3He 비례계수기 형태에 따른 중성자 계측 등방성 연구

Abstract

의료 분야, 방사성 동위원소 생성 등 다양한 목적을 위해 고에너지 가속기 사용이 증대되고 있다. 이로 인해 부수적으로 발생되는 중성자 및 원자력발전소에서 생성되는 중성자에 대한 외부 피폭을 무시할 수 없으며, 이에 따라 중성자 선량 평가 및 방호의 중요성 또한 증대되고 있다. 하지만 정확한 중성자 선량 평가에는 어려움이 따른다. 중성자는 열중성자 영역에서 속중성자 영역에 이르기까지 넓은 에너지 범위에 걸쳐 존재하는데, 중성자 에너지에 따라 인체에 대한 영향 또한 크게 변화하기 때문이다. 이러한 중성자의 선량평가를 위해 사용되는 장비로 중성자 선량계가 있다. 현재 상용중성자 선량계의 경우 열중성자와 열외중성자 영역에서 실제 선량과 100 － 900% 수준의 오차가 발생하여 이에 해당하는 영역의 중성자 선량평가에 어려움을 겪고 있다. 또한 부피가 크고 무거워 관련 작업종사자들이 불편을 호소하고 있는 실정이다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해 구형 3He 비례계수기에 HDPE와 B4C 감속재를 결합한 중성자 선량계가 제안되었다. 하지만 B4C 소재는 다이아몬드만큼 경도가 강해 구형으로 가공하기가 어려운 점이 있다. 이에 따라 B4C 소재의 형태가 육각기둥으로 변경되었으며 비례계수기 또한 구형에서 원통형으로 변경되었다. 이때 원통형 3He 비례계수기의 경우 직경과 높이가 크게 차이난다면 중성자 입사 각도가 중성자 계측에 영향을 줄 수 있으므로, 3He 비례계수기의 형태 차이에 따른 등방성 평가가 필요하다. 본 연구에서는 반구형 감속재와 직육면체 감속재로 구성된 결합체 내부에 구형 및 원통형 3He 비례계수기를 설치하고 252Cf 중성자 선원 배치를 달리하여 계수값을 획득한 뒤 결과의 상대값 비교를 통해 정량적으로 평가하였다. 상대값의 평균은 3.43%, 표준편차는 1.86% 차이로 원통형 3He 비례계수기의 각도 의존성이 적었음을 확인하였다. 본 실험의 MCNPX 코드를 이용한 전산모사 결과, 3He 비례계수기의 각도 의존성 또한 적었음을 확인하였다. 추가로 구형 감속재를 모사하여 원통형 3He 비례계수기와 구형 3He 비례계수기의 각도 의존성에 대한 MCNPX 전산모사를 수행하였다. 두 비례계수기 모두 감속재 직경이 8“ 이하일 때 등방성이 확인되었다. 8” 보다 두꺼운 감속재에서는 각도에 따라 상대반응도의 차이가 커 전체 각도에 대한 등방성을 나타내지는 않지만, 감속재 빈 공간의 반대 방향으로 중성자가 조사되는 90° － 270°에서는 등방성이 유지됨을 알 수 있었다.