Calculation of the Correction Factors related to the Diameter and Density of the Concrete Core Samples using a Monte Carlo Simulation

Concrete is one of the most widely used materials as the shielding structures of a nuclear facilities. It is also the most generated radioactive waste in quantity while dismantling facilities. Since the concrete captures neutrons and generates various radionuclides, radiation measurement and analysis of the sample was fulfilled prior to dismantle facilities. An HPGe detector is used in general for the radiation measurement, and effective correction factors such as geometrical correction factor, self-absorption correction, and absolute detector efficiency have to be applied to the measured data to decide exact radioactivity of the sample. Correction factors are obtained by measuring data using a standard source with the same geometry and chemical states as the sample under the same measurement conditions. However, it is very difficult to prepare standard concrete sources because concrete is limited in pretreatment due to various constituent materials and high density. In addition, the concrete sample obtained by core drill is a volumetric source, which requires geometric correction for sample diameter and self absorption correction for sample density. Therefore in recent years, many researchers are working on the calculation of effective correction factors using Monte carlo simulation instead of measuring them using a standard source. In this study we calculated, using Geant4, one of the Monte carlo codes, the correction factors for the various diameter and density of the concrete core sample at the gamma ray energy emitted from the nuclides ¹⁵²Eu and ⁶⁰Co, which are the most generated in radioactive concrete.

몬테카를로 전산해석을 이용한 콘크리트 코어시료의 직경과 밀도에 따른 보정인자 계산

콘크리트는 원자력 시설의 차폐용 구조물로 광범위하게 사용되고 있는 재료이다. 하지만, 시설의 해체 시 양적으로 가장 많이 발생하는 방사성 폐기물이기도하다. 콘크리트는 중성자를 포획하여 다양한 방사성 핵종을 생성하기 때문에 해체 전에 시료를 채취하여 방사능 측정 및 평가를 수행해야 한다. 측정은 주로 HPGe 검출기를 이용하는데 시료의 정확한 방사능 판정을 위해는 기하학적 보정인자, 자가흡수 보정인자, 계측기의 절대효율 등 효과적인 보정인자를 측정치에 반영해야 한다. 보정인자는 기하학적 및 화학적 상태가 실제 시료와 동일한 표준시료를 이용해서 동일한 측정조건 하에서 획득한다. 하지만, 콘크리트는 다양한 구성물질과 높은 밀도로 전처리가 제한적이므로 콘크리트 표준시료를 제작하는 것은 매우 어렵다. 또한 코어드릴(core drill)을 사용하여 채취되는 콘크리트 시료는 체적선원이므로 직경에 대한 기하학적 보정과 밀도에 대한 자가흡수에 대한 보정이 필수적이다. 따라서, 최근에는 많은 연구자들이 표준선원을 제작 후 측정하는 대신 몬테카를로 전산모사(Monte Carlo simulation)을 이용하여 효과적인 보정인자들을 계산하는 연구를 수행하고 있다. 본 연구에서는 Monte Carlo code 중 하나인 Geant4를 이용하여 방사화 콘크리트에서 가장 많이 생성되는 핵종인 ¹⁵²Eu, ⁶⁰Co에서 방출되는 감마선 에너지에 대한 콘크리트 코어시료의 직경과 밀도에 따른 보정인자를 산출하였다.