KR101445152B1 - Temperature gradient control device for sensor - Google Patents

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주관식
전상준
박혜민
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명지대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a temperature gradient control device for a sensor and a radiation detection sensor having the same. The temperature gradient control device includes a housing mounted on a sensor and forming an external appearance; a thermoelectric element mounted inside the housing and generating heat or absorbing heat in accordance with the amount of current to maintain and control the temperature inside the housing; a thermal equilibrium plate mounted inside the housing to disperse the heat transferred from the thermoelectric element; and a temperature sensor measuring the temperature inside the housing in real time.

Description

온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서{TEMPERATURE GRADIENT CONTROL DEVICE FOR SENSOR}[0001] TEMPERATURE GRADIENT CONTROL DEVICE FOR SENSOR [0002]

본 발명은 온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방사선 센서 내부의 온도를 일정하게 설정함으로써 외부 온도에 따른 방사선 검출 특성 분석이 가능한 온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서에 관한 것이다.
The present invention relates to a temperature gradient control apparatus and a radiation detection sensor having the same, and more particularly, to a temperature gradient control apparatus capable of analyzing a radiation detection characteristic according to an external temperature by setting a temperature in a radiation sensor to be constant, Sensor.

일반적으로 방사선 검출 센서는 입사하는 방사선이나 하전입자에 의해 생성되는 전자의 전하량을 측정하여 방사선의 위치 또는 에너지를 측정하는 방식으로, 의료 영상 기기, 비파괴 검사용 검출기, 방사선 선량계, 고에너지 물리 실험 등 다양한 영역의 방사선 응용 분야에서 사용된다.Generally, a radiation detection sensor measures the position or energy of a radiation by measuring the amount of charge generated by an incident radiation or a charged particle, and is used for medical imaging equipment, a detector for non-destructive inspection, a radiation dosimeter, It is used in various areas of radiation applications.

특히, 방사선 검출 센서가 의료 분야나 비파괴 분야 등에 적용되기 위해서는 적은 양의 방사선만으로도 일정 수준 이상의 선명한 영상 획득이 가능해야 한다. 방사선 검출 센서의 성능이 우수하지 못한 경우 필요한 영상을 얻기 위해 상대적으로 많은 양의 방사선이 필요하고, 이는 장시간 방사선 노출로 인한 인체의 악영향을 초래하게 된다. 따라서 방사선 검출 센서가 다양한 산업분야에 적용되기 위해서는 방사선 노출 시간의 감소가 필요하며, 이를 위해 필수적으로 방사선 검출 센서의 검출 성능 향상이 필요하다.In particular, in order to be applied to a medical field or a non-destructive field, a radiation detection sensor must be able to acquire a certain level of clear image with only a small amount of radiation. If the performance of the radiation detection sensor is not excellent, a relatively large amount of radiation is required to obtain the necessary image, which causes the human body to be adversely affected by the long time radiation exposure. Therefore, in order to apply the radiation detection sensor to various industrial fields, it is necessary to reduce the radiation exposure time. Therefore, it is essential to improve the detection performance of the radiation detection sensor.

또한, 사용 환경에 따라 방사선 검출 센서의 동작 특성이 달라질 수 있기 때문에 방사선 계측 환경요인에 따른 방사선 검출 센서의 특성 평가가 수반되어야 한다. 특히 온도는 여러 방사선 계측 환경요인 중 방사선 검출 센서의 특성에 영향을 주는 중요한 인자이므로, 센서 내의 온도구배를 일정하게 유지할 수 있는 구조가 필요했다.Also, since the operating characteristics of the radiation detection sensor may vary depending on the use environment, it is necessary to evaluate the characteristics of the radiation detection sensor according to radiation environment factors. Especially, temperature is an important factor affecting the characteristics of radiation detection sensor among various radiation measurement environmental factors. Therefore, a structure capable of maintaining the temperature gradient in the sensor constant was needed.

그러나 종래의 방사선 검출 센서는 냉각수나 냉각공, 열선 등의 사용으로 구성이 복잡하고, 소형으로 만들기가 어려워 적용 가능한 분야가 제한적이며, 열선이나 냉각수의 사용으로 적절한 온도구배를 유지하기에 어려운 문제가 있었다.
However, the conventional radiation detection sensor has a complicated structure due to the use of cooling water, a cooling ball, a hot wire, etc., and thus it is difficult to make it small, so that the applicable fields are limited, and it is difficult to maintain an appropriate temperature gradient by use of heat wire or cooling water there was.

전술한 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 소형의 방사선 검출 센서를 제공할 수 있도록 소형의 온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a small temperature gradient control apparatus and a radiation detection sensor having the same, which can provide a small radiation detection sensor.

또한, 본 발명은 열전소자를 이용해 온도구배가 효과적으로 조절되는 온도구배 제어 장치를 제공함으로써 방사선 검출 센서의 성능을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to improve the performance of a radiation detection sensor by providing a temperature gradient control device in which a temperature gradient is effectively controlled using a thermoelectric element.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 센서에 장착되며, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징의 내부에 장착되며, 전류량에 따라 발열 또는 흡열하여 상기 하우징 내부의 온도를 유지 및 조절하는 열전소자; 상기 하우징의 내부에 장착되어 상기 열전소자로부터 전달된 열을 분산시키는 열평형판; 및 상기 하우징 내부의 온도를 실시간으로 측정하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a sensor comprising: a housing mounted on a sensor and defining an outer appearance; A thermoelectric element mounted inside the housing and heating and absorbing heat according to an amount of current to maintain and adjust a temperature inside the housing; A thermal equilibrium plate mounted inside the housing to disperse heat transferred from the thermoelectric element; And a temperature sensor for measuring the temperature inside the housing in real time.

상기 하우징 내부에 장착되며, 방사선에 의해 빛을 발생시키는 섬광체와, 상기 섬광체로부터 발생된 빛을 수집하여 전기 신호로 변환하는 반도체 센서를 더 포함할 수 있다.A scintillator mounted in the housing for generating light by radiation, and a semiconductor sensor for collecting light generated from the scintillator and converting the light into an electrical signal.

그리고 상기 하우징 내부에 장착되며, 상기 온도 센서에 의해 측정된 결과를 실시간으로 표시하는 디스플레이를 더 포함하는 것이 바람직하다.And a display mounted in the housing and displaying a result of the measurement by the temperature sensor in real time.

상기 열전소자는 한 쌍으로 구비되며, 상기 섬광체 및 반도체 센서의 상측 및 하측에 각각 결합되는 것이 바람직하고, 상기 하우징은 상부 및 하부로 분리할 수 있도록 결합되어 구성되며, 상기 한 쌍의 열전소자는 상기 상부 하우징 및 하부 하우징 각각에 장착될 수 있다.Preferably, the thermoelectric elements are coupled to the upper side and the lower side of the scintillator and the semiconductor sensor, respectively, and the housing is detachably connected to the upper and lower sides, And may be mounted to the upper housing and the lower housing, respectively.

상기 열평형판은 한 쌍으로 구비되며, 상기 열전소자의 상측 및 하측에 각각 결합되는 것이 바람직하다.It is preferable that the thermal equilibrium plates are provided in pairs and are respectively coupled to the upper side and the lower side of the thermoelectric elements.

상기 열전소자와 하우징의 접촉면, 상기 하우징과 열평형판의 접촉면에는 열전달 물질(Thermal grease)이 도포될 수 있으며, 상기 열전소자는 전류의 조절에 의해 발열 또는 흡열하는 펠티에 소자인 것을 특징으로 한다.A thermal grease may be applied to a contact surface between the thermoelectric element and the housing and a contact surface between the housing and the thermally stable plate, and the thermoelectric element is a Peltier element that generates heat or absorbs heat by controlling current.

그리고 상기 반도체 센서는 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 영하 20도 내지 영상 70도 사이에서 상기 섬광체가 발생시킨 빛을 수집하여 전기신호로 변환하는 것이 바람직하다.
Preferably, the semiconductor sensor collects the light generated by the scintillator and converts the sensed light into an electrical signal when the temperature measured by the temperature sensor is between -20 degrees and 70 degrees.

또한, 본 발명은 방사선을 검출하는 방사선 검출 센서에 있어서, 상기 방사선 검출 센서는, 외관을 형성하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 장착되며, 전류량에 따라 발열 또는 흡열하여 상기 하우징 내부의 온도를 유지 및 조절하는 열전소자와, 상기 하우징의 내부에 장착되어 상기 열전소자로부터 전달된 열을 분산시키는 열평형판과, 상기 하우징 내부의 온도를 실시간으로 측정하는 온도 센서와, 상기 하우징 내부에 장착되며, 방사선에 의해 빛을 발생시키는 섬광체와, 상기 섬광체로부터 발생된 빛을 수집하여 전기 신호로 변환하는 반도체 센서, 및 상기 온도 센서에 의해 측정된 결과를 실시간으로 표시하는 디스플레이를 포함하여 구성되는 온도구배 제어장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 센서를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a radiation detection sensor for detecting radiation, the radiation detection sensor comprising: a housing for forming an outer appearance; a housing mounted inside the housing for maintaining or maintaining a temperature inside the housing, A temperature sensor mounted in the housing to disperse the heat transferred from the thermoelectric element, a temperature sensor for measuring a temperature inside the housing in real time, and a temperature sensor mounted inside the housing, A temperature gradient control unit configured to include a scintillator for generating light by radiation, a semiconductor sensor for collecting light generated from the scintillator and converting the light into an electric signal, and a display for displaying a result measured by the temperature sensor in real time, The apparatus further includes a radiation detector.

이때, 상기 반도체 센서는 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 영하 20도 내지 영상 70도 사이에서 상기 섬광체가 발생시킨 빛을 수집하여 전기신호로 변환하는 것이 바람직하다.In this case, the semiconductor sensor preferably collects the light generated by the scintillator and converts the sensed light into an electric signal when the temperature measured by the temperature sensor is between -20 ° C and + 70 ° C.

상기 열전소자는 한 쌍으로 구비되며, 상기 섬광체 및 반도체 센서의 상측 및 하측에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.The thermoelectric elements are provided in a pair, and are coupled to the upper side and the lower side of the scintillator and the semiconductor sensor, respectively.

상기 열평형판은 한 쌍으로 구비되며, 상기 열전소자의 상측 및 하측에 각각 결합되는 것을 특징으로 한다.
The thermal equilibrium plates are provided as a pair, and are coupled to the upper and lower sides of the thermoelectric element, respectively.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서는 소형의 센서에 적합한 크기를 가짐으로써 구동을 위한 전력 소비가 적고 방사선 검출 센서의 크기를 소형화시킬 수 있는 장점이 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the temperature gradient control device and the radiation detection sensor having the temperature gradient control device according to the present invention have a size suitable for a small-size sensor, so that the power consumption for driving is small and the size of the radiation detection sensor can be miniaturized.

또한, 본 발명에 따른 온도구배 제어 장치 및 이를 갖는 방사선 검출 센서는 열전소자를 이용함으로써 방사선 검출 센서 내부의 온도구배를 균일하게 조절할 수 있어 방사선 검출 센서의 성능이 향상되는 효과가 있다.
In addition, the temperature gradient control device and the radiation detection sensor having the temperature gradient control device according to the present invention can uniformly adjust the temperature gradient inside the radiation detection sensor by using the thermoelectric element, thereby improving the performance of the radiation detection sensor.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 온도구배 제어 장치가 구비된 방사선 검출 센서를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 온도구배 제어 장치를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 온도구배 제어 장치에 의해 측정된 온도 변화에 따른 방사선 검출 변화 추이를 나타낸 그래프.1 is a perspective view showing a radiation detection sensor having a temperature gradient control device according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view showing a temperature gradient control device according to an embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a graph showing changes in radiation detection changes according to temperature changes measured by a temperature gradient control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 온도구배 제어 장치에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에서는 편의상 센서의 일례로 방사선 검출 센서를 기준으로 설명하였으나, 균일한 온도구배가 필요한 다른 종류의 센서에도 적용될 수 있음은 물론이다.Hereinafter, a temperature gradient controller according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Although the present invention has been described with reference to a radiation detection sensor as an example of a sensor for the sake of convenience, it may be applied to other types of sensors requiring a uniform temperature gradient.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 센서용 온도구배 제어장치(100)는 방사선 검출 센서(10)의 내부 또는 외부 일 측에 결합되며, 온도 변화에 따른 방사선 검출 센서(10)의 방사선 검출량을 모니터링하여 방사선 검출량의 변화 추이를 보여준다.1, a temperature gradient controller 100 for a sensor according to an exemplary embodiment of the present invention includes a radiation detecting sensor 10 coupled to one side of the inside or the outside of the radiation detecting sensor 10, 10), and shows the change of the radiation detection amount.

이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 센서용 온도구배 제어장치(100)는 외관을 형성하는 하우징(110)과, 하우징(110)의 내외부에 결합되는 열평형판(120), 열전소자(130), 섬광체(140), 반도체 센서(150) 및 온도 센서(160), 방사선 검출량의 변화를 보여주기 위한 소형 디스플레이(170)를 포함하여 구성된다.2, the temperature gradient controller 100 for a sensor includes a housing 110 forming an outer tube, a thermal plate 120 coupled to the inner and outer portions of the housing 110, 130, a scintillator 140, a semiconductor sensor 150 and a temperature sensor 160, and a small display 170 for showing a change in a radiation detection amount.

하우징(110)은 육면체 형상으로 외관을 형성하며, 내부 구성품들의 설치 공간을 형성한다. 본 발명에서는 알루미늄 소재의 하우징을 제안한다. 그러나 그 소재가 알루미늄에 제한되지 않음은 물론이다.The housing 110 forms an external appearance in a hexahedral shape and forms an installation space for internal components. In the present invention, a housing made of an aluminum material is proposed. However, the material is not limited to aluminum.

열평형판(120)은 열전소자(130)로부터 발열 또는 흡열되는 열이 한쪽으로 전달되지 않고 하우징(110)의 표면으로 골고루 전달될 수 있도록 함으로써 균일한 온도구배를 유지하는 역할을 한다. 열평형판(120)은 하우징(110)의 상면 및 하면에 설치되며, 별도의 하우징(110) 벽면 없이 일면이 하우징(110)의 외부로 노출될 수도 있고, 사면체 형상의 하우징(110) 내에 설치되어 하우징(110)의 상면 및 하면에 밀착되는 형태로 구성될 수 있다.The heat balancing plate 120 serves to maintain a uniform temperature gradient by allowing the heat generated or heat absorbed from the thermoelectric elements 130 to be uniformly transferred to the surface of the housing 110 without being transmitted to one side. The heat balancing plate 120 is installed on the top and bottom surfaces of the housing 110 and may be exposed to the outside of the housing 110 without a separate wall surface of the housing 110, And may be configured to be in close contact with the upper and lower surfaces of the housing 110.

열평형판(120)은 열전도성이 우수한 금속재로 구비되는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 경제적이면서 가공이 용이한 구리 또는 알루미늄 계열의 금속재의 사용을 제안한다. 그러나 동일한 효과를 낼 수 있다면 이러한 재질에 한정되지 않는다. 열평형판(120)은 하우징(110) 표면의 온도 분포를 균일하게 하는 것은 물론이고 급가열 및 급냉각 효율을 높이는 역할을 한다.It is preferable that the thermal equipotential plate 120 is made of a metal material having an excellent thermal conductivity. In the present invention, the use of a copper or aluminum-based metal material that is economical and easy to process is proposed. However, if the same effect can be obtained, it is not limited to such a material. The thermal equilibrium plate 120 not only uniforms the temperature distribution on the surface of the housing 110, but also enhances the efficiency of rapid heating and quenching.

열전소자(130)는 크게 전기저항의 온도 변화를 이용한 소자인 서미스터, 온도 차에 의해 기전력이 발생하는 현상인 제베크 효과를 이용한 소자, 전류에 의해 열의 흡수(또는 발생)가 생기는 현상인 펠티에 효과를 이용한 소자인 펠티에 소자 등이 있다. 서미스터는 온도에 의해 전기저항이 크게 변화하는 일종의 반도체소자로서, 전기저항이 온도의 상승에 의해 감소되는 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor), 온도 상승에 의해 저항이 증가하는 정온도계수 서미스터(PTC: positive temperature coefficient thermistor) 등을 사용한다. 서미스터는 몰리브데넘, 니켈, 코발트, 철 등 산화물을 복수 성분으로 배합하여 이것을 소결해서 만들며, 회로의 안정화와 열, 전력, 빛 검출 등에 사용한다.The thermoelectric element 130 mainly includes a thermistor, which is a device using a temperature change of electrical resistance, a device using a Hebeck effect, which is a phenomenon in which an electromotive force is generated by a temperature difference, a phenomenon in which heat is absorbed And the like. A thermistor is a type of semiconductor device in which the electrical resistance varies greatly with temperature. The NTC thermistor is a type of semiconductor device in which electrical resistance is reduced by an increase in temperature, a positive temperature coefficient thermistor (PTC) positive temperature coefficient thermistor). The thermistor is made by blending molybdenum, nickel, cobalt, iron, and other oxides into a plurality of components, sintering it, and stabilizing the circuit and using it for heat, power, and light detection.

제베크 효과는 2종류 금속의 양끝을 접속하여 그 양끝 온도를 다르게 하면 기전력이 생기는 현상으로 열전기쌍을 이용한 온도 측정에 응용한다. 펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜 여기에 전류를 흘려보내면 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트, 텔루륨 등 반도체를 사용하면 효율성 높은 흡열 및 발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있다. 이것은 전류 방향에 따라 흡열 및 발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 및 열량이 조절되므로 용량이 적은 냉동기 또는 상온 부근의 정밀한 항온조(恒溫槽) 제작에 응용한다(두산백과 '열전소자' 인용).The Seebeck effect is a phenomenon in which electromotive force occurs when the two ends of two kinds of metals are connected and the temperatures at both ends are different. The Peltier effect is a phenomenon in which when two kinds of metal ends are connected and a current is flowed, one terminal absorbs heat and the other terminal generates heat depending on the current direction. If a semiconductor such as bismuth or tellurium, which is different from the two kinds of metals, is used, it is possible to obtain a Peltier element having a highly efficient endothermic and exothermic effect. This is applicable to the production of refrigerators with low capacity or precise temperature baths near room temperature because the endothermic and calorific values can be controlled according to the amount of current according to the current direction (quoted by Doosan encyclopedia "thermoelectric device"). .

본 발명에서는 전류의 조절을 통해 세밀한 온도변화 및 유지가 가능한 펠티에 소자의 사용을 제안한다. 열전소자(130)는 전류의 조절에 따라 저온 또는 고온으로 하우징(110) 내부의 온도를 조절 및 유지하는 역할을 한다.The present invention proposes the use of a Peltier element capable of fine temperature variation and maintenance through current regulation. The thermoelectric element 130 regulates and maintains the temperature inside the housing 110 at low or high temperature according to the control of the current.

섬광체(140)는 섬광(scintillation) 현상에 의해 방사선 정보를 획득할 수 있도록 하는 구성이다. 우선, 섬광 현상은 섬광체에 엑스선(X-ray) 등과 같은 방사선을 조사할 때, 방사선 조사와 동시에 빛이 발생하는 현상이다. 이때 발생한 빛을 포토다이오드(photodiode) 또는 광증배관(photo-multiplier tube: PMT) 등과 같은 적절한 광전 소자(photoelectric element)를 이용하여 측정함으로써 방사선 정보가 획득될 수 있다. 이렇게 획득된 방사선 정보를 적절한 방식으로 처리함으로써 방사선 영상이 획득될 수 있다.The scintillator 140 is configured to acquire radiation information by a scintillation phenomenon. First, the flashing phenomenon is a phenomenon in which light is generated simultaneously with the irradiation of radiation when irradiating the scintillator with radiation such as X-ray. Radiation information can be obtained by measuring the generated light using an appropriate photoelectric element such as a photodiode or a photo-multiplier tube (PMT). By processing the acquired radiation information in an appropriate manner, the radiation image can be obtained.

섬광체(scintillator)는 입사한 자외선(ultraviolet ray: UV ray), 엑스선, 알파선(α-ray), 베타선(β-ray), 전자선(electron ray), 감마선(γ-ray) 및 중성자선(neutron ray) 등과 같은 이온화 방사선을 가시광선 파장 영역의 빛으로 변환해 주는 일종의 방사선 센서로, 전산화 단층촬영(computed tomography: CT) 시스템, 양전자 방출 단층촬영(positron emission tomography: PET) 시스템, 단일 광자 방출 단층촬영(single photon emission computed tomography: SPECT) 시스템 또는 앵거 카메라(anger camera)라 불리는 감마카메라(gamma camera) 등과 같은 의료 영상 시스템, 각종 방사선 검출기 및 공업용 방사선 센서 등과 같이 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.A scintillator is a type of scintillator that can be used to detect and detect the incident ultraviolet ray (UV ray), x-ray, alpha ray, beta ray, electron ray, gamma ray and neutron ray ) Is a type of radiation sensor that converts ionizing radiation into light in the wavelength range of visible light. It is a computerized tomography (CT) system, a positron emission tomography (PET) system, a single photon emission tomography a medical imaging system such as a single photon emission computed tomography (SPECT) system or a gamma camera called anger camera, various radiation detectors, industrial radiation sensors, and the like.

방사선 검출 효율이 높고, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 섬광체가 다양한 분야에 응용될 수 있다. 대부분의 분야에서 응용되기 위한 이상적인 섬광체는 밀도가 높고, 원자번호가 크고, 광 출력이 크고, 잔광(after glow)이 없으며, 그리고 형광 감쇠 시간(luminescence decay time)이 짧아야 한다. 또한, 섬광체는 발광 파장이 광전 소자의 스펙트럼과 일치해야하는 동시에 기계적으로 견고하고, 내방사선(radiation hardness) 정도가 높고, 가격이 낮아야 한다. 그러나 섬광체들은 각각의 장단점이 있기 때문에, 하나의 섬광체가 모든 분야에 이상적으로 응용될 수는 없다.A scintillator having a high radiation detection efficiency and a short fluorescence decay time can be applied to various fields. Ideal scintillators for most applications require high density, large atomic number, large light output, no afterglow, and a short luminescence decay time. In addition, the scintillator should have a light emission wavelength that matches the spectrum of the optoelectronic device, a high mechanical strength, a high degree of radiation hardness, and a low cost. However, since scintillators have their advantages and disadvantages, a scintillator can not be ideally applied to all fields.

주요한 섬광체들로는 NaI:Tl 섬광체를 시초로 하여 CsI, CsI:Tl 등과 같은 알칼리 할라이드(alkali halide) 섬광체들 외, BGO, PbWO4, LSO 등과 같은 섬광체들이 있다. 밀도가 높은 BGO(Bi4Ge3O12) 섬광체는 전산화 단층촬영 시스템에 활용되고 있으며, 반면에 PbWO4 섬광체는 일반적으로 고에너지 물리학을 위해 개발되어 활용되고 있다. 좋은 시간 분해능(τ = 40 ns)과 우수한 검출 효율을 갖는 LSO(Lu2SiO5) 섬광체는 양전자 방출 단층촬영 시스템에 활용되고 있다.The main scintillators include alkaline halide scintillators such as CsI, CsI: Tl, and scintillators such as BGO, PbWO4, and LSO, starting with NaI: Tl scintillation. Highly dense BGO (Bi4Ge3O12) scintillators are used in computed tomography systems, while PbWO4 scintillators are generally developed and used for high energy physics. LSO (Lu2SiO5) scintillators with good time resolution (τ = 40 ns) and good detection efficiency are being used in positron emission tomography systems.

본 발명에서는 방사선 검출 센서(10)가 활용되는 분야에 따라 상기 언급한 섬광체들 중 적절한 섬광체(140)를 적용할 수 있다.In the present invention, an appropriate scintillator 140 among the scintillators described above may be applied according to the field in which the radiation detecting sensor 10 is utilized.

반도체 센서(150)는 섬광체(140)를 통해 입사되는 가시광선 파장 영역의 빛을 수집하여 전기적 신호로 변환함으로써 방사선을 검출할 수 있도록 한다. 일반적인 반도체 센서는 외부의 빛, 자기장, 온도, 압력, 변형량, 가스, 습도 등의 물리량을 전기량 또는 다른 물리량으로 변환하는 센서로, 본 발명에서는 전술한 가시광선 파장 영역의 빛을 전기적 신호로 변환하는 센서를 적용하였다.The semiconductor sensor 150 collects light in a wavelength range of visible light incident through the scintillator 140 and converts the light into electrical signals to detect radiation. A typical semiconductor sensor is a sensor that converts physical quantities such as external light, magnetic field, temperature, pressure, deformation amount, gas, humidity, etc. into electric quantities or other physical quantities. In the present invention, the light of the above- Sensor.

온도 센서(160)는 하우징(110) 내부의 온도를 실시간으로 측정하며, 측정된 결과는 소형 디스플레이(170)에 표시된다. 또한, 온도 센서(160)에서 측정된 하우징(110) 내부의 실시간 온도 변화는 디스플레이(170)에 표시됨과 동시에 방사선 검출 센서(10) 또는 별도의 위치에 장착되는 컨트롤러(미도시)에 전달되어 방사선 검출 센서(10)의 방사선 검출 특정 변화 및 추이 분석에 사용될 수 있다.The temperature sensor 160 measures the temperature inside the housing 110 in real time, and the measured result is displayed on the small display 170. The real-time temperature change inside the housing 110 measured by the temperature sensor 160 is displayed on the display 170 and is transmitted to the radiation detection sensor 10 or a controller (not shown) Can be used for the radiation detection specific change and transition analysis of the detection sensor 10.

디스플레이(170)는 온도 센서(160)에서 실시간으로 측정된 하우징(110) 내부의 온도를 실시간으로 반영하여 표시하며, 하우징(110)의 상면이나 전면 등 사용자의 확인이 용이한 부분에 결합되는 것이 바람직하다.The display 170 reflects the temperature of the inside of the housing 110 measured in real time by the temperature sensor 160 in real time and is coupled to a portion of the housing 110 that is easily recognizable by the user, desirable.

전술한 열전소자(130)와 하우징(110)의 접촉면, 그리고 하우징(110)과 열평형판(120) 사이의 접촉면에는 열전달이 효과적으로 이루어질 수 있도록 열전달 물질(thermal grease)이 도포되는 것이 바람직하다.It is preferable that a thermal grease is applied to the contact surface between the thermoelectric element 130 and the housing 110 and the contact surface between the housing 110 and the thermal plate 120 so that heat transfer can be effectively performed.

본 발명의 일실시예에 따른 센서용 온도구배 제어장치(100)는 예를 들어, 7×7×2.5cm의 알루미늄 재질의 하우징(110)이 구비될 수 있으며, 하우징(110)의 상단 및 하단에는 4×4×0.3cm의 열전소자(130)가 부착될 수 있다. 또한, 센서용 온도구배 제어장치(100)는 -20℃~70℃의 온도에서 Na-22(방사선 동위원소)를 이용해 방사선 검출 센서(10)의 방사선 검출 특성 분석을 수행한 결과, 온도 변화에 따른 방사선 검출 센서(10)의 방사선 검출량에 변화가 있음을 확인할 수 있었다. 즉, 방사선 검출량에 변화가 있는 구간에서는 센서용 온도구배 제어장치(100) 내부의 온도가 실시간으로 변화되고 있음을 확인할 수 있었다.The temperature gradient controller 100 for a sensor according to an embodiment of the present invention may include a housing 110 made of aluminum having a size of 7 x 7 x 2.5 cm, A thermoelectric element 130 of 4 x 4 x 0.3 cm may be attached. The temperature gradient controller 100 for a sensor analyzes the radiation detection characteristics of the radiation detection sensor 10 using Na-22 (radiation isotope) at a temperature of -20 ° C to 70 ° C. As a result, It was confirmed that there was a change in the radiation detection amount of the radiation detection sensor 10 according to the present invention. That is, it can be seen that the temperature inside the temperature gradient controller 100 for the sensor changes in real time in the section where the radiation detection amount changes.

따라서 온도 변화를 실시간으로 측정하고, 온도 변화에 따라 열전소자(130)의 전류량을 조절하여 흡열 또는 발열을 적절히 제어함으로써 온도 변화가 최소가 되도록(즉, 온도구배가 일정하도록) 유지할 수 있다. 방사선 검출 센서(10)는 온도에 따라 방사선 검출 특성에 영향을 받으므로, 전술한 바와 같이 온도구배를 일정하게 유지하면 방사선 검출 센서(10)의 방사선 검출 특성이 변동되지 않고 일정한 방사선 검출 성능을 유지할 수 있다.Therefore, the temperature change can be measured in real time, and the amount of current of the thermoelectric element 130 can be controlled according to the temperature change to appropriately control the endothermic or exothermic heat so that the temperature change is minimized (i.e., the temperature gradient is constant). Since the radiation detection sensor 10 is influenced by the radiation detection characteristic according to the temperature, if the temperature gradient is kept constant as described above, the radiation detection characteristic of the radiation detection sensor 10 is not fluctuated and the constant radiation detection performance can be maintained .

도 3에 도시된 그래프는 상기와 같은 구성을 가지는 온도구배 제어장치(100)를 이용하여 온도 10도 단위로 온도구배 제어장치(100) 내에서 온도변화를 주었을 때, 방사선 검출센서(SiPM)의 광 검출특성 변화를 확인한 그래프이다. 이를 보면, 실온에 해당하는 영하 20도 내지 영상 20도 범위에서는 온도에 대해 광 검출량이 상대적으로 독립적인 결과를 보인다. 그렇지만, 영상 40도 이상에서는 광 검출량이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있어, 온도변화에 의존적임을 확인할 수 있다.
The graph shown in FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature of the radiation detecting sensor (SiPM) and the temperature of the radiation detecting sensor (SiPM) when a temperature gradient is given in the temperature gradient controlling apparatus 100 in units of 10 degrees by using the temperature gradient controlling apparatus 100 having the above- And a change in the optical detection characteristic. As a result, in the range of from -20 ° C to -20 ° C, which corresponds to room temperature, the light detection amount is relatively independent from the temperature. However, it can be seen that the photodetection amount is drastically decreased at an image angle of 40 degrees or more, and it can be confirmed that it is dependent on the temperature change.

10: 방사선 검출 센서 100: 온도구배 제어장치
110: 하우징 120: 열평형판
130: 열전소자 140: 섬광체
150: 반도체 센서 160: 온도 센서
170: 디스플레이10: Radiation detection sensor 100: Temperature gradient controller
110: housing 120: thermal flat plate
130: thermoelectric element 140: scintillator
150: semiconductor sensor 160: temperature sensor
170: Display

Claims (13)

온도구배 제어장치의 측면을 형성하는 하우징;
상기 하우징 내부에 배치되며, NaI:Tl, CsI:Tl 또는 CsI로 이루어지는 섬광체;
상기 섬광체의 하측에 배치되며, 상기 섬광체로부터 발생된 빛을 수집하여 전기 신호로 변환하는 반도체 센서;
상기 하우징 내부의 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 온도 센서에 의해 측정된 온도를 표시하는 디스플레이;
상기 섬광체의 상측에 배치된 상측 열전소자;
상기 반도체 센서의 하측에 배치된 하측 열전소자;
상기 상측 열전소자에 결합되어 상기 상측 열전소자로부터 전달된 열을 분산시키며, 상기 온도구배 제어장치의 상측면을 형성하는 상측 열평형판;
상기 하측 열전소자에 결합되어 상기 하측 열전소자로부터 전달된 열을 분산시키며, 상기 온도구배 제어장치의 하측면을 형성하는 하측 열평형판을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치.A housing defining a side surface of the temperature gradient control device;
A scintillator disposed in the housing and made of NaI: Tl, CsI: Tl, or CsI;
A semiconductor sensor disposed below the scintillator and collecting light generated from the scintillator and converting the light into an electrical signal;
A temperature sensor for measuring a temperature inside the housing;
A display for indicating a temperature measured by the temperature sensor;
An upper thermoelectric element disposed on the upper side of the scintillator;
A lower thermoelectric element disposed below the semiconductor sensor;
An upper side heat balancing plate coupled to the upper side thermoelectric element to disperse heat transferred from the upper side thermoelectric element and forming an upper surface of the temperature gradient controller;
And a lower thermal equilibrium plate coupled to the lower thermoelectric element to disperse heat transferred from the lower thermoelectric element and to form a lower surface of the temperature gradient controller. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 상측 열평형판 및 상기 하측 열평형판은 각각 상기 하우징과 분리할 수 있도록 결합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the upper and lower thermal equilibrium plates are coupled to the housing to be separated from each other. 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 상측 열전소자 및 상기 하측 열전소자가 상기 하우징과 접촉하는 면 및 상기 상측 열평형판 및 상기 하측 열평형판이 상기 하우징과 접촉하는 면에는 열전달 물질(thermal grease)이 도포되는 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein a thermal grease is applied to a surface where the upper thermoelectric element and the lower thermoelectric element are in contact with the housing and a surface where the upper thermo plate and the lower thermo plate contact with the housing. Control device. 청구항 1에 있어서,
상기 반도체 센서는 상기 온도 센서에서 측정된 온도가 영하 20도 내지 영상 70도 사이에서 상기 섬광체가 발생시킨 빛을 수집하여 전기신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor sensor collects the light generated by the scintillator and converts the light into an electric signal when the temperature measured by the temperature sensor is between -20 degrees and 70 degrees. 청구항 1에 있어서,
상기 상측 열전소자 및 상기 하측 열전소자는 전류의 조절에 의해 발열 또는 흡열하는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 온도구배 제어장치.The method according to claim 1,
Wherein the upper thermoelectric element and the lower thermoelectric element are Peltier elements that generate heat or heat by controlling current. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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