[논문 리뷰] A unique radioisotopic label as a new concept for safeguarding and tagging of long-term stored items and waste

Dina Chernikova, Kåre Axell|arXiv (Cornell University)|2013. 12. 06.

Nuclear and radioactivity studies참고 문헌 8인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 반감기가 다름을 특징으로 하는 고유한 조합의 방사성 동위원소를 사용하여, 원자력 폐기물, 사용된 연료 및 수은 용기 등에 대한 안전하고 비접촉식이며 위변조에 강한 식별 태그를 만들기 위한 새로운 장기적 방사성 동위원소 표식 시스템을 제안한다. 실험 및 시뮬레이션 결과는 감마선 스펙트럼이 특정 동위원소 배열에 해당하는 고유한 서명을 나타내며, 수세기 동안 안정된 환경에서 고안정성과 고보안성을 확보할 수 있는 다차원 방사성 동위원소 바코드의 실현 가능성을 확인한다.

ABSTRACT

The present paper discuss a novel method of tagging and labeling of waste casks, copper canisters, spent fuel containers, mercury containers, waste pack- ages and other items. In particular, it is related to the development of new long-term security identification tags/labels that can be applied to articles for carrying information about the content, inventory tracking, prevention of falsifi- cation and theft etc. It is suggested to use a unique combination of radioisotopes with different predictable length of life, as a label of the items. The possibil- ity to realize a multidimensional bar code symbology is proposed as an option for a new labeling method. The results of the first tests and evaluations of this are shown and discussed in the paper. The invention is suitable for use in items assigned to long-term (hundreds of years) storing or for final repositories. Alternative field of use includes fresh nuclear fuel handling and shipment of goods.

연구 동기 및 목표

• 장기 저장된 원자력 폐기물 및 유해 물질에 대한 안전하고 지속 가능한 식별 시스템을 개발하기 위해.
• 기존 태깅 방법의 환경적 안전성, 내구성 및 위조 방지 능력에 한계가 있음을 해결하기 위해.
• 100년 이상의 기간 동안 비접촉식으로 신뢰할 수 있고 고유한 식별이 가능하도록 하기 위해.
• smoke detector 등에서 유래한 방사성 폐기물(예: 241Am)을 동위원소 태그의 원료로 재활용할 수 있는지를 탐색하기 위해.
• 감마선 분석을 통해 다차원 방사성 동위원소 바코드의 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 다른 예측 가능한 반감기를 가지는 고유한 조합의 방사성 동위원소를 물리적 태그로 사용하기 위해.
• 고순도 Germanium(HPGe) 검출기를 사용하여 감마선 스펙트럼을 분석하고 동위원소 서명을 읽기 위해.
• 용기 표면 또는 내부에 동위원소를 1차원 또는 2차원 패턴으로 배열하여 다차원 바코드 심벌을 설계하기 위해.
• 알파선을 방출하는 동위원소(예: 241Am, 210Po)를 사용하고, 알파선에 의해 유도된 반응으로 특징적인 감마선을 방출하는 물질(예: 9Be, 23Na, 19F, 10,11B, 30P, 7,6Li)과 조합하기 위해.
• 특정 감마선 라인의 고립 및 검출을 위해 콜리메이터와 차폐를 적용하여 태그 매트릭스 내의 소스 위치를 정확히 식별하기 위해.
• 모의 시뮬레이션과 실험 결과의 에너지 스펙트럼을 비교하여 소스 위치에 따라 사진피크 강도의 검출 가능한 차이를 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 예측 가능한 붕괴 프로파일을 가지는 동위원소를 사용하여 고유하고 장기적인 방사성 동위원소 서명을 만들 수 있는가?
• RQ2 감마선 분석이 태그 매트릭스 내의 다양한 동위원소 배열에 해당하는 고유한 스펙트럼 패턴을 감지할 수 있는가?
• RQ3 감마선 서명을 통해 방사성 동위원소 패턴을 신뢰성 있게 인코딩하고 디코딩할 수 있는 다차원 바코드를 구현할 수 있는가?
• RQ4 제안된 시스템은 원자력 폐기물 저장소에서 사용하기에 충분한 환경 안정성과 위조 방지 능력을 제공하는가?
• RQ5 사용된 연기 감지기에서 유래한 폐기물(예: 241Am)을 이 태깅 시스템에 효과적으로 재활용할 수 있는가?

주요 결과

• 콜리메이터가 소스 위치를 향할 때와 빈 위치를 향할 때 실험 감마 스펙트럼에서 사진피크 강도에 명확한 차이가 나타나, 검출 가능한 스펙트럼 서명이 확인되었다.
• 34 keV 감마선 라인은 콜리메이터가 소스 위치를 향할 때만 관측되었으며, 이는 시뮬레이션 결과와 일치하여 위치에 따라 감지되는 것을 검증하였다.
• 실험 결과 스펙트럼의 분辨도가 시뮬레이션보다 뛰어났는데, 이는 시뮬레이션에서 사용된 1 mm 대비 더 넓은 콜리메이터 개구부(3 mm) 때문일 가능성이 높다.
• 다른 동위원소 배열에서 유도된 고유한 스펙트럼 패턴은 감마선 서명을 사용한 다차원 바코드 인코딩의 실현 가능성을 입증한다.
• 이 시스템은 비접촉식, 장기적, 안정적인 식별이 가능하며, 연기 감지기 등에서 유래한 방사성 폐기물을 재활용할 가능성까지 제공한다.
• 이 방법은 다섯 가지 핵심 요구사항을 모두 충족한다: 환경 안전성, 비접촉식 독서, 장수명 작동, 고유한 대용량 메모리, 위조 방지에 대한 고보안성.