연기감지기, 형광 시계 등과 같은 소비재에 포함된 소량의 방사성물질에 의한 피폭 등이 있다. (『자연방사선과 인공방사선의 차이』. 권성옥.)(2) 미국인이 일년에 노출되는 배경방사선의 평균은 대략적으로 얼마나 될까? 위험한 수준인가?미국인이 년간 노출되는 배경방사선은 자연적인 선원에 의한 것이 3.10 mSv/yr, 인공적인 선원에 의한 것이 3.14 mSv/yr라고 알려져 있다. 이는 도합 6.24 mSv/yr로, 세계 평균치인 3.01 mSv/yr에 비하면 높은 수치이다. (『Ionizing radiation exposure of the population of the United States』. NCRP.) 사실 이 값을 cpm값으로 된 자료를 활용하여 변환하려고 생각했으나 자료를 찾기 어렵고 변환 시 알아야 할 정보가 너무 많아서 mSv/yr로 된 자료로 대신한다.위험성을 생각해보자면, 한꺼번에 전신에 1Gy 정도를 받으면 백혈구의 일시적으로 피폭하는 방사선량은 훨씬 낮아 급성 장애를 초래하지 않기 때문에 고려할 대상은 이런 수준에서도 발생할 수 있는 암과 유전질환이다. 과학적 평가에 따르면 유전질환 위험은 암 위험의 2%에 지나지 않으므로 주된 관심은 암 사망 위험이다. 그렇다고 오늘 얼마간 방사선을 피폭하면 당장 내주나 내년에 암에 걸려 죽는 것은 아니다. 고형암은 약 10년, 백혈병은 약 2년의 진행과정이 필요하다. 폐암은 20년 이상 걸린다고 본다. 방사선 피폭이 있다면 이 기저위험에 방사선 유발암 위험이 선량에 비례하여 약간 추가될 뿐이다. 출생부터 매년 10mSv씩 계속 피폭한 때 암 위험의 증가는 소아기와 청소년기에 유의할 뿐 장년기 이후에는 사소하다. (『[전문가칼럼]방사선 위험 이해와 대중매체 역할』. 이재기.)질병이나 사고 등 다른 위험까지 포함한 총 위험 관점에서는 거의 변화가 없다고 결론 내릴 수 있겠다.2. 실험 제목Background radiation3. 실험 목적우주의 방사선은 지구 대기에 지속적으로 방출되며 자연적인 방사능은 분명히 존재하므로, 모든 방사선 검출기는 background signal을 기록한다. 이러한 배경방사선의 특성은 검출기의 크기와 종류, 주위를 둘러싼 환경에 의해 매우 다양하다. Background counting rate는 고용량 신틸레이터의 경우 1초당 몇 천 counts 정도로 큰 값을 보인다. 배경방사선의 규모는 결국 최소검출한계를 결정하기 때문에 중요하다. (Glen F. Knoll, p779, 2010년)실험에서 사용하는 GM tube는 지속적으로 방사선의 영향을 받으며, 그 영향의 결과는 counts로 나타나지만 오차가 있을 수밖에 없다. 특히 counts 값이 작을 때 오류는 커질 수 있으므로, 배경방사선의 counts를 결정하고 선원의 counts는 이에 따라 보정되어야 한다. 선원이 있을 때 counts 수에서 선원이 없을 때 counts 수를 빼는 계산을 통해 선원 그 자체의 counts 수를 도출할 수 있다.4. 실험 장e 900V, Time 300sec 조건 하에서 3회 측정 후 corrected ccounts 값을 계산한다. 선원의 계측값을 알기 위해서는 하기 식을 활용한다.선원의 계측값=(선원+배경방사선)-배경방사선6. 실험 결과 및 분석(1) Data table LINK Excel.Sheet.12 C:\Users\정은우\Desktop\방사선안전분석\LAB3data.xlsx Sheet3!R1C1:R6C5 a f 4 h * MERGEFORMAT BackgroundCs-137Sr-90Co-60Run # (측정 회차)Counts1회차2*************7882회차2*************8193회차2*************759평균값23329146.*************8.666667 측정 결과 LINK Excel.Sheet.12 C:\Users\정은우\Desktop\방사선안전분석\LAB3data.xlsx Sheet3!R1C1:R12C5 a f 4 h * MERGEFORMAT LINK Excel.Sheet.12 C:\Users\정은우\Desktop\방사선안전분석\LAB3data.xlsx Sheet3!R9C2:R14C5 a f 4 h * MERGEFORMAT Cs-137Sr-90Co-60Run # (측정 회차)Corrected counts1회차288295269375532회차*************73회차*************7평균값28913.*************5.666667 각 선원의 corrected counts LINK Excel.Sheet.12 C:\Users\정은우\Desktop\방사선안전분석\LAB3data.xlsx Sheet3!R9C1:R14C5 a f 4 h * MERGEFORMAT 위의 표에서 각 선원에 대한 “Couts” 값은 (선원+배경방사선)의 counts이며 “Corrected counts”는 선원만의 counts이다. 그 이유는 실제 실험에서 선원과 배경방사선을 따로 계측할 수을 의도했으리라고 예상한다. 하지만 사실 이 내용이 본 실험에서 중요하지는 않았다. 두 방법의 결과값은 같을 수밖에 없다. 배경방사선과 선원 모두 각 3회 측정했기 때문이다.(3) 측정횟수의 문제이전 실험에서 그랬듯이 측정횟수를 3회 이상, 예를 들어 극단적으로 1,000회 실시했다면 보다 정확한 데이터를 얻을 수 있었을 거라고 예상한다.8. 결론본 실험은 지금까지 진행한 실험 중에서 과정이 가장 간단했는데, 실험 그 자체만큼이나 중요한 것은 배경방사선의 정의와 그 영향을 아는 것이라고 생각한다. 배경방사선의 존재 자체는 지울 수 없는 것이므로 배경방사선이 존재하는 상황 하에서 원하는 선원의 counts를 측정하고 데이터를 분석해야 할 것이다.9. Postlab Q&A(1) 배경방사선을 없애기 위한 방법이 있는가?배경방사선을 완전히 없애지는 못할지라도 줄이기 위한 방법으로는 차폐 (shielding)인데, 납, 스틸,텅스텐, 콘크리트 등의 차폐물질을 사용하는 방법 이외에 보다 발전된 기법 세가지를 제시할 수 있다. ① Anticoincidence shielding ② Coincidnece shielding ③ Detector segmentation이며 그 내용은 다음과 같다. (Glen F. Knoll, p795, 2010년)① Anticoincidence shielding (ACS)배경방사선 중 우주선의 경우에는 오직 엄청난 양의 conventional shielding을 통해서만 제거될 수 있다. ACS는 91개의 Bismuth Germanate scintillator crystals과 광전자증배관으로 구성된다. scintillator crystals는 모든 입자를 480nm 파장영역의 광전자로 변환시킨다. 광전자증배관은 이러한 광전자들을 감지하고 전기적 펄스로 변환시키고 모은다. ACS는 다양한 low background detector system에서 활용되고 있다. 실제로 상용화된 비례계수관 중 다수에서 우주선을 제거하기 위해 ACS를 사용한다.② C조

자연과학| 2021.02.12| 13페이지| 1,500원| 조회(374)

고려대학교, 보건환경융합과학부, 방사선안전분석

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[고려대학교 보건환경융합과학부 전공선택_방사선안전분석] 5. Geiger Tube Efficiency

LAB 5: Geiger Tube Efficiency방사선안전분석 레포트소속: 보건환경융합과학부실험일: 20. 05. 06제출일: 20. 05. 131. Prelab Q&A2. 실험 제목3. 실험 목적4. 실험 장비5. 실험 절차6. 실험 결과 및 분석7. 고찰8. 결론9. Postlab Q&A10. Raw data* 위의 목차는 블랙보드 공지사항 『실험실보고서 작성 방법』을 토대로 작성함.Prelab Q&A방사선 선원의 activity는 어떻게 결정할 수 있는가? 본 실험에서 사용할 3가지 선원의 activity를 찾아보시오.본 실험에서 사용하는 3개 선원의 표지정보를 활용하여 activity를 계산할 수 있다.Expected activity를 구하기 위해서는 다음 식을 활용한다.여기서 는 반감기이고 는 생산일로부터 지난 시간 (이때 편의상 생산은 매월 초에 이루어졌다고 가정한다.), 가 초기 activity이다.① Po-210 (α 선원)초기 Activity=0.1 μCi, 반감기=138 days, 19년 01월 생산② Sr-90 (β 선원)초기 Activity=0.1 μCi, 반감기=28.8 yrs, 09년 04월 생산③ Co-60 (γ 선원)초기 Activity=1 μCi, 반감기=5.27yrs, 10년 03월 생산선원의 effciency가 좋을 것으로 예상하는가 나쁠 것으로 예상하는가?① Effciency의 정의선원의 efficiency는 하기 식으로 표현된다.위 식에서 r은 측정한 계수율 (cpm), C는 선원의 예상 activity (μCi), K는 단위변환인자이다.② 입자 특성에 따른 efficiencyEfficiency는 방사선의 수율, 검출기의 분해시간, 배경방사능의 양, 선원의 반감기, 검출 시 기하학적 효율 등의 요소를 고려해야 한다.본 실험에서는 알파, 베타, 감마 선원을 모두 사용하기 때문에 선원의 입자 특성에 따라 efficiency는 다를 것이다.알파 입자, 베타 입자와 같은 primary charged radiation의 경우에는상호작용을 필요로 한다. 이 입자들은 비교적 먼 거리를 이동할 수 있기 때문에 efficiency는 100%보다 작을 때가 있다. 일반적으로 감마 입자의 경우 efficiency는 1~2%로 알려져 있다. 그러면 계수된 펄스 수와 중성자, 광자의 입자 수를 연관시키기 위해서는 반드시 detector efficiency가 얼마인지 정확하게 알아야 한다. (G. Knoll, p118, 2010년)실험 제목Geiger Tube Effciency실험 목적다양한 선원에 대하여 GM counter의 efficiency를 결정한다.실험 장비(1) ST-360 counter(2) GM tube(3) 거치대(4) 선원본 실험에서는 하기 3가지 선원을 사용한다.① Po-210 (α 선원)Activity=0.1 μCi, 반감기=138 days, 19년 01월 생산② Sr-90 (β 선원)Activity=0.1 μCi, 반감기=28.8 yrs, 09년 04월 생산③ Co-60 (γ 선원)Activity=1 μCi, 반감기=5.27yrs, 10년 03월 생산(5) 기록용 노트북raw data를 기록, 저장한다.(6) 실험 매뉴얼 (hard copy)(7) BNC 고전압 연결선실험 절차GM tube와 ST-360 counter를 세팅한다.High voltage=900 V, time=60 sec로 설정한다.선원을 놓지 않은 상태로 Background를 측정한다.Po-210을 놓고 측정한다. 이때 선원은 글자가 쓰인 반대쪽을 검출기로 향하게 하는 것을 잊지 않고, 맨 윗칸에 거치시킨다.Sr-90을 놓고 측정한다.Co-60을 놓고 측정한다.High voltage=900 V, Time=300 sec로 설정한다.마찬가지로 Po-210, Sr-90, Co-60를 각각 놓고 측정한다.실험 결과 및 분석Data tableSource60sec 측정 시 계수율 (cpm)300sec 측정 시 계수율 (cpm)Po-2105022361Sr-9019885100379Co-6011165825Background5978Sr-901988519826330.4333333369.8284945Co-601116105717.6166666717.71728557 time=60 sec일 때 보정 결과Source300sec 측정 시계수율 (cpm)배경방사선 보정cps② 분해시간 보정 (cps)Po-*************.1833333334.5642236Sr-*************91667.8166673607.330718Co-605825551591.9166666794.72346029 time=300 sec일 때 보정 결과Efficiency의 계산Efficiency를 구하는 식은 다음과 같다.위 식에서 r은 측정한 계수율 (cpm), C는 선원의 예상 activity (μCi), K는 단위변환인자이다식에 각 변수를 대입하여 계산한 결과는 다음 표와 같다.corrected counts (cpm)expected activity (uCi)efficiency (%)444.05693870.008492.35601522189.709670.076613.048781063.0371340.26210.182696 time=60 sec일 때 efficiency 계산 결과corrected counts (cpm)expected activity (uCi)efficiency (%)2073.8534160.0084911.00316216439.84310.0766127.27865683.4076180.26210.976762 time=300 sec일 때 efficiency 계산 결과7. 고찰(1) 선원 거치 시 맨 위칸에 놓는 이유는?Source초기 activity(μCi)expected activity (μCi)Po-2100.10.00849Sr-900.10.0766Co-6010.2621 초기 activity와 expected activity의 비교상기 표에서 보이듯이 본 실험에서 사용한 각 선원의 activity는 시간이 지남에 따라 많이 감소했다. 따라서 이를 보완하기 위해서 이전 실험과는 달리 선원을 맨 위칸에 거치시킨다.( 단창형 G-M 계수관이 사용된다. 전자는 시료를 계수관 속에 넣기 때문에 거의 100% 효율이 되지만, 후자는 입사창에 의한 베타선 흡수가 있는 것과 동시에 입사창의 위치에 의하여 효율이 약간씩 차이가 난다. 입사창의 두께에 의한 흡수는 베타선 에너지에 의하여 크게 좌우된다. (강보선 외, p207, 2012년)간접방사선인 X선이나 감마선은 G-M 계수관 속의 계수 가스를 직접 전리하는 것이 아니고, 계수관의 벽 물질과 상호작용에 의하여 발생된 전자가 계수관 내의 가스를 전리하여 최후에는 전자사태를 발생시킨다. 계수관의 벽 재료와 두께는 검출 감도를 결정하는 중요한 요소가 되므로, 계수관의 벽 재료를 선택하기 위해서는 무엇보다도 X선이나 감마선과 물질과의 상호작용 결과를 고려해서 이용하여야 한다. 계수관의 벽 두께는 벽 물질 중에서의 2차 전자의 비정에 크게 관계된다. 즉, 벽의 두께가 얇을 때는 광자와 물질 구성원자와의 상호작용 확률이 적기 때문에 방출되는 2차전자 수가 증가한다. 그리고 2차 전자의 평균 비정 이상으로 벽의 두께가 증가하여도 2차 전자 수는 더이상 증가하지 않고 오히려 광자의 흡수에 의하여 감소하는 경향이 나타나게 되므로, 계수관의 벽 두께는 2차 전자의 최대비정과 비슷하게 하는 것이 바람직하다. (강보선 외, p208, 2012년)8. 결론본 실험에서는 efficiency에 관해 다루었는데, 결국 efficiency를 알아야 하는 이유는 결국 실험 시 사용하는 방사선 선원은 알파선일수도 있고 베타선일수도 있고 감마선일 수도 있기 때문이다. 선원이 이중 어디에 속하느냐에 따라 efficiency 값이 달라진다는 점은 중요하다.9. Postlab Q&A(1) 각각의 동위원소에 대하여 계산한 efficiency는 오직 그 동위원소에 대해서만 유효한가?그러하다. 왜냐하면 efficiency를 계산하는 식에서 알 수 있듯이, 변수로 expected activity가 쓰이는데 expected activity를 알기 위해서는 Prelab Q&A 1번선원의 거리가 멀어질수록 efficiency는 감소한다. 측정한 계수율이 변화하기 때문이다.선원과 검출기 사이의 거리가 검출기의 반지름보다 큰 경우에, solid angle은 선원과 검출기 사이의 거리의 제곱에 반비례하기 때문이다. (G. Knoll, p120)(3) GM tube의 창의 반지름은 1.75cm이며 선원은 GM tube에서 3cm 떨어져 있다. 선원에서 3cm 떨어진 구의 단면적넓이와 tube 창의 면적을 비교해라. 이 결과를 실험결과와 어떻게 연관지을 수 있는가? 실험 결과가 resonable하다고 볼 수 있는가?선원으로부터의 거리 d가 반지름 a보다 클 경우에 선원 위치에서 검출기에 의해 sybtended된 solid angle 는 다음과 같이 나타낸다.위 식에 따라 이다.(4) 60 sec 측정 시와 300 sec 측정 시 efficiency는 다른가? 그 이유는?다르다. 각 선원에 대하여 같은 선원을 사용하여 실험하고 한번의 실험으로 activity가 유의미하게 변화하지는 않으므로 expected activity는 다르다고 말한 수 있겠다. 그러나 measured counts와 그에 따른 corrected counts 값이 다르기 때문에 측정 시간에 따라 efficiency는 다를 수 밖에 없다.10. Raw dataRun duration: 60 secDead time: 0.000322373 secsourceCounts (cpm)Corrected counts (cpm)Expected counts (cpm)Efficiency (%)Po-210502444.056938710.462052.356015Sr-901988522189.709672895.48613.04878Co-6011161063.0371341.9421240.182696Run duration: 300 secDead time: 0.000322373 secsourceCounts (cpm)Corrected counts (cpm)Expected counts (cpm)Efficiency (%)PoES13

자연과학| 2021.02.12| 10페이지| 1,500원| 조회(263)

고려대학교, 보건환경융합과학부, 방사선안전분석

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