표제지
국문초록
목차
1. 서론 17
2. 이론적 고찰 20
2.1. 라돈의 특성과 위험성 20
2.2. 라돈 측정장치의 종류 및 특징 22
2.3. 환경부의 전국 주택 라돈농도 조사 26
2.4. 라돈농도 단위 29
2.5. T-검정 30
3. 반도체 센서 라돈 측정원리 및 라돈 계수기 구현 36
3.1. PIN PD (핀 포토다이오드) 센서 라돈 측정원리 36
3.2. 이미지(CCD, CMOS) 센서 라돈 측정원리 39
3.2.1. CCD 센서 라돈 측정원리 40
3.2.2. CMOS 센서 라돈 측정원리 41
3.3. PIN PD 센서 라돈 계수기 구현 43
3.4. CCD 센서 라돈 계수기 구현 63
3.5. CMOS 센서 라돈 계수기 구현 77
4. 선형 회귀분석을 이용한 라돈농도 변환 원리 및 모델 도출 92
4.1. 선형 회귀분석 92
4.2. 선형 회귀모델 94
4.2.1. 선형 회귀모델 오차와 잔차 94
4.2.2. 선형 회귀모델 최적화 전략 96
4.3. 단순 선형 회귀모델 97
4.3.1. 단순 선형 회귀모델 정규방정식 98
4.3.2. 단순 선형 회귀모델 경사하강법 102
4.4. 선형 회귀모델의 평가지표 106
4.4.1. 결정계수 106
4.4.2. 평균제곱근오차 (RMSE) 108
4.5. PIN PD 및 CMOS 센서의 모델 도출 109
5. 반도체 센서 타입(PIN PD 및 CMOS) 라돈 계수기의 민감도 향상 115
5.1. 라돈 계수기의 민감도 115
5.2. 4가지 전압에 대한 PIN PD 라돈 계수기 성능 실험 116
5.3. 고전압을 이용한 민감도 향상 120
5.3.1. 고전압 PIN PD 라돈 계수기 성능 실험 123
5.3.2. 고전압 CMOS 라돈 계수기 성능 실험 129
5.4. 소형 팬을 이용한 민감도 향상 135
5.4.1. 고전압 PIN PD 라돈 계수기 소형 팬 상부 성능 실험 138
5.4.2. 고전압 PIN PD 라돈 계수기 소형 팬 하부 성능 실험1 145
5.4.3. 고전압 PIN PD 라돈 계수기 소형 팬 하부 성능 실험2 152
6. 결론 155
참고문헌 158
Abstract 163
표 2.1. 라돈 측정장치 구분 및 종류 22
표 2.2. 수동 적분형 라돈 측정장치 종류별 사진 및 장단점 23
표 2.3. 능동 연속형 라돈 측정장치 종류별 사진 및 장단점 25
표 2.4. 라돈 포집 샘플법 라돈 측정장치 종류별 사진 및 장단점 26
표 2.5. 겨울철 행정구역에 의한 전국 주택의 실내 라돈농도 28
표 3.1. PIN PD 센서(21P091) 사양 43
표 3.2. 보급형 safety siren pro3 radon detector 사양 및 내부구조 53
표 3.3. PIN PD 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 카운트값 56
표 3.4. siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 61
표 3.5. PIN PD 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 61
표 3.6. CCD 센서(CC-003R1) 사양 63
표 3.7. 라돈 측정에 이용될 신호 출력 단자와 영상규격에 맞는 신호출력 단자 비교 65
표 3.8. 비교기 IC 모듈 사진 및 구성 67
표 3.9. CCD 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 카운트값 71
표 3.10. siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 76
표 3.11. CCD 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 76
표 3.12. CMOS 센서(RY1030) 사양 77
표 3.13. CMOS 센서 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 카운트값 85
표 3.14. siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 90
표 3.15. CMOS 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 라돈 유무 환경에 따른 T-검정 결과 91
표 4.1. 손실함수 종속변수의 최적화 전략 96
표 4.2. 능동 연속형 고정밀 라돈 측정장치 RAD7 측정 방법 109
표 4.3. 선형회귀모델의 RMSE 및 결정계수 비교 114
표 5.1. HV-PIN PD 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 124
표 5.2. 라돈 환경에 따른 siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차 128
표 5.3. 고전압 유무 환경에 따른 PIN PD 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 T-검정 결과 128
표 5.4. HV-CMOS 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 130
표 5.5. 라돈 환경에 따른 siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차 134
표 5.6. 고전압 유무 환경에 따른 CMOS 라돈 계수기 평균 및 표준편차와 T-검정 결과 134
표 5.7. 소형 팬 고전압 챔버 상부에 부착한 HV-PIN PD의 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 140
표 5.8. 라돈 환경에 따른 siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차 144
표 5.9. 고전압 챔버 상부에 부착된 소형 팬 유무에 따른 HV-PIN PD 평균 및 표준편차와 T-검정 결과 144
표 5.10. 소형 팬 고전압 챔버 하부에 부착한 HV-PIN PD의 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 147
표 5.11. 라돈 환경에 따른 siren pro3 라돈 계수기 평균 및 표준편차 151
표 5.12. 고전압 챔버 하부에 부착된 소형 팬 유무에 따른 HV-PIN PD 평균 및 표준편차와 T-검정 결과 151
그림 2.1. 우라늄238의 붕괴 도식 20
그림 2.2. 겨울철 행정구역별 전국 주택 실내 라돈농도 지도 27
그림 2.3. 불안정한 원자핵 29
그림 2.4. 모집단과 표본 30
그림 2.5. Z-검정과 T-검정의 관계 31
그림 2.6. 정규분포 32
그림 2.7. T-분포 33
그림 3.1. 핀 포토다이오드 구조 (광전도 모드) 37
그림 3.2. 광전도 모드를 응용한 회로도 (순방향 바이어스) 38
그림 3.3. 이미지 센서 동작원리 39
그림 3.4. PIN PD 센서(21P091) 모듈 43
그림 3.5. PIN PD 센서 암전 및 빛 개방 시 전압 레벨 44
그림 3.6. PIN PD 센서 신호의 펄스 변환 순서도 및 개략도 45
그림 3.7. PIN PD 센서 신호의 펄스 변환 회로 파형들 46
그림 3.8. PIN PD 라돈 계수기 구성 48
그림 3.9. PIN PD 라돈 계수기의 회로도 51
그림 3.10. PIN PD 라돈 계수기 조립 모습 52
그림 3.11. 보급형 safety siren pro3 라돈 계수기 54
그림 3.12. PIN PD 라돈 계수기 성능 비교 실험 장치 55
그림 3.13. 라돈 유무 환경에 따른 siren pro3 및 PIN PD 라돈 계수기 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 그래프 60
그림 3.14. T-분포 양측 검정 62
그림 3.15. CCD 센서(CC-003R1) 모듈 63
그림 3.16. CCD 센서 모듈의 라인과 프레임 주파수 64
그림 3.17. CCD 센서 모듈의 신호 출력 단자 위치 64
그림 3.18. 라돈 측정에 이용될 신호 출력 단자 암전 및 빛 개방 시 전압 레벨 65
그림 3.19. CCD 센서 암전챔버 구현 66
그림 3.20. CCD 센서 모듈의 라돈 측정 시 전압 레벨 67
그림 3.21. CCD 라돈 계수기 구성 68
그림 3.22. CCD 라돈 계수기 성능 비교 실험 장치 69
그림 3.23. CCD 라돈 계수기 측정 카운터값 비교 실험 과정 70
그림 3.24. 라돈 유무 환경에 따른 siren pro3 및 CCD 라돈 계수기 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 그래프 75
그림 3.25. CMOS 센서(RY1030) 모듈 77
그림 3.26. CMOS 센서 모듈의 라인과 프레임 주파수 78
그림 3.27. 영상규격에 맞는 신호 출력 단자 암전 및 빛 개방 시 전압 레벨 78
그림 3.28. CMOS 센서 모듈의 라돈 측정 시 전압 레벨 79
그림 3.29. 비교기 IC를 이용한 라돈 알파입자 카운트값 확인 80
그림 3.30. CMOS 라돈 계수기 구성 80
그림 3.31. CMOS 라돈 계수기 조립 모습 82
그림 3.32. CMOS 라돈 계수기 성능 비교 실험 장치 83
그림 3.33. CMOS 센서의 커버글라스 84
그림 3.34. 라돈 유무 환경에 따른 siren pro3 및 CMOS 라돈 계수기 시간당 누적 라돈 카운트값 비교 그래프 89
그림 3.35. CMOS 센서 크기 90
그림 4.1. 선형 회귀 그래프 92
그림 4.2. 선형 회귀모델 오차 94
그림 4.3. 단순 선형 회귀모델 97
그림 4.4. 경사하강법 103
그림 4.5. 결정계수 107
그림 4.6. 평균제곱근오차 (RMSE) 108
그림 4.7. 고정밀 라돈 측정장치 RAD7(DURRIDGE Company, USA) 109
그림 4.8. PIN PD 및 CMOS 라돈 계수기 성능 비교 실험 장치 110
그림 4.9. PIN PD 및 CMOS 라돈 계수기의 시간당 누적 라돈 알파입자 카운트값 비교 그래프 111
그림 4.10. PIN PD 및 CMOS 라돈 계수기 선형회귀모델 112
그림 5.1. 전압 파워 모듈 116
그림 5.2. 전압 파워 모듈과 연결된 PIN PD 라돈 계수기 116
그림 5.3. 4가지 전압에 대한 PIN PD 라돈 계수기 실험장소 117
그림 5.4. 4가지 전압에 대한 민감도 실험 모습 118
그림 5.5. 4가지 전압에 따른 민감도 실험 비교 그래프 118
그림 5.6. 고전압 390VDC 모듈 회로도 및 개략도 120
그림 5.7. 반도체 센서 타입 라돈 계수기 고전압 챔버 설치 모습 121
그림 5.8. 고전압 반도체 센서 타입 라돈 계수기 성능 비교 실험 장치 122
그림 5.9. HV-PIN PD 라돈 계수기 성능 비교 그래프 127
그림 5.10. HV-CMOS 라돈 계수기 성능 비교 그래프 133
그림 5.11. 소형 팬 135
그림 5.12. 소형 팬 구동 회로 135
그림 5.13. HV-PIN PD 라돈 계수기 PCB 기판 136
그림 5.14. 소형 팬을 이용한 HV-PIN PD 라돈 계수기의 민감도 실험 장치 137
그림 5.15. 소형 팬을 TESTO 460 기기로 RPM 측정 137
그림 5.16. 고전압 챔버 상부에 부착된 소형 팬 138
그림 5.17. 고전압 챔버 상부에 부착된 소형 팬 성능 비교 그래프 143
그림 5.18. 고전압 챔버 하부에 부착된 소형 팬 145
그림 5.19. 고전압 챔버 하부에 부착된 소형 팬 성능 비교 그래프 150
그림 5.20. 소형 팬 하부 설치한 HV-PIN PD 라돈 계수기 실험장소 152
그림 5.21. 소형 팬 OFF/ON 교대 운전에 따른 민감도 실험 그래프 153
그림 5.22. 24시간씩 7단계별 누적 라돈 카운트값 153