2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(방사선이용 및 보건물리 41~45)

---

2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(방사선이용 및 보건물리 41~45)

1. 개인이 작성한 풀이이므로 해설에 오류가 있을 수 있습니다.
2. 해설에 대한 저작권은 '플레이그라운드 포 뉴커스'에 있습니다. 다른 곳에 무단으로 전재하거나 재배포는 금지합니다.
3. 피드백은 환영입니다. 학습에 참고용으로 봐 주시되 설명에 오류가 있거나 미흡한 부분을 찾으셨다면, 언제든지 댓글 또는 이메일(pohongcha@naver.com)로 알려주세요.

---

문 41) U-238이 Pb-206으로 붕괴하는데 필요한 알파붕괴 및 베타붕괴의 횟수는?(단, U 및 Pb의 원자번호는 각각 92, 82 이다.)
➀ 알파붕괴 6회 및 베타붕괴 4회
➁ 알파붕괴 6회 및 베타붕괴 6회
➂ 알파붕괴 8회 및 베타붕괴 4회
➃ 알파붕괴 8회 및 베타붕괴 6회

★ 키워드: 방사성붕괴

알파붕괴의 경우 질량수는 4 감소(A → A-4), 양자수는 2 감소(Z → Z-2)이고, 베타(-)붕괴는 질량수 불변(A → A), 양자수 1 증가(Z → Z+1)임을 고려하면, 붕괴 전후 핵종의 질량수와 양자수로 식을 세워 붕괴 횟수를 계산할 수 있다.

정답: ④

 

문 42) 납과 폴리에틸렌으로 2 MeV의 중성자를 차폐할 경우 선량률을 최소로 하기 위한 차폐체의 배치로 옳은 것은?
➀ 납만을 이용하여 차폐
➁ 폴리에틸렌만을 이용하여 차페
➂ 납과 폴리에틸렌 순서로 차폐
➃ 폴리에틸렌과 납 순서로 차폐

★ 키워드: 중성자 차폐

중성자는 물질과 상호반응하여 감쇠 및 에너지를 흡수하는 과정이 복잡하다. 고에너지 중성자는 흡수단면적이 매우 작고 비탄성산란이 우세한 반면, 저에너지 중성자는 방사포획이 우세하다. 일반적으로 원자로 차폐의 경우, 핵분열에 의해 방출되는 고에너지 중성자(속중성자)의 차폐가 가장 중요하다.

○ 고에너지 중성자 차페
- 3중 차폐: 감속(1단계) + 저에너지 중성자 차폐(2단계)
- 차폐 원리: 속중성자의 감속 + 저에너지 중성자 차폐(열중성자의 흡수 + 방사화 γ선 차폐)
- 차폐물질의 선택
1) 1차(속중성자의 감속): 감속재-Low Z 물질(ex. 수소~물, 콘크리트, 플라스틱, 파라핀)
2) 2차(열중성자의 흡수): 독물질(ex. 붕소, 카드뮴)
3) 3차(γ선 차폐): 1차(감속, 비탄성 산란) 및 2차(흡수, 방사포획) 차폐에서 발생하는 γ선 차폐-High Z 물질(ex. 납)
○ 저에너지 중성자 차폐

- 독물질과 γ선 차폐 물질을 이용(1단계 감속 불필요)

2 MeV 중성자는 고에너지 중성자이므로 3중 차폐가 필요하다. 선지에는 감속에 필요한 폴리에틸렌과 γ 차폐물질인 납만을 고려한 것이므로, 두 물질의 선후관계를 따진다면, 폴리에틸렌과의 비탄성산란 반응으로 먼저 감속시킨 다음 γ선을 차폐하는 납으로 차폐해야 한다.

정답: ④

문 43) 2 MeV 감마선을 반도체 검출기를 이용하여 에너지 스펙트럼을 분석할 때 나타나는 피크 중 에너지가 높은 것부터 나열한 것은?
➀ 광전피크 - 소멸 감마선 피크 - 단일 이탈피크 - 콤프턴 단(Edge)
➁ 콤프턴 단(Edge) - 단일 이탈피크 - 이중 이탈피크 - 후방 산란피크
➂ 단일 이탈피크 - 이중 이탈피크 - 소멸 감마선 피크 - 광전피크
➃ 소멸 감마선 피크 - 콤프턴 단(Edge) - 이중 이탈피크 - 단일 이탈피크

★ 키워드: 방사선 에너지 스펙트럼

오른쪽 그래프는 입사 감마선 에너지에 따라 측정되는 다양한 피크를 나타내고 있다.

① X선 피크(X-ray peak): keV 수준
② 후방산란 피크(Backscattering peak : ~ 0.2 MeV
③ 소멸 피크(Annihilation peak): 0.511 MeV
④ 이중 이탈 피크(Double escape peak): (E-1.022) MeV → 0.978 MeV
⑤ 단일 이탈 피크(Single escape peak): (E-0.511) MeV → 1.489 MeV
⑥ 콤프턴 단애(Compton edge): Ec=E/{1+0.511/(E(1-cosθ))} → 1.773 MeV
⑦ 광전 피크(Full peak): E → 2 MeV

① 광전피크 - 소멸 감마선 피크 - 단일 이탈피크 - 콤프턴 단(Edge) - (X) ⑦ → ③ → ⑤ → ⑥
② 콤프턴 단(Edge) - 단일 이탈피크 - 이중 이탈피크 - 후방 산란피크- (O) ⑥ → ⑤ → ④ → ②
③ 단일 이탈피크 - 이중 이탈피크 - 소멸 감마선 피크 - 광전피크 - (X) ⑤ → ④ → ③ → ⑦
④ 소멸 감마선 피크 - 콤프턴 단(Edge) - 이중 이탈피크 - 단일 이탈피크 - (X) ③ → ⑥ → ④ → ⑤

정답: ②

 

문 44) 5 MeV 중성자가 인체에 입사하였을 때 신체조직이 받는 방사선량의 주된 요인은?
➀ 감마선
➁ 양자 
➂ 방사화 생성물
➃ 저에너지 중성자

★ 키워드: 중성자 피폭

10 keV 이상의 속중성자 피폭의 경우, 방사포획이 우세한 저에너지 중성자와 달리 수소 핵의 탄성산란에서 기인한 반도양성자가 피폭선량의 주요 원인이 된다. 

덧붙이자면, N-14(n, p)C-14 반응은 원자력발전소에서 방사선 방호 측면에서 특히 중요한데, 중성자로 인한 피폭 선량의 대부분을 차지하기 때문이다. 질소 원자는 단백질의 구성 원소이므로 질소원자가 중성자를 흡수한 후 (반도)양성자를 방출하면, 이때 방출된 양성자는 체조직 내에서 짧은 거리를 진행하면서 에너지를 전달하게 된다.

정답: ②

 

문 45) 10 MeV의 광자가 1 (리터) 부피의 물에 입사하여 쌍전자생성을 일으켰다. 4 MeV 에너지의 광자가 물에서 외부로 방출되었을 경우 물의 커마(KERMA) 값은 약 얼마인가?
➀ 1.6 × 10^-13 Gy
➁ 8 × 10^-13 Gy
➂ 1.12 × 10^-12 Gy
➃ 1.44 × 10^-12 Gy

★ 키워드: KERMA

KERMA(Kinetic Energy Released in a MAtter)는 표적 질량에서 광자 또는 중성자에 의해 생성되는 하전입자의 총 운동에너지로, 하전입자는 광자에 대해서 광전자, 콤프턴 전자, 전자-양전자 쌍, 그리고 중성자에 대해서 산란된 핵을 포함한다. KERMA는 오직 간접전리방사선의 영역에만 관련이 있다.

○ 흡수선량 vs. KERMA
- KERMA는 흡수선량보다 측정 및 계산 용이
- KERMA는 매질로 전달된(transfered) 순 에너지(net energy)를, 흡수선량은 매질에 흡수된(absorbed) 에너지를 의미
- 일반적으로 KERMA는 흡수선량에 근사: K≳D

표적 질량으로 들어간 에너지는 10 MeV이다. 빠져나간 4 MeV의 에너지는 흡수선량에서 빼주는 E3에 해당되고, E2는 물에서 생성된 전자쌍의 에너지이다.

정답: ④

---

○ 함께 읽으면 좋은 글

2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력기초 01~05)
2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(핵재료공학 및 핵연료관리 21~25)
2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자력 계통공학 01~05)
2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(원자로운전과 안전 21~25)
(현재글) 2013년도 원자력기사 필기 기출 해설(방사선이용 및 보건물리 41~45)

---

1. 최초작성(2021. 9.19.)