KR101953363B1 - 방사선 차폐재 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 방사선 차폐재 제조방법은,
액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더, 경화제를 준비하는 제1단계;
상기 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 혼합하는 제2단계; 및
상기 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 나노 입자화시켜 액상형 방사선 차폐재를 만들거나,
상기 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 더 혼합하여 고상형 방사선 차폐재로 만드는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

방사선 차폐재 및 이를 제조하는 방법{RADIATION SHIELDING MATERIAL AND METHOD FOR MAKING THE SAME}

방사선 차폐재 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

원자력은 질병의 치료, 에너지원, 과학적 분석의 정확성 확보 등 현대 사회의 거의 모든 분야에 응용되고 있다. 하지만 원자내부의 핵자 또는 외곽전자들의 활동으로 인해 발생하는 여러 종류의 전리방사선들은 유기물로 구성된 생물체에 큰 해를 줄 수 있어, 방사선 차폐가 필요하다.

방사선 차폐는 전리방사선인 X, γ, β 선 등의 위험으로부터 인체 및 기타 재산을 보호하기 위한 방법으로, 방사선 차폐를 위해 원자번호가 높은 납(Pb)이 주로 사용되고 있다. 납을 차폐체로 주로 사용하는 이유는, 구하기 쉽고 가격이 낮고 가공이 쉽기 때문이다.

그러나, 납은 체내에 축적이 쉬운 중금속으로, 한 번 축적된 납은, 신경, 신장, 내분비계, 생식기 등에 손상을 주어, 심하면 사망에 이르게 한다.

또한, 납은 무거워, 방사선 작업 종사자가 납 앞치마(Apron)를 두르고 장시간 근무하면, 어깨 및 허리 피로도가 급격하게 상승하게 된다.

또한, 납은 갈라지기 쉬워, 갈라진 틈을 통해 방사선이 인체로 침투될 가능성이 높다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 납을 대체 할 연구가 활발히 이루어지고는 있지만, 대부분 쉽게 접하기 어렵거나 고가인 순수한 금속원소(W, Ba, Sb)를 사용하므로 상용화되기 어렵다.

한국등록특허(10-1145703)

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 개념의 방사선 차폐재 및 이를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 방사선 차폐재는,

액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더의 혼합물을 나노 입자화시켜 형성한 액상형 방사선 차폐재 또는,

상기 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 혼합하여 고체화시킨 고상형 방사선 차폐재로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 방사선 차폐재 제조방법은,

액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더, 경화제를 준비하는 제1단계;

상기 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 혼합하는 제2단계; 및

상기 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 나노 입자화시켜 액상형 방사선 차폐재를 만들거나,

상기 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 더 혼합하여 고상형 방사선 차폐재를 만드는 제3단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 액상실리콘과 황산바륨과 요오드화칼륨과 쉘파우더를 혼합하고 나노 입자화시켜 액상형 방사선 차폐재를 만든다. 이와 같이, 본 발명은 납을 전혀 사용하지 않으므로, 종래 납 방사선 차폐재가 가진 모든 문제(갈라짐, 유해성, 무거움)를 해결할 수 있다.

본 발명은 저렴하고 구하기 쉬운 물질(액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더, 경화제)로 구성되어, 최근 개발된 대체 물질(W, Ba, Sb)들의 문제(고가, 가공 어려움, 제한된 사용범위)를 해결할 수 있다. 특히, 본 발명은 버려지는 전복 껍질 또는 굴 껍질 등의 어패류 껍질을 분쇄해서 얻은 쉘파우더를 혼합하여 액상형 방사선 차폐재를 만들므로 제조원가를 획기적으로 줄일 수 있다.

본 발명인 액상형 방사선 차폐재는, 액체인 관계로 인체의 굴곡을 따라 방사선 차폐가 필요한 부위에 원하는 두께로 성형이 가능하다. 따라서, 방사선 차폐가 필요한 어떠한 인체 부위 및 벽, 지붕 등 구조물에도 쉽게 적용 할 수 있다.

본 발명은 혼합된 액상실리콘과 황산바륨과 요오드화칼륨과 쉘파우더를 나노 입자화하는 과정에서, 액상실리콘과 황산바륨과 요오드화칼륨과 쉘파우더의 혼합물에 존재하는 공극이 없어져, 방사선이 공극을 통해 인체로 조사되는 것을 막을 수 있다. 또한, 혼합된 액상실리콘과 황산바륨과 요오드화칼륨과 쉘파우더가 나노 입자화된 관계로 어떠한 형태로도 만들어낼 수 있다. 또한, 혼합된 액상실리콘과 황산바륨과 요오드화칼륨과 쉘파우더가 나노 입자화된 관계로 인체에 직접 바르더라도 이물감이 전혀 없다.

본 발명은 액상형 방사선 차폐재를 판금 성형 방법을 사용하여, 방사선 차폐용 앞치마, 갑상선 보호용 차폐체, 수정체 보호 차폐체 등 다양한 차폐체로 만들어낼 수 있다.

본 발명은 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 더 혼합시켜, 고상형 방사선 차폐재를 만들어낼 수 있다. 고상형 방사선 차폐재는 정형화된 규격 형태(건축자재, 차폐블록, 타일)로 대량으로 생산해 낼 수 있다.

본 발명인 고상형 방사선 차폐재는 탄소섬유 또는 유리섬유로 강화되어, 그 형태를 오랫동안 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 차폐재를 제조하는 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 나노 입자화시키는 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치에 의해 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더가 나노 입자화되는 상태를 설명하기 위한 도면으로, 도 3(a)는 나노 입자화 되기 전 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더의 혼합물을 나타낸 도면이고, 도 3(b)는 나노 입자화 된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더의 혼합물을 나타낸 도면이다.
도 4는 액상형 방사선 차폐재가 사람의 가슴 부위에 발라진 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 앞치마 형태의 홈을 가진 금형의 홈 안에, 액상형 방사선 차폐재를 채운 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 액상형 방사선 차폐재가 젤 상태로 굳은 상태에서, 금형으로부터 액상형 방사선 차폐재를 분리해 낸 후, 옷감으로 둘러싸고 재봉하여 방사선 차폐용 앞치마를 만든 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 메쉬와 액상형 방사선 차폐재와 경화제를 몰드 안에 넣고, 가압하여, 고상형 방사선 차폐재를 만드는 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 타일 형태로 만들어진 고상형 방사선 차폐재를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 고상형 방사선 차폐재가, 방사선 실의 내벽에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 저선량 방사선이 방출되는 관전압 60kVp에서, 고상형 방사선 차폐재의 방사선 차단량을 두께에 따라 측정하여 정리한 표이다.
도 11은 고선량 방사선이 방출되는 관전압 100kVp에서, 고상형 방사선의 차폐재의 방사선 차단량을 두께에 따라 측정하여 정리한 표이다.
도 12는 관전압 60kVp, 100kVp 각각에서, 0.5mm 두께의 납이, 방사선을 차단하는 양을, 3차례 측정하여 정리한 표이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 차폐재 제조 방법을 자세히 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 차폐재 제조하는 방법은,

액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더, 경화제를 준비하는 제1단계(S11);

상기 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 혼합하는 제2단계(S12);

상기 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 나노 입자화시켜 액상형 방사선 차폐재를 만들거나,

상기 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 더 혼합하여 고상형 방사선 차폐재로 만드는 제3단계(S13)로 구성된다.

이하, 제1단계(S11)를 설명한다.

액상실리콘 40g, 황산바륨 20g, 요오드화칼륨 15g, 쉘파우더 20g, 경화제 5g을 준비한다.

액상실리콘은 주변에서 구하기 쉽고 가격이 저렴하고 무독성으로 인체내 인공혈관으로 사용되는 물질이다. 이러한 무독성 액상실리콘을 베이스(matrix)로 사용함으로써, 차폐재 가격을 대폭 낮출 수 있다.

황산바륨은 바륨염의 수용액에 황산을 떨어뜨려 생기는 침전물로부터 얻어진다. 황산바륨은 무색의 결정으로 물에 잘 녹지 않으며, X선의 흡수력이 크고 인체에 무해하다.

요오드화칼륨은 투명하거나 무색 또는 불투명한 육각형의 결정 또는 흰색 또는 유백색의 과립상 분말이다. 요오드화칼륨은 방사선 흡수력을 높인다.

쉘파우더는 버려지는 전복 껍질 또는 굴 껍질 이 밖의 패류로부터 얻어진다. 전복 껍질 또는 굴 껍질에는 탄산칼슘이 많이 포함되어 있어, 일정 수준의 방사선을 차폐할 수 있다. 또한, 쉘파우더의 고유색상으로 인해 아름다운 차폐재를 만들어 낼 수 있다.

경화제는 액상실리콘을 경화시킨다. 경화제로는 과산화벤조일이 있다.

이하, 제2단계(S12)를 설명한다.

액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 혼합하여 제1혼합물(X)를 만든다. 이를 위해, 제1혼합물(X)를 혼합기에 넣고, 고속으로 회전시킨다.

이하, 제3단계(S13)를 설명한다.

도 2를 참조하면,

제1혼합물(X)을 제1용기(V1)에 넣는다.

펌프(P)에 의해, 이산화탄소가 저장된 탱크(T)에서, 이산화탄소가 펌핑되어, 히터(H)로 이동한다. 히터(H)에서 이산화탄소가 가열되어, 초임계 이산화탄소(CO2)로 상 변화하여, 제1용기(V1)로 유입된다. 제1용기(V1)에서 초임계 이산화탄소가 가진 비극성 용매 특성이 제1혼합물(X)을 용해시킨다.

제1용기(V1)의 노즐(N)을 통해서, 제1혼합물(X)이 제2용기(V2)로 토출된다. 이 과정에서, 초임계 이산화탄소가 가스 상태로 배출되고, 제1혼합물(X)의 성분들은 나노 입자화된다. 이렇게 나노 입자화된 성분들로 구성된 혼합물을 제2혼합물(Y)이라 정의한다. 제2용기(V2)로 제2혼합물(Y)이 토출되어 저장된다.

이렇게 제1혼합물(X)의 성분들을 나노 입자화 시키는 관계로, 도 3(a)에 도시된 바와 같이 제1혼합물(X)에 존재하는 공극(A)이, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 제2혼합물(Y)에서는 없어지게 된다.

제2혼합물(Y)는 액상형 방사선 차폐재로 사용된다.

일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, X선이 조사되는 구멍(O)이 생기게, 도넛 형태로 환자의 가슴에 발라질 수 있다. 제2혼합물(Y)이 액상이므로, 환자의 가슴 굴곡에 상관없이 쉽게 바를 수 있다.

다른 예로, 도 5에 도시된 앞치마 형태의 홈을 가진 금형(M)의 홈 안에, 액상형 방사선 차폐재(Y)를 채운 다음, 액상형 방사선 차폐재(Y)가 겔(gel) 형태로 어느 정도 굳은 상태에서, 금형(M)에서 액상형 방사선 차폐재(Y)를 떼어낸 후, 이를 옷감으로 둘러싸고 재봉하여 방사선 차폐용 앞치마를 만들어낼 수 있다. 이러한 방법을 “판금 성형 방법”이라 칭한다. 이러한 판금 성형 방법으로, 갑상선 보호용 차폐체, 수정체 보호 차폐체 등 다양한 차폐체를 만들어낼 수 있다.

한편, 액상형 방사선 차폐재(Y)에 경화제를 더 혼합하여 고상형 방사선 차폐재(W, 도 8참조)로 만들 수도 있다.

이를 위해, 액상형 방사선 차폐재(Y)에 경화제를 혼합된다.

그런 다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 몰드(M)의 바닥에 메쉬(E)를 깔고, 경화제와 혼합된 액상형 방사선 차폐재(Y)를 붓고, 그 위에 다시 메쉬(E)를 깔고 피스톤(P)으로 가압한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 고상형 방사선 차폐재(W)가 만들어진다. 메쉬(E)는 탄소섬유 또는 유리섬유로 만들어져, 고상형 방사선 차폐재(W)의 형태를 유지시킨다.

도 9에 도시된 바와 같이, 고상형 방사선 차폐재(W)는 규격화되어, 방사선 실의 내벽에 설치될 수 있다.

실험결과, 고상형 방사선 차폐재(W)의 차폐효과는, 납(Pb)과 비교했을 때 다음과 같이 나타났다.

도 10 및 도 12를 참조하면,

저선량 방사선이 방출되는 관전압 60kVp에서, 두께 2mm의 고상형 방사선 차폐재(W)의 차폐효과는, 0.5mm 두께의 납 차폐효과와 맞먹는다.

도 11 및 도 12를 참조하면,

고선량 방사선이 방출되는 관전압 100kVp에서, 두께 6mm의 고상형 방사선 차폐재(W)의 차폐효과는, 0.5mm 두께의 납 차폐효과와 맞먹는다.

실험결과, 고상형 방사선 차폐재(W)가 비록 납에 비해 두께는 8배 두껍지만, 납 사용으로 인한 폐해를 모두 해결할 수 있고, 제조원가를 대폭 낮출 수 있다는 점에서, 방사선 차폐재로 충분한 가치를 가지는 것을 알 수 있다.

X: 제1혼합물
Y: 제2혼합물, 액상형 방사선 차폐재
W: 고상형 방사선 차폐재
A: 방사선 차폐용 앞치마

Claims (5)

1. 삭제
2. 액상실리콘, 황산바륨, 요오드화칼륨, 쉘파우더, 경화제를 준비하는 제1단계;
   상기 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 혼합하는 제2단계; 및
   상기 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더를 나노 입자화시켜 액상형 방사선 차폐재를 만들거나,
   상기 액상형 방사선 차폐재에 경화제를 더 혼합하여 고상형 방사선 차폐재로 만드는 제3단계를 포함하며,
   상기 제2단계에서,
   상기 혼합된 액상실리콘 및 황산바륨 및 요오드화칼륨 및 쉘파우더는, 초임계 이산화탄소에 의해 나노 입자화되는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐재 제조방법.
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