Since radiation streaming through penetrations is often the critical consideration in protection against exposure of personnel in a nuclear facility, it has been of great concern in radiation shielding design and analysis. Several methods have been developed and applied to the analysis of the radiation streaming in the past such as ray analysis method, single scattering method, albedo method, and Monte Carlo method. But they may be used for order-of-magnitude calculations and where sufficient margin is available, except for the Monte Carlo method which is accurate but requires a lot of computing time.
This study developed a Monte Carlo method and constructed a data library of solutions using the Monte Carlo method for radiation streaming through a straight cylindrical duct in concrete walls of a broad, mono-directional, monoenergetic gamma-ray beam of unit intensity. The solution named as plane streaming kernel is the average dose rate at duct outlet and was evaluated for 20 source energies from 0 to 10 MeV, 36 source incident angles from 0 to 70 degrees, 5 duct radii from 10 to 30㎝, and 16 wall thicknesses from 0 to 100㎝. It was demonstrated that average dose rate due to an isotropic point source at arbitrary positions can be well approximated using the plane streaming kernel with acceptable error. Thus, the library of the plane streaming kernels can be used for the accurate and efficient analysis of radiation streaming through a straight cylindrical duct in concrete walls due to arbitrary distributions of gamma-ray sources.
원자력발전소에는 방사선 차폐체를 통한 수많은 관통부들이 존재하며, 이를 통한 방사선 흐름(Streaming)의 해석은 발전소 작업 종사자들의 방호를 위한 차폐설계에 있어 중요한 고려사항 중 하나이다. 현재 이용되고 있는 해석방법중 선해석방법(Ray Analysis Method)은 주로 벽체차폐(Bulk Shielding) 계산에 사용되는 것으로 관봉투를 통한 방사선흐름의 해석에는 그 오차가 매우커서 잘 쓰이지 않는다. 또한, 단일산란방법(Single Scattering Method)과 알베도방법(Albedo Method)은 선해석방법에 비하여 상대적으로 오차가 작으나 유효숫자 한자리(Order-of-Magnitude)의 정확도를 가지며 충분한 설계 여유가 있는 경우에만 이용될 수 있다. 몬테칼로방법(Monte Carlo Method)은 정확한 계산결과를 제공하지만 이에 소요되는 전산시간이 너무 커서 비실용적이다.
본 연구에서는 관통부중 주종을 이루는 콘크리트 벽체 내 원통형 직관통부로 단방향, 단일 에너지의 감마선 면선원에 의한 방사선흐름해석을 위하여 몬테칼로방법에 따른 전산프로그램을 개발하였으며, 이를 사용하여 0에서 10MeV까지 20개의 감마선원 에너지, 0에서 70도까지 36개의 감마선 입사각, 10에서 30㎝까지 5개의 관통부 반경, 그리고 0에서 100㎝까지의 16개 벽체 두께에 대하여 관통부 출구에서의 평균선량을 계산하여 Library를 구축하였다. 또한 이를 이용하여 등방향 점선원에 대한 평균선량을 적절히 근사할 수 있음을 보임으로써 임의의 감마선원 분포에 대하여 짧은 전산시간으로 정확한 결과를 구할 수 있는 방법을 제공하였다.
