KR20090032244A - 커플라나 어노드를 포함한 이온 챔버 및 이를 이용한방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법 - Google Patents

커플라나 어노드를 포함한 이온 챔버 및 이를 이용한방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법 Download PDF

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하장호
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김정복
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Abstract

본 발명은 아르곤(Ar), 제논(Xe) 등의 불활성 가스가 봉입되어 밀봉된 이온 챔버 내에 어노드(anode) 전극 및 캐소드(cathode) 전극으로 이루어진 방사선 검출기에 관한 것으로, 그 기술적 구성은 하나의 커플라나 어노드(coplanar anode) 전극 구조 및 캐쏘드(cathode) 전극을 포함하여 이루어지는 이온 챔버를 특징으로 하며, 상기 이온 챔버를 이용하여 방사선 선량 측정과 방사선 동위원소 핵종 판별을 동시에 수행할 수 있는 방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법을 요지로 한다.
이온 챔버, 커플라나 어노드(coplanar anode), 캐소드(cathode), 방사선 선량 측정 방법, 방사선 동위원소 핵종 판별 방법

Description

커플라나 어노드를 포함한 이온 챔버 및 이를 이용한 방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법{Ionization chamber with an coplanar anode and the measurement method with the ionization chamber}
본 발명은 아르곤(Ar), 제논(Xe) 등의 불활성 가스가 봉입되어 밀봉된 이온 챔버 내에 어노드(anode) 전극 및 캐소드(cathode) 전극이 전기적으로 연결되어 이루어진 방사선 검출기에 관한 것이다.
일반적으로, 이온 챔버는 밀봉된 챔버 내에 아르곤(Ar), 제논(Xe) 등의 가스를 주입하고 밀봉하여 방사선 선량을 측정할 수 있는 방사선 검출기이다.
이러한 이온 챔버는 원전, 방사선 관련 시설의 방사선 감시 장치나 원전 주변 환경 방사선 측정을 위하여 사용되며 가장 정확하게 방사선 선량을 측정할 수 있는 검출기로 알려져 있다.
이러한 이온 챔버의 경우, 방사선이 입사하면 밀봉된 이온 챔버 내의 아르곤(Ar), 제논(Xe) 등의 가스와 반응하여 이온과 전자를 발생하고, 캐쏘드(cathode) 전극과 어노드(anode) 전극 사이에 전기장을 걸어서 전하를 수집함으로써, 방사선을 측정하게 되는 것이다.
그리고, 상기의 이온 챔버는 방사선에 의하여 단위 부피당 발생시키는 에너지를 나타내는 방사선 선량을 다른 방사선 검출기에 비하여 정확하게 측정할 수 있는 것으로 알려져 있다.
일반적으로, 이러한 이온 챔버의 동작시 일정한 전기장 하에서 전자의 이동 속도는 빠르지만, 이온의 이동 속도는 매우 느려서 어노드(anode) 전극에 수집되는 개개의 펄스형 방사선 에너지 분해능을 낮추게 된다.
따라서, 단순한 캐쏘드(cathode) 전극과 어노드(anode) 전극을 가진 이온 챔버는 방사선 핵종을 판별하는 능력은 매우 저하되는 것이다.
이온 챔버를 이용하여 방사선 선량을 측정할 수 있지만, 입사 방사선의 에너지를 측정할 경우, 에너지 분해능이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 방사선 에너지를 측정하여 방사선을 발생하고 있는 동위원소의 종류를 판별하기 위해서는 이온 챔버 이외에 방사선 에너지 분해능이 뛰어난 방사선 검출기가 요구된다.
이러한 요구를 충족시키기 위해 이온 챔버를 이용하여 에너지 분해능을 향상시키는 방식이 이전에 도입되었다.
즉, 프리쉬 그리드(frisch grid)를 어노드(anode) 전극과 캐쏘드(cathode) 전극 사이에 두거나, 챔버의 중심에서 벗어난 두 개 이상의 어노드(anode) 전극을 두어서 검출기의 에너지 분해능 향상을 이루고 있다.
하지만, 상기의 경우, 전극 구조가 복잡해지고, 주변의 미세한 진동에 검출기 동작이 영향을 받으며 방사선에 의하여 이온 챔버 내에서 발생한 전체 신호를 수집하는 수집률이 저하된다는 문제점이 있다.
또한, 프리쉬 그리드(frisch grid)는 전하가 그리드(grid)를 통과시, 스크리닝(screening) 문제라든지, 구(sphere)형의 이온 챔버인 경우 구조상 구현의 어려운 문제점이 있다.
따라서, 방사선 측정 장치에서 이온 챔버를 이용하여 방사선 선량과 핵종 판별을 동시에 구현하고자 할 경우 이온 챔버와 더불어 보조의 방사선 검출기를 구성하여야 한다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 하나의 어노드(anode) 전극을 가진 실린더형 또는 구형의 이온 챔버에서 방사선 에너지 분해능을 높여 방사선 에너지를 정밀하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 방사선 동위원소의 핵종 판별을 동시에 수행할 수 있는 방사선 검출기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
하나의 커플라나 어노드(coplanar anode) 전극 구조; 및
캐쏘드(cathode) 전극;
을 포함하여 이루어지는 이온 챔버를 특징으로 한다.
상기 커플라나 어노드 전극 구조는 단면이 원형이며, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 두고 길이 방향으로 절연층이 구비되어 서로 전기적 연결이 이루어지지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은 길이방향으로 각자 전기적 연결을 이루는 제1 전극 연결부 및 제2 전극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이온 챔버의 형상은 원통형(cylindrical)인 것을 특징으로 한다.
상기 이온 챔버의 형상은 원통형 외에 구(sphere) 형상 또는 팬 케익 형상 등 다양한 형상으로 형성가능한 것을 특징으로 한다.
상기 이온 챔버 내 충진된 가스는 아르곤(Ar) 또는 제논(Xe) 등 다양한 가스를 포함하며 상기 가스의 기압은 상압 내지 100기압인 것을 특징으로 한다.
상기 이온 챔버를 이용하여,
제1 신호 증폭부 및 제2 신호 증폭부로부터 입력받은 신호를 출력하여 방사선 선량을 측정하는 단계; 및
상기 제1 신호 증폭부 또는 제2 신호 증폭부로부터 입력받은 신호에 의해 방사선 에너지를 측정하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법을 특징으로 한다.
본 발명은 커플라나(coplanar) 구조를 갖는 단일의 어노드(anode) 전극인 커플라나 어노드(coplanar anode) 전극 구조를 이온 챔버 내에 구비함으로써, 이온 챔버로 측정한 펄스형 방사선 에너지의 분해능을 향상시켜, 본 발명에 따른 이온 챔버를 이용하여 방사선 선량 측정과 방사선 동위 원소의 핵종 판별 능력을 동시에 향상시킴으로써, 보다 단순한 구조로 보다 정밀하게 방사선을 측정할 수 있는 기술적 향상을 이룰 수 있는 효과를 가지며, 이를 통하여 이온 챔버를 이용한 방사선 측정 장치의 활용도를 높일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 어노드 전극을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 커플라나 어노드 전극을 구비한 이온 챔버를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 커플라나 어노드 전극을 구비한 이온 챔버의 신호 처리 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이온 챔버(1)는,
하나의 커플라나 어노드(coplanar anode,) 전극 구조(10)와, 캐쏘드(cathode) 전극(20)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 이온 챔버(1)의 형상은 본 발명의 명세서에서는 원통형(cylindrical)으로 나타내었다.
그리고, 상기 이온 챔버(1)의 형상은 원통형 외에 구(sphere) 형상 또는 팬 케익 형상 등 다양한 형상으로 형성가능하다.
또한, 상기 이온 챔버(1) 내 충진된 가스는 아르곤(Ar) 또는 제논(Xe) 등 다양한 가스를 포함하며, 상기 아르곤(Ar) 또는 제논(Xe) 가스의 기압은 상압 내지 100기압인 것이 바람직하다.
상기 커플라나 어노드 전극 구조(10)는 단면이 원형이며, 제1 전극(11) 및 제2 전극(13)을 포함하며, 상기 제1 전극(11) 및 제2 전극(13) 사이에 두고 길이 방향으로 절연층(15)이 구비되어 서로 전기적 연결이 이루어지지 않는다.
그리고, 상기 제1 전극(11) 및 제2 전극(13)은 길이방향으로 각가 전기적 연결을 이루는 제1 전극 연결부(11a) 및 제2 전극 연결부(13a)를 포함하는데, 이는 상기 제1 전극(11)이 상기 제2 전극(13)과는 서로 전기적 연결이 이루어지지 않으면서, 길이방향으로 상기 제1 전극 연결부(11a)와 전기적으로 연결되어 있음을 나타내며, 상기 제2 전극(13) 또한 상기 제2 전극 연결부(13a)와 전기적으로 연결되어 있음을 나타낸다.
따라서, 상기 커플라나 어노드 전극 구조(10)는 도시된 바와 같이, 전도체층인 상기 제1 전극(11) 또는 상기 제2 전극(13)이 상기 절연층(15)을 사이에 두고 길이방향으로 연속적으로 각각 전기적으로 연결되도록 구성되어 있다.
즉, 상기 제1 전극(11)은 한 층씩 건너서 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 제2 전극(13) 또한 한 층씩 건너서 전기적으로 연결되어 있다.
상기와 같은 구조의 커플라나 어노드 전극 구조(10)의 경우, 커플라나(coplanar) 방식에 의해 싱글 차지 센싱(single charge sensing) 방식으로 에너지 분해능을 높일 수 있다.
그리고, 상기 이온 챔버(1)를 이용하여 방사선 선량을 측정함과 동시에 방사선 에너지를 측정함으로써 하나의 방사선 검출기를 이용하여 방사선 선량 측정과 핵종 판별 능력을 동시에 가지게 된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 이온 챔버(1)를 이용한 방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법은
제1 신호 증폭부 및 제2 신호 증폭부로부터 입력받은 신호를 출력하여 그 합을 구함으로써 방사선 선량을 측정하는 단계와, 그리고 상기 제1 신호 증폭부 또는 제2 신호 증폭부로부터 출력한 신호의 차에 의하여 방사선 에너지를 측정하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이는 상기 이온 챔버(1)와 연결된 상기 제1 신호 증폭부(3) 및 상기 제2 신호 증폭부(5)로부터 각 신호를 입력받을 수 있는데, 상기 제1 신호 증폭부(3) 및 상기 제2 신호 증폭부(5)로부터 입력받은 신호의 합(7)을 구하면 상기 이온 챔버(1) 내에서 만들어지는 신호를 모두 구하여 보다 정확한 방사선 선량을 측정할 수 있다.
또한, 상기 제1 신호 증폭부(3) 및 상기 제2 신호 증폭부(5)로부터 입력받은 신호의 차(8)를 구하여 상기 이온 챔버(1) 내에서의 방사선에 의하여 발생한 이온의 영향을 최소화하여 상기 이온 챔버(1)를 이용하여 측정된 방사선 에너지의 분해능을 더욱 높일 수 있다.
따라서, 상기와 같은 이온 챔버(1)를 이용한 방사선 선량 측정 및 방사선 동위 원소 핵종 판별 방법을 통해 방사선 선량 측정 및 방사선 동위 원소 핵종 판별을 동시에 하나의 방사선 감시 장치를 통해 수행할 수 있다.
본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 어노드 전극을 나타내는 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 커플라나 어노드 전극을 구비한 이온 챔버를 개략적으로 나타내는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 커플라나 어노드 전극을 구비한 이온 챔버의 신호 처리 구성을 개략적으로 나타내는 블록도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1: 이온 챔버 3: 제1 신호증폭부
5: 제2 신호증폭부 10: 커플라나 어노드 전극
1: 제1 어노드 전극 13: 제2 어노드 전극
5: 절연층 20: 캐쏘드 전극

Claims (7)

  1. 하나의 커플라나 어노드(coplanar anode) 전극 구조; 및
    캐쏘드(cathode) 전극;
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  2. 제1항에 있어서, 상기 커플라나 어노드 전극 구조는 단면이 원형이며, 제1 전극 및 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극 사이에 두고 길이 방향으로 절연층이 구비되어 서로 전기적 연결이 이루어지지 않는 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 길이방향으로 각가 전기적 연결을 이루는 제1 전극 연결부 및 제2 전극 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 챔버의 형상은 원통형(cylindrical)인 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 이온 챔버의 형상은 원통형 외에 구(sphere) 형상 또는 팬 케익 형상 등 다양한 형상으로 형성가능한 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  6. 제5항에 있어서, 상기 이온 챔버 내 충진된 가스는 아르곤(Ar) 또는 제논(Xe) 등 다양한 가스를 포함하며 상기 가스의 기압은 상압 내지 100기압인 것을 특징으로 하는 이온 챔버.
  7. 제1항 또는 제6항의 상기 이온 챔버를 이용하여,
    제1 신호 증폭부 및 제2 신호 증폭부로부터 입력받은 신호를 출력하고 총합을 구하여 방사선 선량을 측정하는 단계; 및
    상기 제1 신호 증폭부 또는 제2 신호 증폭부로부터 출력받은 신호의 차를 구하여 방사선 에너지를 측정하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 방사선 측정 및 방사선 동위원소 핵종 판별 방법.
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