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목차

0. Pre-lab 문제
1. 실험제목
2. 실험동료이름
3. 실험목적
4. 실험장비
5. 실험절차
6. 실험결과 및 분석
7. 결론
8. Post-lab 문제
9. 실험 raw data
10. 참고문헌

본문내용

(1)역제곱 법칙에 대한 일반적인 수학적 표현을 작성하라.
역제곱 법칙은 한 양이 다른 양과의 거리의 제곱에 반비례하는 두 양 사이의 관계를 설명한다. 수학적으로는 다음과 같이 표현할 수 있다.

여기서 수량 A는 측정되는 양이고 거리 d는 두 물체 또는 측정 지점 사이의 거리다. 거리가 증가함에 따라 양 A가 거리의 제곱에 비례하여 감소함을 나타낸다. 이 역제곱 법칙은 방사선 측정에 있어서도 적용된다.
방사선 측정에 대한 역제곱 법칙은 기하학적 원리와 방사선이 점 선원에서 모든 방향으로 균일하게 퍼진다는 사실을 사용하여 도출할 수 있다. 모든 방향으로 균일하게 복사를 방출하는 점 선원을 생각해보자. I를 선원에서 거리 r에 있는 방사선의 강도라고 하고 I₀를 선원에서 거리 r₀에 있는 방사선의 강도라고 하자. 어떤 지점에서 방사선의 강도는 단위 시간당 단위 면적을 통과하는 방사선 입자의 수에 비례한다.
이제 반지름이 r인 선원을 중심으로 하는 구형 표면을 생각해보자. 이 구의 면적은 4πr²이고 복사선은 모든 방향으로 균일하게 퍼지므로 같은 양의 복사선이 구의 모든 단위 면적을 통과한다. 따라서 구를 통과하는 총 방사선은 다음과 같다.

총 방사선 = I × (4πr²)

이제 반지름이 2r인 동일한 선원을 중심으로 하는 더 큰 구를 생각해보자. 이 구의 면적은 4π(2r)² = 16πr²로 첫 번째 구의 면적보다 4배 더 크다. 방사선은 모든 방향으로 균일하게 퍼지기 때문에 이 구의 모든 단위 면적에도 같은 양의 방사선이 통과한다. 따라서 이 구를 통과하는 총 복사량은 다음과 같다.

총 방사선 = I₀ × (4πr₀²)

선원에서 방출되는 방사선의 총량은 두 경우 모두 동일하므로 총 방사선에 대한 두 가지 식을 같다고 할 수 있다.

I × (4πr²) = I₀ × (4πr₀²)

이 방정식을 단순화하면 다음과 같다.

I = I₀ × (r₀/r)²

이 방정식은 방사선의 강도가 점 선원으로부터의 거리의 제곱에 따라 감소함을 보여준다.

출처 : 해피캠퍼스

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0. Pre-lab 문제
1. 실험제목
2. 실험동료이름
3. 실험목적
4. 실험장비
5. 실험절차
6. 실험결과 및 분석
7. 결론
8. Post-lab 문제
9. 실험 raw data
10. 참고문헌

본문내용

(2)Backscattering은 원자 번호와 두께에 영향을 받는다. 둘 중 하나가 다른 하나에 비해 상대적으로 더 크게 영향을 끼치는가? 각각에 대해 어떤 관계가 있는가?

Backscattering에서 물질의 원자 번호와 두께는 모두 영향을 미칠 수 있지만 각각 상대적 영향력은 상황과 입사된 입자 에너지에 따라 다르다. 물질의 원자번호의 영향은 곧 핵의 크기의 영향 또는 양성자 수의 영향이라고 볼 수 있는데, 원자번호가 증가하면 입사 입자와 핵 사이의 정전기 상호 작용이 더 강해진다. 핵과 충돌하고 상호 작용하면서 backscattering을 포함한 scattering이 더 높은 확률로 일어난다. 한편, absorber의 두께도 backscattering에 영향을 미치는데, 두께가 증가할수록 입자가 침투 경로를 따라 더 많은 원자와 상호작용할 확률이 높아진다. 본 실험에서의 두께는 areal thickness이다. Areal thickness는 밀도와 thickness를 곱한 값이다.
둘 중 어떤 것이 더 큰 영향을 미치는지는 상황에 따라 다를 수 있다. 원자번호가 낮은 물질들의 경우에서는 두께가 더 큰 영향을 미치고, 반면 원자번호가 높은 물질들의 경우에서는 원자번호가 더 큰 영향을 미칠 수 있다.

1. 실험제목
Backscattering

2. 실험동료이름
보건환경융합과학부

3. 실험목적
본 실험의 목적은 backscattering에 대한 두 가지의 관계인 absorber 물질 종류와 backscattering의 관계, absorber thickness와 backscattering의 관계를 알아보기 위함이다.

4. 실험장비
● GM 튜브 및 거치대가 있는 ST-360 계수기 셋업 (계수기, 전원 공급기, GM 튜브, 선원 플레이트, BNC 케이블) (그림 참조)
● 방사성 선원 (Sr-90)

출처 : 해피캠퍼스

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0. Pre-lab 문제
1. 실험제목
2. 실험동료이름
3. 실험목적
4. 실험장비
5. 실험절차
6. 실험결과 및 분석
7. 결론
8. Post-lab 문제
9. 실험 raw data
10. 참고문헌

본문내용

(1)방사선원이 검출기에서 멀어지면 방사선의 강도가 증가하거나 감소하는가?
방사선원이 검출기에서 멀어질수록 방사선의 강도는 감소한다. 방사선은 선원을 중심으로 구 형태로 퍼져 나가며, 거리의 제곱에 반비례하는 강도를 가진다. 아래 그림에서 보면 선원과의 거리 h가 멀어질수록 튜브 창이 감싸는 구의 면적이 줄어든다. 그리고 본 실험에서 사용하는 베타 선원은 공기 중에서 상호작용하며 에너지를 잃기 때문에 거리가 멀어질수록 activity는 보다 급격하게 감소한다. 따라서 측정에 있어서 선원과의 거리를 고려하는 것은 중요하다.

(2) 방사선원에서 방사선은 어떻게 방출되는가?
방사선원에 들어있는 방사성 물질의 원자핵이 불안정한 상태로 있어 핵 붕괴 현상이 일어나며 방사선을 방출한다. 태양의 경우는 핵 융합에 의한 방사선 방출이기에 차이가 있긴 하지만 방향의 측면에서는 어느한 방향으로 몰리지 않고 모든 방향으로 골고루 방출된다는 공통점이 있다.

1. 실험제목
Shelf Ratios

2. 실험동료이름
보건환경융합과학부

3. 실험목적
본 실험의 목적은 방사성 선원과 검출기 사이의 거리에 따라 방사선의 강도가 어떻게 변하는지를 알고 shelf ratio를 계산하는 것이다.

4. 실험장비
● GM 튜브 및 거치대가 있는 ST-360 계수기 셋업 (계수기, 전원 공급기, GM 튜브, 선원 플레이트, BNC 케이블) (그림 참조)
● 방사성 선원 (Tl-204)

5. 실험절차
1. 실험 #1에서와 같이 장비를 설정하고 기록용 컴퓨터를 준비한다.
2. 계수기의 TIME을 30, HIGH VOLTAGE를 실험 #1에서 구한 튜브의 최상 작동 전압인 900으로 설정해준다.
3. Tl-204 선원을 거치대 선반에 놓고 선반을 가장 위의 칸에 둔 후 측정한다.
4. 선반을 한 칸 씩 아래로 내리며 10개의 칸 모두에서 측정한다.

출처 : 해피캠퍼스

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0. Pre-lab 문제
1. 실험제목
2. 실험동료이름
3. 실험목적
4. 실험장비
5. 실험절차
6. 실험결과 및 분석
7. 결론
8. Post-lab 문제
9. 실험 raw data
10. 참고문헌

본문내용

(2)각각의 선원에 대해 efficiency가 좋을 것으로 예상되는가, 나쁠 것으로 예상되는가?
Efficiency는 검출기에 의해 실제로 감지되거나 측정되는 방출된 방사선의 비율을 뜻한다. 즉 선원이 특정 검출기를 향해서 얼마나 효율적으로 방사선을 방출하는지 측정한 것이다. 예를 들어 선원이 100개의 방사선 입자를 방출하고 감지기가 80개를 측정하는 경우 efficiency는 80%이다. Efficiency는 방출되는 방사선의 종류(알파, 베타, 감마 등), 방사선의 에너지, 선원과 검출기 간의 거리, 감쇠와 차폐 등 다양한 요인에 따라 달라질 수 있다.
알파 입자는 가스를 둘러싸고 있는 실린더의 벽에 의해 흡수될 수도 있으며 GM 튜브에 전혀 들어가지 않을 수도 있다. 튜브에 들어가는 베타 입자는 튜브의 가스를 이온화할 확률이 가장 크다. 감마선 자체는 가스를 둘러싸고 있는 금속 실린더에서 전자를 튜브로 산란시킬 때 본질적으로 감지되기 때문에 GM 튜브의 가스를 이온화할 가능성이 적다. 이러한 이유로 GM 튜브는 감마선을 감지하는 것보다 베타 입자를 감지하는 데 훨씬 더 효율적인 경향이 있기에 efficiency 값이 베타 선원에서는 높고, 감마 선원에서는 낮게 나올 것으로 예상해볼 수 있다.

1. 실험제목
Geiger Tube Efficiency

2. 실험동료이름
보건환경융합과학부

3. 실험목적
본 실험의 목적은 GM 계수기가 방사성 선원에서 방출되는 방사선을 얼마나 효율적으로 감지하고 측정 할 수 있는지를 확인하기 위해 GM 계수기의 efficiency를 결정하는 것이다.

4. 실험장비
● GM 튜브 및 거치대가 있는 ST-360 계수기 셋업 (계수기, 전원 공급기, GM 튜브, 선원 플레이트, BNC 케이블) (그림 참조)
● 방사성 선원 (Po-210, Sr-90, Co-60)

출처 : 해피캠퍼스

목차

1. 실험제목
2. 실험동료이름
3. 실험목적
4. 실험장비
5. 실험절차
6. 실험결과 및 분석
7. 결론
8. Post-lab 문제
9. 실험 raw data
10. 참고문헌

본문내용

0. Pre-lab 문제
(1) GM tube의 창을 통해 방사선이 이동할 때 tube가 입자를 감지했다는 신호를 보내기 위해 어떤 일이 일어나는가?

Lab #1의 pre-lab에서 알아봤던 GM tube의 작동 원리에 답이 있다. 방사선은 GM tube 내의 가스 원자를 이온화하기 충분한 에너지를 가지고 있으므로 내부에서 전자와 양이온이 생기는데, 이 때 전자는 양극으로, 양이온은 음극으로 가속된다. 이러한 하전 입자가 전극을 향해 이동하면서 tube에 존재하는 전기장에서 추가적인 에너지를 얻어 충돌을 통해 추가 이온화를 유도한다. 새 이온들이 avalanche를 일으키며 이로 인해 GM tube에서 측정 가능한 전기 펄스가 생성된다. 이 펄스는 GM tube의 회로에 의해 증폭되고 외부엔 큰 출력의 전류가 흐르게 된다. 이것이 GM tube의 작동 원리이자 tube가 입자를 감지했다는 신호를 보내는 과정이다.

(2) GM counter는 동시에 존재하는 하나 이상의 입자를 구별할 수 있는가?

GM counter는 동시에 존재하는 하나 이상의 입자를 구별할 수 없는데, 이러한 상태의 시간을 GM counter의 deadtime이라고 부른다. 튜브 내에서 만들어진 양이온과 전자 중에서 전자가 더 빠르게 이동한다. 이는 양이온이 전자보다 무겁고 기체 원자와 더 자주 충돌하여 움직임이 느려질 수 있기 때문이다.
보다 느리게 움직이는 양이온은 전극에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸리게 되는데, 이 때 튜브는 방사선에 둔감한 상태가 된다. 즉 GM 튜브의 전자 장치가 후속 이벤트에 정확하게 반응하기 전 복구 시간이 더 길어지게 된다. 전자 장치가 재설정 및 복구되기 전에 튜브를 완전히 방전하는 데 시간이 더 오래 걸릴 수 있기 때문에 양이온은 deadtime에 영향을 미치게 된다.

출처 : 해피캠퍼스

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1. Pre-lab 문제
2. 실험제목
3. 실험동료이름
4. 실험목적
5. 실험장비
6. 실험절차
7. 실험결과 및 분석
8. 결론
9. Post-lab 문제
10. 실험 raw data
11. 참고문헌

본문내용

(A)자연선원
Background radiation의 자연선원은 우주 방사선, 지상 방사선, 라돈 가스, 내부 방사선 등 네 가지이다.
(a)우주 방사선 : 우주 방사선은 우주 공간에서 발생하는 고에너지입자가 지구에 도달하여 대기권을 지나면서 상호작용하며 생성된다. 생성된 방사선 대부분은 지구 자기장 차폐가 가장 약한 극 근처로 들어오고, 대기층이 가장 얇고 높은 고도이 지구 표면에 도달한다. 우주선기원 방사성핵종은 H-3, C-14, Be-7 등이 있다.
(b)지상 방사선 : 지상 방사선은 우라늄, 토륨, 칼륨 등과 같이 자연적으로 발생하는 방사성 원소에 의해 방출된다. 토양, 암석, 건축 자재 등에서 발견되고, 특히 우라늄의 붕괴 생성물인 라돈 가스는 지상 방사선에 상당한 기여를 한다.
(c)라돈 가스 : 라돈 가스는 자연적으로 발생하는 방사성 가스로 토양, 암석 및 물에서 우라늄과 토륨이 붕괴되어 생성된다. 라돈 가스는 지상에서 건물로 스며들 수 있으며 건물 내부에 라돈이 축적되면 많은 양의 방사선에 노출될 수도 있다.
(d)내부 방사선 : 내부 방사선은 인체에 자연적으로 존재하는 방사성 동위원소에서 나온다. 지상 방사선과 우주 방사선에 의한 방사성 핵종은 우리가 물, 공기, 음식 등을 섭취하는 과정에서 우리 몸에 들어오게 된다. 위에서 언급한 주요 방사성 핵종인 라돈은 지각물질의 우라늄 및 토륨 함량에 따라 달라지기 때문에 지역에 따라 다양하게 변한다. 식수원에도 미량의 라듐과 우라늄 등이 포함되어 있고 지역마다 차이가 있는데, 모두 매우 낮은 수준이기 때문에 인체에 무해하다.

(B)인공선원
자연선원 외에도 인간의 전체 방사선 피폭에 기여하는 인공선원도 있다. Background radiation의 인공선원은 의료방사선, 소비자 제품, 원자력 발전소 등 세 가지이다.

(a)의료방사선 : 의료방사선은 인공방사선 중 가장 큰 비율을 차지하고 있다. 건강검진, 질병진단 및 치료 등에 사용하는 방사선의료기기에서 주로 피폭된다.

출처 : 해피캠퍼스

목차

1. Pre-lab 문제
(1) Poisson and Gaussian distribution의 mean과 standard deviation을 구하라.
(2) 정확하고 좋은 장비를 구입하면 되는데 왜 오차에 대해 배워야 하는가?

2. 실험제목

3. 실험동료이름

4. 실험목적

5. 실험장비

6. 실험절차

7. 실험결과 및 분석

8. 결론

9. Post-lab 문제
(1) Data와 background counts가 일치하는 분포는 무엇인가? Gaussian distribution은 Cs-137 data를 얼마나 잘 설명하는가?
(2) Cs-137 선원의 data로 Poisson distribution 값을 얻을 수 없는 이유는 무엇인가?
(3) Poisson 및 Gaussian distribution으로 계산할 때 SD 값은 얼마나 가까운가? 어떤 것이 더 정확 하고 어떤 것이 더 계산하기 쉬운가?

10. 실험 raw data

11. 참고문헌

본문내용

Ⓐ Poisson distribution

Poisson distribution은 시행 횟수는 아주 많으면서 성공 확률은 아주 낮은 경우 사용되는 확률 분포이며, N이 충분히 크고 p가 충분히 작아서 Np가 적당할 때 binomial distribution의 값을 근사적으로 구할 수 있다. Binomial distribution에서 Np=λ를 유지하면서 N→∞일 때, 그 분포는 Poisson distribution에 수렴한다. Poisson distribution은 일반적으로 N≥20이고 p≤0.05이면 어느 정도 충분하고, N≥100이고 p<0.01이면 매우 훌륭하다고 할 수 있다. Binomial distribution은 N번의 독립 베르누이 시행(한 번의 시행에서 결과가 O or X로 나오는 시행)에서 성공 확률이 p일 때 확률 분포이다. N번의 시행 중 n개가 성공일 확률 W(n)은 다음과 같다. <중 략>

Ⓑ Gaussian distribution

Poisson distribution에서 n ̅=Np≫1을 만족하면 Gaussian distribution을 유도할 수 있는데, Gaussian distribution의 기댓값과 분산이 Poisson distribution의 n ̅과 같다는 것을 이용한다. Poisson distribution의 확률 질량 함수와 Gaussian distribution의 확률 밀도 함수가 서로 유사하다는 사실을 이용하여 Poisson distribution을 Gaussian distribution으로 근사할 수 있다. 이를 Poisson approximation이라고 한다. 따라서 근사한 식은 다음과 같다.

출처 : 해피캠퍼스