밀봉된 방사성동위원소의 취급

국내 원자력 관계 법령에 정의되어 있는 밀봉된 방사성동위원소의 정의는 "기계적인 강도가 충분하여 파손될 우려가 없고, 부식되기 어려운 재료로 된 용기에 넣은 방사성 동위원소로써 사용할 때에 방사선은 용기 외부로 방출하지만 방사성동위원소는 누출하지 못하게 되어 있는 것을 말한다."라고 기술되어 있다. 밀봉된 선원의 종류에는 알파 선원, 베타 선원, 저에너지 감마(X) 선원, 고에너지 감마(X) 선원 등이 있으며, 선원의 특성 및 에너지에 따라 캡슐의 재료 및 두께가 결정된다. 그리고 밀봉선원은 사용 목적에 따라 이용하고자 하는 방사선이 잘 방출되어야 한다. 방사성핵종의 밀봉 및 고정화 방법에는 다음과 같은 두 가지 사항이 만족하여야 한다.

사용조건에 대한 내구성, 즉 캡슐은 사용 중에 기계적인 힘, 온도, 화학적 현상에 대해 내구성을 갖추고 있어야 한다.
내용물의 변화에 대한 내구성, 예를 들어 캡슐에 봉입 된 물질에 의한 화학적 부식, 봉입 물질의 방사선에 의한 손상, 압력 증가(수분이나 유기물 등은 방사선분해로 가스를 발생시키고, 알파선은 헬륨 가스로 된다) 등에 대해서 내구성이 있어야 한다. 위와 같은 이유 때문에 캡슐의 재료는 스테인리스강이나 귀금속 종류가 많이 사용되며, 경우에 따라서는 알루미늄이나 티타늄, 황동 등도 사용된다. 그리고 용접 부분은 밀봉된 방사성동위원소가 누출되지 않을 정도로 양호하여야 한다.

밀봉선원의 사용 목적에 따른 분류

교정용 선원
각종 방사선 측정기의 검·교정용 선원으로는 3.7X10^6Bq 이하의 선원이 대부분이다.
방사선 이용 계측기용 선원
두께측정기, 밀도측정기, 유황분석기, ECD, 가스크로마토그래피 등 방사선을 이용한 계측기용 선원으로는 주로 수백MBq에서 수백GBq의 선원이 대부분이다.
비파괴 검사용 선원
방사선 투과 검사용 선원으로는 60-Co, 137Cs, 192Ir 등을 많이 사용한다.
조사용 선원
방사선화학 공업, 방사선 멸균 식품 보존, 의료용 선원 등이 있으며, 60-Co 및 137-Cs이 주로 많이 사용된다.

밀봉선원의 구조

밀봉선원은 사용조건 및 특성, 선질 및 선원 종류에 따라 여러 가지 형태의 구조를 가지고 있는데, 구체적인 구조 및 모양은 선원 사양서에 기술되어 있으므로 여기서는 일반적인 구조에 관해서만 설명하고자 한다. 선원 사양서는 선원 구입시 선원 제조가에 요청하면 받을 수 있다.

알파 선원

연기탐지기, 진공도 측정기 등 알파 선원의 전리작용을 이용하는 기기와 알파선에 대한 원자의 여기 작용을 이용한 형광 X선 분석, 정전기 제거용으로 이용되는 알파 선원 그리고 측정기의 교정용 선원 등이 시판되고 있다. 연기탐지기용 선원으로 241-Am이 있고, 진공도 특정과 정전제거용으로는 226-Ra이 있으며, 형광 X선 분석용 선원으로 210-Po이 있다. 이러한 핵종들은 불 용해성이고 비휘발성 화합물을 소결 처리하여 고순도의 Au 또는 Ag에 균일하게 분산시켜 만든다. 알파 선원의 모양은 원판 또는 상자 형태로 된 것이 많으며, 유효 이용 단면적의 두께는 알파선의 투과력이 매우 약해 0.003 mm 정도이다. 원판 형태의 선원은 백금 원판의 표면에 210-Po, 242-Cm, 238-Pu, 241-Am을 전착하고 그 표면을 마이카창이나 에폭시 수지를 입혀 취급이 용이하도록 만든다.

베타 선원

베타 선원으로 두께측정기, 비중 측정기, 정전제거용 등으로 이용되는 동위원소에는 147-Pm, 204Tl 등이 있다. 주요 밀봉 베타 선원의 형태를 보면, 147-Pm 선원은 산화물로 된 Ag 판 사이에 샌드위치 형태로 끼워 넣은 것과 147-Pm을 Ag 판 사이에 넣어 금속제의 캡슐에 봉입한 선원으로 구분된다.

저에너지 X, 감마 선원

저에너지의 X, 감마 선원은 형광 X선 분석용으로 이용되는 55-Fe, 238-Pu, 109-Cd, 241-Am, 57-Co 등과 비파괴 검사용으로 이용되는 170-Tm 그리고 두께 측정기용으로 이용되는 241-Am 선원 등이 있다. 주요 X, 감마 선원의 밀봉 형태는 아래와 같다.

• X선 발생용으로 사용되는 3-H 선원은 방사능 세시가 74GBq(2Ci)보다 큰 것을 Ti 또는 Zr 판에 흡착시켜 텅스텐 판 위에 부착한다. 그리고 창은 플라스틱으로 되어 있고 스테인리스강 홀더에 의해 고정되는데, 방출되는 전자방사선은 제동 방사선이다.
• 147-Pm은 산화 Pm, 산화 Zr 및 Al 분말을 소결 처리하여 박막 형태로 만들어 금속 홀더로 고정시킨다. 방출되는 방사선은 제동방사선이다.
• 241-Am은 세라믹 에나멜에 241-Am을 첨가하여 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.
• 57-Co은 금속판에 57-Co을 전착하여 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.
• 55-Fe은 원형의 Cu 판에 금속상태의 Fe를 전착시켜 Ni 보호막을 하고, 그다음에 Be를 전착시켜 다시 Ni 보호막을 한 후 Be 창이 붙은 모넬 합금 캡슐에 넣어 사용하는 경우가 많다.

감마 선원

밀도측정기로 사용되는 60-Co과 137-Cs, 비파괴 검사용으로 사용되는 60-Co, 137-Cs, 192-Ir 그리고 방사화 분석용 선원인 124-Sb 선원 등이 있다.
주요 감마 선원의 밀봉 형태는 아래와 같다.

• 137-Cs 선원의 경우는 111GBq(3Ci)이하의 선원은 유리구슬 형태로 하고 111GBq(3Ci)이상의 선원은 염화 세슘 펠릿으로 만들어 스테인리스강 이중 캡슐에 넣어 사용하는 것이 많다.
• 124-Sb 선원은 금속 안티몬 봉 또는 파이프를 티타늄 캡슐에 넣어 사용한다.
• 60-Co 선원은 원통 형태의 금속 코발트를 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.228-Th 선원은 산화토륨 펠릿을 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.
• 192-Ir 선원은 원판 형태의 금속 이리듐을 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.
• 170-Tm 선원은 소결 처리한 염화토륨의 내열성 펠릿을 스테인리스강 캡슐에 넣어 사용한다.