KR100821370B1 - 방사선 검출용 이온 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 단순화되고 소형화가 가능한 방사선 검출용 이온 챔버에 관한 것이다.

본 발명의 실시형태는, 방사선이 입사하는 방사선 입사창을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 전기적으로 접지되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 상기 케이스와 소정 간격으로 이격되고, 상기 케이스와 전기적으로 절연되어 배치되는 신호전극과, 상기 신호전극과 상기 케이스 사이에 전기장을 형성하는 기설정된 전압을 상기 신호전극에 공급하는 신호전극연결부를 포함하는 방사선 검출용 이온 챔버를 제공한다.

본 발명에 따르면, 고전압 전극이 필요 없어 방사선 검출용 이온 챔버의 구조가 단순해지고 소형화되는 효과가 있다.

이온 챔버, 방사선, 두께 측정

Description

방사선 검출용 이온 챔버{IONIZATION CHAMBER FOR DETECTING RADIATION}

도 1은 종래 기술에 따른 이온 챔버를 이용한 방사선 검출기의 구성도.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온 챔버의 사시도.

도 3 및 도 4는 도 2의 방사선 검출용 이온 챔버의 단면도.

도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 복수의 신호전극을 구비한 방사선 검출용 이온챔버의 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

110: 신호전극 111: 신호전극 지지부

120: 케이스 121: 방사선 입사창

130: 신호전극 연결부 140: 기체공급부

150: 제1 지지부 160: 제2 지지부

170: 연결나사부 210: 격벽

본 발명은 방사선 검출용 이온 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조가 단순화되고 소형화가 가능한 방사선 검출용 이온 챔버에 관한 것이다.

이온 챔버(Ionization Chamber)는 기체 충진형 방사선 검출기의 하나로서, 전리상자 또는 전리조라고도 한다. α선·β선·

선 또는 X선 등의 방사선이 이온챔버 내에 입사하면 이온 챔버 내의 기체 분자가 들뜬 상태가 되어 음양의 이온쌍이 생긴다. 이 때, 전극에 적당한 전기장을 걸고 이온을 전극에 모아 전류 또는 전압을 검출하는 것이 이온챔버이다.

도 1은 종래 기술에 따른 이온 챔버를 이용한 방사선 검출기의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 이온 챔버(10)는 케이스(11), 고전압전극(12), 신호전극(13), 절연체(14)를 포함하며, 전원(20)에 의하여 고전압전극(12)과 신호전극(13) 사이에 고전압이 인가된다.

방사선원(30)으로부터 방사선이 케이스(11)의 일면을 통해 입사하면, 케이스(11) 내의 기체는 이온화되어 이온쌍을 형성한다. 이때, 상기 전원(20)에 의하여 상기 고전압전극(12)과 신호전극(13) 사이에 800V 내지 1300V 정도의 고전압이 걸리게 되면, 상기 고전압전극(12)과 신호전극(13) 사이에 전기장이 형성되고, 이에 따라 상기 이온쌍 중 전자는 신호전극(13) 쪽으로, 이온화된 분자는 고전압 전극(12) 쪽으로 유동(drift)하게 된다. 이와 같은 전자와 이온화된 분자의 유동에 의하여 전류를 생성하게 되고, 이 전류를 신호검출부(40)에서 검출하여 방사선량을 측정할 수 있다.

그런데, 이온 챔버 내에 신호전극과 고전압전극을 모두 포함하여야 하므로 이를 수용하기 위한 이온 챔버의 구조가 복잡해지고, 이온 챔버의 소형화가 어려운 문제점이 있다.

또한, 종래에는 하나의 이온챔버는 한 영역에서의 방사선량을 검출하였으며, 복수의 영역에서 방사선량을 검출하기 위하여는 복수의 이온챔버를 이용해야 하므로, 방사선량이 측정되는 영역이 많은 경우 이온 챔버의 개수도 증가하여 부피가 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 소형화가 가능하고 구조가 단순한 이온 챔버를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 복수의 영역의 방사선량을 동시에 측정할 수 있는 이온챔버를 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시형태는, 방사선이 입사하는 방사선 입사창을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 전기적으로 접지되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 상기 케이스와 소정 간격으로 이격되고, 상기 케이스와 전기적으로 절연되어 배치되는 신호전극과, 상 기 신호전극과 상기 케이스 사이에 전기장을 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 상기 신호전극에 공급하는 신호전극연결부를 포함하는 방사선 검출용 이온 챔버를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는, 상기 입사된 방사선에 의하여 상기 기체가 이온화되어 형성되는 전자와 양이온이 상기 신호전극에 인가하는 펄스신호를 상기 신호전극연결부를 통해 입력받아 상기 입사된 방사선의 양을 계산하는 신호처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는, 상기 케이스에 충진되는 기체가 이동하는 기체공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에서, 상기 케이스는, 일면에 상기 방사선 입사창을 갖는 직육면체 형상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에서, 상기 신호전극은, 상기 케이스의 대향하는 양면 사이에 배치되는 평판형 형상인 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시형태는, 방사선이 입사하는 방사선 입사창과, 적어도 하나의 격벽으로 구분되는 복수의 영역을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 전기적으로 접지되는 케이스와, 상기 케이스와 전기적으로 절연되어 상기 복수의 영역에 각각 배치되는 복수의 신호전극과, 상기 복수의 신호전극과 상기 케이스 사이에 전기장을 각각 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 상기 복수의 신호전극 각각에 공급하는 복수의 신호전극연결부를 포함하는 것을 특 징으로 하는 방사선 검출용 이온 챔버를 제공한다.

본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는, 상기 입사된 방사선에 의하여 상기 기체가 이온화되어 형성되는 전자와 양이온이 상기 복수의 신호전극에 각각 인가하는 펄스신호를 상기 복수의 신호전극연결부를 통해 입력받아 상기 입사된 방사선의 양을 각각 계산하는 신호처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는, 상기 케이스에 충진되는 상기 기체가 이동하는 기체공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태를 더욱 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버의 사시도 및 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는, 방사선이 입사하는 방사선 입사창(121)을 갖고 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 접지되는 케이스(120)와, 상기 케이스(120)의 내부에 배치되는 신호전극(110)과, 상기 신호전극(110)과 상기 케이스(120) 사이에 전기장을 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 상기 신호전극(110)에 공급하는 신호전극 연결부(130)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 이온챔버는 제1 지지부(150), 제2 지지부(160), 연결나사부(170), 신호전극 지지부(111), 기체공급부(140)를 더 포함한다.

상기 제1 지지부(150)는 절연체 이루어져 케이스(120)의 내부에 고정되며, 상기 제1 지지부(150)는 상기 신호전극 지지부(111)를 통해 상기 신호전극(110)를 지지한다. 제2 지지부(160)는 연결나사부(170)에 의하여 상기 제1 지지부(150)와 결속되며, 상기 제2 지지부(160)에서 신호전극 연결부(130)와 기체공급부(140)는 외부의 타 기기와 인터페이스하며, 상기 신호전극 연결부(130)는 절연체(131)에 의하여 상기 제2 지지부(160)에 접속된다.

상기 케이스(120)는 직육면체 형상이며, 일면에 방사선이 입사하는 방사선 입사창(121)를 가진다. 또한, 신호전극은 평판형 형상으로 상기 직육면체 형상의 케이스(120)의 대향하는 양면 사이에 배치된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 이온챔버의 단면도를 도시한다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 이온챔버는, 방사선이 입사하는 방사선 입사창(121)와 내부를 복수의 영역으로 구분하는 적어도 하나의 격벽(210)을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 접지되는 케이스(120)와, 상기 케이스(120) 내부의 복수의 영역에 각각 배치되는 복수의 신호전극(110)과, 상기 복수의 신호전극(110) 각각에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 신호전극(110)과 상기 케이스(120) 사이에 전기장을 각각 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 공급하는 복수의 신호전극 연결부(130)를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 이온챔버는 제1 지지부(150), 제2 지지부(160), 연결나사부(170), 복수의 신호전극 지지부(111), 기체공급부(140)를 더 포함한다.

상기 제1 지지부(150)는 케이스(120)의 내부에 고정되며, 상기 제1 지지부(150)은 상기 복수의 신호전극 지지부(111)를 통해 상기 복수의 신호전극(110)을 각각 지지한다. 상기 제2 지지부(160)는 연결나사부(미도시)에 의하여 상기 제1 지지부(150)와 결속되며, 상기 제2 지지부(160)에서 복수의 신호전극 연결부(130)와 기체공급부(140)가 외부의 타 기기와 인터페이스하며, 상기 복수의 신호전극 연결부(130)는 절연체(131)에 의하여 상기 제2 지지부(160)에 지지된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온 챔버의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 방사선 검출용 이온챔버는 케이스(120) 내부에 기체가 충진된다. 상기 기체는 방사선이 입사하지 않는 경우 중성상태에 있으며, 방사선이 입사하는 경우 상기 방사선으로부터의 에너지에 의하여 상기 기체의 분자는 여기 상태 또는 이온화 상태가 된다. 중성 분자가 이온화 상태가 되면 이온화된 분자와 전자로 이루어지는 이온쌍이 생성되며, 이 이온쌍이 기본 적인 전기신호가 된다. 상기 기체로는 불활성 기체가 사용되며, 사용 용도에 따라 가압된 상태의 기체가 사용될 수 있다.

상기 기체가 이온화될 때, 상기 기체 내에 전기장이 형성되어 있지 않다면, 이온쌍은 일정한 평균 운동 에너지를 가지며 무질서하게 움직인다. 그러나, 전기장이 존재한다면, 전자와 양이온은 전기력선을 따라 전자는 양전극 쪽으로 이온화된 분자는 음전극쪽으로 이동한다.

따라서, 신호전극(110)에 고전압이 인가되면, 상기 케이스(120)가 접지에 연결되어 있으므로 상기 신호전극(110)과 상기 케이스(120) 사이에는 전위차가 생겨 전기장이 형성된다. 이 때, 상기 전자는 상기 신호전극(120)으로 이동하여 상기 전가가 가지고 있는 전하량에 의하여 상기 신호전극(120)에 펄스신호를 인가한다. 상기 신호전극(120)에 인가된 펄스신호는 상기 신호전극(120)에 연결된 신호전극 연결부(130)를 통하여 신호처리부(미도시)로 전달되며, 상기 신호처리부(미도시)는 상기 펄스신호의 수를 계수하여 그 수에 따라 상기 방사선 입사창을 통과한 방사선량을 계산한다.

상기 신호 전극(110)은 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, Brass 등의 도전성 물질로 이루어지며, 절연체로 이루어진 신호 전극 지지부(111)에 의하여 제1 지지부(150)에 지지된다. 제2 지지부(160)는 기체공급부(140)와 신호전극 연결부(150)의 일단 형성되며, 연결나사부(170)에 의해 상기 제1 지지부(150)와 연결된다. 또한, 상기 신호전극(110)은 상기 케이스(120)의 내부에 상기 케이스와 소정의 거리 만큼 이격되며, 전기적으로 절연된다.

이와 같은 이온챔버는 철판의 두께를 측정하는 시스템에 사용될 수 있다.

예를 들어, 철판의 하부에 방사선원이 설치되고, 상기 철판의 상부에 상기 이온 챔버가 설치되며, 상기 이온 챔버의 방사선 입사창이 상기 방사선원에 대향하는 경우에, 상기 방사선원이 상기 방사선 입사창을 향하여 방사선을 투사하면, 상기 방사선은 상기 철판에 의하여 방사선이 반사 또는 굴절하거나, 그 일부가 상기 철판을 투과한다. 상기 철판을 투과한 방사선은 상기 방사선 입사창으로 입사한다.

그런데, 상기 철판은 두께에 따라 투과하는 방사선량이 달라지며, 이에 따라 상기 방사선 입사창에 입사되는 방사선의 양과 상기 방사선원에서 투사된 방사선의 양의 비율에 의하여 상기 철판의 두께를 측정할 수 있다.

이 외에도, 본 발명에 따른 방사선 측정용 이온챔버는 섬유 밀도의 측정 등 여러 용도로 사용되며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

이와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 이온챔버는, 케이스 내부에 신호전극 하나만으로 전기장을 형성하여 방사선량을 검출함으로써, 종래 기술과 같은 고전압전극이 없어도 방사선량을 검출할 수 있어, 이온 챔버의 구조가 단순해지고 소형화가 가능하다는 이점이 있다.

또한, 같은 크기의 이온 챔버에서도 상기 고전압전극에 의해 차지하는 부피를 기체로 충진함으로써 방사선량 측정을 위한 기체의 양이 많아지고 이에 따라 입 사하는 방사선과 기체가 반응하는 반응부피가 커져 신호감도를 더 높일 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 케이스 내부에 상기 기체를 충진하기 위하여 기체공급부(140)를 더 포함할 수 있다. 이온 챔버를 계속적으로 사용하는 경우, 이온 챔버 내의 기체가 미약하지만 조금씩 누출되는 경우가 있으며, 또한, 방사선에 계속 노출이 되는 경우, 기체가 변질되는 경우가 있다. 이와 같은 경우에, 기체를 충진하게나 교환하는 것이 필요하며, 이를 위해 기체공급부를 더 구비한다. 상기 기체공급부는 기체 충진 및 교환을 용이하게 하기 위하여 고압 기체에 대하여 기체 누설이 적은 가스 퀵 코넥터(gas quick connector)와 같은 코넥터를 연결하여 사용할 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온챔버에 대하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시형태에 따른 이온챔버는, 케이스(120) 내부가 적어도 하나의 격벽(121)에 의하여 복수의 영역으로 나누어져 있으며, 상기 복수의 영역 각각에는 신호 전극(110)이 하나씩 배치된다. 상기 격벽(121)은 전도성 물질로, 바람직하게는 상기 케이스와 동일한 재질로 이루어진다. 따라서, 상기 케이스(120)가 접지되면, 상기 격벽(121)도 모두 접지된다. 따라서, 상기 복수의 신호 전극(110) 각각에 복수의 신호전극 연결부(130)를 통해 고전압이 인가되면, 상기 복수의 신호 전극(110)과 상기 케이스(120) 또는 상기 복수의 신호 전극(110)과 상기 격벽(121) 사이에 전기장이 형성된다.

따라서, 방사선 입사창을 통하여 상기 케이스(120)의 복수의 영역에 방사선이 입사하면, 각 영역별로 입사된 방사선에 의하여 기체가 각 영역별로 이온화되고, 이온화에 따라 생성된 전자 및 이온화된 분자는 각 영역에 배치된 신호전극(110) 및 격벽(121, 또는 케이스(120))으로 이동하여 각 영역별로 펄스신호를 발생한다.

이와 같이 복수의 영역에서 생성된 펄스신호는 각 신호전극(110)에 연결된 신호전극연결부를 통해 신호처리부(미도시)로 출력되며, 신호처리부(미도시)는 상기 복수의 영역별 펄스신호를 처리하여 각 영역별 방사선량을 검출한다.

즉, 도 5에 도시된 이온챔버는 도 2에 도시된 이온챔버가 여러 개 합쳐진 형태이나, 하나의 케이스 내부를 격벽으로 분리하여 복수의 영역을 형성하여 방사선량을 검출함으로써, 복수의 영역에 대하여 복수의 영역에서 방사선량을 동시에 검출할 수 있는 효과가 있다.

특히, 철판 두께를 측정 시스템에 본 발명의 실시형태에 따른 이온챔버를 사용하는 경우, 한번의 측정으로 철판의 여러 영역에 대한 철판의 두께를 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다.

또한, 이와 같은 이온챔버는 복수의 이온챔버를 서로 연결하여 사용하는 것에 비하여 부피가 작으며, 또한 복수의 영역에서 방사선량을 검출하기 위하여 복수의 이온챔버를 서로 연결하는 구성이 필요 없어 이를 채용하는 시스템의 구조가 간 단해지는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이며, 이 또한 첨부된 청구범위에 기재된 기술적 사상에 속한다 할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고전압 전극이 필요 없어 방사선 검출용 이온 챔버의 구조가 단순해지고 소형화되는 효과가 있다.

또한, 동일한 크기의 방사선 검출용 이온 챔버에서 고전압 전극이 없으므로, 충진되는 기체의 양이 많아 더욱 정밀한 방사선량 측정이 가능하다.

아울러, 복수의 신호전극이 내부에 배치됨으로써, 복수의 영역에 대하여 방사선량을 동시에 측정할 수 있고, 이를 위한 방사선 검출용 이온 챔버의 크기도 소형화되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 방사선이 입사하는 방사선 입사창을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 전기적으로 접지되는 케이스;

   상기 케이스의 내부에 상기 케이스와 소정 간격으로 이격되고, 상기 케이스와 전기적으로 절연되어 배치되는 신호전극;

   상기 신호전극과 상기 케이스 사이에 전기장을 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 상기 신호전극에 공급하는 신호전극연결부; 및

   상기 입사된 방사선에 의하여 상기 기체가 이온화되어 형성되는 전자와 양이온이 상기 신호전극에 인가하는 펄스신호를 상기 신호전극연결부를 통해 입력받아 상기 입사된 방사선의 양을 계산하는 신호처리부;

   를 포함하는 방사선 검출용 이온 챔버.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 케이스에 충진되는 기체가 이동하는 기체공급부를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 방사선 검출용 이온 챔버.
4. 제1항에 있어서, 상기 케이스는,

   일면에 상기 방사선 입사창을 갖는 직육면체 형상인 것을 특징으로 하는 방사선 검출용 이온 챔버.
5. 제4항에 있어서, 상기 신호전극은,

   상기 케이스의 대향하는 양면 사이에 배치되는 평판형 형상인 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 검출용 이온 챔버.
6. 방사선이 입사하는 방사선 입사창과, 적어도 하나의 격벽으로 구분되는 복수의 영역을 갖고, 상기 방사선에 의하여 이온화되는 기체가 내부에 충진되며, 전기적으로 접지되는 케이스;

   상기 케이스와 전기적으로 절연되어 상기 복수의 영역에 각각 배치되는 복수의 신호전극;

   상기 복수의 신호전극과 상기 케이스 사이에 전기장을 각각 형성하도록 기설정된 크기의 전압을 상기 복수의 신호전극 각각에 공급하는 복수의 신호전극연결부; 및

   상기 입사된 방사선에 의하여 상기 기체가 이온화되어 형성되는 전자와 양이온이 상기 복수의 신호전극에 각각 인가하는 펄스신호를 상기 복수의 신호전극연결부를 통해 입력받아 상기 입사된 방사선의 양을 각각 계산하는 신호처리부;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출용 이온 챔버.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   상기 케이스에 충진되는 기체가 이동하는 기체공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 챔버.

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