비파괴검사의 방사선 촬영과 방사선 동위원소
방사선 촬영은 1895년에 전자기파의 일종인 X-ray의 발견으로부터 시작되었습니다.
X 선의 발견 직후에 방사능(Radioactive Decay)도 발견되었는데
라듐(Radium)과 같은 방사성 소스를 사용하면 일반 X-ray 발생기보다 훨씬 높은
광자 에너지를 얻을 수 있다는 것도 알려지게 되었습니다.
X 선(X-ray)또는 감마선(Gamma ray)를 이용한 비파괴검사는
산업 현장에서 오랫동안 사용되어진 비파괴검사로
여러 유형의 제품을 검사해 제품의 내부의 구조와 결점 등을 검증할 수 있습니다.
이번 시간에는 산업 현장의 방사선 촬영에서 사용되는 방사선원에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
산업용 비파괴검사에서 사용되는 방사선원(Radioactive Source)
방사선 촬영은 X 선이나 감마선, 또는 방사성 동위원소를 이용해 제품 내부의 결함을 검사하는 방법입니다.
산업 현장에서는 주로 용접부의 결함을 검사할 때 사용되며,
주로 이리듐(Iridium-192 : Ir-192)나, 코발트(Cobalt-60 : Co-60), 세슘(Caesium-137 : Cs-137) 등을
방사선원으로 이용합니다.
여기서 방사선원(Radiation Source)이란, 방사선을 방출하거나
인공적으로 방출할 수 있는 장치 또는 물질을 뜻합니다.
X 선이나 감마선을 이용한 방사선 촬영에 사용되는 방사선을 발생하는 물질입니다.
이리듐-192(Iridium-192 : Ir-192)
천연 금속인 이리듐을 원자로에서 중성자를 조사하면 방사성을 가진 이리듐-192 로 변하게 됩니다.
이리듐-192 로부터 나오는 감마선은 대개 0.065 ~ 1.065 MeV(Megaelectron volt : 백만 전자볼트)의
많은 에너지를 포함하고 있지만, 강철(Steel)에 대한 X 선 이미지는
300 KeV(Kiloelectron volt : 킬로 전자 볼트) 입니다. (1 MeV = 1,000 KeV)
차폐가 비교적 쉽고, 검사 장치가 작고 가볍기 때문에 비교적 얇은 시험체의 검사에 알맞으며,
반감기는 74일 입니다.
코발트-60(Cobalt-60 : Co-60)
천연 금속 코발트를 원자로에서 중성자를 조사하면 방사성 동위원소인 코발트-60 으로 변하게 됩니다.
코발트-60 은 반감기 5.2년의 베타선 방출체로 0.306 MeV의 베타선과
1.173 MeV 및 1.332 MeV의 감마선을 방출합니다.
반감기가 적당하고 강력한 감마선을 방출하기 때문에 라듐(Radium)을 대신해
싼 가격의 감마선원으로 많이 이용되고 있습니다.
산업용 비파괴 검사 분야에서 사용되는 선원의 크기는 1 ~ 3 mm 정도의 지름이며,
스테인리스강(Stainless Steel) 재질의 캡숄 속에 밀봉되어 있습니다.
방사선 투과 시험에서는 강철 두께 5 ~ 15 cm 촬영에 이용됩니다.
세슘-137(Caesium-137 : Cs-137)
세슘-137 은 반감기가 30.1년인 베타선 방출체로 선 에너지는 0.662 MeV 입니다.
세슘-137 의 방사선원은 코발트-60 에 비해 에너지가 낮기 때문에
2 ~ 10 cm 정도의 비교적 얇은 강철의 투과 시험에 횻과적입니다.
반감기가 매우 길어 장기간 사용할 수 있는 것이 특징이며, 화학적으로 활성 상태이기 때문에
염화세슘(CsCl)의 형태로 사용됩니다.
방사성 동위원소를 포함하고 있는 물질의 단위 질량당 반사능의 세기를 뜻하는
비방사능(Specific Activity)도 낮기 때문에 선원의 크기가 큰 것이 단점입니다.
방사선원의 봉인
대부분의 방사선원은 방사능이 외부로 유출되는 것을 막기 위해 영구적으로 캡슐에 밀봉되어져 있습니다.
캡슐은 일반적으로 스테인레스강(Stainless Steel), 티타늄(Titanium), 백금(Platinum) 등이 사용되는데,
캡슐은 방사선을 감소시키기 위한 것이 아니기 때문에
방사선 누출을 막기 위한 추가적인 차폐가 필요합니다.
밀봉된 방사선원을 사용하는 과정에서 잘못된 취급으로 인해 방사능 물질이 외부로 누출될
위험은 크지 않지만 취급에는 각별한 주의가 요구됩니다.
봉인된 방사선원은 국제 원자력 기구(International Atomic Energy Agency : IAEA)가
인체에 위해를 가할 수 있는 정도에 따라 1 ~ 5 까지 나눠진 그룹으로 분류되어 관리됩니다.
하지만 인체에 해를 끼치지 않을 정도로 낮은 방사선원은 해당되지 않습니다.
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자세한 문의는 아래의 링크를 이용하시기 바랍니다.
출처
https://en.wikipedia.org/wiki/Industrial_radiography
https://en.wikipedia.org/wiki/Isotopes_of_iridium#Iridium-192
https://en.wikipedia.org/wiki/Cobalt-60
https://en.wikipedia.org/wiki/Caesium-137
https://en.wikipedia.org/wiki/International_Atomic_Energy_Agency
https://en.wikipedia.org/wiki/Radioactive_source