방사선 면허 문제집 // 제1장 원자력이론 4. 주관식

345. 다음 용어를 정의하시오.

(1) 핵분열성(Fissile) 물질과 핵원료성(Fertile) 물질

원자력법

[시행 2009. 1. 1.] [법률 제9016호, 2008. 3. 28., 타법개정]

 

제2조 (정의) 이 법에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. <개정 1986. 5. 12., 1996. 12. 30., 1999. 2. 8., 2008. 2. 29.>

1. “원자력”이라 함은 원자핵 변화의 과정에 있어서 원자핵으로부터 방출되는 모든 종류의 에너지를 말한다.

2. “핵물질”이라 함은 핵연료물질 및 핵원료물질을 말한다.

3. “핵연료물질”이라 함은 우라늄ㆍ토륨등 원자력을 발생할 수 있는 물질로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

4. “핵원료물질”이라 함은 우라늄광ㆍ토륨광 기타 핵연료물질의 원료가 되는 물질로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

5. “방사성물질”이라 함은 핵연료물질ㆍ사용후핵연료ㆍ방사성동위원소 및 원자핵분열생성물을 말한다.

6. “방사성동위원소”라 함은 방사선을 방출하는 동위원소와 그 화합물중 대통령령이 정하는 것을 말한다.

7. “방사선”이라 함은 전자파 또는 입자선중 직접 또는 간접으로 공기를 전리하는 능력을 가진 것으로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

8. “원자로”라 함은 핵연료물질을 연료로 사용하는 장치를 말한다. 다만, 대통령령이 정하는 것을 제외한다.

9. “방사선발생장치”라 함은 하전입자를 가속시켜 방사선을 발생시키는 장치로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

10. “관계시설”이라 함은 원자로의 안전에 관계되는 시설로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

11. “정련”이라 함은 핵원료물질에 포함된 우라늄 또는 토륨의 비율을 높이기 위하여 물리적ㆍ화학적방법으로 핵원료물질을 처리하는 것을 말한다.

12. “변환”이라 함은 핵연료물질을 화학적방법으로 처리하여 가공에 적합한 형태로 만드는 것을 말한다.

13. “가공”이라 함은 핵연료물질을 물리적ㆍ화학적방법으로 처리하여 원자로의 연료로서 사용할 수 있는 형태로 만드는 것을 말한다.

14. “사용후핵연료처리”라 함은 원자로의 연료로서 사용된 핵연료물질 또는 기타의 방법으로 원자핵분열을 시킨 핵연료물질을 연구 또는 시험을 목적으로 취급하거나, 물리적ㆍ화학적방법으로 처리하여 핵연료물질과 기타의 물질로 분리하는 것을 말한다.

15. “핵연료주기사업”이라 함은 정련ㆍ변환ㆍ가공 또는 사용후핵연료처리사업을 말한다.

16. “방사선관리구역”이라 함은 외부의 방사선량율, 공기중의 방사성물질의 농도 또는 방사성물질에 의하여 오염된 물질의 표면의 오염도가 교육과학기술부령이 정하는 값을 초과할 우려가 있는 곳으로서 방사선의 안전관리를 위하여 사람의 출입을 관리하고 출입자에 대하여 방사선의 장해를 방지하기 위한 조치가 필요한 구역을 말한다.

17. “국제규제물자”라 함은 원자력의 연구ㆍ개발 및 이용에 관한 조약 기타 국제약속(이하 “國際約束”이라 한다)에 따라 보장조치의 적용대상이 되는 물자로서 교육과학기술부령이 정하는 것을 말한다.

18. “방사성폐기물”이라 함은 방사성물질 또는 그에 의하여 오염된 물질(이하 “放射性物質등”이라 한다)로서 폐기의 대상이 되는 물질(使用後核燃料를 포함한다)을 말한다.

19. “피폭방사선량”이라 함은 사람의 신체의 외부 또는 내부에 피폭하는 방사선량을 말한다. 다만, 진료를 위하여 피폭하는 방사선량과 인위적으로 증가시키지 아니하는 자연방사선량을 제외한다. 이 경우 방사선량의 종류 및 적용기준은 교육과학기술부장관이 정하여 고시한다.

20. “원자력이용시설”이라 함은 원자력의 이용과 관련된 시설로서 대통령령이 정하는 것을 말한다.

21. “방사선작업종사자”라 함은 원자력이용시설의 운전ㆍ이용 또는 보전이나 방사성물질등의 사용ㆍ취급ㆍ저장ㆍ보관ㆍ처리ㆍ배출ㆍ처분ㆍ운반 기타 관리 또는 오염제거등 방사선에 피폭하거나 그 우려가 있는 업무에 종사하는 자를 말한다.

 

355. 다음 빈칸에 들어갈 단어를 쓰시오

( 가 )이란 원자핵 속의 양성자가 궤도전자를 포획하여 중성자로 변하고 X선을 방출하는 것이다. 즉, 양전자 방출과 마찬가지로 원자핵 속에 양성자가 과잉인 경우에 흔히 일어나며, 이 때 발생하는 ( 나 )은/는 입자 형태의 방사선이 나오지 않으므로 항상 단일 에너지의(선스펙트럼) ( 나 )가 방출되게 된다. 한편, 이 때 궤도전자의 천이로 발생하는 방사선을 ( 다 )이라고 하며, 이 ( 다 )은/는 외곽 궤도의 전자가 내부 궤도로 천이하면서 그 에너지 차이만큼 방사선으로 발생되는 것이기 때문에 이 방사선의 에너지는 ( 라 )을/를 갑는다. 이 ( 다 )이 나오다가 그 외곽 궤도에 있는 전자와 다시 충돌하여 그 전자를 방출하는 경우 이 전자를 ( 마 )라고 부른다.

 

해설 :

( 가 ) 전자포획(electron capture, EC)     ( 나 ) 중성미자

( 다 ) 특성 X선                                       ( 라 ) 단일에너지 또는 선스펙트럼

( 마 ) 오제전자

 

358. 1 amu의 정의로부터 1 amu의 에너지를 MeV단위로 유도하시오.

해설 : 

1 amu는 원자질량단위로 원자의 질량이 매우 작기 떄문에 사용하며 12C 원자 하나의 질량을 12로 나눈 값이다.

1 u = 12C 원자 하나의 무게 / 12

12C 원자 1몰의 질량이 12g이고, 1몰 원자의 개수는 아보가드로 숫자인 6.02 x 10^23개이므로

탄소원자 하나의 질량 = 12g / 6.02 x 10^23

따라서 1 u = 12g / NA ÷ 12 = (1 / NA)g

= 1.660531495 x 10^-27 kg

여기서 1 u의 에너지는 상대성이론에 따라 질량과 에너지는 서로 변환된다는 식을 이용하여 구할 수 있다.

1 u의 질량을 에너지로 환산하면

E = m0c^2 = 931.5 MeV

 

385. 아래의 식에서 Ba(모핵종)/La(딸핵종)의 방사능비를 구하시오

140Ba(T = 12.8d) → 140La(T = 40hr)   → 140Ce

 

해설 :

이 식은 일시평형 상태로 볼 수 있다.

NB = λA/(λB-λA)*NA

위의 식을 이용하여 모핵종과 딸핵종의 방사능을 구할 수 있다.

 

395. 베타붕괴의 에너지 특성에 대해 설명하시오.

 

해설 : 

베타붕괴의 마지막 상태가 붕괴 후 생성 핵종, e, ν의 세 가지의 입자이기 때문에 에너지와 운동량의 보존법칙에 의해 e의 운동에너지는 일반적으로 일정한 에너지를 갖지 못하여 연속스펙트럼을 갖는다. (단, EC는 선스펙트럼을 갖는다.)

여기서, ν 는 중성미자라 하고, 베타선의 연속스펙트럼을 설명하기 위하여 도입된 소립자이다. (질량 = 0, 하전 = 0)

일반적으로 베타선의 에너지라하면 그 평균 에너지를 뜻하는 것이 아니고, 최대에너지를 뜻하는 것이 보통이다. 베타(-) 붕괴의 경우에 전자의 평균에너지는 최대에너지의 약 0.3배이고, 베타(+) 붕괴의 경우에 전자의 평균에너지는 최대에너지의 약 0.4배이다. 즉, 평균에너지는 최대에너지의 약 1/3이다.

 

399. 베타붕괴의 세 가지 형식에 대해 설명하되, 다음 사항들 중 해당되는 것을 그 설명에 포함하시오.

가. 붕괴 전후의 원자번호 증가                   나. 붕괴가 일어날 조건
다. 방출되는 입자의 종류 및 에너지 특성     라. 2차적으로 생성되는 방사선 등

 

해설 :  

1) 음전자 방출(β- 붕괴)원자핵 속의 n가 p로 변하여 음전자를 방출하고 다른 핵종으로 변하는 것(원자번호 1 증가) (n → p + e- + ν-)

 

2) 양전자 방출(β+ 붕괴)원자핵 속의 p가 n로 변하여 양전자를 방출하고 다른 핵종으로 변하는 것(원자번호 1 감소) (p → n + e+ + ν) 즉, 원자핵 속에 양성자가 과잉인 경우에 흔히 일어나는데, 원자핵 속의 양성자가 하나 작아지므로 궤도전자중의 전자 하나도 반드시 방출되어야 하므로 양전자 방출이 일어나기 위해서는 원자핵은 두 개의 전자에 해당되는 잉여 질량 이상을 가지고 있어야 한다.

 

3) 전자포획(electron capture, EC)원자핵속의 p가 궤도전자를 포획하여 n로 변하고 X선을 방출하는 것(원자번호 1 감소) (p + e- → n + ν) 즉, 양전자 방출과 마찬가지로 원자핵 속에 양성자가 과잉인 경우에 흔히 일어나며, 이 때 발생하는 중성미자는 입자 형태의 방사선이 나오지 않으므로 항상 단일 에너지의(선스펙트럼) 중성미자가 방출되게 된다.한편, 이 때 궤도전자의 천이로 발생하는 X선을 특성 X선이라고 하며, 이 특성 X선은 외곽 궤도의 전자가 내부 궤도로 천이하면서 그 에너지 차이만큼이 X선으로 발생되는 것이기 때문에 이 X선은 선스펙트럼을 갖는다.이 특성 X선이 나오다가 그 외곽 궤도에 있는 전자와 다시 충돌하여 그 전자를 방출하는 경우 이 전자를 오제전자라고 부른다.

 

431. 방사평형 상태에 있는 90Y의 방사능이 3.7 x 10^8 Bq이라면 64시간 후의 90Y의 방사능을 구하시오.

 

해결 : 

방사평형상태에 있으므로 딸핵종인 90Y은 어미핵종의 붕괴형식(반감기)을 따르게 된다. 따라서 90Y의 3.7 x 10^8 Bq은 어미핵종인 90Sr의 반감기 28.8년에 따라 붕괴하므로 64시간 동안 붕괴된 양은 극히 미미하여 변화가 없다고 하여도 무방하다. 따라서 3.7 x 10^8 Bq이다.

 

442. 아래의 방사성붕괴 그림에서 Y의 질량수는 ( 1 ) 이다. Y를 90Sr로부터 분리하지 않고 오랫동안 방치했을 때 90Sr만의 방사능이 50 mCi였다면 Y의 방사능은 ( 2 ) mCi이다. 그렇다면 115.2년 후의 Y의 방사능은 ( 3 ) mCi일 것이며, 같은 시간 경과 후 이 계의 전체 방사능은 ( 4 ) mCi일 것이다. (   )의 적당한 내용을 적고 설명하시오.

 

해설 : 

( 1 ) β- 붕괴 : 원자번호만 1증가하고 질량수는 변화가 없으므로 질량수는 90이다.

( 2 ) "분리하지 않고 오랫동안 방치했을 때"라는 말은 방사평형을 이루고 있다는 의미이다.

따라서 딸핵종은 어미핵종의 반감기와 붕괴를 따르게 된다.

영속방사평형이므로 A1 = A2이다.

따라서 어미핵종이 50 mCi이므로 딸핵종도 50 mCi이다.

( 3 ) 방사평형상태이므로 딸핵종은 어미핵종의 반감기로 붕괴한다.

A = A0e^-λt = 50 x e^{(0.693/28.8)x115.2} = 3.1 mCi

( 4 ) 6.2 mCi

방사평형상태이므로 A1 = A2이다.

따라서 이 계 전체의 방사능은 3.1 + 3.1 = 6.2 mCi

 

453. 상대적생물학적효과비(RBE)에 대하여 간략히 기술하시오.

 

해설 : 

방사선의 종류가 다르면 물리학적으로는 같은 에너지양이라고 해도 그 생물학적효과는 다르다. 이러한 개념에서 일정량의 감마선을 기준으로 해서 각 방사선에 의하여 생물학적효과를 비교한 것이다.

 

459. Milking의 원리에 대해 설명하고 장점을 3가지 이상 기술하시오.

 

해설 : 

방사평형에 있는 딸핵종을 분리하는 간단한 조작으로써 딸핵종을 어미핵종에서 분리 후 일정한 시간이 경과되면 다시 방사평형에 도달하므로,  딸핵종을 다시 분리하는 것을 밀킹이라 하며 그 장치를 Cow system 또는 RI generator 라고 한다.

밀킹의 장점은

 - 무담체 RI를 원자로나 가속기로부터 멀리 있는 곳에서 사용

 - 딸핵종의 반감기를 어미핵종의 반감기로 늘려쓰는 효과

 - 어미핵종의 긴 반감기를 이용 재차 딸핵종 채취가능

 - 희망하는 시간에 RI 획득

 - 만족스러운 화학적, 방사화학적 순도

 

460. 선에너지전달(LET)이 커지면 상대생물학적효과비(RBE)는 어떻게 되는지 기술하시오.

 

해설 : 

방사선에 의한 생물학적 효과의 정도는 흡수된 에너지에 의존한다. 그러나 LET가 다르면 동일한 흡수선량이라 하더라도 생물학적 효과가 달라진다.

따라서 RBE는 다음과 같이 표시할 수 있다.

RBE = 어떤 효과를 얻는데 필요한 기준 방사선의 흡수선량 / 같은 효과를 얻는데 필요한 시험 방사선의 흡수선량

기준 방사선으로는 X, γ선을 주로 사용하며 RBE는 환경조건에 따라 크게 달라질 수 있다. 일반적으로 LET가 커지면 상대생물학적효과비(RBE)는 커지는데, 약 100~150 keV/㎛까지 증가하다가 감소하기 시작한다.

 

431. 선에너지전달(LET)과 생물학적효과비(RBE)와의 관계를 기술하시오.

 

해설 : 

LET는 전리방사선이 물질 속을 통과할 때 비정의 단위길이당 평균으로 잃어버리는 에너지를 의미한다. 방사선에 피폭한 경우에 같은 흡수선량이라도 방사선의 종류, 에너지의 차이에 의하여 생물에 미치는 효과는 양적으로 차이가 있다. 그 차이를 비율로 나타낸 것이 생물학적효과비(RBE)이다.

일반적으로 LET가 증가하면 RBE값도 증가한다. 그러나 100 keV/㎛ 이상의 고LET에서는 overkilling 효과로 인해 RBE가 줄어들게 된다.

 

466. 다음 용어를 정의하시오.

(1) 유효반감기

(2) bone seeker

 

해설 : 

(1) 유효반감기(Te) : 인체에 방사성물질이 흡수되면 방사성물질의 물리적 반감기와 생물학적 대사에 의해 체내의 방사성물질의 양이 줄어든다. 체내의 방사성물질이 붕괴나 대사에 의하여 1/2로 되는데 걸리는 시간을 유효반감기라고 하며, 생물학적 반감기(Tb)와 물리학저 반감기(Tp)와는 다음의 관계가 있다.

1/Te = 1/Tp + 1/Tb

(2) bone seeker란 내부 피폭 시 뼈에 모이기 쉬운 향골성핵종을 말하는데, 32P, 45Ca, 239Pu, 226Ra, 90Sr 등이 그 예이다. 향골성핵종들은 방사선 생물학이나 방사선 의학적으로 중요한 의미를 가지는데 그 이유는 대체적으로 유효반감기가 길고 고, 뼈의 성장이 왕성한 부분에 침착되어 뼈의 성장을 저해하며, 골수에 조사되어 조혈기 장해를 일으키기 때문이다.

 

475. 방사선에 의해 일어나는 염색체 돌연변이의 종류를 쓰시오.

 

해설 : 

염색체 수준에서 일어나는 변화를 염색체 돌연변이라 하며 다음의 네 종류가 있다.

1) 결실(deletion) : 염색체의 일부분이 절단되어 소실된다.

2) 역위(inversion) : 결실된 염색체조각이 염색체의 위치가 뒤바뀌어 재결합된다.

3) 중복(duplication) : 절단된 염색체 부분이 상동염색체의 온전한 짝에 결합되어 동일한 유전자를 이중으로 가지게 된다.

4) 전좌(translocation) : 절단된 염색체 부분이 상동염색체의 짝이 아닌 다른 염색체에 결합된다.

 

487. 가임여성에 대한 방사선방호방법에 대하여 논하시오.

 

해설 : 

(1) 일반공중 구성원에 대해 제공되는 광의의 표준과 대등한 태아에 대한 방호표준을 제공해야 한다.

(2) 직업상 피폭에 대한 권고 선량한도를 포함

 

492. OER(Oxygen Enhancement Ratio)을 정의하고 산소효과를 설명하시오.

 

해설 : 

OER이란 산소효과비(Oxygen Enhancement Ratio)를 말하며 다음과 같이 정의된다.

OER = 산소가 존재하는 조건하에서의 방사선영향 / 산소가 없는 조건하에서의 방사선영향

산소효과란 산소농도가 높은 조건하에서 세포나 생물체를 방사선에 조사하면 반치사선량 LD50이 낮아진다는 것을 말한다.