KR102665268B1 - 전극 간격의 변경이 가능한 방사선 검출 장치 - Google Patents

전극 간격의 변경이 가능한 방사선 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 문서에 개시되는 실시예에 따른 방사선 검출 장치는, 일 면에 제1 전극이 구비되는 제1 프레임; 일 면에 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극이 구비되고, 상기 제1 프레임과 제1 축 방향으로 이격되게 배치되는 제2 프레임; 상기 제2 프레임에 연결되고, 상기 제2 프레임을 상기 제1 프레임에 대해 상대적으로 상기 제1 축 방향으로 이동시키도록 구성되는 구동 모듈; 및 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 연결하고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이의 공간을 밀봉하도록 둘러싸는 측면 커버;를 포함하고, 상기 측면 커버는, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 수용되고 기체로 채워지는 이온 챔버를 형성하고, 상기 제1 축을 따라 신축 가능하게 형성될 수 있다. 이 외에도 명세서를 통해 파악되는 다양한 실시예가 가능할 수 있다.

Description

전극 간격의 변경이 가능한 방사선 검출 장치{Radiation Detector Capable of Changing the Electrode Spacing}
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들은 초고선량률(ultra-high dose rate)을 포함한 다양한 선량률의 방사선의 강도를 실시간으로 측정하기 위한 방사선 검출 장치이다. 구체적으로, 본 문서에 개시된 실시 예들에 따른 방사선 검출 장치는, 내부에 서로 평행하게 마주보는 전극을 구비하여 방사선에 의한 기체의 이온화가 일어나는 밀폐된 이온 챔버를 형성하고, 방사선의 종류와 강도에 따라 전극 사이의 간격을 변경함으로써, 이온 재결합 효과를 효과적으로 방지하여 방사선의 강도를 정밀하게 측정한다.
암과 같은 질병의 치료와 관련하여 플래시 테라피(FLASH therapy)와 같이 초고선량률 방사선을 이용한 치료 기술이 발전하면서, 환자의 안전을 위해 필요한 정량적 피폭을 보장하는 것이 더욱 중요해졌다. 관련하여, 방사선의 양, 조사 부위 및 조사 시간 등을 실시간으로 측정하고 정밀하게 제어하는 기술이 중요해지고 있다. 방사선을 실시간으로 모니터링하기 위해, 일반적으로 방사선에 의한 기체의 전리(또는 “이온화”, ionization) 현상을 이용한 전기적 계측기, 형광 작용을 이용한 신틸레이션(scintillation) 검출기 등이 활용되고 있다. 의료용 방사선 발생 장치의 모니터링에는, 특허문헌 1에 개시된 것과 같은 평형 평판형 전리함(또는 “이온 챔버”)(parallel plates type ionization chamber)이 표준으로 사용된다.
고선량률 방사선 측정 시 이온 챔버 내 이온화된 기체의 이온쌍이 재결합하는 이온 재결합 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 측정 정밀도를 크게 저해하는 요인이므로 이를 방지하고자, 동일한 체적의 이온 챔버에서의 기체의 밀도를 낮추거나, 이온 챔버의 체적을 줄이는 방법 등이 수행된다. 이 중 이온 챔버의 체적을 줄이는 방법은 본 문서에 개시되는 실시예들과 같이, 한 쌍의 전극 간격을 조절할 수 있는 구조를 통해 효과적으로 구현될 수 있다.
종래에는 일반적으로 이온 재결합과 같이 측정 정밀도를 저해하는 요인들을 제거하기 위해, 방사선의 종류나 선량률에 따라 적절한 전극 간격을 갖는 이온 챔버를 선택하여 측정을 수행하였다. 그러나, 이 경우 전극 간격을 달리하는 이온 챔버를 복수 개 구비하여야 하므로 경제성이 떨어지고, 방사선의 종류와 선량률에 따라 적합한 이온 챔버로 교체해야 하는 점이 비효율적이었다. 근래에 선량률이 더욱 증가한 초고선량률 방사선의 활용이 크게 늘면서, 상술한 종래 기술의 문제점들을 해결할 개선된 기술에 대한 필요가 증가하였다.
대한민국 등록특허공보 제10-1800753호
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 본 발명은 측정하는 방사선의 종류와 강도에 적합하도록 이온 챔버 내에 구비되는 서로 평행한 전극 사이의 간격을 변경할 수 있되, 이러한 변경을 전후로 내부에 기체가 충진된 이온 챔버의 기밀성과 전극 평행도를 유지하여, 높은 측정 정밀도를 보장할 수 있는 방사선 검출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치는, 방사선 검출 장치는, 일 면에 제1 전극이 구비되는 제1 프레임; 일 면에 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극이 구비되고, 상기 제1 프레임과 제1 축 방향으로 이격되게 배치되는 제2 프레임; 상기 제2 프레임에 연결되고, 상기 제2 프레임을 상기 제1 프레임에 대해 상대적으로 상기 제1 축 방향으로 이동시키도록 구성되는 구동 모듈; 및 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 연결하고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이의 공간을 밀봉하도록 둘러싸는 측면 커버;를 포함하고, 상기 측면 커버는, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 수용되고 기체로 채워지는 이온 챔버를 형성하고, 상기 제1 축을 따라 신축 가능하게 형성될 수 있다.
본 문서에 개시되는 다양한 실시예들의 방사선 검출 장치에 의하면, 측정할 방사선의 종류와 선량률마다 적합한 전극 간격을 갖는 이온 챔버를 구비할 필요가 없게 되므로, 비용이 절감되고 측정 작업의 효율성이 향상되는 이점이 있다. 특히, 초고선량률 방사선을 측정하는 경우에는, 일반적인 방사선을 측정할 때보다 전극 간격을 줄여 재결합 현상을 방지함으로써 측정 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 문서에 개시되는 다양한 실시예들의 방사선 검출 장치에 의하면, 변위 센서를 이용해 전극의 여러 위치에서 전극 간격을 측정함으로써, 전극 간격의 변경 전후로 전극 평행도를 실시간으로 모니터링하고 교정할 수 있어, 방사선 측정 정밀도와 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 문서에 개시된 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 방사선 검출 장치를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 일반적인 방사선을 측정할 때의 모습을 보여주는, 일 실시예의 방사선 검출 장치의 측면도이다.
도 5는 도 4의 측단면도이다.
도 6은 고선량률의 방사선을 측정할 때의 모습을 보여주는, 일 실시예의 방사선 검출 장치의 측면도이다.
도 7은 도 6의 측단면도이다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent) 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 문서의 전체에서 용어 "제1 축"은 제1 전극과 제2 전극이 나란하게 배열되는 축이면서 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격(이하 “전극 간격”)이 증가 또는 감소하는 축을 지칭하며, 도면에 선 X로 표시되어 있다.
본 문서에 개시된 다양한 실시예에 따른 방사선 검출 장치는, 예를 들어 선형가속기와 같은 의료용 방사선 발생 장치에 사용되어 엑스선, 감마선 등의 광자선, 중성자선, 양성자선 등의 입자선, 전자선 등 다양한 종류의 방사선의 강도 등을 실시간으로 측정하기 위한 것이다. 특히, 방사선 검출 장치는 전극 간격을 변경함으로써, 일반적인 방사선 치료에 사용되는 방사선(예: 초당 0.03~0.4Gy)(이하 “일반적인 방사선”)은 물론, 초고선량률 방사선(예: 초당 40Gy 이상)까지 측정 가능하다.
도 1은 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)의 사시도이다. 도 2는 도 1의 방사선 검출 장치(100)를 다른 방향에서 바라본 사시도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)의 분해 사시도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)는 제1 프레임(1), 제1 축(X) 상에서 제1 프레임(1)과 이격되게 배치되는 제2 프레임(2), 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2) 사이에 배치되고 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)을 연결하는 측면 커버(3), 및 제2 프레임(2)에 연결되어 제2 프레임(2)을 제1 축(X) 방향으로 이동시키는 구동 모듈(5)을 포함할 수 있다.
또한, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 구동 모듈(5)은 내부에 구동력을 생성하는 모터(도면에 도시되지 않음)가 수납되는 하우징(50)과, 일 단이 모터에 연결되고 타 단이 제2 프레임(2)에 연결된 이동 축(51)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 방사선 검출 장치(100)는 구동 모듈(5)의 작동을 제어하는 제어 모듈(도면에 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)는, 일 실시예에서, 기저 모듈(4)은 평판 형태의 베이스(40), 레일(49) 및 상기 레일(49)에 각각 맞물려 장착되는 고정부(45)와 슬라이더(46)를 포함하는 기저 모듈(4)을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 적어도 일부가 제1 축(X)을 따라 관통된 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 제1 축(X) 방향으로 소정의 두께를 가질 수 있고, 중심 부분에 개구(opening)가 형성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 사각형 형상이나, 제1 프레임(1) 및 제2 프레임(2)의 형상은 이에 한정되지 않고, 원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 프레임(1)은 제1 축(X) 방향을 향하는 양 면 중 일 면에는 제1 윈도우(11)가 구비되고, 상기 일 면의 반대에는 제1 전극(10)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(10)이 구비되는 면은 제1 프레임(1)의 양 면 중 제2 프레임(2)과 대향하는 면일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 윈도우(11)와 제1 전극(10)은 제1 축(X) 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되도록 제1 프레임(1)의 양 면에 배치(또는 결합)될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 프레임(2)은 제1 축(X) 방향을 향하는 양 면 중 일 면에는 제2 윈도우(21)가 구비되고, 상기 일 면의 반대편 면에는 제2 전극(20)이 구비될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(20)이 구비되는 면은 제2 프레임(2)의 양 면 중 제1 프레임(1)과 대향하는 면일 수 있다. 일 실시예에서, 제2 윈도우(21)와 제2 전극(20)은 제1 축(X) 방향을 따라 소정의 간격으로 이격되도록 제2 프레임(2)의 양 면에 배치(또는 결합)될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 어느 하나가 나머지 하나에 대해 상대적으로 제1 축(X) 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 프레임(1)은 상대적으로 고정되고, 제2 프레임(2)은 제1 축(X) 방향으로 이동함으로써 제1 프레임(1)과 가까워지거나 멀어질 수 있다. 이에 따라, 제1 프레임(1)에 결합된 제1 전극(10)과 제2 프레임(2)에 결합된 제2 전극(20) 사이의 거리(전극 간격)가 변할 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 방사선 측정 장치(100)는 제2 프레임(2)이 이동하는 구조로 구현되나, 다양한 실시예에서, 방사선 측정 장치(100)는 제2 프레임(2)이 고정되고, 제1 프레임(1)이 제2 프레임(2)에 대해 상대적으로 이동하는 구조로 제공될 수도 있다. 예를 들어, 구동 모듈(5)은 제1 프레임(1)에 연결되어 제1 프레임(1)을 제1 축(X) 방향으로 이동시키도록 구성될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 윈도우(11)와 제2 윈도우(21)는 평판 형태의 부재로서, 절연성 물질로 형성될 수 있다. 다양한 실시예에서, 제1 윈도우(11)와 제2 윈도우(21)는 적어도 일부 영역이 투명 또는 불투명일 수 있고, 복수 개로 구비될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 사각형, 원형 등의 형상인 기판에 도전성 물질을 여러 겹 증착하여 형성할 수 있다. 도시된 실시예에서, 제1 전극(10)은, 음극으로 하전되고 고전압이 인가되어 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 고전압 전기장을 발생시키는 전극(“이하 음극”)일 수 있다. 제2 전극(20)은, 양극으로 하전되고 기체가 이온화되어 발생한 전자가 수집되는 전극(이하 “양극”)일 수 있다. 반대로, 다양한 실시예에서, 제1 전극(10)이 양극이고, 제2 전극(20)이 음극인 것도 가능하다.
일 실시예에서, 방사선 검출 장치(100)는 전자가 수집되는 양극에서의 전류의 변화량을 측정하고, 이 측정 값으로부터 이온화로 인해 발생한 전자의 양과 조사된 방사선의 양을 산출할 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20)에 걸리는 전압은, 조사되는 방사선의 강도가 일정할 때 수집되는 전자의 양이 일정하게 유지되는 영역인 이온화 영역(ionization region)에 해당하는 값일 수 있다.
이하에서는 내부에 이온 챔버(예: 도 5 및 도 7의 이온 챔버(30))를 형성하는 측면 커버(3)에 관하여 설명한다.
다양한 실시예에서, 측면 커버(3)는 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)은 측면 커버(3)에 의해 서로 연결될 수 있다. 측면 커버(3)는 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2) 사이의 공간을 밀봉함으로써, 기체의 이온화가 일어나는 공간인 이온 챔버(30)를 형성할 수 있다. 이온 챔버(30)의 내부에는 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 수용되고 기체가 채워질 수 있다. 이온 챔버(30)의 내부에는 외부로부터 제1 윈도우(11)와 제1 전극(10) 또는 제2 윈도우(21)와 제2 전극(20)을 관통하여 방사선이 입사될 수 있다. 이온 챔버(30) 내에 충진되는 기체는 예를 들어 불활성 기체, 비활성 기체 또는 공기일 수 있다.
다양한 실시예에서, 측면 커버(3)는 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)이 서로 가까워지거나 멀어질 때, 형상이 변하거나, 제1 축(X) 방향 길이가 변할 수 있다. 예를 들어, 측면 커버(3)는 제1 프레임(1)에 대해 제2 프레임(2)이 상대적으로 제1 프레임(1)을 향해 또는 제1 프레임(1)으로부터 멀어질 때, 제1 축(X) 방향으로 신축되어 측면 커버(3) 내부의 이온 챔버(30)의 체적이 변화되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 측면 커버(3)는 적어도 일부 영역이 제1 축(X) 방향으로 접거나 펼칠 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 방사선 검출 장치(100)는 일반적인 방사선을 측정하는 경우, 측면 커버(3)가 펼쳐짐에 따라 이온 챔버(30)의 체적을 증가시킬 수 있고, 초고선량률 방사선을 측정하는 경우, 측면 커버(3)가 접힘에 따라 이온 챔버(30)의 체적을 감소시킬 수 있다.
도면에 도시된 실시예에서, 측면 커버(3)는 벨로우즈(bellows) 구조로 형성될 수 있다. 다만, 측면 커버(3)의 형상은 도시된 예에 한정되지 않으며, 측면 커버(3)는 제1 전극(10)(예: 제1 프레임(1))과 제2 전극(20)(예: 제2 프레임(2)) 사이의 거리가 변경되는 것에 대응하여 제1 축(X) 방향을 따라 신축될 수 있는 다양한 소재 및/또는 형상으로 구현될 수 있다. 다양할 실시예에서, 측면 커버(3)는 탄성 소재를 이용하여 형성될 수 있다. 측면 커버(3)는 절연성 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
다양한 실시예에서, 측면 커버(3)의 제1 축(X) 상의 양 단부는 각각 인접하는 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)의 표면에 각각 밀접하게 연결될 수 있다. 즉, 측면 커버(3)는 전극 간격이 변경될 때, 기체로 충진된 이온 챔버(30)의 밀폐 상태를 유지할 수 있도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 측면 커버(3)의 양 단부 중 적어도 한 단부에는 밀봉 부재(도면에 도시되지 않음)가 더 구비될 수 있다. 일 예로서, 밀봉 부재는 측면 커버(3)의 단부의 내측 또는 외측에 설치될 수 있고, 측면 커버(3)의 단부와 제1 프레임(1) 또는 제2 프레임(2) 사이 연결의 고정력과 기밀성을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에서, 방사선 검출 장치(100)는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 전자 부품(13)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 프레임(1) 또는 제2 프레임(2)의 가장자리에는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 보드(12)가 장착되고, 전차 장치(13)는 보드(12) 상에 결합되어 보드(12)와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 보드(12)는 외부로부터 조사되는 방사선이 보드(12)에 접촉되지 않고 이온 챔버(30)의 내부로 입사되도록 중앙부에 개구가 형성된 형태로 형성될 수 있다.
이하에서는 방사선의 강도를 측정하기 위한 구성인 제1 전극(10). 제2 전극(20) 및 전자 부품(13)에 관하여 설명한다.
일 실시예에서, 전자 부품(13)은 이온 챔버(30)의 외부에서 제1 프레임(1)의 주위에 장착된 보드(12) 상에 설치될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 부품(13)은 이온화된 기체의 전자가 양극에 수집되어 발생하는 전류 변화량을 측정하고, 전류 변화량 데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 전자 부품(13)은 방사선 검출 장치(100)의 제어 모듈과 유선 또는 무선으로 통신하여, 전류 변화량 데이터를 제어 모듈에 전달하는 것도 가능하다. 이 경우, 제어 모듈이 수신한 전류 변화량 데이터로부터 방사선의 강도를 계산할 수도 있다.
다른 실시예에서, 전자 부품(13)은 전류 변화량을 디지털 신호로 바꾸어 제어 모듈로 전달하는 전류-주파수 변환기일 수도 있다. 일 실시예에서, 전자 부품(13)은 측정한 전류 변화량으로부터, 방사선의 양을 산출하여 제어 모듈에 방사선의 양 데이터를 전달할 수도 있다. 다른 실시예에서, 전자 부품(13)은 방사선 검출 장치(100)의 외부에 구비되어 전류의 변화량을 측정하는 계측기와 양극을 전기적으로 연결하기 위한 커넥터를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 방사선 검출 장치(100)의 외부에는 제어 모듈과 무선 또는 유선으로 통신하여 데이터를 수신하는 PC 등의 외부 장치가 구비될 수 있다. 이 경우, 방사선의 강도에 관한 최종 계산과 보정은 외부 장치의 소프트웨어에 의해 수행될 수 있다. 상술한 구성들은 제1 전극(10)에 수집된 전자로부터 방사선량을 측정하기 위한 구성의 예시들에 불과하고, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 전자 부품(13)은 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되어 전원을 공급할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 중 하나를 음극으로 하전시키고 다른 하나를 양극으로 하전시키며, 음극에는 고전압을 인가하여 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 고전압의 전기장이 형성되게 할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20)은 커넥터(13)가 아닌 별도 부재를 통해 전원에 연결되는 것도 가능하다.
도 4는 일반적으로 방사선을 측정할 때의 모습을 보여주는, 일 실시예의 방사선 검출 장치(100)의 측면도이다. 도 5는 도 4의 측단면도이다. 도 6은 고선량률의 방사선을 측정할 때의 모습을 보여주는, 일 실시예의 방사선 검출 장치(100)의 측면도이다. 도 7은 도 6의 측단면도이다.
도 5와 도 7은 도 1에 도시된 선 A-A에 따른 단면을 보여준다. 도 4 내지 도 7에 도시된 전극 간격은 예시적으로 도시된 것이어서, 실제 전극 간격과 스케일이 일치하지 않을 수 있다.
도 5와 도 7을 참조하면, 방사선 측정 장치(100)는 일반적인 방사선을 측정할 때의 제1 전극 간격(d1)보다 초고선량 방사선을 측정할 때의 제2 전극 간격(d2)이 좁고, 초고선량 방사선을 측정할 때 이온 챔버(30)의 체적이 상대적으로 작을 수 있다. 관련하여, 초고선량률 방사선 측정 시, 이온 챔버(30) 내에서 이온화 되었던 기체 이온 쌍이 다시 결합하는 이온 재결합 현상이 증가하여 양극에 도달하는 전자의 개수가 감소할 수 있는데, 이 경우 도 6과 도 7에 도시된 바와 같이 이온 챔버(30)의 체적을 감소시키면, 재결합하는 이온의 수가 줄어들어 측정 값의 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 측정 장치(100)는 방사선의 종류와 선량률 중 적어도 하나에 기초하여, 전극 간격이 제1 간격(d1)인 제1 상태(또는 기본 상태)(예: 도 4 및 도 5의 상태) 및 전극 간격이 제2 간격(d2)인 제2 상태(또는 축소 상태)(예: 도 6 및 도 7의 상태)로 변형될 수 있다. 다만, 상술한 제1 상태와 제2 상태는 이온 챔버(30)의 크기가 서로 다른 2개의 상태를 임의로 정의한 것으로 이해될 수 있으며, 방사선 측정 장치(100)의 상태를 도시된 2개의 상태로 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, 방사선 측정 장치(100)는 전극 간격이 제1 전극 간격(d1)보다 작고 제2 전극 간격(d2) 보다 큰 상태로 변형될 수도 있다.
이하에서는, 기저 모듈(4)의 구성에 관하여 설명한다. 일 실시예에서, 기저 모듈(4)은 베이스(40), 상기 베이스(40)의 상면에 장착되는 레일(49), 하부는 레일(49) 상에 장착되고 상부는 제1 프레임(1)에 연결되는 고정부(45) 및 하부는 레일(49) 상에 장착되고 상부는 제2 프레임(2)에 연결되는 슬라이더(46)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 베이스(40)는 평판 형태의 부재일 수 있다. 일 실시예에서, 레일(49)은 제1 축(X) 방향으로 연장되게 형성되고, 베이스(40)에 배치될 수 있다. 레일(49)은 그 상부에 레일(49)과 수직하게 장착되는 제1 프레임(1) 또는 제2 프레임(2) 중 적어도 하나가 상기 레일(49)을 따라 제1 축(X) 방향으로 선형 이동하는 것을 안내할 수 있다. 도시된 실시예와 같이, 두 개의 레일(49)은 베이스(40) 상에서 제1 축(X)에 수직한 방향으로 이격되어 서로 평행하게 배치될 수 있다. 레일(49)은 2개 이상으로 구비될 수도 있다.
일 실시예에서, 기저 모듈(4)은, 제1 프레임(1)을 고정부(45)의 상면에 수직하게 연결하는 제1 랙(41)과, 제2 프레임(2)을 슬라이더(46)의 상면에 수직하게 연결하는 제2 랙(42)을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 랙(41)과 제2 랙(42)은 각각 랙 고정구(410, 420)를 통해 고정부(45)와 슬라이더(46)에 고정 결합될 수 있다. 제1 랙(41)과 제2 랙(42)은 베이스(40)의 상부에 대해 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)을 수직한 형태로 고정하여 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 서로 평행한 상태를 유지하는 데 도움을 줄 수 있다.
일 실시예에서, 고정부(45)의 하부에는 레일(49)과 결합될 때, 레일(49)이 수용되어 맞물리는 리세스가 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 슬라이더(46)의 하부에는 레일(49)과 결합될 때, 레일(49)이 수용되어 맞물리는 리세스가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 고정부(45)는 레일(49)에 고정될 수 있고, 슬라이더(46)는 레일(49)에 제1 축(X) 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 고정부(45)는 제1 프레임(1)을 레일(49)에 고정적으로 연결하고, 슬라이더(46)는 제2 프레임(2)을 제1 축(X) 방향으로 이동 가능하도록 레일(49)에 슬라이딩 가능하게 연결할 수 있다. 이에 따라, 방사선 측정 장치(100)는 구동 모듈(5)의 작동 시, 제1 프레임(1)이 고정된 상태에서 제2 프레임(2)이 레일(49)을 따라 상대적으로 이동하여 전극 간격이 변경될 수 있다. 다른 실시예에서, 고정부(45)가 레일(49)에 슬라이딩 가능하게 결합될 수도 있다.
이하에서는, 구동 모듈(5)의 구성과 작동에 관하여 설명한다. 구동 모듈(5)은 제2 프레임(2)을 제1 축(X)으로 선형 이동시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 구동 모듈(5)은 내부에 모터가 수납되는 하우징(50) 및 일 단이 모터에 연결되고 타 단은 제2 프레임(2)에 연결된 이동 축(51)을 포함할 수 있다. 구동 모듈(5)의 모터는 제어 모듈이 전달하는 입력 신호에 따라 제2 프레임(2)을 제1 축(X) 방향으로 이동시키기 위한 구동력을 생성할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 프레임(42)에는 제2 랙(42)이 고정 결합되고, 제2 랙(42)에는 이동 부재(55)가 고정 결합될 수 있다. 이 경우, 이동 부재(55)에 이동 축(51)은 일 단이 연결될 수 있다. 또한, 이동 부재(55)는 이동 축(51)의 적어도 일부가 삽입되도록 제1 축(X)을 따라 관통된 형태의 관통 홀(550)을 포함할 수 있다. 이동 축(51)은 상기 관통 홀(550)에 삽입되는 체결 단부(510)를 포함할 수 있다. 이 경우, 구동 모듈(5)의 작동 시, 제2 프레임(2), 제2 랙(42) 및 이동 부재(55)는 이동 축(51)을 따라 함께 이동될 수 있다.
일 실시예에서, 관통 홀(550)의 내주면과 체결 단부(510)의 표면에는 서로 맞물리는 나사산이 각각 형성되어 관통 홀(550)에 체결 단부(510)가 나사 결합될 수 있다. 이 경우, 모터에 연결된 이동 축(51)의 일 단의 위치는 고정되므로, 구동 모듈(5)의 작동 시 이동 축(51)이 제1 축(X)을 중심으로 회전하면, 이동 축(51)의 회전 운동이 이동 축(51)의 체결 단부(510)와 나사 결합된 이동 부재(55)의 선형 운동으로 변환되어, 제2 프레임(2)이 이동 부재(55)와 함께 제1 축(X) 상에서 제1 프레임(1)을 향해 또는 하우징(50)을 향해 이동할 수 있다. 구동 모듈(5)은 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2) 중 적어도 하나를 제1 축(X) 상에서 이동시킬 수 있는 구성이면 되고, 위 실시예에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제2 프레임(2)과 구동 모듈(5)의 하우징(50) 사이에는 이동 축(51)의 외주면에 장착되는 링 부재(53)가 배치될 수 있다. 링 부재(53)는 이동 축(51)에 이동 가능하게 결합될 수 있다. 일 실시예에서, 링 부재(53)는 하우징(50)을 향한 제2 프레임(2)의 이동 거리를 제한하는 스토퍼 부재로 기능할 수 있다. 이 경우, 링 부재(53)는 이동 축(51)의 회전에 연동되지 않도록, 이동 축(51)이 링 부재(53)의 내측에서 공회전하도록 구비될 수 있다. 또한, 링 부재(53)는 제2 프레임(2)과 구동 모듈(5)의 하우징(50) 간의 접촉 시 완충 효과를 줄 수도 있다. 링 부재(53)의 형상은, 도면에 도시된 바와 같은 링 형상에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 구동 모듈(5)은 제어 모듈(도면에 도시되지 않음)과 전기적으로(또는 작동적으로) 연결될 수 있다. 이 경우, 제어 모듈은 사용자의 입력을 포함하는 다양한 제어 신호에 기초하여 구동 모듈(5)의 작동을 제어할 수 있다.
이하에서는, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)이 서로 평행하게 배열된 정도(이하 “전극 평행도”)를 모니터링하기 위한 구성들을 설명한다. 일 실시예에서, 방사선 검출 장치(100)는, 변위 센서 또는 거리 측정 센서인 제1 센서(60)와 제2 센서(도면에 도시되지 않음)를 이용하여 서로 다른 위치에서 전극 간격을 측정하고, 전극 간격 데이터로부터 전극 평행도를 측정하도록 구성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 제1 센서(60)는 제1 프레임(1) 또는 제2 프레임(2) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 센서(60)는 제1 프레임(1)에 장착되는 제1 센서부재(60a)와, 제1센서부재(60a)와 대향하도록 제2 프레임(2)에 장착되는 제2 센서부재(60b)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 센서부재(60a)와 제2 센서부재(60b)는 각각 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)의 상부에 장착될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 센서(60)는 비접속식 변위 센서인 정전용량형 변위 센서(capacitive displacement sensor)일 수 있다. 제1 센서부재(60a)와 제2 센서부재(60b)는 서로 마주보는 면에 각각 전극판이 형성될 수 있다. 이 경우, 제2 프레임(2)이 제1 축(X) 방향으로 이동할 때, 제1 센서부재(60a)와 제2 센서부재(60b) 사이의 거리가 변화됨에 따라 변화되는 전극판 사이의 정전용량을 측정함으로써 제2 프레임(2)의 이동 변위를 측정할 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 센서부재(60b)는 제1 센서부재(60a)와 마주보는 면에 반사 부재를 구비할 수 있다. 제1 센서부재(60a)는 제2 센서부재(60b)를 향해 적외선, 가시광선 또는 초음파 등을 제2 센서부재(60b)에 전송하고 제2 센서부재(60b)로부터 전달되는 반사파를 수신하고 왕복 시간을 측정하여 제2 프레임(2)의 이동 변위를 측정하도록 구성될 수 있다. 제1 센서(60)의 구체적인 구성이 위 실시예에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 구동 모듈(5)에는 모터와 전기적으로 연결되어 제2 프레임(2)의 제1 축(X) 상에서의 이동 변위를 측정하기 위한 제2 센서(도면에 도시되지 않음)가 구비될 수 있다. 일 실시예에서, 제어 모듈은 제1 센서(60) 및 제2 센서와 통신하여, 제1 센서(60)와 제2 센서로 측정된 데이터를 각각 수신할 수 있다. 이 경우, 제어 모듈은 수신한 데이터를 통해 전극 상부 간격과 전극 하부 간격을 비교하여 전극 평행도를 산출할 수 있다. 전극 평행도를 유지하기 위한 구동 모듈(5)의 작동과 관련하여, 제어 모듈이 전극 평행도를 맞추기 위해 제2 프레임(2)의 이동이 필요한지 여부를 판단하고, 추가적인 이동이 필요한 경우 제어 신호를 생성하여 구동 모듈(5)에 전달함으로써 자동으로 전극 평행도를 맞추는 것도 가능하다.
일 실시예에서, 구동 모듈(5)은 모터의 작동을 제어하기 위한 구성으로서, 모터에 전기적으로 연결된 제어 부재(도면에 도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 제어 부재는 제어 모듈로부터 사용자의 입력을 포함하는 제어 신호를 수신할 수 있다. 제어 부재는 제2 센서로 측정된 이동 변위에 대한 피드백 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 제2 센서로 측정된 이동 변위가 제어 모듈의 제어 신호와 불일치하여 일치를 위한 조정이 필요한 경우, 제어 부재가 피드백 신호를 생성하여 모터에 전달함으로써, 제어 신호 대로 전극 간격이 조정되게 할 수 있다.
일 실시예에서는, 제1 프레임(1)과 제2 프레임(2)의 상부와 구동 모듈(5)에 각각 하나씩 센서를 구비하여 전극 평행도를 모니터링하는 예를 설명하였으나, 센서의 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로서, 제1 프레임(1) 또는 제2 프레임(2) 등에 전극의 다양한 위치에서 전극 간격을 측정하기 위한 추가적인 센서가 더 장착되는 것도 가능하다.
상술한 제1 센서(60)와 제2 센서 구성에 의하면, 전극 간격의 변경 전후로 전극 평행도를 실시간으로 모니터링하고 유지함으로써, 방사선의 측정 신뢰도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
다양한 실시예에서, 기체가 충진되고 내부 체적이 일정하게 유지되는 이온 챔버 내에 서로 평행한 전극을 구비하고, 양 전극 중 적어도 하나를 이동시키는 방식으로 전극 간격을 변경하는 것도 가능하다. 이 경우, 구동 모듈은 이온 챔버의 내부 또는 외부에 구비되어 전극을 이동시키도록 구비될 수 있다.
본 문서에 개시되는 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)는, 일 면에 제1 전극(10)이 구비되는 제1 프레임(1); 일 면에 상기 제1 전극(10)과 대향하는 제2 전극(20)이 구비되고, 상기 제1 프레임(1)과 제1 축(X) 방향으로 이격되게 배치되는 제2 프레임(2); 상기 제2 프레임(2)에 연결되고, 상기 제2 프레임(2)을 상기 제1 프레임(1)에 대해 상대적으로 상기 제1 축(X) 방향으로 이동시키도록 구성되는 구동 모듈(5); 및 상기 제1 프레임(1)과 상기 제2 프레임(2)을 연결하고, 상기 제1 프레임(1)과 상기 제2 프레임(2) 사이의 공간을 밀봉하도록 둘러싸는 측면 커버(3);를 포함하고, 상기 측면 커버(3)는, 상기 제1 프레임(1)과 상기 제2 프레임(2) 사이에 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20)이 수용되고 기체로 채워지는 이온 챔버(30)를 형성하고, 상기 제1 축(X)을 따라 신축 가능하게 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측면 커버(3)는, 양 단부가 상기 제1 프레임(1) 및 상기 제2 프레임(2)에 연결되고, 상기 제1 프레임(1)에 대한 상기 제2 프레임(2)의 이동에 대응하여 상기 제1 축(X) 방향 길이가 변하도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측면 커버(3)의 적어도 일부는 상기 제1 축(X) 방향으로 접거나 펼칠 수 있도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측면 커버(3)의 적어도 일부는 벨로우즈 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 모듈(5)은 상기 제2 프레임(2)을 상기 제1 프레임(1)에 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동시키도록 구성되고, 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20) 사이의 간격은 상기 제2 프레임(2)의 이동에 대응하여 변경될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 중 하나는 음극으로 하전되고, 다른 하나는 양극으로 하전되며, 상기 음극에 고전압이 인가되면, 상기 이온 챔버(30) 내에서 기체가 이온화되어 발생한 전자가 상기 양극에 수집될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 프레임(1) 또는 상기 제2 프레임(2)에 장착되고, 상기 제1 전극(10) 또는 상기 제2 전극(20) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 전자 부품(13)을 더 포함하고, 상기 전자 부품(13)은 상기 양극에서의 전류의 변화량을 측정하고 측정된 데이터를 처리하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 측면 커버(3)의 상기 제1 축(X) 방향의 양 단부 중 적어도 하나에는, 상기 이온 챔버(30)가 밀폐되도록 상기 측면 커버(3)를 상기 제1 프레임(1) 또는 상기 제2 프레임(2)에 밀접하게 연결하는 밀봉 부재가 구비될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 프레임(1) 또는 상기 2 프레임 중 적어도 하나에는, 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20) 사이의 간격을 측정하는 제1 센서(60)가 장착될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구동 모듈(5)은, 내부에 모터가 수용되는 하우징(50); 일 단은 상기 제2 프레임(2)에 연결되고 타 단은 상기 모터에 연결된 이동 축(51); 및 상기 모터와 전기적으로 연결되어, 상기 제2 프레임(2)의 이동 거리를 측정하는 제2 센서를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 프레임(2)에 결합되고 상기 제1 축(X) 방향으로 관통되는 관통 홀(550)이 형성된 이동 부재(55)를 더 포함하고, 상기 이동 축(51)은 상기 관통 홀(550)에 삽입되는 체결 단부(510)를 포함하며, 상기 관통 홀(550)의 내주면과 상기 체결 단부(510)의 표면에는 서로 나사 결합되는 나사산이 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 프레임(1), 상기 제2 프레임(2) 및 상기 구동 모듈(5)을 지지하는 기저 모듈(4)을 더 포함하고, 상기 기저 모듈(4)은, 베이스(40); 상기 베이스(40) 상에 장착되고 상기 제1 축(X) 방향으로 연장되는 레일(49); 상기 레일(49)에 고정적으로 연결되고, 상기 제1 프레임(1)이 결합되는 고정부(45); 및 상기 레일(49)에 슬라이딩 가능하게 연결되고, 상기 제2 프레임(2)이 결합되는 슬라이더(46)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20) 사이의 간격이 제1 간격(d1)인 제1 상태 및 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20) 사이의 간격이 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격(d2)인 제2 상태로 변형이 가능할 수 있다.
100: 방사선 검출 장치
1:제1 프레임 10:제1 전극 12:보드 13:전자 부품
2:제2 프레임 20:제2 전극
3:측면 커버 30:이온 챔버
4:기저 모듈 40:베이스 41:제1 랙 410:랙 고정구 42:제2 랙 420:랙 고정구
45:고정부 46:슬라이더 49:레일
5:구동 모듈 50:하우징 51:이동 축 510:체결 단부 53:링 부재 55:이동 부재 550:관통 홀
60:제1 센서 60a:제1 센서부재 60b:제2 센서부재
X: 제1 축

Claims (13)

  1. 일 면에 제1 전극이 구비되는 제1 프레임;
    일 면에 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극이 구비되고, 상기 제1 프레임과 제1 축 방향으로 이격되게 배치되는 제2 프레임;
    상기 제1 전극의 어느 일부 및 상기 제2 전극의 어느 일부의 간격인 제1 전극 간격을 측정하도록 구성되는 제1 센서;
    상기 제1 전극의 다른 일부 및 상기 제2 전극의 다른 일부의 간격인 제2 전극 간격을 측정하도록 구성되는 제2 센서를 포함하며, 상기 제2 프레임에 연결되고, 상기 제2 프레임을 상기 제1 프레임에 대해 상대적으로 상기 제1 축 방향으로 이동시키도록 구성되는 구동 모듈;
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임을 연결하고, 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이의 공간을 밀봉하도록 둘러싸는 측면 커버; 및
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서에서 측정된 상기 제1 전극 간격과 상기 제2 전극 간격을 비교하여 전극 평행도를 산출하도록 구성되는 제어 모듈을 포함하고,
    상기 측면 커버는,
    상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이에 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 수용되고 기체로 채워지는 이온 챔버를 형성하고, 상기 제1 축을 따라 신축 가능하게 형성되는 방사선 검출 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 측면 커버는
    양 단부가 상기 제1 프레임 및 상기 제2 프레임에 연결되고, 상기 제1 프레임에 대한 상기 제2 프레임의 이동에 대응하여 상기 제1 축 방향 길이가 변하도록 형성되는 방사선 검출 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 측면 커버의 적어도 일부는 상기 제1 축 방향으로 접거나 펼칠 수 있도록 형성되는 방사선 검출 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 측면 커버의 적어도 일부는 벨로우즈 구조로 형성되는 방사선 검출 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은 상기 제2 프레임을 상기 제1 프레임에 가까워지는 방향 또는 멀어지는 방향으로 이동시키도록 구성되고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 제2 프레임의 이동에 대응하여 변경되는 방사선 검출 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 제2 전극 중 하나는 음극으로 하전되고, 다른 하나는 양극으로 하전되며,
    상기 음극에 고전압이 인가되면, 상기 이온 챔버 내에서 기체가 이온화되어 발생한 전자가 상기 양극에 수집되는 방사선 검출 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임에 장착되고, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되는 전자 부품을 더 포함하고,
    상기 전자 부품은 상기 양극에서의 전류의 변화량을 측정하고 측정된 데이터를 처리하도록 구성되는 방사선 검출 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 측면 커버의 상기 제1 축 방향의 양 단부 중 적어도 하나에는, 상기 이온 챔버가 밀폐되도록 상기 측면 커버를 상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임에 밀접하게 연결하는 밀봉 부재가 구비되는 방사선 검출 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 센서는,
    상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임 중 적어도 하나에 장착되는 방사선 검출 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 구동 모듈은,
    내부에 모터가 수용되는 하우징; 및
    일 단은 상기 제2 프레임에 연결되고 타 단은 상기 모터에 연결된 이동 축을 더 포함하고,
    상기 제2 센서는,
    상기 모터와 전기적으로 연결되어, 상기 제2 프레임의 이동 거리를 측정하는 방사선 검출 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제2 프레임에 결합되고 상기 제1 축 방향으로 관통되는 관통 홀이 형성된 이동 부재를 더 포함하고,
    상기 이동 축은 상기 관통 홀에 삽입되는 체결 단부를 포함하며,
    상기 관통 홀의 내주면과 상기 체결 단부의 표면에는 서로 나사 결합되는 나사산이 각각 형성되는 방사선 검출 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임 및 상기 구동 모듈을 지지하는 기저 모듈을 더 포함하고,
    상기 기저 모듈은,
    베이스;
    상기 베이스 상에 장착되고 상기 제1 축 방향으로 연장되는 레일;
    상기 레일에 고정적으로 연결되고, 상기 제1 프레임이 결합되는 고정부; 및
    상기 레일에 슬라이딩 가능하게 연결되고, 상기 제2 프레임이 결합되는 슬라이더를 포함하는 방사선 검출 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격이 제1 간격인 제1 상태 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격이 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격인 제2 상태로 변형이 가능한 방사선 검출 장치.
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