Performance Test of Portable Hand-Held HPGe Detector Prototype for Safeguard Inspection

IAEA has employed various types of radiation detectors - HPGe, NaI, CZT - for accountancy of nuclear material. Among them, HPGe has been mainly used in verification activities required for high accuracy. Due to its essential cooling component(a liquid-nitrogen cooling or a mechanical cooling system), it is large and heavy and needs long cooling time before use. New hand-held portable HPGe has been developed to address such problems. This paper deals with results of performance evaluation test of the new hand-held portable HPGe prototype which was used during IAEA's inspection activities. Radioactive spectra obtained with the new portable HPGe showed different characteristics depending on types and enrichments of nuclear materials inspected. Also, Gamma-rays from daughter radioisotopes in the decay series of $^{235}U$ and $^{238}U$ and characteristic x-rays from uranium were able to be remarkably separated from other peaks in the spectra. A relative error of enrichment measured by the new portable HPGe was in the range of 9 to 27%. The enrichment measurement results didn't meet partially requirement of IAEA because of a small size of a radiation sensing material. This problem might be solved through a further study. This paper discusses how to determine enrichment of nuclear material as well as how to apply the new hand-held portable HPGe to safeguard inspection. There have been few papers to deal with IAEA inspection activity in Korea to verify accountancy of nuclear material in national nuclear facilities. This paper would contribute to analyzing results of safeguards inspection. Also, it is expected that things discussed about further improvement of a radiation detector would make contribution to development of a radiation detector in the related field.

안전조치 사찰을 위한 휴대형 HPGe 검출기 시제품 성능평가 실험

IAEA는 핵물질 계량 관리 검사를 위해 다양한 방사선 검출기를 사용하고 있다. 주로 HPGe, NaI(Tl), CZT 등이 사용되며, 정확한 측정이 요구되는 검사에는 고분해능 HPGe 검출기 활용도가 높다. HPGe 검출기는 추가적인 냉각장치로 인하여 부피가 크고 무거우며, 사용하기 전에 충분히 냉각시켜야 하기 때문에 측정의 준비 시간이 많이 걸린다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 가볍고 짧은 사용 전 냉각이 요구되는 휴대형 HPGe가 개발되었다. 본 논문은 개발된 휴대형 HPGe 검출기 시제품을 실제 IAEA 사찰 현장에 적용하여 얻은 성능평가 결과를 기술한다. 휴대형 HPGe로 얻은 방사선 스펙트럼은 핵물질 종류와 농축도에 따라 다른 특징을 보였고, 또한 $^{235}U$과 $^{238}U$의 붕괴 계열에서 방출되는 감마선 및 우라늄의 특성 x-선 차이도 확인할 수 있었다. 그리고 휴대형 HPGe 검출기 시제품으로 측정한 농축도는 핵물질 종류에 따라 실제값과 9 ~ 27%의 상대적 오차를 보였다. 휴대형이라는 소형 검출기의 한계 때문에 일부 핵물질은 IAEA에서 요구하는 정확도를 만족시키지 못하는 경우도 있었지만 향후 추가적인 연구의 수행으로 이러한 문제점은 해결 가능할 것으로 판단된다. 본 논문은 새로운 휴대형 HPGe 검출기를 안전조치에 적용한 사례와 측정한 스펙트럼을 농축도 분석 코드로 분석한 결과를 다룬다. 따라서 국내 원자력시설의 우라늄 농축도 검증을 위한 IAEA 안전조치 사찰 결과를 분석한 논문이 별로 발표되지 않은 상황에서, 본 논문은 안전조치 검사 결과 분석에도 유익할 것으로 판단된다. 개발된 방사선 검출기의 개선 사항도 함께 논의하였으므로 향후 관련 분야 방사선 검출기 개발에도 기여할 것으로 예상된다.