한국원자력의학원
  • 정보공개
  • Home
  • 로그인
  • 회원가입
  • Sitemap
  • ENGLISH
통합검색
국가방사선 비상진료센터
  • 센터소개
  • 국가방사선비상진료체계
  • 센터업무
  • 정보마당
  • 방사선 비상진료개론
방사선 비상진료 개론 상권 다운로드 하권 다운로드
방사선 비상진료 핸드북 방사선방호 약품 국문다운로드 영문다운로드
방사선 비상시 주민행동 요령

방사선 비상진료개론

Home > 국가방사선비상진료센터 > 방사선 비상진료개론 > 방사선기초 및 계측 이론
  • 방사선의 기초
  • 방사선 계측

방사선 검출기

방사선을 측정할 수 있는 방사선 검출기는 개인이 방사선에 얼마나 피폭되었는가를 측정할 수 있는 개인 피폭선량 검출기를 비롯하여 공기 중의 방사선 세기나 방사성 오염을 간단하게 측정할 수 있는 GM(Geiger-Muller) 계수관 및 비례계수관 등이 있다. 그 외에 대용량의 방사선량을 측정하거나 매우 정밀하게 방사선을 측정하는 것과 같은 특수목적에 사용되는 이온함, 섬광검출기 및 반도체검출기 등 매우 다양한 검출기 종류가 있다.

개인의 방사선 피폭량을 측정하기 위한 검출기로는 방사선의 사진작용을 이용하여 필름의 흑화도로 피폭선량을 측정하는 필름뱃지, 방사선을 받은 물질에 일정한 열을 가하여 물질 밖으로 나오는 빛의 양으로 피폭선량을 측정하는 열형광선량계 (TLD : Thermoluminescence Dosimeter), 방사선이 공기를 이온화 시키는 원리를 이용, 이온화된 전하량과 비례하여 눈금선이 이동 되도록 하여 현장에서 바로 피폭된 방사선량을 알 수 있도록 된 포켓선량계, 전하량을 별도의 기구로 측정하여 피폭된 방사선량을 알 수 있는 포켓이온함 외에 포켓 알람미터나 전자개인선량계 등이 있다.

일반적으로 방사선 방어의 목적으로 공기 중에서의 방사선의 세기나 주변 오염 등을 측정할 때에는 베타선과 감마선을 모두 측정할 수 있으며 가격이 저렴한 GM 계수관이 가장 많이 사용되고 있다. GM 계수관은 전형적인 기체검출기이다. 기체검출기의 방사선 검출원리를 간단하게 알아보면 기체를 채운 밀폐된 금속 GM 튜브에 방사선이 들어오면 방사선에 의해서 튜브 속에 있는 기체가 이온화 되어 -전기의 전자와 +전기의 원자 이온쌍이 만들어진다.

이때 외부에서 금속 튜브에 음극 전압을 튜브 중앙에 위치하는 중심전극에 양극 전압을 걸어주면 -전기를 가진 전자는 양극인 중심전극 쪽으로 움직이고, +전기의 원자는 음극인 튜브 쪽으로 이동하여 전류가 흐르게 된다. GM 계수관은 흐르는 전류의 크기나 전압강하에 따라 방사선의 세기나 강도를 나타내는 것이다. 위에서 기술한 것과 같이 GM 튜브는 금속으로 이루어져 있어 미량의 오염이나 베타선을 측정하기에는 적합하지 못하다 따라서 오염이나 베타선을 측정하기 위해서는 GM 튜브 부분이 매우 얇은 금속막으로 되어 있고 면적이 넓은 팬케이크형 검출기가 필요하다.

또한 방사선량의 세기를 알수 없거나 높은 방사선량 지역에서 작업을 할 경우는 검출기 부분을 3-5m 정도 길게 뽑을 수 있는 GM 계수관을 사용하기도 한다. GM 계수관은 에너지를 분해하는 능력이 없으며 에너지에 따라 효율이 달라지므로 정확한 선량을 측정할 수는 없으나 오염의 유무와 상대적인 오염정도는 측정할 수 있다.

중성자를 측정하고자 할 때에는 중성자가 일반 기체와 거의 상호작용을 일으키지 않기 때문에 중성자와 상호작용을 잘 일으키는 BF3가 채워진 검출기를 사용한다.

그림 1-4. 기체 검출기의 검출원리

top

방사선 검출기 선택과 사용

측정치가 실제 상태를 정확히 반영하고 있음을 보장하기 위해서는 요구되는 측정에 부합하는 장비를 선택하고 올바르게 사용하는 것이 무엇보다 중요하다. 이중 GM 계수관을 이용한 서베이미터는 검출기의 감도가 높고 휴대가 용이하면서 비용이 상대적으로 저렴하여 방사선 관리 현장에서 사 용되는 대다수의 실용 서베이미터들이 주로 GM계수관을 검출기로 사용한다.

서베이미터 선택 시 고려사항

데이터의 종류

공간선량률 측정인가, 오염 측정인가를 구분해야 한다. 공간선량률 측정시에는 mR/h, R/h, μSv/h, mSv/h 등의 선량률 단위로 읽어야 하고, 후자의 경우에는 cpm(counts per minute)과 같은 계수율의 단위로 읽어야 한다.

방사선의 종류

전리함은 엑스선 또는 감마선에 대하여 평탄한 에너지반응도를 지니고 있으며, 인체등가물질에 가깝다. 베타선에도 반응하지만 측정치에 보정인자를 적용하여야 한다. 보상형 GM 계수관의 경우 차폐를 닫은 상태에서는 엑스선과 감마선 의 공간선량률 측정에 사용되는데, 수 십 keV 이하의 저에너지 엑스선에 대해서는 낮게 반응한다. 차폐를 개방한 상태 에서는 300 keV 이상의 베타입자 측정에 사용된다. 단창형 GM 계수관은 100 keV 이상의 베타입자 측정에 적합하며, 저에너지 엑스선과 감마선에도 반응하지만 측정효율 은 극히 낮다. NaI 섬광검출기는 감마선 측정에 사용된다. 입사창이 얇게 제작된 NaI 검출기는 저에너지 엑스선과 감마선 측정에 특히 유용하다.

방사선장의 세기

선량률이 낮은 환경에서 방사선 측정은 저선량률 용도로 고안된, 보다 민감한 서베이미터를 요한다. 높은 선량률에서는 검출기와 작업자 사이에 거리를 둘 수 있는 원거리 서베이미터를 사용하여 피폭을 줄여야 한다. 전리함은 고선량률 방사선장에서 선량률 및 누적선량 측정에 적합하다.

top

서베이미터 동작 전 점검사항

사용할 서베이미터가 결정되면 측정을 수행하기에 앞서 다음의 사항을 점검함으로써 장비의 정상적인 동작여부를 확인해야 한다.

교정상태

서베이미터에 부탁된 교정필증을 통해 장비가 교정되었고 유효기간 중에 있음을 확인한다.

배터리 상태

서베이미터는 배터리 점검용 버튼을 이용하여 배터리 상태를 확인한 후 필요하면 배터리를 교체한다. 디지털 장비는 LCD 화면에 배터리의 상태가 나타나고, 아날로그 장비의 경우에 배터리가 정상적인 상태라면 지시 바늘이 이에 대응하는 범위에 위치한다.

체크선원을 통한 동작상태 점검

기지의 선원을 이용하여 검출기의 반응여부를 점검한다. 위의 사항들 외에 측정을 수행하기 전 작업자는 측정치를 읽는 방법을 숙지하고 있어야 한다. 그림 1-5에서와 같이 대부분의 서베이미터에는 X 0.1, X 1, X 10, X 100 의 비례자가 있어 검출기의 지시치에 이를 곱해서 읽어야 한다. 예를 들어 서베이미터를 이용하여 어떤 작업장의 공간선량률을 측정한 결과, 지시 바늘이 그림 1-5와 같았음을 가정하자. 이때 비례자를 X 0.1, X 1, X 10 그리고 X 100에 설정하고 측정하였다면 각각의 경우 측정값은 다음과 같다.

[ 표 1-3. 서베이미터 지시값에 따른 비례자 선택 ]
바늘의 지시값
(mR/h)
비례자 측정값
(mR/h)
0.7 X0.1 0.07
0.7 X1 0.7
0.7 X10 7
0.8 X100 80

[ 표 1-3. 서베이미터 지시값에 따른 비례자 선택 ]

특이한 것은 비례자를 X 100으로 설정했을 경우인데 이때에는 X 100 전용 눈금(X 100 ONLY)에서 바늘의 지시값을 읽어야 한다. 여기서는 바늘이 지시값이 0.8mR/h을 가리켰고 여기에 100을 곱하면 80mR/h라는 측정값이 얻어진다.

그림 1-5. 서베이미터를 이용한 선량률 측정결과

top

기타 주의사항

종종 발생하는 경우로서 공간선량률 또는 오염정도를 측정함에 있어서 비례자의 설정치를 확인하지 않고 무심코 측정을 수행하게 되면 지시 바늘이 전혀 움직이지 않는 경우가 있다 (비례자가 적절하게 설정되었다면 지시 바늘은 자연방사선 준위에서도 약간의 요동이 있다). 이는 비례자가 너무 높게 설정되어 있기 때문이다. 따라서 비례자의 설정과 무관하지만 방사선의 준위에 따라 반응하는 경고음을 울리도록 설정한 후 측정을 수행하는 것이 바람직하다.

일반적인 서베이미터는 계측 회로의 시정수가 고정되어 있거나 사용자가 조정할 수 있다(fast 또는 slow response). 시정수가 짧으면 민감한 대신 지시치의 요동이 심하고 시정수가 길어지면 지시치는 안정되지만 선량률의 변화를 쫏아 가는 속도가 떨어진다. 너무 요동이 심하면 평균치를 잡기가 어려우므로 수 초 정도의 시정수가 적절하다.

공간선량률 측정

동위원소란 동일한 원자번호로 같은 원소이면서 질량수가 서로 다른 핵종을 말하며 이중에서 방사선을 방출하는 핵종을 방사성 동위원소라 한다. 예를 들어 수소(1H), 이중수소(2H) 및 삼중수소(3H)는 원자번호가 1로 같은 동위원소이나 이 중 삼중수소만이 방사성동위원소이다. 동위원소의 화학적 성질은 같은 원자번호를 가지고 있어 동일하다.

측정절차

공간선량률계의 선택
60keV 에너지의 감마선을 방출하고 수위 게이지 내에 장착된 밀봉선원이므로 원칙적으로 누설되는 방사선은 극히 작다. 따라서 일반목적의 보상형 GM 공간선량률계를 이용할 수 있다.

공간선량률계 점검
교정 및 배터리 상태 그리고 체크선원이나 백그라운드를 측정하여 공간선량률계가 정상적으로 동작하고 있음을 확인한다.

그림 1-6. 동위원소를 이용한 캔용량 검사시설의 공간선량률 측정

측정

  • 측정전에 공간선량률계의 스피커를 켠다.
  • 선원이 없는 조건에서 백그라운드를 측정하고 기록한다.
  • 서베이미터의 지시 바늘이 적합한 위치에 오도록 비례자를 높은 쪽부터 낮은 쪽으로 조정한다. 정상적인 환경이라면 X 0.1 또는 X 1이 적합하다.
  • 정해진 위치 또는 일상적으로 작업이 이루어지는 위치를 중심으로 바닥으로부터 1m 높이에서 측정을 수행하고 서베이미터가 표시하는 선량률을 읽는다.

그림 1-7. 공간선량률 측정

top

오염감시기를 이용한 오염측정

오염이란 원치 않는 장소에 방사성 물질이 옮겨 붙은 것을 말하는 것으로 작업장 또는 물체의 표면과 작업자의 인체가 방사성 물질로 오염될 수 있다. 3H, 14C, 32P, 33P, 35S, 125I 등의 비밀봉선원을 취급하는 시설은 정도의 차이가 있을 뿐 다소간의 오염을 피할 수 없으므로 일상적으로 작업장 및 인체오염을 측정하고 필요에 따라 제염을 수행하여 외부피폭과 내부피폭을 줄이도록 항상 노력해야 한다.

오염감시기를 이용한 표면오염측정

표면오염측정 시 서베이미터는 오염된 핵종에 따라 적절하게 선택해야 한다. 삼중수소(3H)를 제외한 베타입자를 방출하는 핵종의 측정에는 팬케익 타입의 GM오염감시기를 사용하고, 125I(27keV, 31keV)과 같이 저에너지의 감마선과 엑스선을 방출하는 핵종의 경우에는 저에너지 광자 측정용 NaI섬광검출기를 이용할 수 있다. 알파입자 방출핵종은 ZnS섬광검출기, 삼중수소는 기체유입형 비례계수관을 이용한 오염감시기로 오염측정이 가능하다. 표면오염측정을 위한 다양한 형태의 오염감시기를 그림1-8에 도시하였다. 이들 서베이미터는 cps, cpm 등의 계수율 단위로 측정해야 한다.

그림 1-8. t오염감시용 서베이미터

오염감시기 점검

교정 및 배터리 상태 그리고 체크선원이나 백그라운드를 측정하여 오염감시기가 정상적으로 동작하고 있음을 확인한다. 팬케익 탐침기는 50-70 cpm, NaI 탐침기는 200-400 cpm 정도의 백그라운드 계수율을 보인다.

측정

  • 측정 전에 오염감시기의 스피커를 켠다.
  • 오염되지 않은 환경에서 백그라운드를 측정하고 기록한다.
  • 오염감시기의 지시 바늘이 적합한 위치에 오도록 비례자 높은 쪽부터 낮은 쪽으로 조정한다. 정상적인 환경이라 X 0.1 또는 X 1이 적합하다.
  • 정해진 위치 또는 일상적으로 작업이 이루어지는 위치를 중심으로 측정을 수행한다. 측정 시에는 탐침기를 오염된 표면과 1-2 cm 정도로 유지하고 탐침기를 천천히 이동 (초당 수cm)하면서 오염상태를 체크한다. 이때 탐침기가 오염되지 않도록 주의해야 한다. 비례자가 X 10에서 지시 바늘이 그림 1-10을 가리킨다면 계수율은 24,000 cpm이 된다.
  • 측정치가 백그라운드 계수율의 2배를 초과한다면 제염을 수행하고 이후 백그라운드 수준임을 확인해야 한다. 방사성 물질이 감마선이나 고에너지 베타입자를 방출하는 핵종이고 오염정도가 높다면 ‘공간선량률 측정절차’에 따라 공간선량률도 측정한다.

그림 1-9. 표면오염 측정 / 그림 1-10. 표면오염 측정치

측정치의 기록

실제 오염도(A)’는 아래 식으로 구해진다. 널리 사용되는 팬케익 탐침기의 직경은 5cm이다.

측정치의 기록 구하는 식

top

인체의 표면오염측정

방사선 사고 현장에서 비오염구역으로 나올 때에는 반드시 신체 및 휴대 물품의 표면오염을 검사해야 한다. 신체 표면의 오염은 종사자의 내부피폭과 피부피폭에 직접 관련될 뿐 아니라 오염의 확대방지를 위해서도 세심하게 검사할 필요가 있다. 측정방법은 일반 표면오염 측정절차와 마찬가지로 대개의 경우는 그림 1-11과 같이 비오염구역에 있는 다른 요원이 대상이 되는 자의 오염검사를 수행하게 된다. 이때 사용되는 장비는 일반 표면오염 측정에서와 같이 GM 계수관이나 NaI 오염감시기가 주로 쓰인다.

측정절차는 오염감시기를 든 요원이 오염되기 쉬운 신발, 팔꿈치, 무릎, 몸통 전면, 엉덩이, 머리 등을 중심으로 대상자를 측정한다. 고농도의 방사성 물질을 취급하는 작업장에서는 작지만 방사능 밀도가 높은 ‘매운입자(hot particle)’에 의한 오염 우려가 있으므로 더욱 신중히 검사해야 한다.

그림 1-11. 인체표면오염 감시 모습

전자개인선량계 사용법

개인선량계

방사선작업종사자는 그림 1-12의 열형광선량계 또는 필름선량계가 지급된다. 방사선이용시설의 화재 및 사고의 진압에 투입되는 현장대응요원 또한 이들 개인선량계가 지급되지만 피폭량 판독을 위해서는 특별한 처리절차를 거쳐야 하므로 현장에서의 신속한 사용에 적합하지 않다. 현장대응요원의 경우 현장에서 자신의 피폭선량 및 위치한 지역의 선량률을 즉시에 인지하고 위험에 대처할 필요가 있으므로 선량이나 선량률을 디지털로 표시하는 전자선량계의 사용이 점차 증가하는 추세이다(그림 1-13).

즉, 전자선량계는 서베이미터 기능까지 겸하고 있어 미리 설정된 적산선량 또는 선량률에 도달하면 경보를 울리는 기능을 지니고 있으므로 사고현장에서의 현장대응요원의 선량측정에 요긴하게 사용되고 있다.

그림 1-12. 개인선량계 (a) 열형광선량계    (b) 필름선량계

그림 1-13. 전자개인선량계

개인선량계의 착용

필름선량계, 열형광선량계 및 전자선량계 모두 작고 납작한 사각형 모양이며 의복에 착용할 수 있도록 집게를 갖추고 있다. 이들 개인선량계의 착용위치는 지정되어 있지는 않으나 편의와 관례상 창이 있는 면을 밖으로 하여 좌측 흉부에 착용하도록 한다. 몸통에 착용하는 것은 방사선 영향의 관점에서 중요하다고 판단되는 장기나 조직들 모두가 몸통에 있기 때문이다. 바른 착용 위치를 판정하는 것은 작업 과정에서 방사선이 자신의 몸으로 들어오는 전형적인 위치라고 보면 된다. 몸통의 정면에 착용하는 것은 내부 장기가 정면에 가까운 쪽에 주로 배치되어 있는 점도 있지만 현실적인 착용상의 편의이다.

현장의 방사선장은 넓고 고른 경우가 있는가 하면 때로는 위치에 따라 변화가 심한 불균일 방사선장도 있다. 이러한 불균일 정도가 심한 경우에는 하나의 몸통 선량계만으로는 대표선량을 평가하기 어려우므로 방사선이 노출되는 부위를 고려하여 적절한 위치에 제2 또는 제3의 선량계를 착용할 필요도 있다.

top

최종수정일 :2013/03/05
현재 페이지에 대해서 얼마나 만족 하십니까?ㅏ
  • 원자력안전위원회
  • 과학기술정보통신부