8 차시
방사선검출기 (1)
방사선검출기란? 방사선을계측하는센서 방사선계측은직접관측이나, 전통적인계량방법으로측정어려움 - 전리방사선을방사선과물질과의상호작용 측정가능한신호로변환하는장치 3
방사선과물질과의상호작용 전리작용 : 전하측정 여기작용 : 가시광선측정 형광 / 발광작용 감광작용, 화학작용 구조결함유발작용 : 비적측정 생물학적작용 핵반응 4
검출기출력유형 직접출력형 : 전리함. 비례계수관, GM 관, 섬광검출기등 누적출력형 : TLD, 필름배지, 유리선량계, 고체비적검출기등 5
방사선검출기의종류 검출원리물질특성검출기명칭주요용도비고 전리작용 여기작용 화학작용 기체전리 고체전리 고체섬광 전리함 베타 / 감마선량 ( 률 ) 측정주로선량률측정에적합 비례계수관알파 / 베타계수중성자용 BF 3 계수관 GM 관베타 / 감마에너지분해능이없음 HPGe 엑스선, 감마선에너지분해능탁월 Si(Li) 엑스선, 감마선저에너지엑스선측정 표면장벽형 CdTe, HgI 2, GaAs NaI(Tl), CsI(Tl) ZnS(Ag) LiI(Eu) 알파 엑스선, 감마선 엑스선, 감마선 알파 중성자 상온에서냉각불필요에너지분해능좋지않음 액체섬광액체섬광계수관 (LSC) 알파, 저에너지베타 3 H, 14 C 측정에적합 열형광 TLD 베타 / 감마선량측정 물질분해프리케선량계선량측정고선량측정에적합 DNA 손상생체시료선량측정사고피폭선량측정 감광작용필름감광필름뱃지선량측정 결함유발비적생성고체비적검출기 (CR-39, LR115) 중하전입자 / 중성자라돈에의한알파측정
기체충전형 검출기 전리함 (Ion Chamber) 비례계수관 (Proportional Counter) GM 계수관 (Geiger Muller Counter) 7
방사선검출시스템의일반적구조 - 검출기 : 방사선에대해센서역할 - 신호처리장치 : 검출기에서발생한신호를사용자가인식할수있는형태로변환하여표시하는전기장치 신호처리장치 검출기 전치증폭기 증폭기 계수기
검출기의동작모드 전류형과펄스형 : 출력신호의형태에따라구분 [ 전류또는전압 ] I 양극 음극 - + V 양극 음극 - + 전류형검출기 - 일정시간동안생성된전하를평균하므로입사방사선의선질을구분할수없다. - 방사선의강도가매우높은환경에서사용 - 방사선량의측정에이용 방사선이입사하는빈도가높아하나의펄스가종료되기전에다음펄스로이어지는연속전류의형태, 전류를각각측정곤란 전류의평균치로측정 펄스형검출기 - 생성된전하량이단일방사선의에너지에비례하므로입사방사선의선질 ( 펄스의크기 ) 을구분할수있다. - 핵종분석시스템에서주로사용 펄스가하나의방사선이계측됨을의미 펄스 : 짧은시간동안만흐르는전류
기체전리를이용한검출기 방사선에의해충전기체를전리시키면, 생성된전자와이온을각각양극과음극에끌어모아전기적출력신호를얻음 10
기체충전형검출기의일반적인구조 H.V. 양극 E 음극 11
기체전리를이용한검출기종류 전리함 (Ion Chamber) 비례계수관 (Proportional Counter) GM 계수관 (Geiger Muller Counter) 12
양극에포집되는전자의수기체전리를이용한검출기 Ⅰ 재결합영역 α β Ⅱ 전리함영역 Ⅲ 비례계수영역 Ⅲ 한정비례계수영역 Ⅳ GM 영역 Ⅴ 연속방전영역 인가전압 (V)
기체전리를이용한검출기 Ⅰ 재결합영역 (recombination region) : 검출기사용불가영역검출기에걸어준전압이낮기때문에검출기내부의전장이약해, 전하의이동이늦어, 생성된전자와이온이양극에수집되지못하고, 대부분을재결합하여일부분만전극에모인다. Ⅱ 전리함영역 (Ionization region) 생성된 1 차이온전체가전극에수집되고전압을증가하여도집적된이온쌍의수는증가하지않으므로전하량은전하에관계없이거의일정하다. - 넓은전압범위에서전류의크기가일정 ( 인가전압크기와상관없이일차적으로생성된전자들만포집되기때문 ) Ⅲ 비례계수영역 (proportional region) - 전극에모이는전하량이 1 차전리에의한원래의전하량보다크며 - 전압의증가에따라전하량도비례하여증가한다. 기체에서증식적인연쇄전리발생. 즉, 기체증폭에의한전자사태 Ⅲ 한정비례계수영역 ((limited proportional region) - 전극에집적된전하량이 1 차이온수에비례하지않음 - 검출기로사용할수없음
Ⅳ GM 영역 (Geiger Müller region) 한계비례영역에서전압을증가시키면 1 차이온수에관계없이 ( 전자증폭도가극심하게커지면, 양극주변의기체모두전리, 증폭률현저히둔화, 수집되는전자수가더이상초기이온쌍생성기여도저하 ) 일정량의 2 차이온수가생기는영역 - 따라서, 출력신호의크기는 GM 관의크기, 기체의밀도에종속됨 - 전자사태를통제하기어려운상황이되어연속방전을방지하기위해 소멸기체 또는 외부소멸 기법적용 - 방사선의종류에따른차이없음 - 신호가충분히크고민감성이높아실용검출기로많이사용. Ⅴ 연속방전영역 (Continuous discharge region) 방사선입사의유무에관계없이관내에서연속방전 - 검출기로사용할수없음 15
전리함의종류 1. 공동전리함 (Cavity Ion Chamber) - 원통형또는구형空洞에전극설치 - 조사선량측정위해공기등가물질로벽을만들어벽과공동간에전자평형유도 - 폴리에틸렌등수지내벽에흑연피막을입힌것 2. 조직등가전리함 - 전리함벽을인체조직과유사한재질로구성한전리함 선량 ( 흡수선량 ) 평가 3. 외삽형전리함 : 전자평형이성립하지않는곳의흡수선량측정 4. 펄스전리함 : 펄스크기가적으므로 α 선과같은무거운하전입자측정에이용 5. 콘덴서형전리함 : 축전지에일정량의전하를충전해두고방사선에의한생성된전하가이를중화함으로전위가변하는양측정 ( 포켓전리함 ) 환경방사선측정 : 전리함은감마방사선감도가낮아전리함기체압력을높여감도를높인가압형전리함사용 전위차계
Pocket Dosimeter
비례계수관 기체증폭발생 - 입사방사선으로생성된전자가양극으로포집되는과정에서또다른전리를일으키는현상 - 전자사태 : 전자의증배과정 전자사태증배율 10 5 V/m 비례계수관의최대강점 α,β,γ 혼합상태에서 α 만분리측정가능
전자사태와소멸기체 전자사태 : 여기된원자 자외선 광전효과 전자 전자사태 소멸기체 (Quenching gas) : 전자사태를방지하여, 알파, 베타계수목적 자외선은잘흡수하되, 전자는방출하지않음알파, 베타를계수할목적
GM 관 GM 관은비례계수관과달리전자사태를이용 (M=10 9 V/m) : 전자에의한것과여기된원자에서발생한자외선에의한광전자의전자사태 - 양극주변모든영역에서기체증폭발생 생성되는 1 차이온쌍의수에관계없이동일한출력펄스생성 - 펄스의크기가크므로계측시스템의단순화가가능. 에너지선별력이없다. 방사능측정용으로사용. 음극 전자증폭 - - - - - - 양극 충전기체 : 불활성기체 (He, Ar, Ne) + 소멸기체 - Q gas : He + isobutane(0.5%)
GM관의유형 1. 단창형 GM (End-window GM) - 원통형 GM관의한쪽면이알파또는베타입자가투과할수있도록얇은막설치 - α,β의방사능측정 - 주로 100 kev 이상의베타입자의방사능측정또는오염감시에사용 계수율의단위로주로사용 (cpm, cps 등 )
2. 보상형 GM(Compensated GM) 검출기의외벽을 Pb, Sn 등으로적절히차폐하여 200 kev 이하의저에너지광자에대한반응도를반응도를낮추어줌으로써 100 kev에서수 MeV 까지영역에서의반응도를일정하게하여선량을근사적으로얻을수있는 GM 광자의선량률측정 보상형 GM 다양한형태의 GM 관
Geiger-Mueller (GM) instruments Close-up view of probe Top: shield open Bottom: shield closed Module Medical V - 23
Determination of contamination level G-M survey meter with pancake probe Module Medical V - 24
오염측정기 + = (frisker) 프리스커를휴대용계수율계에연결하여방사능오염검사 표면오염도는 100 cm 2 당방사능으로표기 : Bq/100cm 2 25
오염도측정절차 검출기를측정할표면에가능한가까이접근 ( 약 1.5cm 이하 ) 표면위를 5 cm/s 이하의속도로천천히이동하면서측정 측정기의지시치중최대치를읽음 오염된물체와접촉하기쉬운부위는주위를기울여측정 - 손, 팔꿈치, 무릎, 발 검출기를멈추어서 5초이상측정해야하는경우 - 내부오염여부파악을위한코와입의오염검사 - 계수율이증가하는부위
서베이미터취급방법 취급방법 밧데리점검 단자위치조절 (0.1,1,10) 반응시간조절버튼 : F/S Audio Switch : ON/OFF Check background level 검교정유무확인 단위 :cpm, cps, mr/hr Battery Compartment 27
방사선 ( 능 ) 측정시주의사항 배터리충전상태확인 (Battery Check) 전원 ON 후지침이안정될때까지기다릴것 백그라운드측정하여기록할것 지시치및단위에주의
방사선량율측정기종류와바른측정방향 ( 화살표 ) 고선량율측정용텔레텍터 29
Survey Meter Face Plate Top scale : 0~70 cps on X 0.1, 1 Middle scale : 0~20 usv/h on X 0.1,1,10 Bottom scale : 0~20 usv/h on X 100