특성 X-선을 이용한 물성분석 검색시스템용 단일에너지 빔 선원 연구

Abstract

물성분석 검색시스템의 선원모듈 개선을 통한 성능 향상을 목적으로 특성 X-선을 이용한 단일에너지 빔 선원을 개발하였다. 현재의 검색시스템에서 사용되고 있는 X-선 발생장치는 넓은 에너지 영역의 스펙트럼을 가지며 이는 특정에너지 영역만을 사용하는 물성분석 검색시스템에서 불확실도를 주는 주요한 원인이 되고 있다. 본 연구를 통해 설계된 타겟 필터 어셈블리를 이용함으로써 X-선 발생장치로 단일에너지 피크를 가지는 빔 선원을 생성할 수 있음을 확인하였다. 몬테칼로 방법의 계산코드를 이용하여 X-선 발생장치의 관전압, 필터 어셈블리의 구성물질(Radiator and Filter) 및 두께 등을 달리하여 3가지의 최적 타겟 필터 어셈블리를 모델링하였다. 이로부터 나오는 빔 선원은 69 keV, 78 keV, 그리고 99 keV에서 단일에너지 피크를 가졌으며 각각의 특성 X-선 빔 선원을 BEAM69, BEAM78 그리고 BEAM99라 명명하였다. 개발된 단일에너지 선원은 현재 한양대학교 검색시스템 실험에서 사용중인 Hardening Beam에 비해 최대 33배의 높은 선속을 가지는 결과를 보였으며 설계된 특성 X-선 빔 BEAM69와 BEAM99를 물성분석 검색시스템에 적용시켜본 결과 69 keV와 78 keV 광자를 사용한 결과와 평균 약 2%의 상대오차를 나타냈으며, 실험에 의한 Hardening Beam의 결과보다 평균 6.46% 높은 정확도를 보였다. 따라서 개발된 단일에너지 선원인 특성 X-선 빔을 물성분석 검색시스템의 선원모듈로 사용함으로써 시스템의 불확실도를 줄이고 높은 선속을 통해 시스템의 검색시간을 단축시킬 것으로 판단된다. 아울러 단일에너지 X-선원을 필요로 하는 방사선 의료 및 비파괴 산업 등 다양한 응용 분야의 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.; A new mono-energetic beam source was developed by using characteristic X-ray for improving performance of the substance identification system. Most of inspection systems use X-ray tubes for their source modules. However, the broad energy spectrum of X-ray tube causes an increase of uncertainty. In this study, it was found that mono-energetic beam sources can be generated by using X-ray tube and the designed target filter assembly. In order to investigate the mono-energetic beam source, the sensitivity study was conducted with a series of different X-ray tube potentials, radiator and filter materials using Monte Carlo simulation. The developed beam sources have a mono-energy peak at 69 keV, 78 keV and 99 keV, and they are named as characteristic X-ray beam BEAM69, BEAM78 and BEAM99, respectively. The characteristic X-ray beam intensity was over thirty three times more than that of hardening beam used previous work at Hanyang University. And BEAM69 and BEAM99 were applied to the substance identification system as a source. The relative error between results of characteristic X-ray beams and 69 keV and 99 keV photons was about 2% on the average for five unknown materials. In comparison with experiment results by using hardening beam, characteristic X-ray beam achieves better accuracy which is about 6.46 % on the average. Hence, it is expected that the developed characteristic X-ray beam source helps lower uncertainty of the inspection system, and the inspection time will be reduced considerably due to its high beam intensity.