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ISSN : 2288-3509(Print)
ISSN : 2384-1168(Online)

Journal of Radiological Science and Technology Vol.47 No.3 pp.183-195
DOI : https://doi.org/10.17946/JRST.2024.47.3.183

Development of Operational Technology and Integrated Measurement Information Management System for the Radioactivity Measurement Device

Dong-Sik Jin, Kyeong-Ryeong Kim, Jae-Geun Lee

Nuclear Environment Technology Co., Ltd

This work was supported by a start-up growth technology development project and funded by Ministry of SMEs and Startups(No. RS-2023-00256500)

Corresponding author: Dong-Sik Jin, Nuclear Environment Technology Co., Ltd, 4F, 8-18 Oncheonseo-ro, Yuseong-gu, Daejeon, 34168, Republic of Korea / Tel: +82-42-716-1533 / E-mail: dsjin1064@netec.co.kr

Received 03/04/2024 Review 12/04/2024 Accepted 22/04/2024

Abstract

Additional functional upgrades to the large-area compton camera (LACC) measurement device that can provide characteristics evaluation information (nuclear species and radioactivity) and two-dimensional or three-dimensional distribution imaging information of radioactive materials existing in surface or internal of concrete structures are required in terms of work stability and efficiency in order to apply to actual decommissioning sites such as nuclear power plants or medical cyclotron facilities by using this measurement device. To this purpose, the technology that allows radiation workers to intuitively and visually check the distribution of radioactive materials in advance by matching the two-dimensional distribution imaging information of radioactive materials obtained through the LACC measurement device and visual imaging of the measurement zone (10 m × 5 m) was developed. In addition, the separate system that can automatically adjust the position (height) in units of the measurement area size (0.7 m × 0.3 m × 0.8 m) of the LACC measurement device was developed and the integrated management system for characteristics evaluation information and two-dimensional or three-dimensional distribution imaging information obtained per unit of measurement for radioactive materials was developed. These functional upgrades related to LACC measurement device can improve work efficiency and safety when measuring radioactivity of concrete structures and enable the establishment of appropriate decommissioning strategies using radioactivity measurement information for decommissioning nuclear power plants or medical cyclotron facilities.

Key Words : Decommissioning of nuclear power plants , Concrete internal activation , Radioactive material , 3D distribution imaging , Integrated measurement information management

방사능 측정장치 운영 기술 및 측정정보 통합관리 시스템 개발

진동식, 김경령, 이재근

엔이티 주식회사

초록

키워드 : 원전해체 , 콘크리트 방사화 , 방사성물질 , 삼차원분포 영상화 , 측정정보 통합관리

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Funding:

Ⅰ. 서 론

전 세계 원전의 노후화 및 정책 변화 등으로 원전 해체시장은 지속적으로 증가하고 있으며, 국내의 경우도 고리1호기와 월성1호기가 영구 정지되어 해체를 준비 중에 있다. 원전 해체 시 원전 1기당 약 2,600드럼의 콘크리트 폐기물이 발생되며[1], 이로 인해 국내 기준으로 원전 1기당 약 500억 원 이상의 콘크리트 폐기물 처리 비용이 발생된다[2]. 또한 국내를 포함하여 전 세계적으로 약 1,300대의 사이클로트론이 운영 중이고[3], 사이클로트론의 설계수명이 20∼30년임을 감안하면 전 세계 사이클로트론 시설 해체 시 중성자로 인해 방사화된 콘크리트 구조물에 대한 해체시장도 지속적으로 증가될 것으로 예상된다[4-7].

원전 또는 사이클로트론 시설 해체 시 콘크리트 구조물 표면 또는 내부에 존재하는 방사성물질의 특성 정보(핵종 및 방사능)과 분포를 정확하게 파악할 수 있으면, 효과적인 해체전략 수립을 통한 해체 비용 절감과 해체 작업의 안전성 및 효율성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라 선행 연구를 통해 위치민감형 대면적 검출기와 콤프턴 영상 기법을 이용하여 단 1회 측정으로 콘크리트 구조물 내부 약 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m의 넓은 영역 내 감마선 방출 방사성물질의 핵종 및 방사능 특성 정보와 삼차원적 분포를 영상화할 수 있는 정밀 측정기술을 개발하였으며 [8-11], 관련 기술에 대해서 한국표준과학연구원 시험을 통해 서 성능을 인정받았다. 또한 본 기술은 최대 10 m × 5 m 크기의 넓은 콘크리트 구조물 크기의 표면 또는 표면으로부터 깊지 않은 내부에 위치하는 방사성물질의 이차원적인 분포 영상정보 제공을 위한 신속 측정도 가능하다.

선행 연구를 통한 콘크리트 구조물 표면 또는 내부 방사성물 질에 대한 특성평가 정보(핵종 및 방사능)와 이차원적 또는 삼차원적 분포 영상정보를 제공할 수 있는 최신기술을 활용하여 실제 해체 현장에 적용하기 위해서는 작업 안정성과 업무 효율성 관점에서 기능적 업그레이드가 추가적으로 요구된다. 즉, 선행 연구개발 기술 적용대상인 원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물의 경우 표면 또는 표면으로부터 깊지 않은 위치에 방사성물질이 대부분 분포하고 있으므로, 방사 능 측정작업 시 방사성물질의 위치를 사전에 가시적으로 확인 할 수 있으면, 효율적인 방사능 측정 및 방사선 방호전략 수립 등이 가능하다. 따라서 선행 연구개발 측정장치를 통해 획득되는 방사성물질의 이차원적 분포 영상정보와 가시영상 정보를 정합하여 방사선 작업자가 직관적 및 가시적으로 방사성물질의 분포를 확인할 수 있는 추가적인 기술개발이 요구된다. 또한 원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물의 경우 수 m 높이까지 표면 또는 내부에 방사성물질 오염이 가능하므로 방사능 측정작업 시 작업 안전성과 업무 효율성을 위하여 측정장치의 위치(높이)를 정밀 조절할 수 있는 시스템 개발이 추가적으로 요구되며, 방사능 측정작업은 한 장소 내에 넓은 영역의 콘크리트 구조물을 대상으로 측정장치의 1회 측정가능 영역 또는 구역(0.7 m × 0.3 m × 0.8 m 단위의 삼차원적 정밀 측정영역 또는 10 m × 5 m 단위의 이차원적 신속 측정구역)을 기준으로 많은 구획으로 구분하여 측정해야 하므로, 이러한 각 측정영역 또는 측정구역에 대한 측정정보를 통합적으로 관리하기 위한 통합 관리 운영시스템 개발이 추가적으로 요구 된다.

Ⅱ. 대상 및 방법

1. 방사성물질의 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합기술

선행 연구를 통해서 콘크리트 구조물 표면 또는 내부 방사성 물질에 대한 특성평가(핵종 및 방사능) 정보와 이차원적 또는 삼차원적 분포 영상정보를 제공할 수 있는 최신기술을 적용하여 Fig. 1, Fig. 2 및 Table 1과 같이 대면적 삼차원 영상화 장치(large-area compton camera, LACC)를 개발하였다.

이 LACC 장치는 콘크리트 구조물 내 방사성물질의 특성평가와 삼차원적 분포 영상화 정보를 취득하기 위한 1회 측정 가능한 영역이 약 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m으로 제한적이고 콘크리트 구조물 내 방사성물질의 위치 및 방사능에 따라 최대 30분의 측정시간이 요구되므로, 원전 또는 의료기관 내 사이클로트론 시설 내 넓은 지역의 콘크리트 구조물에 대해서 측정장치를 이동해가며 측정 시 많은 시간이 소모된다. 따라서 LACC 장치를 활용하여 원전 또는 의료기관 내 사이클로트론 시설 내 해체 현장에 실제 적용하기 위해서는 업무 효율성과 작업 안전성 관점에서 콘크리트 구조물을 대상으로 먼 거리에서 약 10 m × 5 m 크기의 측정구역을 대상으로 수분 이내로 신속 측정하여 방사성물질의 오염 위치를 대략적으로 파악한 이후 해당 지점에 측정장치를 위치시켜 오염 핵종의 종류 및 방사능 특성 정보와 삼차원적 분포 영상화를 위한 정밀 측정작업이 필요하다. Fig. 3은 콘크리트 구조물 내 방사성물질의 오염 분포에 대한 이차원적 영상정보와 해당 측정구역에 대한 가시영상 정보를 정합하여 방사선 작업자가 직관적 및 가시적으로 콘크리트 구조물 내 방사성물질의 오염 분포를 사전에 확인할 수 있는 가시 영상 정합기술의 개념도를 나타내고 있다[8,12,13].

방사성물질 오염이 콘크리트 구조물 벽면 또는 내부의 깊지 않은 곳에 분포되어 있다고 가정할 경우, 펄스 적외선 등을 활용한 콘크리트 구조물 벽면으로 부터의 거리 정보와 LACC 장치를 활용한 방사성물질 오염의 방향 정보(방위각 및 극각)을 활용하여 방사성물질 오염의 위치를 추정할 수 있다. 본 논문에서는 콘크리트 구조물 내 방사성물질 오염에 대한 가시영상 정합기술을 적용하기 위해 LACC 측정장치와 D455(Intel, USA) 가시영상 카메라를 사용하였다[14]. D455 가시영상 카메라는 최소 0.4 m와 최대 6.0 m의 측정거리 정보와 수평 및 수직 방향에 대해서 각각 86° 및 57°의 시야 내에서 RGB 이미지와 해당 포인트 클라우드 데이터를 모두 제공한다.

2. 측정장치 위치(높이) 조절시스템

원전 또는 의료기관 사이클로트론 해체 시설 내 콘크리트 구조물의 경우 수 m 높이까지 표면 또는 내부에 방사성물질 오염이 가능하므로 LACC 측정장치를 활용한 측정작업 시 업무 효율성 및 작업 안전성 관점에서 측정영역의 위치(높이)에 따라 LACC 측정장치의 위치(높이)를 조절할 수 있는 별도의 시스템이 요구된다. LACC 측정장치를 구성하는 검출기의 신틸레이 션 물질은 NaI(Tl)로써 외부 충격 등에 취약한 특성을 가지고 있으므로 LACC 측정장치의 위치(높이) 조절 시 검출기에 가해지는 외부 충격의 영향이 최소화되도록 충격 완화장치 등의 구조적 설계가 요구되며, 원전 또는 의료기관 사이클로트론 해체 시설 내 콘크리트 구조물에 대한 특성평가 및 삼차원 분포 영상화 측정 시 측정영역 이외의 주변지역에 대한 방사선 영향을 최소화할 수 있는 차폐구조 설계가 요구된다. 따라서 LACC 측정 장치 위치(높이) 조절 시스템은 LACC 측정장치의 자체 무게 (약 120 kg), 이동형 전원공급장치 및 주변 방사선 차폐체 무게 등의 하중을 고려하여 시스템 설계가 수행되어야 한다.

LACC 측정장치에 대해서 선행연구를 통해서 콘크리트 구조물 내에 자연적으로 균일하게 분포하는 방사성핵종 및 방사능을 기준으로 Geant 4 전산코드를 활용한 최소 영상화 가능 방사능(Minimum Detectable Activity, MDA)을 평가한 결과, Fig. 4와 같이 약 1 μCi로 평가되었으며[15], 선행연구를 통해 개발된 LACC 측정장치의 MDA 성능 목표치가 7 μCi이므로 추가적인 차폐구조에 대한 설계는 요구되지 않는 것으로 평가 되었다. 하지만 LACC 측정장치를 이용한 방사능 측정 시 보다, 정확한 방사능 측정을 위해 측정장치 주변(방사능 측정방향과 검출기 하부 지지체 구조에 의한 주변 방사선 차폐가 가능한 검출기 하단면 제외)에 대한 2 mm 납 두께 단위로 총 3중 구조로 설치가 가능한 Fig. 5와 같은 구조의 납 차폐설비를 설계 하였으며, 이러한 납 차폐설비 구조는 LACC 측정장치의 위치 (높이) 조절시스템에 부여되는 납 차폐설비 하중을 고려하여 설계되었다.

LACC 측정장치를 구성하는 검출기 무게(약 120 kg), 납차 폐체 구조물 무게(최대 180 kg) 그리고 휴대용 전원공급장치 및 신호처리장치 등의 보조설비에 대한 무게(약 100 kg)를 고려하여 LACC 측정장치의 위치(높이) 조절시스템에는 Fig. 6과 같이 LACC 측정장치 위치(높이) 조절장치와 LACC 측정장치 포함 주변 보조 설비(전원공급장치 및 신호처리 장치 등) 저장함 사이에 위치(높이) 변경 등에 따른 측정장치 내 검출기에 가해지는 외부충격 완화 장치를 설계하였다.

LACC 측정장치의 위치(높이) 조절장치는 Up/Down 위치 (높이) 조절 스위치를 활용하여 LACC 측정장치의 위치(높이)를 눈금자를 통해 수동으로 확인 및 조절할 수 있는 기능과 레이저 거리 센스를 활용하여 사용자 지정 특정 위치(높이) 설정치와 현재 위치(높이) 사이의 차이 및 변화를 확인할 수 있도록 측정장치의 최하단 위치를 기준점(제로 포인트)으로 LACC 측정장치의 위치(높이) 차이 및 변화를 디지털 화면을 통해서 확인할 수 있도록 설계하였다. 또한 LACC 측정장치 포함 주변 보조 설비(전원공급장치 및 신호처리 장치 등) 및 저장함은 측정지역 간의 이동 등을 위해서 필요시 각 구성품에 대한 분해 및 조립이 가능한 구조로 설계하였다.

3. 방사성물질 특성 정보 및 영상화 정보 통합 관리 운영시스템

원전 또는 의료기관 사이클로트론 해체 시설 내 콘크리트 구조물에 대한 방사능 측정작업은 한 장소 내에 넓은 영역의 콘크리트 구조물을 대상으로 측정장치의 1회 측정 가능 영역(0.7 m × 0.3 m × 0.8 m 크기 단위의 삼차원적 정밀 측정영역 또는 10 m × 5 m 크기 단위의 이차원적 신속 측정구역)을 기준으로 많은 구획으로 구분되어 측정되므로 많은 측정정보가 수집 되어야 하며, 원전의 경우는 이러한 콘크리트 구조물이 여러 장소에 존재한다. Fig. 7은 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m 크기의 측정영역에 대한 방사성물질 삼차원 분포 영상화 및 특성 정보 (핵종 및 방사능 등) 관리프로그램(선행 연구개발 프로그램)과 10 m × 5 m 크기의 측정구역에 대한 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램(기능적 업그레이드를 위한 후행 연구개발 프로그램)을 나타내고 있다.

Fig. 7의 측정정보 관리 프로그램을 통해서 획득되는 방사능 측정구역 및 측정영역별 측정정보를 효율적으로 관리하고, 필요시 콘크리트 구조물에 대한 해체전략 수립 시 이러한 측정정 보들을 활용하기 위해서는 측정정보에 대한 통합 관리 운영시스템 개발이 추가적으로 수행되어야 한다.

측정정보 통합관리 운영시스템은 Table 2와 같이 측정지역, 측정구역 및 측정영역으로 구분하여 측정지역은 원전 또는 의료기관 사이클로트론 해체 시설로 내 주요 건물 단위로 구분하 고, 측정구역은 각 측정지역 내 방사능 측정을 위한 콘크리트 구조물에 대해서 10 m × 5 m 크기 단위의 이차원적 신속 측정가능 구역을 기준으로 전면, 후면 및 측면 단위로 구분하고, 측정영역은 각 측정구역을 기준으로 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m 크기 단위의 삼차원적 정밀 측정가능 영역을 기준으로 구분 되어야 한다. 측정구역 내 방사능 측정정보는 에너지스펙트럼 정보와 측정구역 내 방사성물질의 이차원적 분포 영상화 정보가 저장되어야 하며, 측정영역 내 방사능 측정정보는 에너지스펙트럼 정보, 핵종 및 방사능 정보, 각 핵종의 삼차원적 분포 영상화 정보 그리고 삼차원적 영상화 정보의 정확성을 판단할 수 있는 영상해상도 정보 등이 저장되어야 한다.

추가적으로 콘크리트 구조물 내 각 방사성 오염 핵종에 대한 방사능 측정 결과를 기준으로 각 핵종의 반감기를 기반으로 사용자 지정 시점에서의 방사능 값을 추정할 수 있는 기능과 측정 구역 내 측정영역에 존재하는 방사성 오염 핵종의 측정 결과 정보(핵종, 방사능, 삼차원적 분포 및 영상해상도 정보 등)를 보고서 형태로 출력할 수 있도록 통합관리 운영시스템을 설계하였다.

Ⅲ. 결 과

1. 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합 정보 관리프로그램 개발

연구를 통해서 개발된 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램은 Fig. 8과 같으며, 관리프로그램의 주요 구성 및 기능은 Table 3과 같다.

연구 개발된 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램은 측정구역 내 존재하는 오염 핵종 정보와 각 핵종에 대한 2D 영상 및 가시영상 정합정보 그리고 에너지스펙트럼 정보 등을 제공한다. Fig. 8에 제시되어 있는 2D 영상 및 가시영상 정합정보는 측정장치로부터 약 1 m 거리에 위치하고 있는 3.28 MBq 방사능의 Cs-137 표준선원을 대상으로 측정된 정보를 제공하고 있으며, 약 5 cm 이내의 오차 범위로 표준선원의 위치정보와 핵종 정보를 제공하고 있다.

Fig. 8에 제시되어 있는 에너지스펙트럼 정보 창과 핵종 정보 창에는 Cs-137 표준선원 정보와 함께 배경방사선으로 존재하는 K-40 핵종[16] 정보도 함께 제공하고 있지만, 2D 영상 및 가시영상 정합정보 창에서는 주 관심 대상인 인위적으로 오염된 핵종들에 대한 정보만 제공할 수 있도록 K-40 핵종에 대한 정보는 제공하지 않음을 확인할 수 있다.

연구를 통해서 개발된 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램은 원전 또는 의료기관 내 사이클로트론 시설에 대한 해체 현장에서 콘크리트 구조물을 대상으로 먼 거리에서 약 10 m × 5 m 크기의 측정구역 내에 존재하는 방사성물질의 오염 위치를 신속 측정하여 대략적으로 오염 위치를 파악한 이후 해당 지점에 측정장치를 위치시켜 오염 핵종의 종류 및 방사능 특성 정보와 삼차원적 분포 영상화 정보 취득을 위한 정밀 측정작업을 가능하게 함으로써 측정업 무의 효율성과 작업 안전성을 보다 향상시킬 수 있다.

2. 측정장치의 위치(높이) 조절시스템 개발

연구를 통해서 개발된 측정장치의 위치(높이) 조절시스템은 Fig. 9와 같으며, 개발 시스템의 최대 정격 사용 하중은 500 kg이고, Fig. 10과 같이 바닥면 기준으로 50 cm에서 180 cm 까지의 위치(높이) 조절이 가능하다.

측정장치의 위치(높이) 조절은 Fig. 9의 a와 같이 Up/Down 위치(높이) 조절 스위치를 활용하여 LACC 측정장치의 위치(높이)를 눈금자를 통해 수동으로 확인 및 조절할 수 있는 기능과 레이저 거리 센스를 활용하여 사용자 지정 특정 위치(높이) 설 정치와 현재 위치(높이) 사이의 차이를 확인하고 조절할 수 있도록 측정장치의 최하단 위치를 기준점(제로 포인트)으로 LACC 측정장치의 위치(높이) 차이 및 변화가 디지털 화면에 수치적으로 표시되도록 제작되었다. 측정장치 위치(높이)에 대해서 디지털 화면에 표시되는 수치는 레이저 측정센스를 기반으로 측정되는 수치로써 측정거리에 따른 오차가 자동적으로 교정되도록 프로그램 되어 있으며, 이러한 위치(높이) 조절 기능을 활용하면 수 mm 이내의 오차로 측정장치의 위치(높이) 조절이 가능하다. 또한 측정장치의 위치(높이) 조절시스템은 위치(높이)에 대한 이동속도 조절이 가능하며, 이동 등에 따른 측정장치 충격 완화설비가 구축되어 있다.

측정장치의 위치(높이) 조절시스템을 구성하는 측정장치 및 주변 설비 저장함에는 Fig. 9의 b와 같이 주변 방사선 영향을 최소화할 수 있도록 2 mm 두께의 납 차폐체와 1 mm 두께의 철 지지체로 구성되는 차폐설비를 총 3단 구조 형태로 측정장 치의 측면, 후면 및 윗면에 설치되어 있으며 측정환경 특성에 따라 추가적인 차폐설비 설치가 가능하다. 또한 측정장치 및 주변 설비 저장함을 구성하는 모든 설비는 측정지역 간의 이동 등 을 위해서 필요시 각 구성품에 대한 분해 및 조립이 가능하도록 제작되었다.

연구 개발된 측정장치의 위치(높이) 조절시스템은 바닥면 기준으로 최소 0.5 m 최대 1.8 m 높이까지 표면 또는 내부에 방사성물질로 오염된 콘크리트 구조물에 대한 방사능 측정작업 시 측정장치의 위치(높이)을 안전하고 정밀하게 조절할 수 있도록 하므로 측정작업 안전성과 업무 효율성을 향상시킬 수 있다.

3. 방사성물질 특성 정보 및 영상화 정보의 통합 관리 운영시스템 개발

연구를 통해서 개발된 방사성물질 특성 및 영상화 측정정보 통합관리 운영시스템은 Fig. 11과 같으며, 통합 관리 운영시스템의 구성 및 기능은 Table 4와 같다.

Fig. 11 및 Table 4와 같이 측정정보 통합관리 운영시스템은 측정지역, 측정구역 및 측정영역별로 구분하여 Fig. 7의 a에 제시된 단위 측정영역에 대한 방사성물질 삼차원 분포 영상화 및 특성 정보관리프로그램을 통해서 관리되는 측정일, 에너지 스펙트럼, 핵종 종류 및 방사능 그리고 방사성물질의 삼차원 분포 및 영상해상도 정보를 통합관리하며, Fig. 7의 b에 제시된 단위 측정구역에 대한 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램을 통해 제공되는 에너지스펙트럼과 방사성물질의 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보를 통합적으로 관리한다. 또한 측정정보 통합관리 운영시스템은 콘크리트 구조물 내 각 방사성 오염 핵종에 대한 방사능 측정 결과를 기준으로 각 핵종의 반감기를 기반으로 사용자 지정 시점에서의 방사능 값을 추정할 수 있으며, 측정구역 내 측 정영역에 존재하는 방사성 오염 핵종의 측정 결과 정보(핵종, 방사능, 삼차원적 분포 및 영상해상도 정보 등)를 보고서 형태로 출력할 수 있다. 이러한 측정정보 통합관리 운영시스템은 원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물 해체 시 발생되는 측정영역 또는 측정구역(0.7 m × 0.3 m × 0.8 m의 삼차원적 정밀 측정영역 또는 10 m × 5 m의 이차원적 신속 측정구역) 단위의 수많은 측정정보를 체계적이고 통합적으로 관리할 수 있도록 하며, 이러한 측정정보 기반의 해체전략 수립 등을 가능하게 한다.

Ⅳ. 고 찰

본 논문에서는 선행 연구를 통해 개발된 콘크리트 구조물 내 방사성물질 특성평가 및 이차원 또는 삼차원 분포 영상화 장치에 대한 작업 안정성과 업무 효율성 관점에서의 기능적 업그레이드를 위한 콘크리트 구조물 표면 또는 내부에 위치하는 방사 성물질의 이차원적 위치정보의 가시영상 정합기술 개발과 측정 장치의 위치(높이) 조절시스템 개발 그리고 방사성물질에 대한 측정지역, 측정구역 및 측정영역별 측정정보에 대한 통합 관리 운영시스템 개발 내용을 기술하였다. 측정장치의 위치(높이) 조절시스템의 경우 측정장치, 전원공급장치 및 신호처리장치 등 의 주변 설비와 주변 방사선 차폐를 위한 차폐구조물 등의 구성 설비를 포함하는 전체 측정시스템의 크기 및 무게 등으로 인하여 측정장치 위치(높이) 조절시스템의 전체적인 크기가 증가되 었으며, 이로 인하여 원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물에 대한 방사능 측정작업 시 시설 내 다른 복잡한 구조물 등으로 인한 시스템의 이동성과 측정 효율성 관점에서 제약이 존재할 수 있음을 확인하였다. 따라서 콘크리트 구조 물에 대한 측정환경 특성에 따라 Fig. 1에 제시되어 있는 측정 장치의 개수를 4개(산란용 NaI(Tl) 검출기 2개 및 흡수용 NaI(Tl) 검출기 2개)에서 2개((산란용 NaI(Tl) 검출기 1개 및 흡수용 NaI(Tl) 검출기 1개)로 선택적으로 조정하여 시스템의 이동성과 측정 효율성을 증가시킬 수 있는 전체적인 시스템 크기가 감소된 추가적인 측정장치 위치(높이) 조절시스템 개발이 필요함을 확인하였다. 또한 해체 현장 내 방사선작업자의 방사선 피폭위험 저감을 위해서는 측정장치의 위치 및 높이를 원격 제어 기술을 기반으로 자동으로 조절할 수 있는 시스템 개발이 추가적으로 요구된다. 측정정보 통합관리 운영시스템의 경우 Fig. 7에 제시되어 있는 측정영역에 대한 방사성물질 삼차원 분포 영상화 및 특성 정보관리프로그램과 측정구역에 대한 방사성물질 이차원적 분포 영상화 및 가시영상 정합정보 관리프로그램이 분리 운영됨으로써 측정정보 통합관리 및 운영 관점에서 효율성이 다소 떨어진다. 따라서 추가적인 연구를 통해서 이러한 두 프로그램과 측정정보 통합관리 운영시스템을 결합한 단일 시스템으로의 업데이트가 필요하다.

Ⅴ. 결 론

원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물 해체 시 표면 또는 내부 방사성물질에 대한 특성평가(핵종 및 방사능 등)와 이차원적 또는 삼차원적 분포 영상정보를 제공할 수 있는 측정장치(LACC)를 활용하여 실제 해체 현장에 적용하기 위해서는 작업 안정성과 업무 효율성 관점에서 LACC 측정 장치에 대한 추가적인 기능적 업그레이드가 요구된다. 이를 위해 LACC 측정장치를 통해 획득되는 측정구역 크기(10 m × 5 m) 단위의 방사성물질에 대한 이차원적 분포 영상정보와 가시영상을 정합하여 방사선 작업자가 직관적 및 가시적으로 방사성물질의 분포를 사전에 확인할 수 있는 기술을 개발하였다. 또한 LACC 측정장치의 측정영역 크기(0.7 m × 0.3 m × 0.8 m) 단위로 위치(높이)를 자동 조절할 수 있는 별도의 시스템을 추가적으로 개발하였으며, 방사성물질에 대한 측정지역, 측정구역 및 측정영역별 특성평가 정보와 이차원적 또는 삼차원적 분포 영상화 정보에 대한 통합 관리 운영시스템을 개발하였다. 이러한 LACC 측정장치와 관련된 기능적 업그레이드는 원전 또는 의료기관 사이클로트론 시설 내 콘크리트 구조물에 대한 방사능 측정작업 시 업무 효율성과 작업 안전성을 향상시킬 수 있고, 방사능 측정정보를 활용한 적절한 해체전략 수립을 통한 해체 비용 절감과 해체 작업의 안전성과 효율성을 향상시킬 수 있다.

Figure

Fig. 1.

Measurement device for characteristics evaluation and 3D distribution imaging of radioactive materials in concrete structures

Fig. 2.

Demonstration test and evaluation results using standard sources in concrete structure

Fig. 3.

Conceptual diagram of visual imaging matching technology for radioactive materials in concrete structure

Fig. 4.

Imaging evaluation results according to radionuclide and radioactivity intensity considering the ambient radiation characteristics naturally presenting in concrete structure[15]

Fig. 5.

Storage box structure for radiation shield equipments surrounding LACC measurement device and the surrounding auxiliary facilities (power supply and signal processing facilities, etc.)

Fig. 6.

Structure of the impact relief equipment between the position (height) adjustment facility of LACC measurement device and the storage box for the LACC measurement device and the surrounding auxiliary facilities

Fig. 7.

Management program of LACC measurement information and visual imaging matching information

Fig. 8.

Management program for matching information of visual imaging and 2D distribution imaging of radioactive materials in unit measurement region (10 m × 5 m)

Fig. 9.

The position (height) adjustment system of LACC measurement device and the surrounding auxiliary facilities

Fig. 10.

Minimum and maximum position (height) photos of the position (height) adjustment system

Fig. 11.

Integrated management and operation system for radioactive material characteristics information and 2D & 3D imaging measurement information

Table

Table 1.

Performance evaluation data of LACC Measurement Device

Test category	Test condition	Test Result	Test institute
1. Energy resolution	137Cs	0.3m from detector(in air)	5 min	7.7%	KRISS
2. Image resolution	60Co	0.5m in concrete	30 min	7 cm	KRISS
3. Image efficiency	60Co	0.5m in concrete	30 min	3.7 x 10-4%	KRISS
4. Radioactivity error	60Co	0.5m in concrete	30 min	14%	KRISS
5. Energy Range	Mixed Source	0.3m from detector(in air)	5 min	0.3-1.7 Mev	KRISS
6. Minimum radioactivity for imaging	Background radiation	-	1 min	1.62 μCi	KRISS
7. Battery usage time	-	-	-	24 hours	KRISS
8. Measurement area	Rapid	60Co	concrete surface	1 min	10m × 5m	Self-test
Precise	60Co	[0.35 m, 0.15 m, 0.8 m] in concrete	30 min	0.7m x 0.3m x 0.8 m	Self-test2
Remark 1: 60Co(71.96 μCi), 137Cs(78.87 μCi), Mixed source(0.3 MeV-1.7 MeV) Remark 2: Self-test using Geant 4 Computer Simulation(3 mCi 60Co located at [0.35 m, 0.15 m, 0.8 m])

Table 2.

Requirements of the integrated measurement information management system

Components	Main functional requirements
Measurement compartment information	Measurement location information	Information on the decommissioning location of nuclear power plants or medical cyclotrons
Measurement region information	Measurement region information on the front, rear or side of concrete structure for 2D rapid measurement per 10 m × 5 m size within unit measurement location
Measurement zone information	Measurement zone information of concrete structure for 3D precise measurement per 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m size within unit measurement region
Energy spectrum information	Energy spectrum information in unit measurement region and unit measurement zone
Radioactive material distribution information	Imaging information on the 2D distribution of radioactive materials in unit measurement region 3D distribution Imaging Information of radioactive materials in unit measurement zone and imaging resolution information related to 3D distribution imaging Information on nuclide and radioactivity in unit measurement zone

Table 3.

Configuration and function of management program for matching information of visual imaging and 2D distribution imaging of radioactive materials in unit measurement region

Item	Configuration	Function
1	Measure and store	Start and stop the measurement, set the file name for the measurement information storage, and import the measurement information
2	Matching information of visual imaging and 2D distribution imaging of radioactive materials	Provide the matching information of visual imaging and 2D distribution imaging of radioactive materials in unit measurement region (Including user-setting function on the method for the provision of 2D distribution imaging of radioactive materials: setting the updating interval of radioactive material measurement information, setting the acquisition method of 2D distribution imaging information of radioactive materials, setting the transparency of 2D distribution imaging information, setting the reliability criteria of 2D distribution imaging information, setting the update interval of 2D distribution imaging information, etc)
3	3D imaging information based on point cloud	Provide 3D imaging information based on point cloud for unit measurement region (Provide more accurate location information of radioactive materials than 2D imaging information. Currently not used)
4	Energy spectrum information	Provide the energy spectrum information of radioactive materials in unit measurement region (Including user-setting function on the provision method of energy spectrum information: selecting the scattering detector or absorption detector for the provision of energy spectrum information, setting the channel range for energy spectrum information, etc)
5	Dose rate information	Provide dose rate information based on measurement point in unit measurement region
6	Detected nuclide information	Provide the information on detected nuclides related to 2D distribution imaging information of radioactive materials in unit measurement region

Table 4.

Configuration and function of the integrated measurement information management system

Item	Configuration	Function

1	Measurement location information	Information on the decommissioning location of nuclear power plants or medical cyclotrons (for example, Wolsung Unit 1 > Reactor Building > Moderator Pump Room)
2	Measurement region information	Measurement region information on the front, rear or side of concrete structure for 2D rapid measurement per 10 m × 5 m size in unit measurement location (for example, F-01, B-01, S-01, S-02, etc.)
3	Measurement zone information	Measurement zone information of concrete structure for 3D precise measurement per 0.7 m × 0.3 m × 0.8 m size in unit measurement region (for example, H01V01, H01V02....H02V01, H02V02.....)
4	2D visual imaging matching information	Visible imaging matching information on 2D distribution information of radioactive materials of unit measurement region within unit measurement location
5	Energy spectrum information in unit measurement region	Energy spectrum information related to 2D rapid measurement of unit measurement region within unit measurement location
6	Characteristics information of radioactive materials in unit measurement zone	Information on the nuclide (including information on the inherent gamma ray energy and half-life of each nuclide), radioactivity, measurement date and time in unit measurement zone (Include automatic radioactivity evaluation information based on user-specified date using radioactivity information as of measurement date)
7	Energy spectrum information in unit measurement zone	Energy spectrum information related to 3D precision measurement of unit measurement zone within unit measurement region
8	3D distribution and imaging resolution information for each nuclide in unit measurement zone	3D distribution information, imaging resolution information related to 3D distribution information for each nuclide in unit measurement zone
9	Print out of analysis result report	Print out in a report for detailed information (radioactivity, 3D distribution information, etc.) of selected nuclides in user specified measurement zone, measurement region and measurement location

구분	성명	소속	직위
제1저자 / 교신저자	진동식	엔이티(주)	상무이사
공동저자	김경령	엔이티(주)	차장
공동저자	이재근	엔이티(주)	차장

Reference

International Atomic Energy Agency. Managing low radioactivity material from the decommissioning of nuclear facilities. IAEA Technical Report Series No. 462. Retrieved from https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/trs462_web.pdf
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Test category		Test condition			Test Result	Test institute
Test category		Source1	Location	Time	Test Result	Test institute
1. Energy resolution		137Cs	0.3m from detector(in air)	5 min	7.7%	KRISS
2. Image resolution		60Co	0.5m in concrete	30 min	7 cm	KRISS
3. Image efficiency		60Co	0.5m in concrete	30 min	3.7 x 10-4%	KRISS
4. Radioactivity error		60Co	0.5m in concrete	30 min	14%	KRISS
5. Energy Range		Mixed Source	0.3m from detector(in air)	5 min	0.3-1.7 Mev	KRISS
6. Minimum radioactivity for imaging		Background radiation	-	1 min	1.62 μCi	KRISS
7. Battery usage time		-	-	-	24 hours	KRISS
8. Measurement area	Rapid	60Co	concrete surface	1 min	10m × 5m	Self-test
8. Measurement area	Precise	60Co	[0.35 m, 0.15 m, 0.8 m] in concrete	30 min	0.7m x 0.3m x 0.8 m	Self-test2
Remark 1: 60Co(71.96 μCi), 137Cs(78.87 μCi), Mixed source(0.3 MeV-1.7 MeV) Remark 2: Self-test using Geant 4 Computer Simulation(3 mCi 60Co located at [0.35 m, 0.15 m, 0.8 m])