KR101670504B1

KR101670504B1 - 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기

Info

Publication number: KR101670504B1
Application number: KR1020140192560A
Authority: KR
Inventors: 김종국; 전상준; 김경민
Original assignee: 한국원자력의학원
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-10-28
Also published as: KR20160080867A

Abstract

본 발명에 따른 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기는, 내부에 수용 공간을 구비한 몸체; 상기 몸체의 수용 공간 일측으로 편심된 위치에 배치된 방사선 검출 모듈; 상기 방사선 검출 모듈의 중앙부에 형성된 제1챔버; 상기 제1쳄버와 이격되도록 배치되며, 상기 방사선 검출 모듈의 일측 경계에 배치된 제2챔버; 및 상기 제2챔버를 사이에 두고 상기 제1챔버의 맞은 편에 배치되며, 상기 제1챔버와 상기 제2챔버 간 거리보다 상기 제2챔버로부터 더 멀리 이격되도록 배치된 제3챔버;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기{Gamma radiation counter detecting broad range of activity}

본 발명은 넓은 선량 영역의 방사선을 효과적으로 측정하는 방사선 계수기에 관한 것이다. 본 발명은 미래창조과학부의 한국원자력의학원 연구운영비 지원사업(과제고유번호 : 50530-2014, 과제명 : 방사성 의약품 임상이용 활성화 사업)의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.

일반적으로 감마선 계수기(gamma radiation counter)는 작은 크기의 샘플에 포함된 방사성 핵종의 종류와 양을 계수하기 위해 사용되는 것이다.

감마선 검출기의 일 예로 가이거 계수기(Geiger counter)가 있다. 하지만 가이거 계수기는 방사선 스펙트럼을 얻을 수 없어 방사성 핵종의 종류를 알 수 없고 방사선의 양만을 측정할 수 있으며, 감마선 계수에 있어서 감도가 낮다. 그리하여, 감도가 높은 감마선 계수기는 섬광검출기(scintillaion detector)가 주로 사용된다.

통상적인 감마선 계수기는 NaI:Tl 섬광결정과 광전자증배관으로 이루어진 검출기를 사용하여 제작되며, 검출기에서 발생하는 전기적 신호를 통해 방사선 스펙트럼을 측정하여 방사성 핵종의 종류와 양을 동시에 측정할 수 있다.

이러한 감마선 계수기의 일 예가 미국 특허 제2,779,876호, 대한민국 공개특허 2010-0065199호에 개시되어 있다.

종래의 감마선 계수기는 섬광검출기의 민감도 때문에 저준위 선량(10 Ci 이하)의 방사선만을 측정할 수 있다. 그리하여 상기 감마선 계수기의 측정범위를 넘어서는 선량을 측정하는 경우 방사선 검량기(Dose calibrator)를 사용한다.

하지만 상기 방사선 검량기는 스펙트럼을 획득할 수 없고 양 만을 측정할 수 있기 때문에 이미 알고 있는 핵종만을 사용하여야 하며 상기 방사선 검량기의 경우 200 Ci 이하 영역에서 오차가 커서 정량성이 떨어진다.

일반적으로 방사선 검출기는 방사선이 존재하는 곳을 알아내거나 방사성 물질에서 방사되는 방사선의 종류, 세기, 에너지 분포, 인체에 대한 피폭선량 등을 측정하기 위해 사용되는 것이다.

방사선 검출기의 대표적인 예로는 가이거 계수기가 있다. 가이거 계수기는 방사선에 의해 이온화된 가스에서 발생하는 전리 작용으로 인한 전하량을 측정한다. 한편, 방사선에 의해 원자가 전자나 다른 입자와 충돌함으로써 입자의 에너지 준위가 달라짐으로써 발생하는 빛을 감지하는 방사선 검출기도 있다.

실험실에서 사용하는 소형 방사선 검출기의 일 예가 대한민국 공개특허 제2008-0029539호에 개시되어 있다.

그런데 종래의 소형 방사선 검출기는 저준위 선량(10 μCi 이하)의 방사선만을 측정하거나 고준위 선량(10~200μCi)의 방사선만을 측정할 수 있도록 측정되는 방사선 에너지의 영역에 따라 전용 기기만이 존재하였다.

따라서, 실험실 수준에서 서로 에너지 준위가 다른 방사상 물질의 방사선량을 측정하기 위해서는 그 에너지 준위에 맞는 각각의 방사선 계수기를 구비하여야 하므로 번거로울 뿐 아니라 유지 및 구매 비용이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 실험실 수준에서 사용할 수 있는 방사선 계수기로서, 넓은 선량 영역의 방사선량을 하나의 장치에서 측정할 수 있도록 구조가 개선된 방사선 계수기를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기는, 내부에 수용 공간을 구비한 몸체;

상기 몸체의 수용 공간 일측으로 편심된 위치에 배치된 방사선 검출 모듈;

상기 방사선 검출 모듈의 중앙부에 형성된 제1챔버;

상기 제1쳄버와 이격되도록 배치되며, 상기 방사선 검출 모듈의 일측 경계에 배치된 제2챔버; 및

상기 제2챔버를 사이에 두고 상기 제1챔버의 맞은 편에 배치되며, 상기 제1챔버와 상기 제2챔버 간 거리보다 상기 제2챔버로부터 더 멀리 이격되도록 배치된 제3챔버;를 포함한 점에 특징이 있다.

상기 제2챔버와 상기 제3챔버 사이에 방사선 감쇠체 구조물이 배치된 것이 바람직하다.

상기 방사선 감쇠체 구조물은 상기 몸체로부터 분리가능하게 설치된 것이 바람직하다.

상기 제2챔버 또는 상기 제3챔버는 상기 몸체로부터 분리 가능하게 설치된 것이 바람직하다.

상기 제2챔버 또는 상기 제3챔버는 상기 몸체의 걸림턱에 걸리는 플랜지 형태의 걸림부를 포함한 것이 바람직하다.

상기 몸체는 상방이 개방된 상자 형태의 본체부 및,

상기 본체부의 개방된 부분을 덮는 커버를 포함하고,

상기 제1챔버, 상기 제2챔버는 상기 커버에 결합된 것이 바람직하다.

상기 몸체의 하부에 배치되며, 상기 방사선 검출 모듈의 작동을 위한 전자 장비가 설치된 전자 모듈부를 포함한 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기는, 종래의 검출기와 달리 고준위 선량의 방사선과 저준위 선량의 방사선을 하나의 장치에서 측정이 가능하도록 방사선 센서로부터 서로 거리가 다르게 형성된 복수의 챔버 및 그 챔버 간 방사선의 감쇠시키는 방사선 감쇠치 구조물을 포함하여, 넓은 영역의 선량을 가진 방사선을 하나의 장치에서 측정함으로써, 기기 유지 및 구매 비용을 절감하고, 기기 이용의 효율을 혁신적으로 향상시키는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 감마선 계수기의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 감마선 계수기의 주요 구성요소의 분리 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 Ⅲ-Ⅲ 선 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제2챔버와 제3챔버에 선량이 동일하고 체적이 서로 다른 방사성 시료를 배치했을 때의 방사선 검출 모듈의 측정 오차를 몬테카를로 시뮬레이션으로 계산한 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제2챔버와 제3챔버에 선량과 체적이 동일한 시료의 높이를 서로 다르게 배치했을 때의 방사선 검출 모듈의 측정 오차를 몬테카를로 시뮬레이션으로 계산한 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제1챔버에 1μCi Na-22 를 배치하고 측정한 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제2챔버에 1μCi Na-22 를 배치하고 측정한 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 8은 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제3챔버에 180μCi F-18 를 시간 붕괴시켜 선량 변화에 대한 측정 선형성을 보여주는 그래프이다.
도 9는 도 1에 도시된 감마선 계수기의 제1챔버에 0.14μCi F-18 를 시간 붕괴시켜 선량 변화에 대한 측정 선형성을 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기(10, 이하 "감마선 계수기"라 함)는 몸체(20)와, 방사선 검출 모듈(30)과, 제1챔버(41)와, 제2챔버(52)와, 제3챔버(63)와, 방사선 감쇠체 구조물(70)을 포함한다.

상기 몸체(20)는 내부에 수용 공간을 구비한다. 상기 몸체(20)는 직육면체의 상자 형태로 제조될 수 있다. 상기 몸체(20)의 외벽은 방사선이 차폐될 수 있도록 납이나, 텅스텐과 같은 방사선 차폐 성능이 양호한 금속으로 제조되는 것이 바람직하다. 더 구체적으로 상기 몸체(20)는 본체부(22)와 커버(24)를 포함할 수 있다. 상기 본체부(22)는 상방이 개방된 상자 형태의 구조물이다. 상기 커버(24)는 상기 본체부(22)의 개방된 부분을 덮는 구조물이다.

상기 방사선 검출 모듈(30)은 상기 몸체(20)의 수용 공간 일측으로 편심된 위치에 배치된다. 상기 방사선 검출 모듈(30)은 방사선을 검출하는 장치이다. 상기 방사선 검출 모듈(30)은 공지된 방사선 검출 센서를 채용할 수 있다. 상기 방사선 검출 모듈(30)은 감마선을 감지할 수 있는 실리콘 핀 다이오드와 같은 감광 센서를 포함할 수 있다. 상기 방사선 검출 모듈(30)이 측정 가능한 최대 선량은 수 μCi(마이크로 시벗) 정도이다. 상기 몸체(20)의 하부에는 전자 모듈부(80)가 배치될 수 있다. 상기 전자 모듈부(80)에는 상기 방사선 검출 모듈(30)의 작동을 위한 전자 장비가 설치된다. 상기 방사선 검출 모듈(30)은 상기 전자 모듈부(80)에 의해 전원이 공급되며, 검출된 방사선 데이터는 상기 전자 모듈부(80)로 전달된다.

상기 제1챔버(41)는 상기 방사선 검출 모듈(30)의 중앙부에 형성된 우물(well) 형상의 공간이다. 상기 제1챔버(41)는 상기 방사선 검출 모듈(30)에 의해 저선량의 방사선을 측정할 수 있도록 마련된 것이다.

상기 제2챔버(52)는 상기 제1챔버(41)와 이격되도록 배치된다. 더 구체적으로 상기 제2챔버(52)는 상기 방사선 검출 모듈(30)의 일측 경계에 배치된다. 상기 제2챔버(52)는 상기 몸체(20)와 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제2챔버(52)는 상기 커버(24)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제2챔버(52)는 우물 형태의 수용 공간을 구비한다. 상기 제2챔버(52)는 상기 몸체(20)의 걸림턱(25)에 걸리는 플랜지 형태의 걸림부(65)를 포함할 수 있다. 상기 걸림부(65)는 상기 제2챔버(52)가 상기 몸체(20)에 결합된 상태에서 그 제2챔버(52)에 수용된 방사선 시료의 높이를 일정하게 유지하는데 효과적으로 기여한다.

상기 제3챔버(63)는 상기 제2챔버(52)를 사이에 두고 상기 제1챔버(41)의 맞은 편에 배치된다. 더 구체적으로 상기 제3챔버(63)는 상기 제1챔버(41)와 상기 제2챔버(52) 간 거리보다 상기 제2챔버(52)로부터 더 멀리 이격되도록 배치된다. 상기 제3챔버(63)는 상기 제2챔버(52)와 동일한 구조를 채용할 수 있다. 즉, 상기 제3챔버(63)는 상기 몸체(20)와 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제3챔버(63)는 상기 커버(24)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 제3챔버(63)는 상기 몸체(20)의 걸림턱(25)에 걸리는 플랜지 형태의 걸림부(65)를 포함할 수 있다. 상기 걸림부(65)는 상기 제3챔버(63)가 상기 몸체(20)에 결합된 상태에서 그 제3챔버(63)에 수용된 방사선 시료의 높이를 일정하게 유지하는데 효과적으로 기여한다.

상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버 사이에 배치된다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 상기 몸체(20)에 구비된 수용 슬롯(72)에 착탈 가능하게 슬라이딩 결합 될 수 있다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 제3챔버(63)에 고선량의 방사성 시료가 수용될 경우 상기 방사선 검출 모듈(30)이 검출할 수 있는 범위를 넘어서는 방사선량이 상기 방사선 검출 모듈(30)에 도달하지 않도록 방사선의 에너지를 감쇠시키는 역할을 한다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 300 KeV 이상의 에너지를 방출하는 방사선원을 측정할 경우 두께 1~10mm의 납 또는 텅스텐으로 제조된 구조물을 사용할 수 있다. 한편, 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 300 KeV 이하의 에너지를 방출하는 방사선원을 측정할 경우 두께 1~10mm의 알루미늄 또는 구리로 제조된 구조물을 사용할 수 있다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 상기 몸체(20)에 분리가능하게 결합 될 수 있다. 상기 몸체(20)가 상기 본체부(22)와 상기 커버(24)로 구성된 경우에, 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 상기 커버(24)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)은 복수 구비될 수 있다. 상기 방사선 감쇠체 구조물(70)이 복수 구비된 경우 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버(63) 사이에 순차적으로 배치되어 제3챔버(63)에 수용된 방사성 물질의 방사선을 효과적으로 감쇠시켜 상기 방사선 검출 모듈(30)에서 상기 제3챔버(63)에 수용된 고선량의 방사성 물질의 방사선량을 검출할 수 있도록 한다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성 요소를 포함한 감마선 계수기(10)의 작용 효과를 상세하게 설명하기로 한다.

도 4를 참조하면, 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버(63)에 주사용 바이알(vial) 형태의 동일한 선량의 방사선원이 서로 다른 크기로 존재할 경우에 상기 방사선 검출 모듈(30)의 검출 오차를 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 계산한 결과를 알 수 있다. 즉, 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버(63)에 동일한 선량의 방사선원이 서로 다른 크기로 존재할 경우에 상기 방사선 검출 모듈(30)이 측정한 방사선량의 오차는 2% 이내로 방사선원의 크기에 따른 오차는 무시할 정도로 작은 것을 알 수 있다.

도 5를 참조하면, 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버(63)에 주사용 바이알(vial) 형태의 동일한 선량 및 크기가 동일한 방사선원이 서로 다른 높이에 존재할 경우에 상기 방사선 검출 모듈(30)의 검출 오차를 몬테카를로 시뮬레이션을 사용하여 계산한 결과를 알 수 있다. 즉, 상기 제2챔버(52)와 상기 제3챔버(63)에 동일한 선량의 방사선원이 서로 다른 높이에 존재할 경우에 상기 방사선 검출 모듈(30)이 측정한 방사선량의 오차는 15%까지로 계산된바 측정되는 방사선원의 높이는 상기 제1챔버, 상기 제2챔버(52) 및 상기 제2챔버(52)에서 일정한 높이로 균일하게 배치하여야 하는 것으로 나타났다.

이와 같은 결과로부터 상기 제1챔버(41)에서는 10 μCi 이하의 방사선원을 측정하고, 상기 제2챔버(52)에서는 상기 제1챔버(41)에서 측정되는 방사선원의 스펙트럼이 왜곡되는 경우의 방사선원의 스펙트럼을 측정하며, 상기 제3챔버(63)에서는 10~200 μCi 범위의 방사선원을 측정하는 것이 바람직하다.

참고로, 감마선 스펙트럼을 측정할 때 두 개 이상의 감마선이 아주 짧은 시간에 방사선 검출 모듈(30)에 도달하면 한 개의 감마선으로부터 측정되는 경우가 있다. 이러한 경우 두 개 이상의 감마선들의 에너지 총합에 해당하는 엔지 피크가 스펙트럼에 생성되며 서메이션 피크(summation peak)라고 한다. 상기 서메이션 피크는 우물형 검출기의 경우 더 높은 확률로 나타나고 스펙트럼의 형태가 왜곡된다. 상기 제2챔버(52)는 상기 제1챔버(41)에서 측정한 낮은 선량의 방사선원의 정확한 스펙트럼 확인을 위해 사용된다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 동일한 방사선원을 상기 제1챔버(41)에 배치하고 측정한 스펙트럼과 상기 제2챔버(52)에 배치하고 측정한 스펙트럼 간 상호 왜곡이 발생함을 알 수 있다.

도 8을 참조하면, 상기 제3챔버(63)에 F-18 180 μCi의 방사선원을 시간붕괴시켜 선량 변화에 대한 선형성을 분석한 결과를 알 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이 실제 방사선원의 측정 선형성은 예측된 선형 함수(linear fit)과 편차 2% 이내로 잘 부합하고 있음을 알 수 있다.

도 9를 참조하면, 상기 제1챔버(41)에 F-18 0.14 μCi의 방사선원을 시간붕괴시켜 선량 변화에 대한 선형성을 분석한 결과를 알 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이 실제 방사선원의 측정 선형성은 예측된 선형 함수(linear fit)과 편차 1% 이내로 잘 부합하고 있음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 방사선 계수기는, 종래의 검출기와 달리 고준위 선량의 방사선과 저준위 선량의 방사선을 하나의 장치에서 측정이 가능하도록 방사선 센서로부터 서로 거리가 다르게 형성된 복수의 챔버 및 그 챔버 간 방사선의 감쇠시키는 방사선 감쇠체 구조물을 포함함으로써 넓은 영역의 선량을 가진 방사선을 하나의 장치에서 측정가능하게 하여, 기기 유지 및 구매 비용을 절감하고, 기기 이용의 효율을 혁신적으로 향상시키는 효과를 제공한다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 감마선 계수기
20 : 몸체
22 : 본체부
24 : 커버
25 : 걸림턱
30 : 방사선 검출 모듈
41 : 제1챔버
52 : 제2챔버
63 : 제3챔버
65 : 걸림부
70 : 방사선 감쇠체 구조물
80 : 전자 모듈부

Claims

내부에 수용 공간을 구비한 몸체;
상기 몸체의 수용 공간 일측으로 편심된 위치에 배치된 방사선 검출 모듈;
상기 방사선 검출 모듈의 중앙부에 형성된 제1챔버;
상기 제1쳄버와 이격되도록 배치되며, 상기 방사선 검출 모듈의 일측 경계에 배치된 제2챔버; 및
상기 제2챔버를 사이에 두고 상기 제1챔버의 맞은 편에 배치되며, 상기 제1챔버와 상기 제2챔버 간 거리보다 상기 제2챔버로부터 더 멀리 이격되도록 배치된 제3챔버;를 포함하며,
상기 제2챔버와 상기 제3챔버 사이에 방사선 감쇠체 구조물이 배치되며,
상기 방사선 감쇠체 구조물은 상기 몸체로부터 분리가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 제2챔버 또는 상기 제3챔버는 상기 몸체로부터 분리 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기.
제4항에 있어서,
상기 제2챔버 또는 상기 제3챔버는 상기 몸체의 걸림턱에 걸리는 플랜지 형태의 걸림부를 포함한 것을 특징으로 하는 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기.
제1항에 있어서,
상기 몸체는 상방이 개방된 상자 형태의 본체부 및,
상기 본체부의 개방된 부분을 덮는 커버를 포함하고,
상기 제1챔버, 상기 제2챔버는 상기 커버에 결합된 것을 특징으로 하는 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기.
제1항에 있어서,
상기 몸체의 하부에 배치되며, 상기 방사선 검출 모듈의 작동을 위한 전자 장비가 설치된 전자 모듈부를 포함한 것을 특징으로 하는 넓은 선량 영역의 방사선 측정이 가능한 감마선 계수기.