KR100426337B1 - METHOD FOR FABRICATING CaSO4 THERMOLUMINESCENT DETECTORS FOR ELAPSED TIME OF ACCIDENT - Google Patents
METHOD FOR FABRICATING CaSO4 THERMOLUMINESCENT DETECTORS FOR ELAPSED TIME OF ACCIDENT Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있는 CaSO4:(Dy,Mn) TL의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 TL 감도가 높은 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 각각 제조하여 두 가지 TL 분말을 일정한 비례로 혼합하고 인 화합물을 접착매질로 하는 TL 소자의 제조방법에 관한 것으로, 제조된 TL 소자는 두 개의 명확히 구분되는 피크를 나타내고 있으며, 이 두 개의 피크의 비를 이용하여 방사선 사고시 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있다.The present invention relates to a method for producing CaSO 4 : (Dy, Mn) TL that can determine the radiation dose and the incident time, more specifically CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder with high TL sensitivity The present invention relates to a method for manufacturing a TL device in which the two TL powders are mixed in a constant proportion, and the phosphorus compound is used as an adhesive medium. The manufactured TL device exhibits two distinctly distinct peaks. The ratio can be used to determine the radiation dose and the time of occurrence in a radiation accident.
Description
본 발명은 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있는CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 TL 감도가 높은 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 각각 제조하여 두 가지 TL 분말을 일정한 비례로 혼합하고 인 화합물을 접착매질로 하는 TL 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device that can determine the radiation dose and the incident time, more specifically CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL with high TL sensitivity The present invention relates to a method of manufacturing a TL device in which powders are prepared by mixing two TL powders in a proportional proportion and phosphorus compounds are used as an adhesive medium.
TL 물질(thermoluminescent materials)은 유효원자번호가 공기(Zeff=7.64) 또는 인체조직(Zeff=7.42)과 유사한 조직등가 TL 물질(LiF, Li2B4O7및 MgB4O7등)과 뼈(Zeff=14)와 유사한 비조직등가 TL 물질(CaSO4, CaF2등)로 나눌 수 있다. 조직등가 TL 물질은 광자에 대한 상호작용이 인체조직과 비슷하여 개인피폭선량 측정에 유리하지만 비조직등가 TL 물질에 비해 TL 감도가 낮다는 단점이 있으며, 반면 비조직등가 TL 물질은 TL 감도가 높아 환경방사선과 같은 미약 방사선 측정에 유리한 장점이 있지만 개인피폭선량 평가에 사용하기 위해서는 광자에 대한 에너지 반응(energy response) 값이 크기 때문에 에너지 의존성 보상을 위한 부가적인 필터를 필요로 한다.Thermoluminescent materials include tissue equivalent TL materials (LiF, Li 2 B 4 O 7 and MgB 4 O 7, etc.) whose effective atomic number is similar to air (Z eff = 7.64) or human tissue (Z eff = 7.42). It can be divided into non-tissue equivalent TL materials (CaSO 4 , CaF 2, etc.) similar to bone (Z eff = 14). Tissue equivalent TL material is similar to human tissue, which is advantageous for measuring individual exposure dose, but has lower disadvantage of TL sensitivity than non-tissue equivalent TL material, whereas non-tissue equivalent TL material has high TL sensitivity, The same measurable advantages for weak radiation measurements, however, are the high energy response values for photons for use in the assessment of individual exposure doses, requiring additional filters to compensate for energy dependence.
TL 물질에 첨가되는 활성체에는 여러 가지가 있는데, 그 중에 Dy(Dysprosium)를 첨가한 TL 물질이 감도 및 TL 특성면에서 우수하여 널리 쓰이고 있다. Dy를 첨가한 TL 소자는 선량 평가에 쓰이는 주피크의 위치가 비교적 고온에 형성되며, 또한 페이딩(fading)이 거의 없다. 또한 활성체로 Mn(Manganese)을 첨가한 TL 물질을 사용하는데, 이러한 TL 물질은 주피크가 Dy를 첨가한 TL 물질보다 저온에 위치하며 페이딩도 빠르게 일어난다(도 1참조, CaSO4의 경우). 상기와 같이활성체의 종류에 따라 주피크의 위치 및 시간에 따른 페이딩이 현저히 다르게 나타나며, 이런 현저히 다른 페이딩 특성을 갖는 두 가지 물질을 적절히 이용하여 피폭된 방사선량 및 피폭된 시간을 추정해 낼 수 있다. 구체적으로 서로 다른 주피크 및 페이딩 특성을 갖는 두 가지 TL 물질을 혼합하여 제조한 TL 물질이 대량의 방사선에 피폭된 후 판독을 하면, 고온부에 형성된 피크(Dy를 포함한 TL 물질의 주피크)는 시간에 따라 페이딩이 일어나지 않으므로 감도를 측정하여 피폭선량을 측정할 수 있고, 시간에 따라 페이딩이 일어나는 저온 피크(Mn을 포함한 TL 물질의 주피크)의 페이딩 정도를 측정하여 피폭 시간을 측정해 낼 수 있다. 이때, 저온 피크의 페이딩 정도는 고온 피크에 대한 비로서 측정한다.There are various kinds of activators added to TL materials. Among them, TL materials added with Dy (Dysprosium) are widely used because of their excellent sensitivity and TL properties. In the TL element with Dy, the main peak used for dose evaluation is formed at a relatively high temperature, and there is almost no fading. In addition, a TL material added with Mn (Manganese) is used as an activator. The TL material is located at a lower temperature than the TL material added with Dy, and fading occurs faster (see FIG. 1 , in case of CaSO 4 ). As described above, the fading according to the position and time of the main peak is markedly different according to the type of the activator, and it is possible to estimate the radiation dose and the exposure time by appropriately using two materials having such distinctly fading characteristics. have. Specifically, when a TL material prepared by mixing two TL materials having different main peaks and fading characteristics is exposed to a large amount of radiation and then read, a peak formed at a high temperature portion (the main peak of the TL material including Dy) is timed. As the fading does not occur, the exposure dose can be measured by measuring the sensitivity, and the exposure time can be measured by measuring the fading degree of the low temperature peak (the main peak of the TL material including Mn) in which fading occurs over time. . At this time, the fading degree of the low temperature peak is measured as a ratio to the high temperature peak.
현재 다른 나라에서는 TL 물질 중 두 개 피크를 나타내는 TL 곡선을 갖는 TL 물질을 이용하여 사고 발생시 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정하는 연구를 진행하고 있으며[C. Furetta, J.W.N. Tuyn, F. Louis, J. Azorin-nieto, A. Gutierrez, C.M. H. Driscoll,Appl. Radiat. Isot, 39, 59∼69(1998)], 본 연구자들에 의해서도 TL 물질을 제작하여 연구하기도 하였다[A.R. Lakshmanan, B.C. Bhatt, R.C. Bhatt,Radiat. Prot. Dosim., 27, 15∼20(1989); Shin-Hai Li, Pin-Chieh Hsu,Health Phys., 58, 65∼72(1990)]. 이러한 TL 물질로서 CaSO4:(Dy,Mn) TL 물질이 가장 널리 연구되고 있다. 그러나, 이런 연구에서는 활성체로 포함되는 Dy와 Mn을 CaSO4제조단계에서 처음부터 함께 혼합하여 제조하는데, 이 경우 TL 곡선에서 두 개의 피크가 제대로 분리되지 않거나, 페이딩 특성이 시간 측정에 적절하지 않는 단점이 있다(도 2참조).Currently, other countries are conducting studies to determine radiation exposure dose and incident time using TL materials having TL curves showing two peaks of TL materials [C. Furetta, JWN Tuyn, F. Louis, J. Azorin-nieto, A. Gutierrez, CMH Driscoll, Appl. Radiat. Isot , 39, 59-69 (1998)], and the researchers have also produced and studied TL materials [AR Lakshmanan, BC Bhatt, RC Bhatt, Radiat. Prot. Dosim. , 27, 15-20 (1989); Shin-Hai Li, Pin-Chieh Hsu, Health Phys. , 58, 65-72 (1990). CaSO 4 : (Dy, Mn) TL materials are the most widely studied. However, in this study, Dy and Mn, which are included as activators, are prepared by mixing together from the beginning in the CaSO 4 preparation step, in which two peaks are not properly separated in the TL curve, or the fading characteristics are not suitable for time measurement. There is (see FIG. 2 ).
한국 원자력 연구소에서도 활성체 Dy와 Mn을 제조 초기 단계에 동시에 첨가하여 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 제조하여 시간에 따른 페이딩을 측정하는 실험을 행하였다.도 2에서 보는 바와 같이, CaSO4:Dy,Mn TL 소자의 저온 피크의 높이가 고온 피크의 높이에 비해 상대적으로 낮으며, 또 페이딩이 빨리 되어 6일이 지나면 CaSO4:Mn TL 물질의 피크(저온 피크)가 완전히 사라진다. Mn의 농도비를 높여도 저온 피크의 감도는 높아지지 않으며, 오히려 CaSO4:Dy TL 물질의 주피크(고온 피크)의 뒷부분(고온 부분)이 커져 주피크를 넓게 만들기 때문에 시간 측정이 더욱 어렵게 된다.At the Korea Atomic Energy Research Institute, activators Dy and Mn were added at the initial stage of manufacture to prepare CaSO 4 : (Dy, Mn) TL devices and experiments were performed to measure fading over time. As shown in FIG. 2 , the height of the low temperature peak of the CaSO 4 : Dy, Mn TL device is relatively low compared to the height of the high temperature peak, and fading is fast, and after 6 days, the peak of the CaSO 4 : Mn TL material ( Cold peaks) disappear completely. Increasing the Mn concentration ratio does not increase the sensitivity of the low temperature peak, but rather makes the time measurement more difficult because the main peak (high temperature portion) of the CaSO 4 : Dy TL material becomes larger (high temperature portion).
이에, 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하고자, TL 감도가 높은 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 각각 제조하여 두 가지 TL 분말을 일정한 비례로 혼합하고 인 화합물을 접착매질로 한 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 제조하였으며, 제조된 TL 소자의 TL 곡선에서는 명확히 분리된 두 개의 피크가 나타나며, 이 두 개의 피크의 비를 이용하여 방사선 사고시 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.In order to solve the above problems, the present inventors prepared CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder having high TL sensitivity, respectively, and mixed two TL powders in a proportional proportion to each other. A CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device was fabricated, and two distinct peaks appear in the TL curve of the fabricated TL device. The present invention was completed by finding out that it can be determined.
본 발명의 목적은 방사선 사고시 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있는 TL 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a TL device that can determine the radiation dose and the incident time in a radiation accident.
도 1은 종래 CaSO4:Mn 분말과 CaSO4:Dy 분말의 발광곡선을 나타낸 그래프이며, 1 is a graph showing light emission curves of conventional CaSO 4 : Mn powder and CaSO 4 : Dy powder,
도 2는 자체 제조한 종래의 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자(Dy 와 Mn을 제조 처음 단계에 동시에 첨가한 경우)의 시간에 따른 발광곡선을 나타낸 그래프이며, FIG. 2 is a graph showing a light emission curve of a conventional CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device (when Dy and Mn were added at the same time in the first step of manufacturing) manufactured over time.
도 3은 본 발명의 Mn 함량비(mol%)에 따른 CaSO4:Mn 분말의 TL 감도 변화를 나타낸 그래프이며, 3 is a graph showing the TL sensitivity change of CaSO 4 : Mn powder according to the Mn content ratio (mol%) of the present invention,
도 4는 본 발명의 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 시간에 따른 발광곡선을 나타낸 그래프이며, 4 is a graph showing a light emission curve with time of the CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device of the present invention;
도 5는 본 발명의 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 페이딩을 나타낸 그래프이다. 5 is a graph showing fading of the CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device of the present invention.
상기한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 방사선 사고시 방사선 피폭선량과 사고 발생시간을 결정할 수 있는 TL 소자의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method of manufacturing a TL device capable of determining the radiation dose and the incident time in the radiation accident.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명은 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 제조방법을 포함한다.The present invention includes a method for manufacturing a CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device.
구체적으로, CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 각각 제조하여 인화합물과 혼합하는 단계(단계 1);Specifically, preparing CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder, respectively, mixing with a phosphorous compound (step 1);
상기 단계에서 혼합된 TL 분말을 100∼300 ㎫에서 가압성형하여 분말성형체를 제조하는 단계(단계 2); 및Preparing a powder compact by pressing the mixed TL powder in the step at 100 to 300 MPa (step 2); And
상기 제조된 분말성형체를 500∼700℃에서 소결하는 단계(단계 3)로 이루어진다.Sintering the prepared powder compact at 500 ~ 700 ℃ (step 3).
단계 1은 각각 제조된 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 인화합물과 혼합하는 것으로, 상기 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말은 통상적인 방법으로 제조하며, 바람직하게는 야미시타(Yamashita)의 방법에 의해 제조한다[T. Yamashita, N. Nada, H. Onishi and S. Kitamura,Health Phys., 1971, 21, 295∼300]. TL 감도를 고려하여 Dy는 CaSO4에 대해 0.01∼5.0 몰% 첨가하며, 바람직하게는 0.1 몰% 첨가한다. 또한 Mn은 CaSO4에 대해 0.08∼2.0몰% 첨가하며, 바람직하게는 0.8 몰% 첨가한다(도 3 참조). Mn의 양이 CaSO4에 대해 0.08 몰% 이하 첨가시, TL 감도가낮으며, 2.0 몰% 이상 첨가시 TL 감도의 증감에 변화가 없다.Step 1 is to mix the CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder prepared with a phosphorus compound, respectively, the CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder is prepared by a conventional method, preferably Crab is manufactured by the method of Yamashita [T. Yamashita, N. Nada, H. Onishi and S. Kitamura, Health Phys. , 1971, 21, 295-300. In consideration of the TL sensitivity, Dy is added in an amount of 0.01 to 5.0 mol%, preferably 0.1 mol%, relative to CaSO 4 . In addition, Mn is added in an amount of 0.08 to 2.0 mol% based on CaSO 4 , preferably 0.8 mol% ( see FIG. 3 ). When the amount of Mn is added at 0.08 mol% or less with respect to CaSO 4 , the TL sensitivity is low, and when the amount of Mn is added at 2.0 mol% or more, there is no change in TL sensitivity.
상기 제조된 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 1:1∼1:2의 비로 혼합하며, 바람직하게는 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말이 1:2(w/w)의 비로 혼합한 후 인화합물을 증류수와 함께 첨가하여, 실온에서 천천히 건조시키고 얻어진 덩어리를 분쇄함에 의해 성취된다. CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말의 비는 원하는 비에 따라 임의의 조절이 가능하나, CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말의 혼합비가 1:3 이면 저온 피크 즉, Mn에 의한 피크가 너무 커지게 되어 바람직하지 못하다. 또한 바인더로 사용되는 인화합물은 CaSO4:(Dy,Mn) TL 물질을 고형화(solidification)하는 역할을 하는 것으로, NH4H2PO4, (NH4)2HPO4, H3PO4및 P2O5로 이루어진 군에서 선택된 것을 사용하며, 바람직하게는 NH4H2PO4이다. 상기 인화합물의 함량은 TL 소자의 기계적 강도, TL 감도, TL 소자의 모양 변화 및 프레싱 조건 등을 고려하여 적절히 선택될 수 있으나, 통상 5∼50 몰%, 바람직하기로는 10∼30 몰%, 더욱 바람직하기로는 10∼20 몰%이다.The prepared CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder are mixed at a ratio of 1: 1 to 1: 2. Preferably, CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder are 1: 2 ( A phosphorus compound is added together with distilled water after mixing at the ratio of w / w), and is achieved by slowly drying at room temperature and pulverizing the obtained mass. The ratio of CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder can be arbitrarily adjusted according to the desired ratio, but when the mixing ratio of CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder is 1: 3, The peak due to Mn becomes too large, which is undesirable. In addition, the phosphorus compound used as a binder serves to solidify CaSO 4 : (Dy, Mn) TL material, NH 4 H 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , H 3 PO 4 and P Use is selected from the group consisting of 2 O 5 , preferably NH 4 H 2 PO 4 . The content of the phosphorus compound may be appropriately selected in consideration of the mechanical strength of the TL device, the TL sensitivity, the shape change of the TL device, and the pressing conditions, but is usually 5 to 50 mol%, preferably 10 to 30 mol%, more Preferably it is 10-20 mol%.
단계 2는 상기 단계에서 얻어진 혼합분말은 냉간 압축 또는 열간 압축 등에 의해 가압 성형할 수 있으나 본 발명에서는 냉간압축에 의해 분말성형체로 얻으며, 이 때, 가압성형은 100∼300 ㎫의 압력하에서 통상 수행하였다. 상기 압력은 분말성형체가 소결단계에서 쉽게 부셔지지 않을 정도의 압력이다.In step 2, the mixed powder obtained in the above step may be press-molded by cold compression or hot compression, etc., but in the present invention, the powder is obtained by cold compression. At this time, press molding is usually performed under a pressure of 100 to 300 MPa. . The pressure is such that the powder compact is not easily broken in the sintering step.
이때 TL 소자는 여러 가지 형태의 금형을 사용하면 원하는 모양으로 제조될수 있으며, 그 예로는 디스크(disc)형, 정사각형의 칩(chip) 또는 로드(rod)형 등을 들 수 있으나, 이들에 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 크기와 형태로 제조될 수 있다.In this case, the TL device may be manufactured in a desired shape by using various types of molds, and examples thereof include a disc type, a square chip or a rod type, but are not limited thereto. It may be manufactured in various sizes and shapes depending on the application.
단계 3에서는 상기 제조된 분말성형체를 500∼700℃에서 소결하는 것으로, 소결 단계를 거치면 결합력이 약하여 취급하기 어려웠던 초기 분말 성형체는 완전한 기계적 강도를 갖게 되며, 압축 성형과정에서 섞였을 수 있는 불순물 제거 및 전자덫이 안정되게 된다. 상기 단계에서 얻어진 분말성형체는 500∼700℃에서 20분∼3시간, 바람직하게는 소결 온도 550∼650℃, 소결 시간은 25분∼1시간 동안 소결하는 공정을 거쳐 기계적 강도가 우수하고, TL 분말 상태에서의 TL 특성이 복원된 본 발명의 TL 소자로 제조된다.In step 3, the prepared powder compact is sintered at 500 to 700 ° C., and after the sintering step, the initial powder compact, which is difficult to handle due to a weak bonding force, has complete mechanical strength, and removes impurities that may be mixed during compression molding. The electronic trap becomes stable. The powder compact obtained in the step is 20 minutes to 3 hours at 500 to 700 ° C., preferably sintering temperature is 550 to 650 ° C., and the sintering time is 25 minutes to 1 hour. The TL characteristic in the state is manufactured with the TL element of the present invention restored.
상기 제조방법에 의해 제조된 CaSO4:Dy 및 CaSO4:Mn을 함께 포함하고 있는 TL 물질은도 4에서 보는 바와 같이, 각의 TL 곡선(CaSO4:Dy와 CaSO4:Mn,도 1)의 특성을 지니고 있는 TL 곡선을 나타난다. 구체적으로, CaSO4:Dy에 의해 고온 피크가 나타나며, CaSO4:Mn에 의해 저온 피크가 나타나다. 고온 피크는 페이딩이 거의 발생하지 않으며, 저온 피크는 페이딩이 빨리 일어난다. 이로 인해 고온 피크와 저온 피크의 높이의 비를 비교하여 사고 발생시간을 측정할 수 있으며, 또한 피폭선량을 측정할 수 있다(도 5참조).As shown in FIG. 4 , the TL material containing CaSO 4 : Dy and CaSO 4 : Mn prepared by the above-described method has a TL curve (CaSO 4 : Dy and CaSO 4 : Mn, FIG. 1 ). It shows a characteristic TL curve. Specifically, a high temperature peak appears with CaSO 4 : Dy, and a low temperature peak appears with CaSO 4 : Mn. Hot peaks rarely cause fading, while cold peaks fade quickly. As a result, an accident occurrence time can be measured by comparing the ratio of the heights of the hot peak and the cold peak, and the exposure dose can be measured (see FIG. 5 ).
또한 본 발명은 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 이용하여 방사선 사고시 피폭선량과 사고 발생시간을 결정하는 방법을 포함한다.In addition, the present invention includes a method for determining the exposure dose and the occurrence time of the accident during a radiological accident using a CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device.
구체적으로, 방사선에 조사된 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 얻는 단계(단계 1);Specifically, obtaining a CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device irradiated with radiation (step 1);
얻어진 TL 소자를 TLD 판독장치를 이용하여 TL 곡선을 측정하는 단계(단계 2);Measuring the TL curve of the obtained TL device using a TLD reader (step 2);
측정된 TL 곡선 중 고온 피크의 TL 감도를 분석하여 피폭선량을 결정하는 단계(단계 3);Determining the exposure dose by analyzing the TL sensitivity of the hot peak in the measured TL curve (step 3);
측정된 TL 곡선 중 저온 피크와 고온 피크의 TL 감도비를 측정하여 사고 발생시간을 결정하는 단계(단계 4)로 이루어진 피폭선량 및 사고 발생시간을 결정하는 방법을 포함한다.It includes a method of determining the exposure dose and the incident occurrence time consisting of the step (step 4) of determining the incident occurrence time by measuring the TL sensitivity ratio of the low temperature peak and the high temperature peak of the measured TL curve.
본 발명의 TLD 판독장치는 통상적인 TLD 판독장치를 사용가능하다.The TLD reader of the present invention can use a conventional TLD reader.
방사선에 조사된 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 얻은 후 TLD(Thermoluminescence Dosimeter) 판독 장치를 이용하여 측정된 TL 곡선은도 4에서 보는 바와 같다. 얻어진 TL 곡선은도 1에서 보는 바와 같이, CaSO4:Dy와 CaSO4:Mn TL 물질에 대한 각각의 TL 곡선의 특성을 동시에 나타내며, 이를 이용하여 피폭선량과 사고 발생시간을 측정할 수 있다. 구체적으로,도 5의 30일 간의 저온 피크와 고온 피크의 페이딩 결과에서 보는 바와 같이 고온 피크는 시간의 경과에 따라 TL 감도에 크게 변화가 없으나, 저온 피크는 시간의 경과에 따라 TL 감도가 크게 감소함을 알 수 있다. 이에, 고온 피크의 감도로 피폭선량을 결정할 수 있으며, 저온 피크와 고온 피크의 비로 방사선 사고 시간을 결정할 수 있다.After obtaining the CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device irradiated with radiation, the TL curve measured using a TLD (Thermoluminescence Dosimeter) reading device is shown in FIG. 4 . As shown in FIG. 1 , the obtained TL curves simultaneously represent the characteristics of the respective TL curves for CaSO 4 : Dy and CaSO 4 : Mn TL materials, and the exposure dose and the incident time may be measured using the same. Specifically, as shown in the fading results of the 30-day low temperature peak and the high temperature peak of FIG. 5, the high temperature peak does not change significantly with time, but the low temperature peak has a significant decrease in the TL sensitivity with time. It can be seen. Thus, the exposure dose can be determined by the sensitivity of the high temperature peak, and the radiation accident time can be determined by the ratio of the low temperature peak and the high temperature peak.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples.
하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.The following examples are illustrative of the invention and are not intended to limit the scope of the invention.
<실시예 1> CaSOExample 1 CaSO 44 :(Dy,Mn) TL 소자의 제조Fabrication of (Dy, Mn) TL Devices
TL 물질로 CaSO4:(Dy,Mn) 물질을 이용하여 본 발명의 제조방법에 의해 디스크형 TL 소자를 제조하기 위하여 하기와 같이 실시하였다.As a TL material, a CaSO 4 : (Dy, Mn) material was used as follows to prepare a disk-type TL device by the manufacturing method of the present invention.
(단계 1) CaSO(Step 1) CaSO 44 :Dy, CaSO: Dy, CaSO 44 :Mn TL 분말의 혼합분말 제조: Preparation of mixed powder of Mn TL powder
CaSO4:Dy 및 CaSO4:Mn TL 분말은 기본적으로 Yamashita의 방법에 따라 제조하였다[T. Yamashita, N. Nada, H. Onishi and S. Kitamura,Health Phys., 1971, 21, 295∼300].CaSO 4 : Dy and CaSO 4 : Mn TL powders were basically prepared according to the method of Yamashita [T. Yamashita, N. Nada, H. Onishi and S. Kitamura, Health Phys. , 1971, 21, 295-300.
활성체인 Dy2O3을 묽은 황산 수용액 수 ㎖에 용해시킨 후 진한 황산이 든 플라스크에 붓고 원시시약인 Ca(NO3)2·4H2O(23.625 g)를 첨가하였다. 상기 플라스크를 320℃에서 가열하여 진한 황산을 증류시키면 플라스크 내벽에 CaSO4:Dy 결정체가 형성되었다. 상기 형성된 결정체를 분리하여 증류수로 몇 차례 세척한 후 씻어내고 분쇄하여 일정 굵기의 분말을 추출하였다. 추출한 분말을 700℃에서 1시간 동안 소결하여 목적하는 CaSO4:Dy TL 분말을 제조하였다.The active Dy 2 O 3 was dissolved in a few ml of diluted sulfuric acid aqueous solution, poured into a flask containing concentrated sulfuric acid, and Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O (23.625 g) as a raw reagent was added. The flask was heated at 320 ° C. to distill the concentrated sulfuric acid to form CaSO 4 : Dy crystals on the inner wall of the flask. The formed crystals were separated, washed several times with distilled water, washed, and pulverized to extract a powder having a predetermined thickness. The extracted powder was sintered at 700 ° C. for 1 hour to prepare a desired CaSO 4 : Dy TL powder.
활성체인 MnCl20.8 ㏖% 를 증류수에 용해시킨 후 진한 황산이 든 플라스크에붓고 원시시약인 Ca(NO3)2·4H2O(23.625 g)를 첨가하였다. 상기 플라스크를 320℃에서 가열하여 진한 황산을 증류시키면 플라스크 내벽에 CaSO4:Mn 결정체가 형성되었다. 상기 형성된 결정체를 분리하여 증류수로 몇 차례 세척한 후 씻어내고 분쇄하여 일정 굵기의 분말을 추출하였다. 추출한 분말을 700℃에서 1시간 동안 소결하여 목적하는 CaSO4:Mn TL 분말을 제조하였다.0.8 mol% of the active agent MnCl 2 was dissolved in distilled water, poured into a flask containing concentrated sulfuric acid, and Ca (NO 3 ) 2 .4H 2 O (23.625 g) was added as a raw reagent. The flask was heated at 320 ° C. to distill the concentrated sulfuric acid to form CaSO 4 : Mn crystals on the inner wall of the flask. The formed crystals were separated, washed several times with distilled water, washed, and pulverized to extract a powder having a predetermined thickness. The extracted powder was sintered at 700 ° C. for 1 hour to prepare a desired CaSO 4 : Mn TL powder.
상기 단계에서 얻어진 CaSO4:Dy TL 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 1:2(w/w)로 혼합하고, 소자로 제조하기 위해 접착매질로 10 몰%의 NH4H2PO4를 첨가하여 용해시킨 후 골고루 혼합하였다.CaSO 4 : Dy TL powder and CaSO 4 : Mn TL powder obtained in the above step were mixed at 1: 2 (w / w), and 10 mol% of NH 4 H 2 PO 4 was added as an adhesive medium to prepare the device. After dissolving, the mixture was evenly mixed.
(단계 2) 가압성형단계(Step 2) Press molding step
상기 단계에서 얻어진 혼합 분말을 직경 4.5 ㎜ 디스크형의 금형세트에 장입한 후 상온에서 약 200 ㎫의 압력을 가하여 디스크형(직경 4.5 ㎜, 두께 0.8 ㎜)의 분말성형체로 제조하였다.The mixed powder obtained in the above step was charged into a mold having a diameter of 4.5 mm, and then a pressure of about 200 MPa was applied at room temperature to prepare a disk shaped powder (4.5 mm in diameter, 0.8 mm in thickness).
(단계 3) 소결단계(Step 3) Sintering Step
상기 단계에서 얻어진 분말성형체를 600℃ 온도에서 30분 동안 소결하여 디스크형의 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자를 제조하였다.The powder compact obtained in the above step was sintered at 600 ° C. for 30 minutes to prepare a disc-shaped CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device.
<실험예 1> 본 발명의 CaSOExperimental Example 1 CaSO of the Present Invention 44 :(Dy,Mn) TL소자의 시간에 따른 TL 특성TL Characteristics over Time of (Dy, Mn) TL Devices
상기 실시예 1에서 제조된 TL 소자의 특성을 평가하기 위하여, 한국원자력연구소 보유137Cs γ선으로 조사시킨 후 TLD 판독장치(Teledyne system 310, USA)를 사용하여 TL 곡선을 측정하고 방사선에 대한 TL 감도를 분석하였다.In order to evaluate the characteristics of the TL device manufactured in Example 1, after irradiating with 137 Cs γ ray owned by the Korea Atomic Energy Research Institute, the TL curve was measured using a TLD reader (Teledyne system 310, USA) and the TL for radiation Sensitivity was analyzed.
결과는도 4및도 5에 나타내었으며,도 4는 실시예 1에서 제조된 TL 소자의 조사 후 시간에 따른 TL 곡선 모양의 변화를 나타낸 것이며,도 5는 30일간의 피크 1(peak 1)과 피크 2(peak 2)의 페이딩 결과를 나타낸 것이다.The results are shown in Figures 4 and 5 , Figure 4 shows the change in the shape of the TL curve with time after irradiation of the TL device manufactured in Example 1, Figure 5 shows the peak 1 (peak 1) and 30 days The fading result of peak 2 is shown.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명 제조방법에 의한 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 TL 곡선은 CaSO4제조시 Dy 및 Mn을 함께 혼합하여 제조하는 종래 제조방법에 의한 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자의 TL 곡선인도 2의 TL 곡선과 달리 피크 1과 피크 2를 명확히 구분되며,도 1의 CaSO4:Dy 및 CaSO4:Mn TL 소자 각각의 TL 곡선의 특성이 유지됨을 알 수 있다.As shown in Figure 4, according to the present invention production process CaSO 4: (Dy, Mn) TL curves of TL element is CaSO 4, CaSO 4 according to a conventional method for producing a mixture with Dy and Mn in the manufacture: (Dy Unlike the TL curve of FIG. 2 , which is the TL curve of the TL device, the peak 1 and the peak 2 are clearly distinguished, and the characteristics of the TL curves of the CaSO 4 : Dy and CaSO 4 : Mn TL devices of FIG. 1 are maintained. Can be.
도 5는 CaSO4:(Dy,Mn) TL소자를 방사선에 조사시킨 후 한달간 보관하면서 피크 1과 피크 2의 페이딩을 측정한 결과이다. 저온 위치에 나타나는 CaSO4:Mn에 의한 피크 1은 한달동안 현저한 속도로 페이딩 되었고, CaSO4:Dy 에 의한 피크 2는 한달동안 페이딩이 없음을 알 수 있다. 따라서 피크 1/피크 2 의 값은 시간에 따라 감소하게 되고, 이 값으로서 방사선에 피폭된 후 시간이 얼마나 지났는지 측정 할 수 있다. 여기서 피크 1/피크 2의 값 대신 피크 2/피크 1 의 값을 이용하여도 그 값이 증가하는 정도에 따라 시간을 측정 할 수 있다. 그리고도 5에서 보는 것처럼 페이딩이 일어나지 않는 피크 2로 방사선 피폭 선량도 정확하게 측정해 낼 수 있다. FIG. 5 shows the results of measuring fading of peak 1 and peak 2 while storing CaSO 4 : (Dy, Mn) TL devices after irradiation with radiation for one month. Peak 1 due to CaSO 4 : Mn appearing at a cold position faded at a remarkable rate for one month, peak 2 due to CaSO 4 : Dy can be seen that no fading for a month. Therefore, the value of Peak 1 / Peak 2 decreases with time, and this value can be used to measure how much time has passed since exposure to radiation. Here, even if the value of peak 2 / peak 1 is used instead of the value of peak 1 / peak 2, the time can be measured according to the increase of the value. In addition, as shown in FIG. 5 , the radiation exposure dose can be accurately measured at peak 2 without fading.
상술한 바와 같이, 본 발명의 CaSO4:(Dy,Mn) TL 소자는 CaSO4:Dy 분말과 CaSO4:Mn TL 분말을 각각 제조하고, 이를 일정한 비로 혼합하여 제조된 TL 소자는 저온 피크 및 고온 피크로 이루어진 두 개의 피크가 명확히 분리되는 TL 곡선을 나타내며, 이 두 개의 피크는 시간에 따른 페이딩 특성이 현저히 다른 양상을 보인다. 따라서 방사선 피폭 된 후 시간이 지나 판독시, 페이딩이 일어나지 않는 피크(피크 2)에 대한 페이딩이 빠른 피크(피크 1)의 비를 이용하여 방사선 사고시 방사선 피폭선량 및 사고 발생시간을 결정할 수 있다.As described above, the CaSO 4 : (Dy, Mn) TL device of the present invention manufactures CaSO 4 : Dy powder and CaSO 4 : Mn TL powder, respectively, and the TL device manufactured by mixing them in a constant ratio has a low temperature peak and high temperature. Two peaks consisting of peaks show a clearly separated TL curve, and these two peaks show remarkably different fading characteristics over time. Therefore, when reading over time after radiation exposure, the dose of radiation exposure and incident time can be determined by using the ratio of the peak (peak 1) with a fast fading to the peak without peak (peak 2).
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