KR100764868B1

KR100764868B1 - 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치 및 이장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법

Info

Publication number: KR100764868B1
Application number: KR1020060047024A
Authority: KR
Inventors: 하태성; 안철; 김상욱; 안승주
Original assignee: 서울방사선서비스주식회사
Priority date: 2006-05-25
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2007-10-09

Abstract

본 발명은 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치 및 이 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 유해성분의 살균 또는 멸균을 필요로 하는 제품에 수십 kGy 이상의 높은 흡수선량으로 방사선을 조사하는 전자빔 조사공정 전 또는 공정중에 피조사체에 흡수되는 방사선의 조사품질 적합성 관리 및 공정 효율성을 높일 수 있도록 필름선량계를 이용하여 자동으로 조사품질을 측정하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다. 본 발명의 구성은 전자빔 조사기로부터 조사된 방사선량을 측정하는 필름선량계와; 조사 공정이 진행되는 동안 필름선량계를 수납하여 항상 기준 위치에서 전자빔 조사가 이루어지고 측정이 실시되는 동안 필름선량계를 지지하는 지지체와; 지지체를 공정 시작점부터 종점까지 운송할 수 있는 운반 장치와; 상기 필름선량계의 광밀도 변화와 같은 영상을 디지털 신호로 변환함으로써 기억매체에 저장할 수 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등과 같은 영상획득장치와; 상기 필름선량계의 일련번호를 확인하여 선량계의 결함 및 유효성(availability)을 검증하고 상기 영상획득장치로부터 전송된 광밀도 변화를 교정함수를 이용하여 필름선량계의 흡수선량을 계산하고 공정기준에 적합한지를 판단할 수 있는 제어기;를 포함하여 구성한 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치 및 이 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법을 그 기술적 사상의 특징으로 한다.

전자빔가속기, 필름선량계, CCD 카메라, 방사선 멸균, 흡수선량, 도시메트리, 일회용 의료기기, 전자빔 가공

Description

필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치 및 이 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법{Electron beam irradiation automatic measurement apparatus using radiochromic film dosimeter and method for measuring electron beam quality using thereof}

도 1은 개략적인 본 발명의 전체 공정 시스템도이고,

도 2는 본 발명에 따른 필름선량계측정공정 절차 흐름도이고,

도 3은 본 발명의 필름선량계측정공정을 포함한 전자빔조사공정 흐름도이고,

도 4는 본 발명에 사용되는 필름선량계와 지지체를 보인 예시도이고,

도 5는 본 발명에 사용되는 교정함수 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 필름 선량계 (2) : 지지체

(3) : 운반 장치 (4, 4') : 영상획득장치

(5) : 제어기 (6) : 전자빔조사기

(7) : 제품

본 발명은 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치 및 이 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법에 관한 것으로, 자세하게는 의료기기나 위생용품 등의 멸균 공정에서 전자빔을 조사하는 전자빔가공 공정에서 조사된 피조사체에 흡수되는 방사선량을 자동으로 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사선가공, 즉 방사선으로 제품을 가공하는 것은 제품의 부가가치 창출을 위해 중요한 역할을 한다. 방사선을 제품에 쪼이게 되면 물질에 부착돼 있는 유해물질을 선택적으로 제거하여 일회용 의료기기나 의약용품을 멸균 또는 식품을 살균할 수 있고 물질의 가교와 같은 물질의 특성 개선에도 이용된다. 전자빔은 멸균, 살균, 물질특성변화를 위해 방사선공정에 사용되는 일반적인 형태이다. 방사선이 피조사체에 조사되고 투과되면서 부여하거나 잃는 에너지량을 흡수선량이라고 하며 이때 도시메트리는 방사선의 양을 측정하는 것이다.

인체의 건강에 직접적인 영향을 미칠 수 있는 의료기기나 위생용품의 멸균 공정에 방사선이 이용되는 경우 도시메트리에 의한 측정결과와 피조사체에 의해 흡수되는 방사선량의 기록은 중요한 품질관리 방법이다.

품질관리를 위한 측정은 매일 규칙적인 주기로 방사선조사공정의 품질을 모니터링하기 위해 실시되며 이를 일상선량측정(routine dosimetry)이라 부르며 여기에 이용되는 선량계를 일상선량계(routine dosimeter)라고 한다. 교 정(calibration)은 일상선량측정시스템이 국제표준 또는 국가표준과의 소급성(traceability)을 유지하도록 하는 절차로서 일상선량측정의 정도관리를 위한 필수적 절차이다. 교정은 측정시스템이 공정에 투입되기 전에 이뤄지는 것이 바람직하다.

전자빔에 의해 부여되는 방사선량은 여러 가지 방법으로 측정될 수 있다. 예를 들어 축전판을 지나는 방사선의 경로에 의해 유도되는 전류를 조사량으로서 기록하는 것(U.S Pat. No. 4,427,890), 전자빔 내에 위치한 동축 센서 내에 생성된 전류가 센서에 의해 인터셉트된 전자빔 전류와 비례한다고 기록하는 것(U.S Pat. No. 4,629,975), 전자빔 저지(beam stop)에 의해 모여진 전류가 조사되는 제품의 흡수선량의 유용한 측정법이라고 할 수 있는 것(U.S Pat. No. 5,661,305) 등이다.

그러나 이러한 측정법은 전자빔 조사 인자, 이를테면 전류나 에너지를 측정하여 흡수선량을 유추하는 간접적인 방법으로서 실제 제품의 표면 및 깊이의 변화에 따라 달라지는 전자빔이 잃는 에너지의 양, 즉 흡수선량과는 다를 수 있다. 따라서 법규 또는 규격에서는 그 에너지의 양을 직접 측정할 수 있는 방법에 의한 품질관리만을 인정하고 있다.

전자빔을 검출하고 측정하는 또 다른 방법으로는 전자빔에 노출된 방사선에 민감한 필름(또는 radiochromic film)의 광밀도를 측정하는 것이다. 통상적으로 노출되지 않은 radiochromic 필름을 표준 연구소로부터 받은 표준 선량계와 함께 조 사시킴으로써 교정이 이루어진다. 필름 선량계의 결과는 조사 후 필름의 노출 정도, 이를테면 현상된 필름의 광밀도를 측정함에 의해 결정된다. 표준선량계는 표준연구소로 반송하여 측정결과를 얻는데 결과는 흡수선량으로 표시된다. 광밀도 측정결과와 흡수선량 측정결과를 연관시켜 필름선량계에 대한 교정함수를 얻는다. 교정이 완료된 측정시스템은 공정에 투입되어 공정의 품질관리를 위해 일상선량측정을 측정하여 적절한 방사선량이 피조사체에 부여되었는지 확인하고 만일 부정확하다면 조사된 방사선량을 바로잡을 수 있다.

그러나 상기와 같이 필름선량계로부터 측정 결과를 얻기 위해서는 작업자가 조사된 필름 선량계를 회수하여 분광광도계 등에서 광밀도 변화를 측정하고 교정함수 및 선량계산 프로그램이 포함된 제어용 PC를 이용하여 흡수선량을 산출해야 하는데, 이러한 절차는 모두 수동적으로 이뤄지기 때문에 작업자의 숙련도나 공정절차에 따라 측정 신뢰성과 일관성에 문제가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.

또한 측정결과의 산출 및 평가에 소요되는 시간이 길어 측정결과가 공정품질 기준에 적합한지를 판단한 후 전자빔 조사를 위해 실제 제품을 공정에 투하하는 것이 일반적인 전자빔 조사공정의 효율이 매우 저하된다는 문제점이 있다.

따라서 필름선량계와 관련된 종래 기술은 공정과 관련된 기술보다 선량계 자체를 제작하는 기술에 집중되어 있는데 필름을 카드 형태로 포장하고 분광광도계 등과 같은 분석장비를 이용하여 측정 정확도를 높이는 발명(US 6,232,610) 등이 있다.

전자빔을 검출하고 측정하는 또 다른 방법은 전자빔의 흡수로 인해 조사된 제품의 온도 변화를 측정하여 흡수선량을 산출하는 열량계법이다. 열량계는 전자빔에 의한 피조사체의 온도 변화를 측정하고 이 변화치를 방사선량과 연관시킴으로써 정확한 방사선량을 측정하는 한 가지 방법이다. 측정의 정확도를 위해 중대한 열손실없이 측정이 이뤄져야 하기 때문에 조사시간이 수 시간에 이르는 감마선가공보다 수 초 또는 수 분 이내에 조사가 완료되는 전자빔 조사가 열량계 방법을 적용하기에 적당하다. 열량계와 관련된 종래 기술은 이온 주입기에 의해 반도체 웨이퍼를 가공하는 경우 열량계를 이용하여 웨이퍼에 조사된 방사선량을 측정하는 장치에 대한 발명(U.S Pat, No. 4812663), 폴리에틸렌 필름 사이에 서미스터를 삽입하고 물을 재질로 하는 수납부로 구성된 물 열량계(water calorimeter)(U.S Pat, No. 4,312,224) 그리고 전자빔 가공시설에서 일상측정선량계로서 열량계를 사용하여 공정 효율 및 정확도를 높이는 발명(U.S Pat, No. 6,762,418) 등이다.

하지만 상기와 같이 열량계를 사용한 방법으로 측정하고 제품을 전자빔으로조사시 제품에 따라서 전자빔을 동일 공정에서 여러 번 조사시켜야 하는 경우(포장 규격이 크고 단위 중량이 큰 제품을 양면으로 조사하거나 전력반도체와 같이 수백 kGy 단위의 흡수선량으로 조사하는 경우) 조사시마다 열량계를 교환하여야 하는 불편함이 있어서 연속적인 측정이 불가능하다는 문제점이 있다.

또한 열량계는 개별 선량계마다 교정이 필요하므로 배치(batch)식으로 교정을 실시하는 필름선량계보다 관리비용 및 시간이 더 요구된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 유해성분의 살균 또는 멸균을 필요로 하는 제품(특히 주사기와 같은 일회용 의료기기)에 수십 kGy 이상의 높은 흡수선량으로 전자빔을 조사하는 전자빔 조사공정(공정 전.후 및 공정중)에 피조사체에 흡수되는 전자빔의 조사품질 적합성 관리 및 공정 효율성을 높일 수 있도록 필름선량계를 이용하여 자동으로 흡수선량을 측정하는 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 고 에너지, 고출력을 갖는 전자빔가속기에서 방출되는 전자빔을 멸균을 위해 제품(일회용 의료기기 등)에 조사시 피조사체에 흡수되는 흡수선량을 측정하는 장치에 있어서, 전자빔 조사기로부터 조사된 방사선량을 측정하는 필름선량계와; 조사 공정이 진행되는 동안 필름선량계를 수납하여 항상 기준 위치에서 전자빔 조사가 이루어지고 측정이 실시되는 동안 필름선량계를 지지하는 지지체와; 본 지지체를 로딩 위치, 전자빔 조사 영역, 언로딩 위치까지 연속적으로 운반할 수 있는 운반장치와; 상기 필름선량계의 광밀도 변화와 같은 영상을 디지털 신호로 변환함으로써 기억매체에 저장할 수 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등과 같은 영상획득장치와; 상기 필름선량계의 일련번호를 확인하여 그 결함 및 유효성(availability)을 검증하고 상기 영상획득장치로부터 전송된 신호를 분석하여 필 름선량계의 흡수선량을 계산하고 공정기준에 적합한지를 판단할 수 있는 제어기;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.

본 발명은 고에너지, 고출력을 갖는 전자빔가속기에서 방출되는 전자빔을 일회용의료기기 등에 조사하여 제품에 묻어있는 균을 사멸시키기 위해 수십 kGy의 높은 흡수선량으로 전자빔 조사를 하는 경우 그 공정에 있어서 전자빔 조사 품질의 적합성을 보증할 수 있는 측정장치에 관한 것이다.

전자빔의 조사 품질은 피조사체에 부여되는 전자빔의 흡수선량을 정확히 측정함에 의해 좌우되는데 이를 위해 일상측정절차에 사용되는 선량계로서 본 발명은 필름선량계를 사용한다. 필름선량계는 방사선에 의해 유도되는 필름 광밀도 변화량을 측정하고 그 양이 조사된 방사선량과 비례하는 특성을 이용하여 방사선량을 측정하는 장치로서 다른 선량계보다 가격이 저렴하고 가공이나 포장이 편리한 반면 열이나 습도 등에 민감한 특징이 있다.

이러한 필름선량계를 이용하여 본 발명에서는 방사선량 측정을 위해 CCD(전하결합소자) 카메라를 이용하여 필름의 영상을 획득하고 이를 디지털 신호로 변환하여 특정 파장의 광밀도 변화량을 산출하도록 구성하였다.

본 발명에서 사용되는 제어 프로그램은 공정 제어 및 품질 관리를 수행하는 프로그램으로 CCD 카메라에서 전달된 필름 선량계의 광밀도 변화 신호를 입력 자료로 하여 전자빔 조사선량을 계산하는 기능을 포함한다. 또한 제어 프로그램은 산출된 선량이 공정 품질규격을 만족하는지를 평가하여 그 판정에 따라 제품에 투입 여 부를 포함한 공정 절차 전반을 제어한다. 이러한 일련과정은 자동적으로 수행됨으로써 작업자에 의한 오류를 줄이고 공정의 효율성을 높이며 엄정한 품질관리가 가능토록 구성하였다.

상기와 같은 장치 구성을 가지는 본 발명의 측정 방법은 다음과 같다.

본 발명 장치 수단을 이용한 전자빔 조사공정의 일상선량 측정은 공정이 최소한 시작되기 전과 마무리된 후 1회 이상 실시한다. 하지만 본 발명은 수회 반복 사용가능한 필름 선량계를 사용하므로 전자빔 조사 공정 중에 연속적으로 측정할 수 있다.

제품 조사공정의 개시는 일상선량 측정 결과가 공정기준을 만족하여야만 이루어지게 되며 공정기준은 공정별로 구분되는데 일반적으로 흡수선량과 선량의 변동으로 정의된다.

공정 시작지점에서 필름선량계를 수납공간이 마련된 기준물질의 정해진 위치에 고정시킨다. 이때 사용되는 기준물질은 공정에 투입되는 제품을 모사하기 위해 사용되는 물질로서 유효원자번호가 물과 등가인 특성을 갖으며(공정에 투입되는 제품이 일반적으로 물과 유효원자번호가 유사한 PE 등의 플라스틱이기 때문) 필름선량계는 영상을 획득하여 의미 있는 자료로 변환할 수 있을 정도의 크기를 갖는 것이 바람직하다

기준물질은 카트와 같은 지지체에 고정되어 조사 전 CCD 카메라와 같은 영상획득장치를 이용하여 결함여부를 확인한다. CCD 카메라는 필름선량계의 영상을 획 득하여 제어기로 데이터를 송부한다.

제어기에서는 전달된 데이터로부터 선량계의 일련번호를 확인하고 이에 대응하는 교정함수의 존재 여부 및 유효성 여부를 판단한다. 유효하다고 판단되면 광밀도 데이터로부터 선량계의 조사 여부를 판단한다. 교정함수는 선량계의 광밀도 변화에 따른 흡수선량 변화를 일대일로 대응시킨 함수로서 일반적으로 다항식(polynomial function)으로 표현된다.(도 5 참조)

필름선량계에 대한 사전 점검단계가 끝나면 필름선량계를 수납한 기준물질을 컨베이어 등과 같은 운반장치를 통해 전자빔 조사영역으로 이송하고 조사조건에 따라 방사선을 조사한다.

조사된 필름선량계는 공정시작지점 또는 이에 가까이 위치한 공정종료지점으로 반송되며 CCD 카메라를 이용하여 영상을 획득한다.

획득한 영상을 디지털 자료로 변환하여 다시 제어기로 보내고 제어기에서는 선량계의 일련번호 확인, 광밀도 자료와 교정함수를 이용하여 흡수선량 산출, 결과가 공정기준에 부합하는지 여부에 대한 판단을 하여 다음 공정을 진행한다.

상기와 같이 본 발명은 전자빔 조사공정에서 흡수선량을 자동으로 측정할 수 있는 장치 빛 방법을 제공함으로써 공정 가동 전·후 조사품질에 대한 평가를 실시간으로 수행하고 공정 시간을 대폭 단축시켜 단위시간당 처리물량을 증대시킬 수 있다.

또한 공정 배치마다 일상선량 측정결과를 정확히 기록하고 이를 근거로 하여 공정을 온라인(on-line)으로 제어할 수 있으므로 법적 규제 또는 품질 규격에서 요구하는 엄격한 품질관리기준을 만족시킬 수 있다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 개략적인 본 발명의 전체 공정 시스템도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 본 발명의 조사 및 측정 시스템은 전자빔 조사기(6)로부터 조사된 방사선량을 측정하는 필름선량계(1)와; 조사 공정이 진행되는 동안 필름선량계(1)를 수납하여 항상 기준 위치에서 전자빔 조사가 이루어지고 측정이 실시되는 동안 필름선량계를 수납하는 지지체(2)와; 지지체를 공정 시작점에서 종료점까지 운송하는 운반장치(3)와; 상기 필름선량계(1)의 광밀도 변화와 같은 영상을 디지털 신호로 변환함으로써 기억매체에 저장할 수 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라로 구성된 영상획득장치(4,4')와; 필름선량계의 일련번호를 확인하여 그 결함 및 유효성(availability)을 검증하고 상기 영상획득장치로부터 전송된 신호를 분석하여 필름선량계의 흡수선량을 계산하고 공정기준에 적합한지를 판단할 수 있는 제어기(5)로 이루어진다.

상기 운반 장치(3)는 제품의 로딩 위치, 전자빔 조사 영역, 언로딩 위치까지 멈춤이 없이 연속적으로 순환할 수 있는 컨베이어 장치가 바람직하고, 조사되는 전자빔의 양은 컨베이어 속도를 변화시킴으로써 조절토록 구성한다.

상기 영상획득장치(4,4')는 방사선 조사에 의한 광밀도 변화를 측정하기 위 해 상기 필름선량계를 수납한 지지체가 언로딩 위치에 왔을 때 이에 대한 영상을 획득한 후 이에 대한 정보를 컴퓨터 등에서 처리 가능한 형태로 변환하여 제어기에 전송토록 구성한다.

또한 영상획득장치는 일반 스캐너보다 해상도가 뛰어나고 영상을 선택적으로 획득하여 자동으로 제어기에 전달할 수 있는 CCD 카메라와 같은 형태가 바람직하다.

또한 영상획득장치는 제품의 로딩 위치와 언로딩 위치에 각각 하나씩 설치한다.

상기 제어기(5)는 영상획득장치로부터 전달된 디지털 영상데이터를 통해 필름선량계의 일련번호를 확인하는 수단과, 필름선량계 배치(batch) 별 교정함수를 포함하여 본 함수와 광밀도데이터를 이용하여 흡수선량을 계산하는 수단과, 계산된 결과가 공정기준조건을 만족하는지를 판단하는 수단과, 판단여부에 따라 공정절차를 제어하는 수단을 포함하여 구성한다. 구체적 실시 예는 다음과 같다.

바코드 또는 RFID와 같은 인식장치를 통해 필름선량계의 일련번호(Serial number)를 확인하고 자료를 제어기에서 받아들인다. 일련번호를 통해 공정 배치 코드를 확인한다. 일반적으로 배치 코드는 일련번호 내에 포함되어있는데 BA배치라고 하면 일련번호는 BA1000001과 같은 방식으로 부여된다. 각 배치에 따라 기 산출한 교정함수가 제어기 내에 저장되어 있으며 이는 [도 5]와 같이 광밀도 변화 대비 흡수선량의 수학적 표현이다. 영상획득장치로부터 전달된 광밀도 량은 상기 교정함수 를 이용하여 흡수선량으로 변환할 수 있고 변환된 선량 결과는 공정에서 설정한 기준 흡수선량과 비교하게 된다. 일반적으로 기준이 되는 전자빔 멸균 공정의 흡수선량은 25kGy이고 허용 가능한 변동 폭은 ±10%이다. 측정 선량이 기준을 만족한다면 다음 공정으로 진행하고 만족하지 않는다면 오류를 수정하기 위한 절차를 이행하도록 제어기에서 지시한다.

도면 중 미설명 부호 7은 조사대상 제품인데, 본 발명의 전자빔 조사품질 평가는 조사대상 제품(7)과 함께 선량계(1)를 함께 조사하여 조사 공정 중에 전자빔 조사품질을 평가하도록 구성할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 필름선량계측정공정 절차 흐름도를 도시하고 있는데, 도시된 바와 같이 본 발명은,

측정공정을 초기화하는 필름 선량계 측정공정 시작단계(S101)와;

필름 선량계에 부착된 바코드 또는 인식장치를 이용해서 선량계의 배치(batch)번호나 시리얼번호(serial number)를 확인하는 필름선량계 ID확인 단계(S102)와;

필름선량계가 사용가능한지를 확인하는 필름선량계 유효 판단 단계(S103)와;

필름선량계 유효 판단 단계(S103)에서 유효시 조사 전 필름선량계의 초기 광밀도를 측정하는 조사 전 필름선량계 측정단계(S104)와;

필름선량계를 컨베이어와 같은 운반 장치에 적재하여 전자빔 조사영역을 통과시킴으로써 조사가 이뤄지는 필름선량계 전자빔 조사 단계(S106)와;

전자빔에 조사된 필름선량계를 운반장치를 통해 전자빔 조사 영역에서 반출시키고 조사 전 필름선량계 측정단계(S104)에서 사용된 동일한 제원을 가지는 별도로 구비된 자동측정장치를 이용하여 광밀도를 측정하는 조사 후 필름선량계 측정단계(S107)와;

상기 절차에서 입수된 자료를 가지고 제어기에서 전자빔에 의한 방사선량을 산출하여 필름 선량계에서 측정한 방사선량이 지정된 선량범위 내에 있는지를 확인하는 측정결과 합격 판단단계(S108)와;

상기 측정결과 합격 판단단계(S108)에서 합격시 필름선량계를 이용한 측정공정을 마치는 측정공정 종료단계(S109)로 이루어진다.

상기 필름선량계 유효 판단 단계(S103)에서 만일 필름 선량계가 유효하지 않은 경우 운전자에게 알림메시지를 보내는 알림메시지 단계(S105)를 거쳐 필름 선량계 ID확인 단계(S102)로 되돌아가는 간다.

상기 측정결과 합격 판단단계(S108)에서 계산된 흡수선량이 공정 기준을 만족시키지 못한다면 공정 작업자에게 통지를 하는 운전자 통보 단계(S110)와; 불합격 내역을 자료로 기록하는 불합격 내역 기록 단계(S111)와; 측정결과 합격 판단 단계(S108)에서 불합격이 발생한 문제점을 해결할 때까지 조사 공정을 더 이상 진행하지 않도록 하는 공정중단 단계(S112)를 거친다.

상기 필름 선량계 유효 판단 단계(S103)는 중요한 체크 포인트(check point)로서 적절히 교정이 이루어진 배치에서 제조된 선량계인지, 최근 교정일이 유효일자를 넘었는지를 판단하는 단계이다.

상기 조사 전 필름선량계 측정단계(S104)에서는 CCD 카메라와 같은 영상획득장치를 이용하는 것이 바람직하고, 상기 단계에서 측정된 값은 선량계 제어기로 송부되어 자동 기록된다.

상기 필름 선량계 전자빔 조사 단계(S106)에서 선량계는 운반시 흔들림이 없고 지정된 위치에서 조사가 이뤄지도록 물과 유효원자번호가 등가인 물질에 부착하여 컨테이너 등에 고정시키는 것이 바람직하다.

상기 조사 후 필름 선량계 측정단계(S107)에서 측정된 값은 필름 선량계 제어기로 송부되어 자동 기록된다.

상기 측정결과 합격 판단 단계(S108)에서 지정된 선량범위는 공정 개시 시 공정 조건을 설정할 때 입력되는 값이다. 방사선량을 산출하는 절차를 보다 구체적으로 설명하면, 조사 전 필름선량계 측정단계(S400)의 광밀도와 조사 후 선량계 측정단계(S107)의 광밀도를 제어기에서 입력 값으로 받아들이고 전자빔 조사로 인해 증가된 광밀도 증분을 계산한다. 필름 선량계 ID확인 단계(S102)에서 확인한 필름 선량계 ID 에 해당하는 배치의 교정함수, 즉 광밀도 증분과 흡수선량과의 수학적 관계를 저장매체에서 불러와서 흡수선량을 산출한다.

도 3은 본 발명의 필름선량계측정공정을 포함한 전자빔조사공정 흐름도인데, 도시된 바와 같이,

전자빔 조사 공정이 초기화되는 전자빔 공정 시작 단계(S201)와;

전자빔 조사 공정에서 처리되는 제품 사양(예: 제품 종류, 제품 모델, 고객 정보 등)이 기록되는 제품 사양 기록 단계(S202)와;

제품별 전자빔 조사 조건을 입력하여 제어기에서 이를 근거로 하여 공정을 제어하도록 하는 조사조건 입력단계(S203)와;

조사조건 입력이 적절한지 판단하여 적절치 않으면 조사조건입력 단계로 되돌아가는 조사조건 입력 적절성 판단단계(S204)와;

제품에 전자빔을 조사하기 전에 필름선량계를 이용한 공정 관리 선량을 측정하는 제 1 필름선량계 측정 공정 단계(S205)와;

상기 제 1 필름선량계 측정 공정 단계(S205)가 순조롭게 완료되면 조사될 수량만큼의 제품을 전자빔 조사 영역을 통과시켜 전자빔 처리를 실행하는 제품 전자빔 조사 단계(S206)와:

조사가 완료되면 조사조건 입력단계(S203)에서 입력된 조사 조건을 근거로 하여 제품의 한 면만을 조사할 것인지 반대 면을 포함한 양면을 조사할 것인지를 판단하는 단면조사 판단 단계(S207)와;

요구 선량이 일회 조사할 수 있는 선량보다 큰 경우 여러 차례 나눠서 조사해야 하는데 나눠서 조사한 조사회수가 요구조건을 만족하는지를 판단하는 조사회수 적절성 판단단계(S209)와;

제 1 필름 선량계 측정공정 단계(S20 5 ) 이후 공정상 어떠한 변동이 발생하였는지를 최종 확인하기 위해 필름선량계를 이용하여 흡수선량을 재측정하는 제 2 필름선량계 측정공정 단계(S210)와;

공정에 관련된 내역을 자료화하는 공정내역 기록단계(S211)와;

투입된 제품에 대한 전자빔 조사 공정을 마무리하는 전자빔 공정 종료단계(S212)로 이루어진다.

상기 선량계 측정공정(S205, S210)은 도 2에서 기술한 과정 전체를 이행하는 절차이다. 공정 전 선량계 측정공정(S205)를 실시하여 공정 기준에 합격한 경우 “제품조사공정 시작” 단계로 이행한다. “제품조사공정 종료”가 되면 선량계 측정공정(S210)을 다시 수행하여 공정 전.후 방사선량에 대한 품질정도를 관리한다.

상기 단면조사 판단 단계(S207)에서 양면조사가 필요한 제품은 전자빔으로 조사되는 제품 면을 반전시키기 위해 제품을 뒤집는 제품조사방향 반전단계(S208)를 거쳐 제 1 필름선량계 측정 공정 단계(S205)로 되돌아 감으로써 전자빔에 의한 조사선량을 재차 측정한다.

상기 조사회수가 요구조건을 만족하는지를 판단하는 단계(S209)에서 만일 조사 회수가 요구 조건을 만족시키지 못한다면, 즉 제품에 조사된 선량이 요구 선량보다 적다면 제품전자빔 조사단계(S206)로 되돌아가 추가로 전자빔을 조사하게 된다.

상기 조사조건 입력 단계(S203)는 구체적으로 기술하면, 전자빔 조사 조건은 전자빔 운전 조건(빔 에너지, 전류, 운반 장치 속도), 제품 적재 조건(적재 방향, 제품 크기 및 밀도), 조사 조건(양면 조사 여부, 흡수선량, 다수 조사 여부)으로 구별할 수 있다.

상기 단면조사 판단 단계(S207)에서는 제품의 평균 밀도가 0.1g/cm³이고 전자빔 에너지가 10MeV인 경우 조사 방향의 제품 두께가 30cm를 넘게 되면 양면조사가 필요하다.

상기 조사회수 적절성 판단 단계(S209)는 상기 조사조건입력단계(S203)에서 조사 조건 입력 시 요구 선량을 기록하여 조사 회수를 결정하고 전자빔 조사가 완료될 때마다 조사 회수를 1씩 증가시켜 요구 조건과 부합하는지를 판단한다.

상기 도 3,4에서는 제품에 전자빔을 조사하기 전 또는 후에만 조사하는 것처럼 도시되어 있으나, 제품에 조사중일 때에도 지지체에 담겨진 선량계를 함께 조사되는 공정을 추가하여 조사공정 중 전자빔 조사품질을 평가할 수 있음은 물론이다.

도 4는 본 발명에 사용되는 필름선량계와 지지체를 보인 예시도인데, 상하로 나뉘어진 지지체 내부에 핌름선량계가 내장되어 있음을 알 수 있다.

도 5는 본 발명에 사용되는 교정함수 그래프인데, 전술한 바와 같이 이 그래 프에 의해 교정함수가 구해지는데 교정함수는 선량계의 광밀도 변화에 따른 흡수선량 변화를 일대일로 대응시킨 함수로서 일반적으로 다항식(polynomial function)으로 표현된다

이하 본 발명의 바람직한 실시예이다.

(실시예 1)

일회용주사기의 전자빔 멸균 공정에 관한 실시예이다.

일회용주사기는 일반적으로 수 cc 용량을 갖는 작은 제품으로서 공장출하 단계에서 수백 또는 수천 개가 한 단위로 하여 사각 모양의 하드 보드지 용기에 포장된다.

포장용기의 크기는 제품이나 제조사에 따라 다르나 일례로 600×500×350(mm) 부피를 갖는 용기에 약 2000개의 2cc 일회용주사기가 포함된다.

상기 제품 사양은 “제품사양 기록”단계에서 기록된다. “조사조건 입력”단계에서는 전자빔 가속기 운전조건, 제품적재조건, 조사조건으로 구분하여 기록하는데 일회용주사기는 아래와 같이 명시될 수 있다.

- 전자빔 운전조건 : 에너지 10MeV , 전류 0.1mA,

- 제품 적재 조건 : 적재 방향 기본, 제품크기 600(L)×500(W)×350(D), 밀도 0.15

- 조사 조건 : 양면 조사, 흡수선량 25kGy, 조사 횟수 1

조사조건이 입력되면 조사조건에 대한 검증 단계를 거치게 되는데 이때는 제 어기에 미리 입력된 자료를 활용하여 운전조건이 부정확하다든지 제품크기나 밀도가 공정의 처리 한계를 넘었다든지 흡수선량이나 조사 횟수가 공정 처리 한계를 넘었는지를 점검한다.

다음은 선량계 측정공정으로 이행하게 된다. 도 2에서 명시한 바와 같이 필름선량계를 지지체에 고정하여 컨베이어로 공정 시작점에서 종점까지 이송한다. 이송과정 중에 CCD카메라에 의한 조사 전 영상획득과정과 전자빔 조사, 조사 후 영상획득과정을 거치게 되고 제어기에 의해 산출된 일상측정선량이 “조사조건 입력” 단계에서 입력된 흡수선량 25kGy를 기준변동한계 내에서 만족하는지 평가하게 된다. 본 공정을 원활히 수행한 경우 “제품조사공정시작” 단계로 이동한다.

“제품전자빔조사” 단계에서 조사하고자 하는 일회용주사기가 담긴 포장용기를 처리하고자 하는 수량만큼 공정라인에 적재한다. 공정을 가동시켜 “제품전자빔조사”단계를 수행하는데 양면조사 조건이기 때문에 전자빔에 조사된 제품은 조사 영역에서 반출되어 “제품조사방향 반전” 과정을 거쳐 반대 면을 동일한 조건으로 조사하게 된다.

양면조사 처리된 일회용주사기 포장은 조사회수 1회를 만족하므로 공정에서 회수되어 적절한 보관영역으로 운반한다.

상기 방식으로 요구되는 물량이 모두 처리되면 “제품조사공정종료”가 되고 다시 “선량계측정공정”을 반복 수행하여 공정 후 품질정도관리 절차를 수행하게 된다.

공정기준에 적합하다고 판단된 경우 “공정내역기록” 단계로 이행하게 되고 조사조건을 포함하여 품질관리에 필요한 자료를 기록한다. 이로써“전자빔공정 종료”가 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상기와 같은 본 발명은, 종래 방사선을 이용한 조사시설에서 품질관리를 위해 사용되는 필름 선량계는 방사선 조사 후 분광광도계와 같은 분석장치를 이용하여 흡수선량을 측정하기 위해 조사 후 공정에서 선량계를 회수하여 별도로 위치한 측정 공간에서 처리되기 때문에 소요되는 시간이 길고 작업자의 숙련도에 따라 측정 품질의 변동이 크고, 공정 품질이 확인되지 않으면 제품의 전자빔 조사와 같은 후속 공정을 수행할 수 없기 때문에 원활한 공정관리 및 효율 제고가 어렵다는 문제점을, CCD 카메라를 이용하여 필름 선량계의 영상을 획득하고 이를 디지털 데이터로 변환하여 제어기에서 전자빔의 흡수선량을 전자빔 조사공정 진행 전 또는 진행 중에 자동적으로 측정.확인할 수 있는 본 발명은 on-line으로 공정품질 확인이 가능하여 단위 시간당 처리량을 대폭 증대시키고 흡수선량을 엄격하게 관리,기록하여 품질 정도를 제고할 수 있다는 장점이 있다.

또한 종래 열량계를 사용시에는 제품에 따라서 전자빔을 동일 공정에서 여러 번 조사시켜야 하는 경우(포장 규격이 크고 단위 중량이 큰 제품을 양면으로 조사하거나 전력반도체와 같이 수백 kGy 단위의 흡수선량으로 조사하는 경우) 조사시마다 열량계를 교환하여야 하는 불편함이 따르지만 본 발명의 경우 필름선량계의 측정한도 내에서 여러 번의 조사가 가능하기 때문에 그러한 불편함이 없이 조사시 마다 정확한 흡수선량을 산출할 수 있다는 장점이 있다.

따라서 법에 의한 규제나 GMP(Good Manufacturing Process)와 같은 품질 규격에 따라 제조공정품질을 엄격하게 관리·기록해야 하고 아울러 제한된 시간 내에 대량으로 제품이 생산되는 의료기기 또는 위생용품의 경우 본 발명이 매우 효과적으로 적용될 수 있다는 장점을 가지는 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.

Claims

고 에너지, 고출력을 갖는 전자빔가속기에서 방출되는 전자빔을 멸균을 위해 제품(일회용 의료기기 등)에 조사시 피조사체에 흡수되는 흡수선량을 측정하는 장치에 있어서,

전자빔 조사기로부터 조사된 방사선량을 측정하는 필름선량계와;

조사 공정이 진행되는 동안 필름선량계를 수납하여 항상 기준 위치에서 전자빔 조사가 이루어지고 측정이 실시되는 동안 필름선량계를 지지하는 지지체와;

본 지지체를 로딩 위치, 전자빔 조사 영역, 언로딩 위치까지 연속적으로 운반할 수 있는 운반장치와;

상기 필름선량계의 광밀도 변화와 같은 영상을 디지털 신호로 변환함으로써 기억매체에 저장할 수 있는 CCD(Charge-Coupled Device) 카메라 등과 같은 영상획득장치와;

상기 필름선량계의 일련번호를 확인하여 그 결함 및 유효성(availability)을 검증하고 상기 영상획득장치로부터 전송된 신호를 분석하여 필름선량계의 흡수선량을 계산하고 공정기준에 적합한지를 판단할 수 있는 제어기;를 포함하여 구성되고,

상기 제어기는 영상획득장치로부터 전달된 디지털 영상데이터를 통해 필름선량계의 일련번호를 확인하는 수단과, 필름선량계 배치(batch) 별 교정함수를 포함하여 본 함수와 광밀도데이터를 이용하여 흡수선량을 계산하는 수단과, 계산된 결과가 공정기준조건을 만족하는지를 판단하는 수단과, 판단여부에 따라 공정절차를 제어하는 수단;을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치.
제 1항에 있어서,

상기 영상획득장치는 방사선 조사에 의한 광밀도 변화를 측정하기 위해 상기 필름선량계를 수납한 지지체가 로딩 또는 언로딩 위치에 왔을 때 이에 대한 영상을 획득한 후 이에 대한 정보를 컴퓨터 등에서 처리 가능한 형태로 변환하도록 로딩위치와 언로딩 위치에 각각 설치된 CCD 카메라로 구성한 것을 특징으로 하는 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치.
삭제
의료기기나 위생용품 등의 멸균 공정에서 방사선을 조사하는 방사선가공 공정에서 조사된 피조사체에 흡수되는 방사선량을 측정하는 방법에 있어서,

전자빔 조사 공정이 초기화되는 전자빔 공정 시작 단계(S201)와;

전자빔 조사 공정에서 처리되는 제품 사양(예: 제품 종류, 제품 모델, 고객 정보 등)이 기록되는 제품 사양 기록 단계(S202)와;

제품별 전자빔 조사 조건을 입력하여 제어기에서 이를 근거로 하여 공정을 제어하도록 하는 조사조건 입력단계(S203)와;

조사조건 입력이 적절한지 판단하여 적절치 않으면 조사조건입력 단계로 되돌아가는 조사조건 입력 적절성 판단단계(S204)와;

제 1항 또는 2항 중 어느 한 항에 따른 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치를 구비한 후, 제품에 전자빔을 조사하기 전에 필름선량계를 이용한 공정 관리 선량을 측정하는 제 1 필름선량계 측정공정단계(S205)와;

상기 제 1 선량계 측정공정 단계(S205)가 완료되면 조사될 수량만큼의 제품을 전자빔 조사 영역을 통과시켜 전자빔 처리를 실행하는 제품 전자빔 조사 단계(S206)와:

조사가 완료되면 조사조건 입력단계(S203)에서 입력된 조사 조건을 근거로 하여 제품의 한 면만을 조사할 것인지 반대 면을 포함한 양면을 조사할 것인지를 판단하는 단면조사 판단 단계(S207)와;

요구 선량이 일회 조사할 수 있는 선량보다 큰 경우 여러 차례 나눠서 조사해야 하는데 나눠서 조사한 조사회수가 요구조건을 만족하는지를 판단하는 조사회수 적절성 판단단계(S209)와;

제 1 필름선량계 측정공정단계(S205) 이후 공정상 어떠한 변동이 발생하였는지를 최종 확인하기 위해 필름선량계를 이용하여 흡수선량을 재측정하는 제 2 필름선량계 측정공정단계(S210)와;

공정에 관련된 내역을 자료화하는 공정내역 기록단계(S211)와;

투입된 제품에 대한 전자빔 조사 공정을 마무리하는 전자빔 공정 종료단계(S212)로 이루어지되,

상기 단면조사 판단 단계(S207)에서 양면조사가 필요한 제품은 전자빔으로 조사되는 제품 면을 반전시키기 위해 제품을 뒤집는 제품조사방향 반전단계(S208)를 거쳐 제 1 필름선량계 측정 공정 단계(S205)로 되돌아 감으로써 전자빔에 의한 조사선량을 재차 측정하고.

상기 조사회수 적절성 판단단계(S209)에서 조사 회수가 요구 조건을 만족시키지 못한다면 제품전자빔 조사(S206)단계로 되돌아가 추가로 전자빔을 조사하도록 이루어진 것을 특징으로 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법.
제 4항에 있어서,

상기 제 1 필름선량계 측정공정 단계(S205) 또는 제 2 필름선량계 측정공정 단계(S210)는,

측정공정을 초기화하는 필름선량계 측정공정 시작단계(S101)와;

필름선량계에 부착된 바코드 또는 인식장치를 이용해서 선량계의 배치(batch)번호나 시리얼 번호(serial number)를 확인하는 선량계 아이디(ID)확인 단계(S102)와;

필름선량계가 사용가능한지를 확인하는 필름 선량계 유효 판단 단계(S103)와;

필름선량계 유효 판단 단계(S103)에서 유효시 조사 전 선량계의 초기 광밀도를 측정하는 조사 전 필름선량계 측정단계(S104)와;

필름선량계를 컨베이어와 같은 운반 장치에 적재하여 전자빔 조사영역을 통과시킴으로써 조사가 이뤄지는 필름선량계 전자빔 조사 단계(S106)와;

전자빔에 조사된 필름선량계를 운반장치를 통해 전자빔 조사 영역에서 반출시키고 조사 전 필름선량계 측정단계(S104)에서 사용된 동일한 제원을 가지는 별도로 구비된 자동측정장치를 이용하여 광밀도를 측정하는 조사 후 필름 선량계 측정단계(S107)와;

상기 절차에서 입수된 자료를 가지고 제어기에서 전자빔에 의한 방사선량을 산출하여 필름 선량계에서 측정한 방사선량이 지정된 선량범위 내에 있는지를 확인하는 측정결과 합격 판단 단계(S108)와;

상기 측정결과 합격 판단단계(S108)에서 합격시 필름선량계를 이용한 측정공정을 마치는 측정공정 종료단계(S109)로 이루어지되,

상기 필름선량계 유효 판단 단계(S103)에서 만일 필름선량계가 유효하지 않은 경우 운전자에게 알림메시지를 보내는 알림메시지 단계(S105)를 거쳐 필름선량계 ID확인 단계(S102)로 되돌아가는 가고,

상기 측정결과 합격 판단 단계(S108)에서 계산된 흡수선량이 공정 기준을 만 족시키지 못한다면 공정 작업자에게 통지를 하는 운전자 통보 단계(S110)와; 불합격 내역을 자료로 기록하는 불합격 내역 기록 단계(S111)와; 측정결과 합격 판단 단계(S108)에서 불합격이 발생한 문제점을 해결할 때까지 조사 공정을 더 이상 진행하지 않도록 하는 공정중단 단계(S112)를 거치는 것을 특징으로 하는 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 조사 전 필름 선량계 측정(S104)단계에서는 CCD 카메라로 구성되는 영상획득장치를 이용하여, 상기 단계에서 측정된 값은 선량계 제어기로 송부되어 자동 기록되는 것을 특징으로 하는 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법.
제 5항에 있어서,

상기 측정결과 합격 판단 단계(S108)에서 지정된 선량범위는 공정 개시 시 공정 조건을 설정할 때 입력되는 값으로, 방사선량은 조사 전 필름선량계 측정단계(S400)의 조사 전 광밀도와 조사 후 선량계 측정단계(S107)의 조사 후 광밀도를 제어기에서 입력 값으로 받아들이고 전자빔 조사로 인해 증가된 광밀도 증분을 계 산하고, 필름 선량계 ID확인 단계(S102)에서 확인한 필름 선량계 ID 에 해당하는 배치의 교정함수, 즉 광밀도 증분과 흡수선량과의 수학적 관계를 저장매체에서 불러와서 흡수선량을 산출하는 것을 특징으로 하는 필름선량계를 이용한 전자빔 조사량 자동측정 장치를 사용하여 전자빔 조사품질을 평가하는 방법.