KR101644820B1 - 방사선 검출 물질 및 이를 이용한 방사선 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온을 포함하는 염을 포함하는 방사선 검출 물질을 제공한다. 본 발명에 따른 방사선 검출 물질은 중성자, 감마선, 베타선, 전자선 및 자외선 등의 방사선에 조사되었던 여부를 쉽게 파악할 수 있다. 또한, 환원제의 양을 조절하여 복수의 방사선 검출 물질군을 사용하면 조사된 방사선의 세기도 가늠할 수 있다. 이와 같이 방사선 피폭 여부를 쉽게 파악할 수 있는 효과가 있다.

Description

방사선 검출 물질 및 이를 이용한 방사선 검출 방법{A radiation detection material and the method of detection using thereby}
본 발명은 방사선 검출 물질 및 이를 이용한 방사선 검출 방법에 관한 것이다.
감마선, 전자선, 중성자 등과 같은 방사선은 작은 입자나 파장이 아주 짧은 에너지 파이기 때문에 눈으로 볼 수 없다. 이에 따라, 감마선의 경우에는 가이거 계수기(Geiger counter)와 같이 방사선에 의해서 이온화되는 물질을 고전압을 이용하여 카운트하는 원리로 방사선의 유무를 감지하며, 중성자의 경우에는 붕소(B)와 같이 중성자에 의해서 핵반응을 발생시키는 원소를 이용하여 검출한다.
이와 같이 현재 상용화된 방사선 계측기는 방사선을 검출하는 검출 파트와 이를 전기 신호로 변환시키는 변환 파트로 구성되어 있어 개인이 구비하기에는 비용이 많이 소요되는 장비군으로 분류되고 있다. 그리고, 일단 방사선이 한 번 조사된 후에는, 조사 대상 물질에 라디칼(Radical)이나 결함(Defect)이 존재하게 되나 그것들의 존재를 확인하는 데는 아주 정밀한 장비가 요구되므로, 방사선 조사 유무를 사후에 확인하기 것은 어려운 과정으로 알려져 있다.
현재 비교적 적은 비용으로 방사선 조사 정도를 측정하는 방법으로 열형광 검출기(TLD: Thermoluminescent dosimeter)를 사용하여 방사선을 검출하는 방법이 개시된 바 있다(방사선방어학회지, 제10권, 제2호, 1985). 이 방법은 검출 물질을 사용하는 간단한 방법이나, 사용 후판독을 위해서는 검출물질에 열을 가하고 이 때 방출되는 빛을 측정하는 특수한 장치를 이용해야 하는 불편함이 있다.
이에, 본 발명자들은 방사선 검출 물질에 대하여 연구하던 중, 방사선이 물 분자를 분해하여 반응성이 높은 화학종을 발생시키는 현상과 상기 화학종 중 OH 라디칼(OHㆍ)과 과산화수소(H2O2)가 아이오다이드 이온(Iodide ion, I-)을 분자성 요오드(Iodine, I2)로 산화시키는 특성 및 분자성 요오드와 아밀로오스 분자가 결합하여 짙은 청색의 착화물을 형성시키는 반응을 이용하여, 방사선 조사 유무를 손쉽게 확인할 수 있는 방사선 검출 물질을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 방사선 검출 물질 및 이를 이용한 방사선 검출 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온을 포함하는 염을 포함하는 방사선 검출 물질을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기의 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치를 제공한다.
나아가, 본 발명은
상기의 방사선 검출 물질을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 방사선 검출 물질을 방사선 검출 대상 환경에 배치하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 방사선 검출 대상 환경에 배치된 방사선 검출 물질의 색깔 변화를 확인하여 방사선 노출 여부를 판단하는 단계(단계 3);를 포함하는 방사선 검출 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질은 중성자, 감마선, 베타선, 전자선 및 자외선 등의 방사선에 조사되었던 여부를 쉽게 파악할 수 있다. 또한, 환원제의 양을 조절하여 복수의 방사선 검출 물질군을 사용하면 조사된 방사선의 세기도 가늠할 수 있다. 이와 같이 방사선 피폭 여부를 쉽게 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 비교예 1에서 제조된 소듐 아이오다이드(NaI) 용액의 감마선 조사 후 발색 반응 유무를 나타낸 사진이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 방사선 검출 물질의 감마선 조사후 발색 반응 유무를 나타낸 사진이다.
본 발명은
아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온을 포함하는 염을 포함하는 방사선 검출 물질을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 대하여 상세히 설명한다.
현재 방사선을 검출하는 다양한 방사선 계측기가 상용화되어 있으나 이것은 일정 규모 이상의 장비로, 모든 사람이 사용할 수 없으며 모든 공간에 현실적으로 설치할 수 없다. 아울러 방사선 조사 이후에는 그 조사 유무를 판독함에 있어서 어려운 과정이 요구된다.
종래 비교적 적은 비용으로 방사선 조사 정도를 측정하는 방법으로 열형광 검출기(TLD: Thermoluminescent dosimeter)를 사용하여 방사선을 검출하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법을 통해 방사선을 검출한 후 판독을 위해서는 검출 물질에 열을 가하고 이때, 방출되는 빛을 측정하는 특수한 장치를 이용해야 하는 등의 불편한 문제가 있다.
또한, 원자력 분야의 사고나, 방사능 테러, 방사선을 이용한 검색, 식품 안전성, 의약 진단 등의 분야에서는 어떤 공간이 방사선의 노출 유무를 손쉽게 판독이 필요한 경우가 많다. 이러한 모든 경우에 상기와 같은 열형광 검출기나 계측기를 사용하는 것은 매우 비효율적이다.
이에, 본 발명에서는 방사선에 의해서 발색되는 물질을 이용하여, 손쉽게 방사선 조사의 유무를 판독하여 방사선으로부터 안전을 확보하고 아울러 방사선의 이용을 확대할 수 있는 방사선 검출 물질을 제공한다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질이 방사선에 의해서 발색되는 원리는 트리아이오다이드 이온(Triiodide ion, I3 -)이 아밀로오스 분자와 결합하여 청색을 띄는 착화물을 형성하는 반응에 의한 것이다.
구체적으로, 본 발명의 방사선 검출 물질은 아밀로오스 분자와 아이오다이드 이온(Iodide ion, I-)을 포함하는 염으로 구성되어 있으며, 상기 아밀로오스 분자와 아이오다이드 이온(I-)이 방사선이 조사됨에 따라 형성되는 방사 분해물과의 반응을 통해 발색 물질을 형성하여 방사선의 노출 여부를 확인할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질의 반응은 하기의 반응식 1 내지 4와 같다.
먼저, 하기 반응식 1에서 나타낸 바와 같이, 방사선이 물 분자(H2O)를 방사 분해하여 다양한 방사 분해물을 생성시킨다.
<반응식 1>
H2O → (방사선 조사) → Hㆍ + OHㆍ + H2O2 + 기타 방사 분해물
그 후, 하기 반응식 2에서 나타낸 바와 같이, 방사 분해물 중 OH 라디칼(OHㆍ)과 과산화수소(H2O2)는 아이오다이드 이온(I-)을 분자성 요오드(Iodine, I2)로 산화시킨다.
<반응식 2>
2I- + 2OHㆍ → I2 + 2OH- (또는 2I- + H2O2 → I2 + 2OH-)
또한, 하기 반응식 3에서 나타낸 바와 같이, 분자성 요오드(I2)는 과량으로 존재하고 있는 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 생성시킨다.
<반응식 3>
I2 + I- ↔ I3 -
나아가, 하기 반응식 4에서 나타낸 바와 같이, 트리아이오다이드 이온(I3 -)은 코일 형태의 아밀로오스 분자 구조에 쉽게 잠입하여 무색의 아밀로오스 분자를 청색으로 발색시킨다.
<반응식 4>
아밀로오스 분자(무색) + I3 - (무색) → 아밀로오스 분자-I3 - 착화물(청색)
이와 같이, 짙은 청색의 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온(I3 -) 착화물을 형성하여 방사선 조사의 유무를 판단할 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온의 무게비는 1 : 1 ~ 100인 것이 바람직하다. 만약, 상기 아이오다이드 이온의 무게 및 아밀로오스 분자 무게에 대한 비율(아이오다이드 이온의 무게/아밀로오스 분자의 무게)이 1 미만일 경우에는 아이오다이드 이온이 충분하지 못하여 방사 분해물이 존재하더라도 발색 반응에 충분한 트리아이오다이드 이온(I3 -) 농도에 효과적으로 도달하지 못하는 문제가 있으며, 상기 아이오다이드 이온의 무게 및 아밀로오스 분자 무게에 대한 비율(아이오다이드 이온의 무게/아밀로오스 분자의 무게)이 100 을 초과하는 경우에는 아밀로오스 분자의 농도가 낮아 발색 반응을 쉽게 관찰하기 어려운 문제가 발생한다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질은 환원제를 더 포함할 수 있다. 상기 환원제는 방사선 검출 물질 내에서 OH 라디칼(OHㆍ)이나 과산화수소(H2O2)의 생성을 억제하거나, 방사 분해 생성물에 의해서 산화된 분자성 요오드(I2)나 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 다시 아이오다이드 이온(I-)으로 환원시킬 수 있다. 이에 따라, 검출할 수 있는 방사선 세기를 상향 조절할 수 있다.
이때, 상기 환원제는 티오설페이트 이온(S2O3 2 -) 또는 주석 이온(Sn2 +)을 포함하는 염, 하이드라진, 아연-수은 아말감 및 인산계 환원제 등을 사용할 수 있다. 일례로써, 하기 반응식 5에는 상기 환원제인 티오설페이트 이온(S2O3 2 -)이 분자성 요오드(I2)를 안정한 용해 물질인 아이오다이드 이온(I-)으로 환원시키는 반응을 나타내었다.
<반응식 5>
2S2O3 2- + I2 → S4O6 2- + 2I-
또한, 상기 환원제는 티오설페이트 이온을 발생시키는 나트륨, 칼륨의 염 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 환원제는 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 3.0 중량%이다. 만약, 상기 환원제가 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 환원제로 인하여 발색 물질인 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 형성하기 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질은 금속 콜로이드 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 콜로이드 입자는 방사 분해 효율을 증가시키기 위하여 더 포함될 수 있다. 상기와 같이 금속 콜로이드 입자를 첨가하여 방사 분해 효율을 향상시키는 경우 아이오다이드 이온을 산화시킬 수 있는 OH 라디칼(OHㆍ)이나 과산화수소(H2O2)의 유효 농도가 높아져 방사선에 민감하게 반응할 수 있다.
일례로써, 상기 금속 콜로이드 입자는 헤마타이트(Fe2O3)를 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속 콜로이드 입자의 직경은 0.01 내지 1 ㎛인 것이 바람직하다. 일반적으로 콜로이드 입자는 1 ㎛ 이하의 미세 입자 형태이며, 물에 잘 분산될 수 있고, 방사선의 LET(Linear energy transfer)를 높이는 작용을 할 수 있다.
나아가, 상기 금속 콜로이드 입자의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.0001 내지 0.001 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 상기 금속 콜로이드 입자의 함량이 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.0001 중량% 미만일 경우에는 금속 콜로이드 입자를 통해 방사 분해 효율을 증가시키기 어려운 문제가 있으며, 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 콜로이드가 서로 응집 및 침전되어 안정한 분산이 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질은 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 방사선 검출 물질에 pH 조절제를 포함함으로써, 방사선에 의해서 궁극적으로 발생하는 반응인 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 안정적으로 형성시킬 수 있다. 검출 물질의 pH가 높으면 방사 분해에 의해서 발생된 트리아이오다이드 이온이 다시 아이오다이드 이온 (I-)과 아이오데이트 이온(IO3 -)으로 분해되어 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 형성하지 못하여 발색 반응이 발생하지 않는다.
이때, 상기 pH 조절제는 방사선 검출 물질의 pH를 낮추는 무기산으로 염산(HCl), 요오드산(HI), 브롬산(HBr), 과염소산(HClO4), 황산(H2SO4) 및 인산(H3PO4) 등의 pH 조절제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 pH를 낮추는 용도로 사용되는 pH 조절제를 사용할 수 있다.
무기산 중 질산(HNO3)은 산화성 산이므로 적합하지 않으며, 유기산은 검출성분 중 하나인 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 휘발도가 높은 유기 요오드화합물을 형성하여 바람직하지 않은 반응을 발생시킬 수 있으므로 배제되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 pH 조절제를 사용하여 방사선 검출 물질의 pH는 6.5 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 만약, 방사선 검출 물질의 pH가 6.5를 초과하는 경우에는 트리아이오다이드가 안정하지 않은 pH 영역이므로 방사선 검출 물질로 성능을 유지하는데 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질은 금속염을 더 포함할 수 있다. 상기 방사선 검출 물질에 금속 이온을 발생시키는 금속염을 포함함으로써, 방사선의 LET(linear energy transfer)를 증가시켜 방사 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 감마선과 같은 LET가 낮은 방사선은 방사선 검출 물질을 쉽게 투과하므로, 일반적으로 검출 민감도가 낮다. 그러나, 용액형태의 검출 물질에 콜로이드나 금속염 불순물이 존재하면 투과되는 과정에서 이들과 간섭하여 에너지를 쉽게 잃어 버리면서 방사 분해물의 생성이 촉진된다. 즉, 이러한 첨가 물질을 통하여 검출 물질의 검출 민감도를 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 금속염은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 염을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 금속 이온을 발생시키는 금속염을 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속염의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 3.0 중량%이다. 만약, 상기 금속염의 함량이 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량%를 초과하는 경우에는 침전이 발생할 수 있어 장기간 보관이 어려운 문제가 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선은 중성자, 감마선, 베타선, 전자선 및 자외선 등일 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 검출 물질에 있어서, 상기 방사선 검출 물질은 액체 또는 고체 상태일 수 있다.
또한, 본 발명은
상기의 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치를 제공한다.
현재 방사선을 검출하는 다양한 방사선 계측기가 상용화되어 있으나 이것은 일정 규모 이상의 장비로, 모든 사람이 사용할 수 없으며 모든 공간에 현실적으로 설치할 수 없다. 아울러 방사선 조사 이후에는 그 조사 유무를 판독함에 있어서 어려운 과정이 요구된다.
종래 비교적 적은 비용으로 방사선 조사 정도를 측정하는 방법으로 열형광 검출기(TLD: Thermoluminescent dosimeter)를 사용하여 방사선을 검출하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법을 통해 방사선을 검출한 후 판독을 위해서는 검출 물질에 열을 가하고 이때, 방출되는 빛을 측정하는 특수한 장치를 이용해야 하는 등의 불편한 문제가 있다.
또한, 원자력 분야의 사고나, 방사능 테러, 방사선을 이용한 검색, 식품 안전성, 의약 진단 등의 분야에서는 어떤 공간이 방사선의 노출 유무를 손쉽게 판독이 필요한 경우가 많다. 이러한 모든 경우에 상기와 같은 열형광 검출기나 계측기를 사용하는 것은 매우 비효율적이다.
이에, 본 발명에서는 방사선에 의해서 발색되는 물질을 이용하여, 손쉽게 방사선 조사의 유무를 판독하여 방사선으로부터 안전을 확보하고 아울러 방사선의 이용을 확대할 수 있는 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 방사선 검출 장치에 포함되는 방사선 검출 물질은 방사선에 의해서 발색되는 원리를 사용하였으며, 상기 원리는 트리아이오다이드 이온(Triiodide ion, I3 -)이 아밀로오스 분자와 결합하여 청색을 띄는 착화물을 형성하는 반응에 의한 것이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치는 중성자, 감마선, 베타선, 전자선 및 자외선 등의 방사선에 조사되었던 여부를 쉽게 파악할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치는 상기 방사선 검출 물질에 포함되는 환원제의 함량에 따라 검출되는 방사선의 세기를 조절할 수 있다.
상기와 같이, 환원제의 양을 조절하여 복수의 방사선 검출 물질을 포함하는 방사선 검출 장치는 조사된 방사선의 세기도 가늠할 수 있다. 이와 같이 방사선 피폭 여부를 쉽게 파악할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명은
상기의 방사선 검출 물질을 준비하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 준비된 방사선 검출 물질을 방사선 검출 대상 환경에 배치하는 단계(단계 2); 및
상기 단계 2에서 방사선 검출 대상 환경에 배치된 방사선 검출 물질의 색깔 변화를 확인하여 방사선 노출 여부를 판단하는 단계(단계 3);를 포함하는 방사선 검출 방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 방사선 검출 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 방사선 검출 방법에 있어서, 단계 1은 상기의 방사선 검출 물질을 준비하는 단계이다.
현재 방사선을 검출하는 다양한 방사선 계측기가 상용화되어 있으나 이것은 일정 규모 이상의 장비로, 모든 사람이 사용할 수 없으며 모든 공간에 현실적으로 설치할 수 없다. 아울러 방사선 조사 이후에는 그 조사 유무를 판독함에 있어서 어려운 과정이 요구된다. 종래 비교적 적은 비용으로 방사선 조사 정도를 측정하는 방법으로 열형광 검출기(TLD: Thermoluminescent dosimeter)를 사용하여 방사선을 검출하는 방법이 있다. 그러나, 상기 방법을 통해 방사선을 검출한 후 판독을 위해서는 검출 물질에 열을 가하고 이때, 방출되는 빛을 측정하는 특수한 장치를 이용해야 하는 등의 불편한 문제가 있다.
또한, 원자력 분야의 사고나, 방사능 테러, 방사선을 이용한 검색, 식품 안전성, 의약 진단 등의 분야에서는 어떤 공간이 방사선의 노출 유무를 손쉽게 판독이 필요한 경우가 많다. 이러한 모든 경우에 상기와 같은 열형광 검출기나 계측기를 사용하는 것은 매우 비효율적이다.
이에, 본 발명에서는 방사선에 의해서 발색되는 물질을 이용하여, 손쉽게 방사선 조사의 유무를 판독하여 방사선으로부터 안전을 확보하고 아울러 방사선의 이용을 확대할 수 있는 방사선 검출 물질을 제공한다.
구체적으로, 상기 단계 1의 방사선 검출 물질은 아밀로오스 분자와 아이오다이드 이온(Iodide ion, I-)을 포함하는 염으로 구성되어 있으며, 상기 아밀로오스 분자와 아이오다이드 이온(I-)이 방사선이 조사됨에 따라 형성되는 방사 분해물과의 반응을 통해 발색 물질을 형성하여 방사선의 노출 여부를 확인할 수 있다.
더욱 구체적으로, 먼저, 방사선이 물 분자(H2O)를 방사 분해하여 다양한 방사 분해물을 생성시킨다. 그 후, 방사 분해물 중 OH 라디칼(OHㆍ)과 과산화수소(H2O2)는 아이오다이드 이온(I-)을 분자성 요오드(Iodine, I2)로 산화시킨다. 또한, 분자성 요오드(I2)는 과량으로 존재하고 있는 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 생성시킨다. 나아가, 트리아이오다이드 이온(I3 -)은 코일 형태의 아밀로오스 분자 구조에 쉽게 잠입하여 무색의 아밀로오스 분자를 청색으로 발색시킨다. 이와 같이, 짙은 청색의 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온(I3 -) 착화물을 형성하여 방사선 조사의 유무를 판단할 수 있다.
이때, 상기 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온의 무게비는 1 : 1 ~ 100인 것이 바람직하다. 만약, 상기 아이오다이드 이온의 무게 및 아밀로오스 분자 무게에 대한 비율(아이오다이드 이온의 무게/아밀로오스 분자의 무게)이 1 미만일 경우에는 아이오다이드 이온이 충분하지 못하여 방사 분해물이 존재하더라도 발색 반응에 충분한 트리아이오다이드 이온(I3 -) 농도에 효과적으로 도달하지 못하는 문제가 있으며, 상기 아이오다이드 이온의 무게 및 아밀로오스 분자 무게에 대한 비율(아이오다이드 이온의 무게/아밀로오스 분자의 무게)이 100 을 초과하는 경우에는 아밀로오스 분자의 농도가 낮아 발색 반응을 쉽게 관찰하기 어려운 문제가 발생한다.
또한, 상기 방사선 검출 물질은 환원제를 더 포함할 수 있다. 상기 환원제는 방사선 검출 물질 내에서 OH 라디칼(OHㆍ)이나 과산화수소(H2O2)의 생성을 억제하거나, 방사 분해 생성물에 의해서 산화된 분자성 요오드(I2)나 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 다시 아이오다이드 이온(I-)으로 환원시킬 수 있다. 이에 따라, 검출할 수 있는 방사선 세기를 상향 조절할 수 있다.
이때, 상기 환원제는 티오설페이트 이온(S2O3 2 -) 또는 주석 이온(Sn2 +)을 포함하는 염, 하이드라진, 아연-수은 아말감 및 인산계 환원제 등을 사용할 수 있다.
또한, 상기 환원제는 티오설페이트 이온을 발생시키는 나트륨, 칼륨의 염 화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
나아가, 상기 환원제는 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량% 이하인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 3.0 중량%이다. 만약, 상기 환원제가 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량%를 초과하는 경우에는 과량의 환원제로 인하여 발색 물질인 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 형성하기 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 방사선 검출 물질은 금속 콜로이드 입자를 더 포함할 수 있다. 상기 금속 콜로이드 입자는 방사 분해 효율을 증가시키기 위하여 더 포함될 수 있다. 상기와 같이 금속 콜로이드 입자를 첨가하여 방사 분해 효율을 향상시키는 경우 아이오다이드 이온을 산화시킬 수 있는 OH 라디칼(OHㆍ)이나 과산화수소(H2O2)의 유효 농도가 높아져 방사선에 민감하게 반응할 수 있다.
일례로써, 상기 금속 콜로이드 입자는 헤마타이트(Fe2O3)를 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않고 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속 콜로이드 입자의 직경은 0.01 내지 1 ㎛인 것이 바람직하다. 일반적으로 콜로이드 입자는 1 ㎛ 이하의 미세 입자 형태이며, 물에 잘 분산될 수 있고, 방사선의 LET(Linear energy transfer)를 높이는 작용을 할 수 있다.
나아가, 상기 금속 콜로이드 입자의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.0001 내지 0.001 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 상기 금속 콜로이드 입자의 함량이 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.0001 중량% 미만일 경우에는 금속 콜로이드 입자를 통해 방사 분해 효율을 증가시키기 어려운 문제가 있으며, 0.01 중량%를 초과하는 경우에는 콜로이드가 서로 응집 및 침전되어 안정한 분산이 어려운 문제가 있다.
또한, 상기 방사선 검출 물질은 pH 조절제를 더 포함할 수 있다. 상기 방사선 검출 물질에 pH 조절제를 포함함으로써, 방사선에 의해서 궁극적으로 발생하는 반응인 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 안정적으로 형성시킬 수 있다. 검출 물질의 pH가 높으면 방사 분해에 의해서 발생된 트리아이오다이드 이온이 다시 아이오다이드 이온 (I-)과 아이오데이트 이온(IO3 -)으로 분해되어 아밀로오스 분자-트리아이오다이드 이온의 착화물을 형성하지 못하여 발색 반응이 발생하지 않는다.
이때, 상기 pH 조절제는 방사선 검출 물질의 pH를 낮추는 무기산으로 염산(HCl), 요오드산(HI), 브롬산(HBr), 과염소산(HClO4), 황산(H2SO4) 및 인산(H3PO4) 등의 pH 조절제를 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 pH를 낮추는 용도로 사용되는 pH 조절제를 사용할 수 있다.
무기산 중 질산(HNO3)은 산화성 산이므로 적합하지 않으며, 유기산은 검출성분 중 하나인 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 휘발도가 높은 유기 요오드화합물을 형성하여 바람직하지 않은 반응을 발생시킬 수 있으므로 배제되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 pH 조절제를 사용하여 방사선 검출 물질의 pH는 6.5 이하로 조절하는 것이 바람직하다. 만약, 방사선 검출 물질의 pH가 6.5를 초과하는 경우에는 트리아이오다이드가 안정하지 않은 pH 영역이므로 방사선 검출 물질로 성능을 유지하는데 어려운 문제가 있다.
나아가, 상기 방사선 검출 물질은 금속염을 더 포함할 수 있다. 상기 방사선 검출 물질에 금속 이온을 발생시키는 금속염을 포함함으로써, 방사선의 LET(linear energy transfer)를 증가시켜 방사 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 감마선과 같은 LET가 낮은 방사선은 방사선 검출 물질을 쉽게 투과하므로, 일반적으로 검출 민감도가 낮다. 그러나, 용액형태의 검출 물질에 콜로이드나 금속염 불순물이 존재하면 투과되는 과정에서 이들과 간섭하여 에너지를 쉽게 잃어 버리면서 방사 분해물의 생성이 촉진된다. 즉, 이러한 첨가 물질을 통하여 검출 물질의 검출 민감도를 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 금속염은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 염을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 금속 이온을 발생시키는 금속염을 사용할 수 있다.
또한, 상기 금속염의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량% 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.001 내지 3.0 중량%이다. 만약, 상기 금속염의 함량이 전체 방사선 검출 물질에 대하여 3.0 중량%를 초과하는 경우에는 침전이 발생할 수 있어 장기간 보관이 어려운 문제가 있다.
나아가, 상기 방사선 검출 물질은 액체 또는 고체 상태일 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 방사선 검출 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 방사선 검출 물질을 방사선 검출 대상 환경에 배치하는 단계이다.
구체적으로, 상기 단계 2는 상기 단계 1에서 준비된 방사선 검출 물질을 방사선이 조사될 수 있는 환경, 일례로써 원자력 발전소 등의 방사선이 노출될 수 있는 환경에 배치하는 단계이다.
원자력 분야의 사고나, 방사능 테러, 방사선을 이용한 검색, 식품 안전성, 의약 진단 등의 분야에서 방사선의 노출 유무를 쉽게 판독할 수 있도록, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질을 상기와 같은 방사선 검출 환경에 배치할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 방사선 검출 방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 방사선 검출 대상 환경에 배치된 방사선 검출 물질의 색깔 변화를 확인하여 방사선 노출 여부를 판단하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 방사선 검출 물질이 방사선 노출 여부에 따라 색깔이 변화하는 것을 관찰하여 방사선 노출 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온을 포함하는 염을 포함하는 방사선 검출 물질에 방사선이 조사되면, 상기 아이오다이드 이온(I-)이 방사 분해 생성물에 의해서 분자성 요오드(I2)로 산화되고, 상기 분자성 요오드(I2)는 다시 검출 물질에 과량으로 존재하는 아이오다이드 이온(I-)과 결합하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 형성한 후, 상기 트리아이오다이드 이온(I3 -)은 상기 아밀로오스 분자와 착화물을 형성하면서 색깔을 띄게 된다. 상기와 같이 색깔 변화를 확인하여 방사선 노출 여부를 판단할 수 있다.
이하, 하기 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 방사선 검출 물질의 제조 1
소듐 아이오다이드(NaI) 용액에 전분(Starch)을 혼합하여 5 mM NaI와 총 검출 물질에 대하여 1.0 중량% 전분이 혼합된 방사선 검출 물질을 제조하였다.
<실시예 2> 방사선 검출 물질의 제조 2
소듐 아이오다이드(NaI) 용액에 전분(Starch)을 혼합하여 5 mM NaI와 총 검출 물질에 대하여 1.0 중량% 전분 및 0.01 중량%의 소듐 티오설페이트가 혼합된 방사선 검출 물질을 제조하였다.
<실시예 3> 방사선 검출 물질의 제조 3
상기 실시예 2에서 총 검출 물질에 대하여 0.1 중량%의 소듐 티오설페이트를 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 방사선 검출 물질을 제조하였다.
<실시예 4> 방사선 검출 물질의 제조 4
상기 실시예 2에서 총 검출 물질에 대하여 1.0 중량%의 소듐 티오설페이트를 첨가한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 방사선 검출 물질을 제조하였다.
<비교예 1>
소듐 아이오다이드(NaI) 5 mM의 용액을 준비하였다.
<실험예 1> 감마선 조사에 의한 검출 물질의 발색 반응
본 발명에 따른 방사선 검출 물질의 발색 반응을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 방사선 검출 물질을 사용하여 1 kGy의 감마선 환경에 30 분간 조사시킨 후 용액의 색을 관찰하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 아밀로오스 분자를 포함하지 않은 방사선 검출 물질인 비교예 1의 경우에는 발색 반응이 일어나지 않은 모습을 확인할 수 있으며,
도 2에 나타낸 바와 같이, 아밀로오스 분자를 포함하는 방사선 검출 물질인 실시예 1의 경우에는 청색으로 변하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 방사선 검출 물질에 포함되어 있는 아이오다이드 이온(I-)이 방사 분해 생성물에 의해서 분자성 요오드(I2)로 산화되고, 상기 분자성 요오드(I2)는 다시 검출 물질에 과량으로 존재하는 아이오다이드 이온(I-)과 결합하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 형성한 후, 상기 트리아이오다이드 이온(I3 -)은 전분에 존재하는 아밀로오스 분자와 청색의 착화물을 형성하면서 나타나는 현상이다.
이에 따라, 본 발명에 따른 방사선 검출 물질은 방사선 노출 여부를 판독하는데 사용될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (18)

  1. 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온(I-)을 포함하는 염을 포함하는 수용액인 방사선 검출 조성물이고,
    상기 방사선 검출 조성물은,
    방사선이 물 분자(H2O)를 방사 분해하여 OH 라디칼(OHㆍ) 및 과산화수소(H2O2) 중 1 종 이상을 포함하는 방사 분해물을 생성시키는 반응,
    상기 방사 분해물이 아이오다이드 이온(I-)을 분자성 요오드(I2)로 산화시키는 반응,
    상기 분자성 요오드(I2)가 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 생성시키는 반응, 및
    상기 트리아이오다이드 이온(I3 -)가 아밀로오스 분자와 착화물을 형성하는 반응을 포함하는 일련의 반응을 통해 방사선 존재 시 발색하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온의 무게비는 1 : 1 ~ 100인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출 조성물은 환원제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 환원제는 티오설페이트 이온(S2O3 2 -) 또는 주석 이온(Sn2 +)을 포함하는 염, 하이드라진, 아연-수은 아말감 및 인산계 환원제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 환원제는 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.01 내지 3.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출 조성물은 금속 콜로이드 입자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 콜로이드 입자의 직경은 0.01 내지 1 ㎛인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 금속 콜로이드 입자의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.0001 내지 0.01 중량%인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출 조성물은 pH 조절제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 pH 조절제는 염산(HCl), 요오드산(HI), 브롬산(HBr), 과염소산(HClO4), 황산(H2SO4) 및 인산(H3PO4)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 검출 조성물은 금속염을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속염은 리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 세슘(Cs), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 금속을 포함하는 염인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 금속염의 함량은 전체 방사선 검출 물질에 대하여 0.01 내지 3.0 중량%인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 방사선은 중성자, 감마선, 베타선, 전자선 및 자외선으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종 이상인 것을 특징으로 하는 방사선 검출 조성물.
  15. 제1항의 방사선 검출 조성물을 포함하는 방사선 검출 장치.
  16. 제3항의 방사선 검출 조성물을 포함하는 방사선 검출 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방사선 검출 장치는 포함되는 환원제의 함량에 따라 검출되는 방사선의 세기가 조절되는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 장치.
  18. 아밀로오스 분자 및 아이오다이드 이온(I-)을 포함하는 염을 포함하는 수용액인 방사선 검출 조성물을 준비하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 준비된 방사선 검출 조성물을 방사선 검출 대상 환경에 배치하는 단계(단계 2); 및
    상기 단계 2에서 방사선 검출 대상 환경에 배치된 방사선 검출 조성물의 색깔 변화를 확인하여 방사선 노출 여부를 판단하는 단계(단계 3); 를 포함하고,
    상기 단계 3은 색깔 변화가 없는 경우에는 방사선이 검출되지 않았다 판단하며, 색깔 변화가 있는 경우에는 방사선이 검출되었다 판단하는 것을 특징으로 하며,
    상기 색깔 변화는,
    방사선이 물 분자(H2O)를 방사 분해하여 OH 라디칼(OHㆍ) 및 과산화수소(H2O2) 중 1 종 이상을 포함하는 방사 분해물을 생성시키는 단계;
    상기 방사 분해물이 아이오다이드 이온(I-)을 분자성 요오드(I2)로 산화시키는 단계;
    상기 분자성 요오드(I2)가 아이오다이드 이온(I-)과 반응하여 트리아이오다이드 이온(I3 -)을 생성시키는 단계; 및
    상기 트리아이오다이드 이온(I3 -)가 아밀로오스 분자와 착화물을 형성하여 발색시키는 단계;를 포함하는 과정을 통해 나타나는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
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