[방사선비파괴검사기사 필기] 21년 1회차 기출문제 정답·해설 페이지

필름 방사선투과검사의 특성을 다른 비파괴검사법과 비교할 때, 검사결과의 신속성은 주요 특성이 아니다.
필름 방사선투과검사는 촬영 후 필름을 현상·건조하는 과정에 상당한 시간이 소요되므로 검사 결과를 빠르게 얻을 수 없으며, 이는 초음파검사나 와전류검사 같은 다른 비파괴검사법에 비해 신속성이 떨어지는 단점이다.
내부결함의 검출: 투과력으로 내부 결함을 감지하는 주요 특성이다.
검사결과의 영구기록: 필름이 영구 기록을 제공하는 주요 특성이다.
원자번호와 밀도 변화에 대한 검출: 방사선 흡수 차이로 감지하는 주요 특성이다.

누설자속을 자기테이프 위에 기록하는 방법은 자기녹자법(magnetic tape recording method)이다.
자기녹자법은 결함 부근에서 누설되는 자기장(누설자속)을 자성 입자가 코팅된 테이프 위에 직접 기록하여 결함의 위치와 크기를 파악하는 비파괴검사 기법으로, 자기가루탐상검사(MPI)의 한 종류이다.
직각통전법: 시편에 전류를 흘려 자기장을 유도하는 방법이다.
전류관통법과 자속관통법: 자기장 발생 방식을 분류하는 용어이므로 '기록하는 방법'과는 다르다.

응력 측정법을 분류하면 직접 측정법(인장시험, 스트레인게이지시험)과 간접 측정법(광탄성 피막시험)이 있는데, 모두 응력을 정량화할 수 있다. 반면 중성자 투과시험(Neutron Radiography)은 재료 내부의 공극, 결함, 이물질 등 구조적 결함을 검출하는 비파괴검사(결함 검출) 기법으로, 응력 상태 자체를 측정하거나 응력값을 도출할 수 없다. 따라서 응력측정에 이용할 수 없는 측정법은 중성자 투과시험이다.

방사선비파괴검사는 물질을 투과하는 고에너지 방사선을 이용하여 내부 결함을 검출하는 기법이다. γ선(코발트-60, 이리듐-192 등의 동위원소 방출)과 X선은 금속 및 용접부 검사에 광범위하게 사용되며, 중성자선은 비금속 재료와 수소 함유 물질 검사에 활용된다. 반면 자외선은 파장이 길어 물질 투과력이 낮고 표면 검사에만 제한되므로 방사선비파괴검사(방사선투과검사)의 원리에 부합하지 않는다.

누설비파괴검사(Leak Test)는 결함 부위를 통해 유체가 흘러나오는지를 감지하는 방법으로, 완전히 관통하는 결함만 탐지할 수 있다. 표면균열(1번)은 표면에만 국한되어 누설을 일으키지 않고, 내부기공(2번)과 내부균열(3번)은 표면까지 관통하지 않아 유체가 흘러나올 수 없으므로 탐지 불가능하다. 관통균열(4번)은 재료를 완전히 관통하여 압력을 받는 유체가 이를 통해 누설되므로 누설비파괴검사로 발견할 수 있다.

스테인리스강은 철을 기본으로 하면서 크롬(Cr)과 니켈(Ni)을 주요 합금 성분으로 첨가하는 강철이다. 크롬은 산화피막을 형성하여 내식성을 부여하고, 니켈은 내식성을 향상시키고 인성과 연성을 높인다. 보기 1의 Co, V는 공구강이나 특수강에 주로 사용되고, 보기 2의 Nb, Cu는 고강도 강이나 특정 용도 강에 첨가되며, 보기 4의 S는 불순물이고 Mn은 보조 합금 원소일 뿐 주요 성분이 아니다.

단면 수축률은 $(\text{초기 단면적} - \text{최종 단면적})/\text{초기 단면적} \times 100\%$로 구한다.
초기 직경 12.7mm, 최종 직경 8.71mm이므로
초기 단면적 $A_0 = \pi(12.7/2)^2 = \pi \times 6.35^2 = 126.68\text{ mm}^2$
최종 단면적 $A_f = \pi(8.71/2)^2 = \pi \times 4.355^2 = 59.56\text{ mm}^2$이다.
단면 수축률
$= \frac{126.68 - 59.56}{126.68} \times 100 = \frac{67.12}{126.68} \times 100 \approx$이다.

단위 길이당 용접 입열(Heat Input per Unit Length)은 다음 공식으로 구한다.
$Q = \frac{I \times V \times 60}{v}$
여기서 I는 아크 전류(A), V는 아크 전압(V), v는 용접속도(cm/min)이다.
주어진 값을 대입하면
$Q = \frac{400 \times 35 \times 60}{20} = \frac{840000}{20} = 42000 \text{ J/cm}$이다.
분자의 60은 1분을 초 단위로 환산하여 J/s(W)를 J로 변환하기 위한 것이고, 용접속도로 나누면 단위 길이당 입열이 된다.

붕괴상수는 반감기와 $\lambda = \frac{\ln 2}{t_{1/2}}$ 관계식으로 연결된다. 반감기 $t_{1/2} = 127$일을 대입하면 $\lambda = \frac{0.693}{127} \approx 0.00546 \text{ day}^{-1}$이다. 이는 약 0.005에 해당하므로 정답은 4번이다.

γ선의 투과는 Beer-Lambert 법칙을 따르며, 두께 χcm를 투과한 선량률은 $I = I_0 e^{-\mu \chi}$이다.
두께 (χ−Δχ)cm를 투과한 경우
$I_1 = I_0 e^{-\mu(\chi - \Delta\chi)}$
두께 χcm를 투과한 경우
$I_2 = I_0 e^{-\mu\chi}$이다.
따라서
$I_1/I_2 = \frac{I_0 e^{-\mu(\chi - \Delta\chi)}}{I_0 e^{-\mu\chi}} = \frac{e^{-\mu\chi + \mu\Delta\chi}}{e^{-\mu\chi}} = e^{\mu\Delta\chi}$이다.

GM 계수관(Geiger-Müller counter)의 펄스 높이는 입사 방사선의 에너지와 무관하게 거의 동일하므로, 1차 이온쌍 수에 비례하지 않고 단순 펄스 개수만 세는 방식이다.
'선량률을 측정할 수 없다'는 거짓: GM 계수관은 선량률 측정이 가능하며, 펄스 계수 결과로부터 선량률을 산출할 수 있다.
'공간 방사선 측정기 중 가장 고감도이다'는 거짓: GM 계수관은 공간 방사선 측정에서 상대적으로 낮은 감도를 가지며, 반도체 검출기나 신틸레이션 검출기가 더 높은 감도를 제공한다.
'저선량률에서 포화하는 단점이 있다'는 거짓: GM 계수관은 오히려 고선량률에서 포화되는 단점이 있으며, 저선량률 영역에서 우수한 검출 성능을 보인다.

'β선을 방출하여 Pt-192가 되거나 전자포획으로 Os-192가 된다'만 두 붕괴 경로를 정확히 기술한다.
Ir-192는 원자번호 77, 질량수 192인 불안정한 동위원소다. β⁻ 붕괴(전자 방출)를 겪으면 원자번호가 1 증가하여 Pt-192(백금)가 되고, 전자포획(EC)을 겪으면 원자번호가 1 감소하여 Os-192(오스뮴)이 된다.
'β선을 방출 후 더욱 불안정한 Pt-193이 된다': β⁻ 붕괴 후 Pt-192(더 안정)가 되므로 "더욱 불안정"이라는 표현이 틀렸다.
'전자포획을 일으킨 후 더욱 불안정한 Os-193이 된다': 전자포획 후 Os-193이 아닌 Os-192가 되므로 틀렸다.
'γ선을 방출하지 않는다': Ir-192가 감마선을 동반하는 메타스테이블 상태를 가지므로 틀렸다.

방사선투과검사에서 필름에 나타나는 검고 날카로운 새발(나뭇가지) 모양의 불규칙한 패턴은 정전기 방전으로 인한 특징적인 결함이다. 이는 필름 취급 중 마찰에 의해 발생한 정전기가 순간 방전되면서 감광층을 손상시켜 나타나는 현상으로, 건조한 환경에서 필름을 급격히 처리할 때 발생하기 쉽다. 다른 선택지들은 각각 증감, 기포 자국, 색감 이상 등 다른 형태의 결함을 야기하므로 검은 새발 모양이라는 특정 형태와는 맞지 않는다.

방사성 물질을 방사선투과검사할 때는 중성자 방사선(Neutron radiography)이 가장 효과적이다.
중성자는 원자번호가 낮은 물질(수소, 탄소, 질소 등)에 대해 X선보다 높은 감쇠계수를 가지며, 방사성 물질 자체의 방사선 간섭을 받지 않아 정확한 내부 구조 검사가 가능하다.
Stereo radiography: 입체 이미지를 위한 기법이다.
High-speed radiography: 고속 현상을 포착하는 방법이다.
X-ray diffraction: 결정 구조 분석용으로 방사성 물질 검사의 주된 목적과 맞지 않는다.

신틸레이터(scintillator)는 방사선을 가시광선으로 전환하는 검출기 소자로서, 방사선을 감지·측정하는 장치일 뿐 산란방사선을 감소시키는 도구가 아니다.
산란방사선 감소는 방사선투과검사에서 화질 저하를 막기 위해 필수적인데, 이를 위해 사용되는 도구들은 다음과 같다.
연박스크린(lead screen): 필름 앞뒤에 배치하여 산란방사선을 흡수한다.
마스크(mask): 검사 부위만 노출시켜 산란방사선 발생을 제한한다.
다이아프램(diaphragm): 방사선 빔의 범위를 제한하여 산란방사선 발생 자체를 줄인다.

순간 방사선투과검사(Flash Radiography)는 극히 짧은 펄스로 고강도 X선을 만들어 움직이는 물체를 촬영한다. 이 방식에서는 전계방출형 음극과 끝이 뾰족한 원추형 양극을 쓴 X선관을 사용한다.
※ 정답 정정(2026-09-23): 종전 등록 정답 2번을 3번으로 바로잡았습니다. 플래시 X선관은 냉음극 전계방출형으로 환상 음극과 원추(침상)형 텅스텐 양극을 써 수십 ns 단발 펄스를 발생시키는 구조. 회전양극은 의료 진단용 관에서 연속·반복 노출의 열부하를 분산하기 위한 것이라 단발 순간 노출과 무관하며 순간촬영관에 채용되지 않음.

이동 방사선 투과검사에서 선원 이동 속도는 빔 폭이 아닌 원하는 화질 수준(불선명도)에 따라 결정된다. '시험체의 선원쪽 면에서 방사선의 빔 폭이 클수록 선원 이동 속도는 작아진다'는 빔 폭과 이동 속도의 관계를 잘못 제시했다.
이동 불선명도 공식 $U_m = \frac{t \times w}{D}$(t: 두께, w: 빔폭, D: 선원-시험체간 거리)에서 같은 불선명도를 유지하려면 빔 폭이 커질수록 이동 속도는 빨라져야 하는데, 보기는 반대로 서술했다.
'실린더형 시험체의 두께가 얇고 긴 길이 이음 용접부에 적용한다': 얇고 긴 이음부에 적용되는 특성을 올바르게 설명한다.
'이동 불선명도는 시험체 두께에 방사선 빔폭을 곱한 것을 선원-시험체간 거리로 나눈 값이다': 정확한 공식이다.
'방사선원의 이동속도가 느리면 과노출이 된다': 속도 감소 시 노출 증가 원리를 올바르게 설명한다.

형광증감지 사용 시 형광판에서 발생한 가시광선이 필름 유제층 전체에 확산되므로 광산란으로 인해 명료도(선예도)가 감소하는 단점이 발생한다. 따라서 명료도 향상은 형광증감지 사용의 장점이 아니라 오히려 단점이다.
형광증감지(형광판, intensifying screen)는 방사선을 가시광선으로 변환하여 필름감도를 높이는 장치로, 강화인자(intensification factor)를 증가시켜 노출시간을 단축하고 선량을 감소시킨다. 또한 저선질 방사선으로도 두꺼운 물체 촬영이 가능하게 한다.

고장력강 용접부에서 수소에 의한 취화(hydrogen embrittlement)로 발생하는 결함은 지연 균열(Delayed crack)이다.
지연 균열은 용접 직후가 아닌 냉각 과정에서 시간이 경과한 후에 발생하며, 고강도 강재에 확산된 수소가 용접열영향부의 경화 조직에서 재료의 인성을 저하시켜 유발된다.
고온 균열: 응고 중 고온에서의 응력에 의해 발생한다.
비드 균열: 용접 직후 표면에서 나타나는 즉각적인 균열로 수소와는 무관하다.
크레이터 균열: 용접종료부에서 나타나는 즉각적인 균열로 수소와는 무관하다.

KS D 0237(스테인리스강 용접부의 방사선투과검사방법)에서 텅스텐 혼입은 제4종 흠집으로 분류된다. 제4종 흠집은 용접부의 기계적 성질이나 내식성에 영향을 주지 않는 경미한 결함으로, 텅스텐(Tungsten)은 비소모극(TIG 용접의 텅스텐 전극)에서 혼입되는 입자성 이물로서 이 범주에 해당한다.

ASME Section V Article 2 방사선투과검사 규정에서 γ선 투과시험의 필름 농도(optical density) 범위는 2.0 ~ 4.0으로 규정되어 있다. 이는 필름의 검사 유용성과 결손 감지능을 최적화하기 위해 설정된 기준으로, 2.0 미만이면 필름이 너무 밝아 결함 식별이 어렵고 4.0을 초과하면 필름이 너무 어두워 세부 묘사가 불가능해지기 때문이다.

KS D 0227(주강품 방사선투과검사 방법)에서 A급을 기준으로 Co-60을 방사선원으로 사용할 때, 적용 투과 두께 범위는 40mm 이상 200mm 이하이다. Co-60은 X선 장비나 다른 동위원소(예: Ir-192)에 비해 투과력이 크므로 더 두꺼운 시편 검사에 적합하며, 이러한 범위는 검사 감도와 실무 적용성을 고려하여 규격에서 정한 기준이다.

방사선투과검사 경력이 2년이며 방사선비파괴검사기능사 자격 취득자는 조장이 될 수 없다. 기능사는 방사선비파괴검사 관련 자격 중 최하위 등급이며 조장 자격 요건에서 요구하는 경력 기준(통상 3년 이상)을 충족하지 않는 2년의 경력으로는 조장이 될 수 없다.
방사성동위원소 등을 이동사용하는 경우 방사선 작업조의 조장이 되려면 방사성동위원소취급자 면허(일반 또는 특수)를 보유하거나, 방사선투과검사 관련 자격과 경력을 모두 충족해야 한다.
방사성동위원소취급자일반면허 취득자: 일반면허 취득자로 직접 조장이 될 수 있다.
경력 1년의 방사선비파괴검사산업기사 자격 취득자: 산업기사 자격에 1년 이상의 경력이 필요한데 1년을 만족하므로 가능하다.
방사선투과검사 경력 3년 이상인 근로자: 3년 이상의 경력만으로도 조장이 될 수 있다.

방사선투과검사에 사용되는 방사성동위원소 중 Cs-137은 염화세슘(CsCl) 형태의 가용성 분말로서, 캡슐이 손상되면 쉽게 누설되고 환경 오염 및 내부피폭 위험이 높아 특별한 관리가 필요하다. Co-60은 금속 코발트 형태로 불용성이며, Ir-192는 금속 이리듐 형태로 역시 불용성이고, Tm-170은 방사선투과검사에 일반적으로 사용되지 않는다. 따라서 가용성 분말로 인한 누설 위험이 가장 큰 것은 Cs-137이다.

ASME Section V Article 2(방사선투과검사)에서 모재두께 50mm 미만인 경우, 기하학적 불선명도의 최대 권고값은 0.020 인치(약 0.5mm)이다.
기하학적 불선명도(geometric unsharpness, Ug)는 검사 대상의 두께와 결함 검출 능력에 따라 제한된다. 이는 얇은 재료에서 미세한 결함을 충분히 식별하기 위해 더 엄격한 기준을 적용하는 것으로, 두께가 두꺼운 경우(예: 50mm 이상)보다 더 작은 값으로 제한하여 검사의 감도를 확보한다.

KS B 0845에서는 모재 두께에 따라 계조계를 고른다. 두께 20mm 이하는 15형, 20mm 초과~40mm 이하는 20형, 40mm 초과~50mm 이하는 25형을 쓴다. 따라서 45mm에 25형을 쓴 경우가 옳고, 25mm·30mm에는 20형을 써야 한다.