KR101796679B1

KR101796679B1 - 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛

Info

Publication number: KR101796679B1
Application number: KR1020150171237A
Authority: KR
Inventors: 이만우; 임희진; 정동혁; 이무진
Original assignee: 한국원자력의학원
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-12-01
Also published as: KR20170065153A

Abstract

본 발명은 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛을 개시한다. 본 발명은 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛은, 통공이 형성된 스페이스 절연 기판과, 통공으로 도전층이 노출되도록 스페이스 절연 기판의 양측면에 각각 나란한 상태로 설치되는 고전압 전극 유닛 신호 전극 유닛을 포함하는 단위 모듈로 이루어지며, 고전압 전극 유닛과 신호 전극 유닛의 각 도전층이 일정한 간극을 유지하도록 서로 대면한 상태로 마련되어 스페이스 절연 기판의 통공에 밀폐된 기체 충전 챔버가 형성되도록 이루어지고, 고전압 전극 유닛과 신호 전극 유닛은 필름 형태의 절연 기판상에 연속되는 도체면을 형성하는 제1의 박막 패턴과 비연속 도체면을 이루는 제2의 박막 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 적층 형성된 도전층을 포함하는 구성을 가진다. 이와 같은 구성에 의하면, 단순화된 구성과 제조공정에 의해 전극 도전체의 박막화와 균일도 및 평탄도를 효율적이고 용이하게 실현할 수 있으므로, 생산성과 경제성을 대폭 향상시킬 수 있다. 이에 따라 방사선 검출시 방사선과 전극의 상호작용에 의한 방사선 감쇠 및 훼손 작용의 최소화를 용이하게 실현할 수 있으므로, 방사선 계측 정밀도와 신뢰성을 유효하게 확보할 수 있다.

Description

방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛{A Cavity Ionization Chamber having Flexible Printed Circuit Electrode}

본 발명은 방사선 계측용 모니터 전리함(Ionization Chamber)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 의료용 선형가속기(Linear Accerlerator)와 같은 고출력 방사선 발생장치에 장착되어 방사선량을 계측하기 위한 기체 충전 평행평판형(plane parallel type) 모니터 전리함 및 그 전리함에 내장되어 전리 방사선을 검출하기 위한 전극 유닛에 관한 것이다.

예컨대, 암 등의 질병 치료나 진단을 위한 의료용 고출력 방사선 발생장치는 방사선의 정량적 피폭에 따른 안전성을 필수적으로 담보하기 위하여 방사선 검출기를 통해 방사선의 출력상태를 실시간으로 측정하여 모니터링 하게 된다.

상술한 바와 같은 의료용 방사선 발생장치의 모니터링 시스템은 예를 들어 모니터 전리함과 같은 방사선 검출기에 의해 검출되는 방사선의 전하량 측정과 신호처리 과정을 통해 빔의 세기와 평탄도(Flatness)를 실시간으로 감시하는 동시에 빔 수송계의 제어 시스템과 연동하여 가속기의 안정적인 작동을 유도할 뿐만 아니라 조사 빔의 총량을 측정하여 방사선의 개폐를 결정하는 중요한 역할을 수행한다. 이에 따라 암 등의 질병 치료를 위해 요구되는 방사선의 선량(dose)과 방사선 조사 부위 및 방사선 조사 시간 등을 정밀하게 제어하여 방사선을 안전하게 이용할 수 있도록 하기 위한 기능을 제공하게 된다.

한편, 방사선 검출기는 전리함이나 비례계수관 등과 같은 기체 전리(공기 전리 : 양이온과 전자)를 이용한 전기적인 검출기와, 열형광선량계나 형광유리선량계 등과 같은 발광현상을 이용한 검출기 등 방사선 검출 원리에 따라 다양한 형태와 종류가 상용화되어 활용되고 있으나, 통상 방사선 치료기 등과 같은 인공적인 의료용 방사선 발생장치에는 주로 기체 충전형 평행평판형(plane parallel type) 전리함이 표준적인 방사선 검출기로 이용되고 있다.

주지된 바와 같이, 기체 충전형 평행평판형 전리함은 밀폐된 챔버에 일정한 간극을 유지하도록 대면 배치된 고전압 전극과 신호전극의 사이에 형성되는 고전압 전장에서 발생하는 방사선의 전리 작용에 의해 생긴 이온분량이 신호전극에 수집되면서 그와 접속된 전기계측기가 전기량의 변화를 측정하여 방사선의 강도를 계측하게 된다.

상술한 바와 같은 방사선 모니터링을 목적으로 사용하기 위한 모니터 전리함은 일정 수준의 계측 정밀도와 신뢰성이 요구되는데, 방사선 계측 과정에서의 방사선 빔의 감쇠 및 훼손 정도가 계측 정밀도와 신뢰성에 큰 영향을 미치게 된다.

통상적으로, 모니터 전리함의 방사선 계측 과정에서 발생하는 방사선 빔의 감쇠 및 훼손 정도는 주로 전극의 두께와 균일도 및 평탄도에 따른 영향이 크게 작용한다.

즉, 고전압 전극의 두께가 두꺼울수록 챔버 내부로 유입되는 방사선의 양이 크게 감소해 내부 기체의 이온화도는 약해지는 동시에 신호전극을 통해 흐르는 전하의 양은 감소하게 되어 검출 정밀도와 신뢰도가 저하되는 문제점이 발생한다.

그리고 전극 도체의 균일도가 매우 평탄하지 않으면, 고전압 인가시 해당 부분에 높은 전압이 걸려서 전기적 신호 전달 상태가 불안정하게 이루어지거나 전기계측기에 연결되는 접속 단자가 단락되기도 하는 문제점이 발생한다.

따라서, 방사선 모니터링을 위한 모니터 전리함에서 방사선 빔의 감쇠 및 훼손을 최소화하기 위해서는 전리함을 통과하는 방사선과 전극의 상호작용에 의한 방사선 감쇠 및 훼손을 최소화할 수 있도록 균일도가 매우 평탄한 박막 형태의 전극이 요구된다.

한편, 기존의 통상적인 평행평판형 전리함은 운모(Mica) 등의 기판에 구리(Cu)를 수십㎛ 두께의 박막으로 증착하여 도체 전극으로 사용하고 있는데, 그 제조 프로세스가 매우 복잡할 뿐만 아니라 고가의 증착 장비를 이용하는데 따른 생산성과 경제성이 저하되는 단점이 있다.

그리고, 운모(Mica) 등의 기판에 구리(Cu)의 박막 증착시 두께와 균일도 및 평탄도 형성에 대한 제조공정상의 한계가 존재함에 따라 전극 도체의 전체 면적에 대한 방사선의 투과율이 불균일하여 전극과의 상호작용에 따른 방사선의 감쇠 및 훼손 상태를 정밀하게 제어하기가 어려운 문제점이 있다.

또한, 운모(Mica) 등의 기판에 전극을 형성하는 투박한 구성으로 인하여 전리함의 경박단소화에 한계를 가지는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적 배경하에서 도출된 것으로서, 상술한 배경 기술의 문제점은 본 출원인이 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나 본 발명의 도출 과정에서 습득한 내용으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공지된 내용이라 할 수는 없다.

대한민국 등록특허공보 제10-1433226호 대한민국 등록특허공보 제10-1051148호 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0052404호

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극이 지니고 있는 단점과 문제점을 감안하여 이를 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 방사선 검출시 방사선과의 상호작용에 의한 방사선 감쇠 및 훼손 작용을 최소화하기 위하여 개량된 구성에 의해 박막화와 균일도 및 평탄도를 보다 효율적이고 용이하게 실현할 수 있는 경제적인 전리 방사선 검출용 전극 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단순화된 제조공정을 통하여 생산성과 경제성이 대폭 향상된 전리 방사선 검출용 전극 유닛을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기한 목적을 달성하기 위한 전리 방사선 검출용 전극 유닛을 구비하여 방사선 계측시 방사선과 상호작용에 의한 방사선 감쇠 및 훼손을 최소화함에 따라 방사선 계측 정밀도와 신뢰성 및 경제성이 향상된 방사선 계측용 모니터 전리함을 제공하기 위한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함의 전리 방사선 검출용 전극 유닛은, 필름 형태의 절연 기판과; 상기 기판상에 연속되는 도체면을 형성하는 제1의 박막 패턴과 비연속 도체면을 이루는 제2의 박막 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 적층 형성된 도전층;을 포함하여 이루어지며, 상기 도전층의 제1의 박막 패턴은 기체 충전 이온 전리함의 음극 역할을 하여 전기장을 유도하고, 제2의 박막 패턴은 기체 충전 이온 전리함의 양극 역할을 하여 전자를 수집하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함은, 통공이 형성된 스페이스 절연 기판과; 상기 통공의 일측으로 도전층이 노출되도록 상기 스페이스 절연 기판의 일측 편면에 나란한 상태로 설치되는 고전압 전극 유닛; 및 상기 통공의 타측으로 도전층이 노출되어 상기 고전압 전극 유닛의 도전층과 대면하도록 상기 스페이스 절연 기판의 타측 편면에 나란한 상태로 설치되는 신호 전극 유닛;을 포함하며, 상기 고전압 전극 유닛과 신호 전극 유닛의 각 도전층이 일정한 간극을 유지하도록 서로 대면한 상태로 마련되어 상기 스페이스 절연 기판의 통공에 밀폐된 기체 충전 챔버가 형성되도록 이루어지고, 상기 고전압 전극 유닛과 신호 전극 유닛은, 필름 형태의 절연 기판상에 연속되는 도체면을 형성하는 제1의 박막 패턴과 비연속 도체면을 이루는 제2의 박막 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 적층 형성된 도전층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 단위 모듈 1쌍이 스페이스 절연 기판을 사이에 두고 서로 대향되게 적층되어 패키징된 상태를 이루도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층과 외측의 링형 패턴 도전층의 사이에 링형 절연부가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부에 의해 양분되는 비연속 도체면을 가지도록 반원형(half circle type) 패턴으로 형성되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층과 외측의 링형 패턴 도전층의 사이에 링형 절연부가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부 및 그와 직교하는 다른 직선형 절연부에 의해 4등분 되는 비연속 도체면을 가지도록 4분원형(quarter half circle type) 패턴으로 형성되는 구성을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층과 외측의 링형 패턴 도전층의 사이에 링형 절연부가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부 및 그와 직교하는 복수의 다른 직선형 절연부에 의해 다등분되는 비연속 도체면을 가지도록 다분할 배열형(multi array type) 패턴으로 형성되는 구성을 가질 수 있다.

그리고, 상기 전극 유닛의 기판은 100 내지 140㎛ 범위의 두께를 가지는 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전극 유닛의 도전층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 구리 박막(Cu Film)이 접착된 적층 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 전극 유닛의 도전층은 구리 도금층이 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 박막 적층 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 전극 유닛의 도전층에는 산화방지 등을 위한 보호막으로서, 유기화합물(OSP : Organic Solderability Preservative)이나 유전체층이 더 코팅되어 이루어진 구성을 가질 수 있다.

본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출용 전극 유닛에 따르면, 개량된 구성과 제조공정에 의해 전극 도전체의 박막화와 균일도 및 평탄도를 효율적이고 용이하게 실현할 수 있으므로, 생산성과 경제성을 대폭 향상시킬 수 있다. 이에 따라 방사선 검출시 방사선과 전극의 상호작용에 의한 방사선 감쇠 및 훼손 작용의 최소화를 용이하게 실현할 수 있으므로, 방사선 계측 정밀도와 신뢰성을 유효하게 확보할 수 있다.

그리고, 단순화된 제조공정을 통하여 전극의 박막화와 균일도 및 평탄도를 효율적이고 용이하게 실현할 수 있게 됨에 따라 기존 모니터 전리함의 전극에 비하여 생산성과 경제성을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 경박단소화가 용이한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 모니터 전리함의 고압 전극 유닛을 개략적으로 도시해 보인 도면.
도 2는 본 발명에 의한 모니터 전리함의 신호 전극 유닛을 개략적으로 도시해 보인 도면.
도 3은 본 발명에 의한 모니터 전리함 단위 모듈을 도시해 보인 개략적 분리 사시도.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 절제하여 보시해 보인 개략적 결합 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 모니터 전리함 단위 모듈 1쌍이 패키징된 상태를 도시해 보인 외관 사시도.
도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 절제하여 도시해 보인 개략적 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 모니터 전리함이 방사선 발생장치에 장착된 상태에서 방사선을 계측하는 상태를 설명하기 위해 도시해 보인 구성도.
도 8 내지 도 11은 각각 본 발명에 의한 모니터 전리함에 의해 방사선을 측정한 결과를 나타내 보인 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함 및 그 내장용 전리 방사선 검출용 전극 유닛을 상세하게 설명한다.

이하의 설명 내용과 첨부된 도면은 본 발명에 따른 기술 구성과 그 동작 상태를 이해하기 위한 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 청구범위에 기재된 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 모니터 전리함의 고압 전극 유닛을 개략적으로 도시해 보인 도면으로서, 도 1의 a는 사시도이고, 도 1의 b는 a의 I-I선을 따라 절제하여 도시해 보인 수직 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전리 방사선 검출용 고압 전극 유닛(10)은, 필름 형태의 절연 기판(11)과, 그 기판(11) 상에 연속되는 도체면을 형성하는 박막 패턴으로 적층된 도전층(12)을 포함하여 이루어지는 구성을 가진다.

본 발명에 따르면, 상기 기판(11)은 내열성과 절연성 및 유연성과 내구성이 우수한 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어지는 것이 바람직하며, 구리(Cu)나 은(Ag) 등의 도전체 박막(Film)이 견고하게 접착되어 적층되는 구조를 이룰 수 있도록 100 내지 140㎛ 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이와 같은 기판(11)의 구성에 의해 본 발명에 의한 전리 방사선 검출용 고압 전극 유닛(10)은 기존의 유리 기판에 비해 보다 경박단소화된 박판형 기판 제작을 유효하게 실현할 수 있다.

상기 도전층(12)은 이온 전리함의 음극 역할을 하여 전기장을 유도하기 위한 것으로서, 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 구리 박막(Cu Film)이 원형 패턴으로 연속되는 도체면을 형성하도록 접착된 적층 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같은 기판(11)의 구성에 의해 본 발명에 의한 전리 방사선 검출용 고압 전극 유닛(10)은 기존의 유리 기판에 비해 보다 경박단소화된 박판형 기판 제작을 경제적으로 유효하게 실현할 수 있다.

한편, 도 1에서 상기 기판(11)과 도전층(12)의 두께는 설명의 편의상 실제 두께보다 과장되게 표현된 것으로, 이와 같은 예시가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명에 따른 전리 방사선 검출용 고압 전극 유닛(10)은 실질적으로 연성회로기판(FPCB)과 같은 형태를 이루게 된다.

본 발명의 일측면에 따르면, 상기 도전층(12)에는 산화방지 등을 위한 보호막(13)으로서, 유기화합물(OSP : Organic Solderability Preservative)이나 유전체층이 더 코팅되어 이루어진 구성을 가질 수 있다.

도 2는 본 발명에 의한 모니터 전리함의 신호 전극 유닛을 개략적으로 도시해 보인 도면으로서, 도 2의 (a)는 사시도이고, 도 2의 (b)는 a의 II-II선을 따라 절제하여 도시해 보인 수직 단면도이며, (c)는 신호 전극 유닛의 도전층 형성 패턴이 변형된 다른 실시예를 나타내 보인 개략적 평면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전리 방사선 검출용 신호 전극 유닛(20)은, 필름 형태의 절연 기판(21)과, 그 기판(21) 상에 비연속적인 도체면을 형성하는 박막 패턴으로 적층된 도전층(22)을 포함하여 이루어지는 구성을 가지는 것으로서, 그 적층 구조는 도 1에 의해 설명된 본 발명의 전리 방사선 검출용 고전압 전극 유닛(10)과 실질적으로 동일한 구성으로 이루어진다.

그리고 상기 도전층(22)에는 산화방지 등을 위한 보호막(23)으로서, 유기화합물(OSP : Organic Solderability Preservative)이나 유전체층이 더 코팅되어 이루어진 구성을 가질 수 있다.

한편, 도 2의 (a) 및 (b)에서 상기 기판(21)과 도전층(22)의 두께는 설명의 편의상 실제 두께보다 과장되게 표현된 것으로, 이와 같은 예시가 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

따라서, 본 발명에 따른 전리 방사선 검출용 신호 전극 유닛(20)은 실질적으로 연성회로기판(FPCB)과 같은 형태를 이루게 된다.

즉, 상기 기판(21)은 내열성과 절연성 및 유연성과 내구성이 우수한 폴리이미드 필름(polyimide film)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 구리(Cu)나 은(Ag) 등의 도전체 박막(Film)이 견고하게 접착되어 적층되는 구조를 이룰 수 있도록 100 내지 140㎛ 범위의 두께를 가지도록 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같은 기판(21)의 구성에 의해 본 발명에 의한 전리 방사선 검출용 신호 전극 유닛(20)은 기존의 유리 기판에 비해 보다 경박단소화된 박판형 기판 제작을 경제적으로 유효하게 실현할 수 있다.

상기 도전층(22)은 이온 전리함의 양극 역할을 하여 전자를 수집하기 위한 것으로서, 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 구리 박막(Cu Film)이 원형 패턴의 비연속 도체면을 형성하도록 접착되는 적층 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 상기 도전층(22)은 도 2의 (a)에 예시된 바와 같이 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)의 사이에 링형 절연부(22e)가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부(22f)에 의해 양분되는 비연속 도체면을 가지도록 반원형(half cicle type) 패턴으로 형성된다.

상술한 바와 같이 비연속 도체면을 가지는 패턴으로 형성된 도전층(22)을 가지는 본 발명에 의한 전리 방사선 검출용 신호 전극 유닛(20)은 2방향 4채널 제어를 하도록 신호를 받아 방사선의 좌측과 우측 또는 상측과 하측의 양측 상태를 감시할 수 있게 된다.

즉, 상기 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)은 전자선이 기울기를 가지고 표적에 충돌하는 경우 그로 인해 발생되는 엑스선의 좌측과 우측 또는 상측과 하측의 세기 차이를 검출하는 전극으로 작용하게 되며, 상기 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)은 전자선이 표적의 중심으로부터 멀어진 곳에 충돌하는 경우 그 차이를 검출하는 전극으로 작용하게 된다.

따라서, 상기 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 링형 패턴 도전층(22c, 22d)으로부터 각각 출력되는 신호는 제어부에서 전자빔이 X-선 표적에 정확하게 충돌할 수 있도록 2방향 4채널의 제어 동작을 수행하기 위한 정보로 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 도전층(22)은 도 2의 (c)에서 다른 실시예로 나타내 보인 바와 같이 직선형 절연부(22f)와 직교하는 다른 직선형 절연부(22g)에 의해 4등분 되는 비연속 도체면을 가지도록 4분원형(quarter cicle type) 패턴으로 형성될 수 있으며, 이로써 직교 좌표(22f-22f, 22g-22g)상의 4방향 8채널(도면부호 1 내지 8의 영역)에 대한 신호 검출 및 제어 동작의 수행이 가능하게 된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 비록 도면에 의해 예시해 보이지는 않았으나, 상기 신호 전극 유닛(20)의 도전층(22)은 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)의 사이에 링형 절연부(22e)가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부(22f) 및 그와 직교하는 복수의 다른 직선형 절연부(미도시)에 의해 다등분되는 비연속 도체면을 가지도록 다분할 배열형(multi array type) 패턴으로 형성되는 구성을 가질 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성을 가지는 고전압 전극 유닛(10)과 신호 전극 유닛(20)이 내장된 본 발명에 의한 모니터 전리함(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4는 각각 본 발명에 의한 모니터 전리함(100)의 단위 모듈을 설명하기 위해 개략적으로 도시해 보인 도면으로서, 도 3은 분리 사시도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 절제하여 보시해 보인 결합 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 모니터 전리함(100)은 스페이스 절연 기판(30)을 사이에 두고 양 측면에 각각 고전압 전극 유닛(10)과 신호 전극 유닛(20)이 대면한 상태로 나란하게 접착되어 평행평판형 단위 모듈을 이루게 된다.

상기 고전압 전극 유닛(10)과 신호 전극 유닛(20)은 각각 도 1 및 도 2에 의해 상세하게 설명된 바 있는 본 발명에 따른 전리 방사선 검출용 신호 전극 유닛이 적용된 것으로서, 그 구체적이고 상세한 설명은 생략한다. 상기 스페이스 절연 기판(30)은 전극 노출을 위해 형성된 통공(31)이 중앙부에 마련되어 있으며, 일측단부에는 상기 신호 전극 유닛(20)과 전기적으로 접속되는 동시에 도시되어 있지 않은 외부의 전기계측기와 전기적으로 접속되는 커넥터(C)가 구비된다.

상기 스페이스 절연 기판(30)은 예를 들어 FR4 기판 등의 인쇄회로기판(PCB)이 적용될 수 있으며, 기체 충전 챔버 형성을 위해 1mm 내지 3mm 범위의 두께를 가지는 것이 바람직하다.

상기 고전압 전극 유닛(10)과 신호 전극 유닛(20)은 각각의 도전층(12)(22)이 상기 스페이스 절연 기판(30)의 통공(31)으로 노출되어 일정한 간극을 유지하도록 서로 대면한 상태로 배치된 상태에서 절연 기판(11)(21)이 상기 스페이스 절연 기판(30)의 통공(31)의 외측면에 부착된다. 이때 상기 스페이스 절연 기판(30)과 고전압 전극 유닛(10) 및 신호 전극 유닛(20)의 절연 기판(11)(21)은 에폭시 등과 같은 접착제에 의해 완전히 씰링되도록 대면 접착된다. 이에 따라 상기 스페이스 절연 기판(30)의 통공(31)에는 밀폐된 기체 충전 챔버(101)가 형성되며, 밀폐되지 않은 경우에도 주변 공기가 채워주기 때문에 모니터 전리함으로 사용할 수 있다.

따라서, 상기 고전압 전극 유닛(10)에 전압을 인가하게 되면, 상기 챔버(101)에 형성되는 고전압 전장에서 발생하는 방사선의 전리 작용에 의해 생긴 이온분량이 신호 전극 유닛(20)에 수집되면서 그와 접속된 전기계측기가 전기량의 변화를 측정하여 방사선의 강도를 계측하게 된다.

도 5는 본 발명에 의한 단위 모듈의 모니터 전리함(100)을 1쌍으로 적층하여 패키징한 모니터 전리함(200)의 시제품을 사진 촬영하여 외관 상태를 나타내 보인 도면이다.

그리고, 도 6은 도 5의 VI-VI 선을 따라 절제하여 전극 유닛과 절연기판의 배치 구조를 도시해 보인 개략적 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 단위 모듈의 모니터 전리함(100)을 1쌍으로 적층하여 패키징한 모니터 전리함(200)은 스페이스 절연 기판을 사이에 두고 단위 모듈의 모니터 전리함(100)(100) 1쌍이 서로 대향되도록 적층되어 패키징된 상태를 이루게 된다. 이와 같이 패키징된 모니터 전리함(200)은 예를 들어 알루미늄 상자 등과 같은 프레임(F)에 의해 지지되도록 방사선 발생장치에 장착되어 방사선을 계측할 수 있게 된다.

도 6에서 앞서 도시된 도면의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일 구성요소를 나타내는 것으로서, 그 구성요소들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 그리고, 도 6의 미설명 도면 부호 40 및 41은 각각 스페이스 기판과 전극 유닛(10)(20)을 보호하기 위해 부착되는 캡톤 박(Kapton foil)을 나타낸 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 단위 모듈의 모니터 전리함(100)이 1쌍으로 적층되어 패키징된 모니터 전리함(200)은 방사선 발생중 출력 변동에 대한 대응을 위하여 각 단위 모듈의 모니터 전리함(100)이 독립적으로 작동하게 되는 모니터 유닛(Monitor unit)을 이루도록 하여 방사선의 총량을 계측함으로써, 방사선 계측 정밀도와 신뢰성을 대폭 향상시킬 수 있다.

도 7은 상술한 바와 같은 본 발명에 의한 모니터 전리함(200)을 실제 방사선 발생장치에 장착하여 방사선 계측을 시험하는 상태를 사진 촬영하여 나타내 보인 것이다.

그리고, 도 8 내지 도 11은 각각 도 7에 나타내 보인 시험과정을 통하여 수득한 방사선 계측 시험 결과를 그래프로 나타내 보인 도면이다.

도 7 내지 도 11과 관련한 시험에서는 본 발명에 의한 모니터 전리함(200)을 코발트 조사기에 장착하고 전리전류계(6517B, Keithley, US)에 연결하여 분극 전압을 인가한 상태에서 방사선 조사에 따른 전리 전류의 발생과 전리 전류계 적분 회로의 동작을 확인하기 위하여 방사선 조사를 시행하고, 시간에 따라 전리함에서 수집한 이온 전류를 전하 모드에서 360초까지 측정하였다. 이와 같은 시험은 의료용 전자가속기 기능에 대한 국제표준지침인 IEC-60977(Medical electron accelerators-Guidelines for functional performance characteristics)과 방사선치료용 전리함에 대한 지침인 IEC-60731(Dosimeters with ionization chambers as used in radiotherapy)을 참고한 것이다.

도 8은 코발트-60 선원을 이용하여 모니터 전리함에 방사선을 조사할 때 전리 전류계의 적분 회로를 통하여 측정한 누적된 전하량을 나타낸 것이다. 이때 총 측정시간은 360초이며, 약 1400 nC까지 측정한 결과를 보인 것이다.

도 9는 분극 전압에 따른 전하의 포화 특성을 측정한 결과이다. 이 결과는 각 전압에 대하여 60초씩 3회 측정한 값을 평균한 결과로서 300 V의 값에 대하여 상대적 값을 나타낸 결과이다. 이 결과에 따르면 본 발명에 의한 모니터 전리함(200)은 25V에서 약 98% 이상, 50V에서 약 99%, 그리고 100V 이상에서 100%의 수집효율을 보이고 있음을 알 수 있다.

도 10은 분극 전압 300 V를 사용 기준전압으로 결정하기 위하여 300V를 기준으로 주변의 전압에 대하여 다시 측정한 결과이다. 이 결과를 분석할 때 300V를 기준으로 분극 전압 ±20V의 변동은 최대 0.04%의 차이를 보이는 것으로 나타났다. 이 그래프에서 오차 막대(Error bar)는 5회 측정의 표준편차(1 standard deviation)를 나타내며, 이 결과로부터 사용 전압 근처에서 모니터 전리함 측정값의 재현성을 상대 표준편차로 분석한 결과 0.02%∼0.07% 범위를 보이는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함(100)(200) 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛(10)(20)의 경우, IEC-60977에서 권고하는 전자가속기의 방사선량 모니터링 시스템의 재현성 상한인 0.5% 이하를 만족한다.

도 11은 방사선 조사시간에 대한 측정값의 선형성을 시험한 결과로서, 조사 시간 10초 동안 측정한 값에 대한 상대적 값을 나타낸 것이다. 이 측정 결과를 IEC-60731에서 선형성(또는 비선형성)을 평가하는 방법으로서 다음과 같은 식을 써서 계산하였다.

위 식을 이용하여 선형성을 분석한 결과 0.01∼0.04% 범위를 보이는 것으로 나타났다.

따라서, 본 발명에 의한 방사선 계측용 모니터 전리함(100)(200) 및 그 내장용 전리 방사선 검출 전극 유닛(10)(20)의 경우, IEC-60977에서 권고하는 허용치인 2% 이내를 만족한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 의해 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시예가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.

10 : 고전압 전극 유닛 11 : 절연 기판
12 : 도전층 13 : 보호막
20 : 신호 전극 유닛 21 : 절연 기판
22 : 도전층 23 : 보호막
30 : 스페이스 절연 기판 31 : 통공
40 : 스페이스 절연 기판 41 : 캡톤 박(Kapton foil)

Claims

필름 형태의 절연 기판과;
상기 절연 기판상에 연속되는 도체면을 형성하는 제1의 박막 패턴과 비연속 도체면을 이루는 제2의 박막 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 적층 형성된 도전층;을 포함하여 이루어지며,
상기 도전층의 제1의 박막 패턴은 기체 충전 이온 전리함의 음극 역할을 하여 전기장을 유도하고, 제2의 박막 패턴은 기체 충전 이온 전리함의 양극 역할을 하여 전자를 수집하는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함의 전리 방사선 검출용 전극 유닛.
제 1 항에 있어서,
상기 절연 기판은 100 내지 140㎛ 범위의 두께를 가지는 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함의 전리 방사선 검출용 전극 유닛.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 도전층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 구리 박막(Cu Film)이 접착되거나 도금에 의해 적층된 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함의 전리 방사선 검출용 전극 유닛.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 도전층을 보호하기 위한 코팅막을 더 포함하여 이루지는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함의 전리 방사선 검출용 전극 유닛.
통공이 형성된 스페이스 절연 기판과;
상기 통공의 일측으로 도전층이 노출되도록 상기 스페이스 절연 기판의 일측 편면에 나란한 상태로 설치되는 고전압 전극 유닛; 및
상기 통공의 타측으로 도전층이 노출되어 상기 고전압 전극 유닛의 도전층과 대면하도록 상기 스페이스 절연 기판의 타측 편면에 나란한 상태로 설치되는 신호 전극 유닛;을 포함하며,
상기 고전압 전극 유닛과 상기 신호 전극 유닛의 각 도전층이 일정한 간극을 유지하도록 서로 대면한 상태로 마련되어, 상기 스페이스 절연 기판의 통공에 밀폐된 기체 충전 챔버가 형성되는 단위 모듈로 이루어지고,
상기 고전압 전극 유닛과 상기 신호 전극 유닛 각각은 필름 형태의 절연 기판과, 상기 절연 기판상에 연속되는 도체면을 형성하는 제1의 박막 패턴과 비연속 도체면을 이루는 제2의 박막 패턴 중 어느 하나의 패턴으로 적층 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항에 있어서,
상기 단위 모듈 한 쌍이 상기 스페이스 절연 기판을 사이에 두고 서로 대향되게 적층되어 패키징된 상태를 이루는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 고전압 전극 유닛과 상기 신호 전극 유닛 각각의 절연 기판은 100 내지 140㎛ 범위의 두께를 가지는 폴리이미드(polyimide) 필름으로 이루어진 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 고전압 전극 유닛과 상기 신호 전극 유닛 각각의 도전층은 15 내지 25㎛ 범위의 두께를 가지는 구리 박막(Cu Film)이 접착된 적층 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 고전압 전극 유닛과 상기 신호 전극 유닛은 그 각각의 도전층을 보호하기 위한 코팅막을 더 포함하여 이루지는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)의 사이에 링형 절연부(22e)가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부(22f)에 의해 양분되는 비연속 도체면을 가지도록 반원형(half circle type) 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)의 사이에 링형 절연부(22e)가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부(22f) 및 그와 직교하는 다른 직선형 절연부(22g)에 의해 4등분 되는 비연속 도체면을 가지도록 4분원형(quarter half circle type) 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 신호 전극 유닛은 내측의 원형 패턴 도전층(22a, 22b)과 외측의 링형 패턴 도전층(22c, 22d)의 사이에 링형 절연부(22e)가 형성된 상태에서 중심을 지나는 직선형 절연부(22f) 및 그와 직교하는 복수의 다른 직선형 절연부(22g)에 의해 다등분되는 비연속 도체면을 가지도록 다분할 배열형(multi array type) 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방사선 계측용 모니터 전리함.