감마선 및 엑스선의 차폐 계산을 위한 방사선량률 평가 프로그램의 개발

Abstract

In accordance with the Nuclear Safety Act, domestic nuclear facilities should be equipped with shielding facilities so as not to exceed the dose limit. Therefore, in this study, the mathematical algorithm according to the radiation shielding theory was summarized and supplemented, and a gamma-ray and X-ray shielding calculation program was developed based on LabVIEW in a graphical user interface (GUI) method. In the gamma-ray shielding and radiation dose rate calculation program, the mass attenuation factor corrected by exponential interpolation considering the flow of data and the linear attenuation factor according to the mass attenuation factor, which is a major factor in the calculation of gamma-ray shielding, was applied. Another major factor, the build-up factor, was applied to the shielding calculation by variously correcting the range of energy and energy depending on the shielding thickness input by the user through linear interpolation considering the flow of data. The X-ray shielding and radiation dose rate calculation program was calculated using the functional equation of the attenuation curve. At this time, since the regression coefficient is only provided according to the specific energy, the corrected value for the regression coefficient at various energies was used. Using the gamma-ray shielding and radiation dose rate calculation program, the shielding thickness of the lead and concrete half-layer thickness and the radiation dose rate after shielding were calculated. The calculation result using the program was 49.0% for lead and 50.9% for iron, which was close to the half-gauge. Shielding calculations in 300 therapeutic equipment were performed using X-ray shielding and radiation dose rate calculation programs. As a result of comparing the result value of NCRP with the result value according to the program, it was found that lead showed a difference in the range of 0 ∼ 0.5 mm and concrete showed a difference in the range of 0 ∼ 0.74 cm, showing a relatively slight difference. In this study, the accuracy was improved so that values in a wider range of values could be calculated by supplementing and correcting equations and users can easily perform shielding calculations in nuclear facilities with a relatively uncomplicated geometric structure. | 국내 원자력이용시설은 산업, 의료, 교육, 연구 등의 다양한 목적으로 운영되고 있으며, 이러한 시설은 원자력안전법에 따라 선량한도를 초과하지 않도록 차폐 설비를 갖추어야 한다. 따라서 본 연구에서는 전산모사 방법과 수(手)계산의 장·단점을 보완하여 감마선 및 엑스선의 방사선 차폐 이론에 따른 수학적인 알고리즘을 정리 및 보정한 LabVIEW 기반의 차폐 계산 프로그램을 구축하고자 하였다. 감마선 차폐 및 방사선량률 계산 프로그램은 단일 방사성 핵종 뿐만 아니라 복합 방사성 핵종의 차폐 계산이 가능하도록 하였으며, 질량감쇠계수 및 축적인자를 데이터의 흐름을 고려한 보간법을 이용하여 보정하였다. 엑스선 차폐 및 방사선량률 계산 프로그램은 NCRP Report No. 49의 차폐 이론을 적용하였으며 감쇠곡선의 함수식을 이용하였다. 함수식의 회귀계수, 산란인자, 반가층, 십가층은 다양한 에너지에 따른 값을 보정하였다. 감마선 차폐 및 방사선량률 계산 프로그램을 이용하여 의 납 및 콘크리트 반가층 두께의 차폐 두께와 차폐 후의 방사선량률 계산을 수행하고, 반가층에 따른 계산 결과, MCNP를 이용한 계산 결과와 비교하여 프로그램의 유효성을 검증하고자 하였다. 프로그램을 이용한 계산 결과는 납의 경우 49.0 %, 철의 경우 50.9 %로 반가층에 근접한 계산로 나타났으며, MCNP를 이용한 계산결과와 약 1 %의 근소한 차이를 보였다. 엑스선 차폐 및 방사선량률 계산 프로그램을 이용하여 일차방벽과 이차방벽의 계산을 수행하고, NCRP Report No. 49의 300 치료용 장비에서의 최소 차폐 두께 계산 결과를 비교하여 프로그램의 유효성을 검증하고자 하였다. NCRP의 결과값과 프로그램에 따른 결과값의 비교 결과, 납의 경우 0 ∼ 0.5 범위로 차이를 보였으며 콘크리트의 경우 0 ∼ 0.74 범위로 차이를 보여 근소한 차이를 보였다. 본 프로그램은 프로그램에 적용되는 공식 및 데이터를 보정하여 계산 시 오류를 최소화하고 정확도를 높였으며, 비교적 기하학적 구조가 복잡하지 않은 원자력이용시설에서 적은 비용과 소요시간으로 간단하게 차폐 계산이 가능하다.