KR20130039453A - 광섬유 격자 기반 방사선량계 및 그를 구비하는 방사선량 모니터링 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계는, 방사선 조사에 의해 광섬유 격자의 공진파장 이동을 관측하여 방사선량을 측정하는 광섬유 격자 기반 방사선량계로서, 광섬유에 구조적 변화를 발생시킴으로써 광섬유에 주기적인 격자 패턴을 형성하고 격자 패턴을 통해 주기적인 굴절률 변화가 발생되는 광섬유 격자를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유에 있어서 광민감성을 요구하지 않기 때문에 광섬유 종류에 무관하게 제작이 가능하여 낮은 비용, 높은 생산성을 가질 수 있으며 또한 광섬유 선택에 따라 측정 범위를 용이하게 조절할 수 있다.
Description
광섬유 격자 기반 방사선량계 및 그를 구비하는 방사선량 모니터링 시스템이 개시된다. 보다 상세하게는, 광섬유에 있어서 광민감성을 요구하지 않기 때문에 광섬유 종류에 무관하게 제작이 가능하여 낮은 비용, 높은 생산성을 구현할 수 있는 광섬유 격자 기반 방사선량계 및 그를 구비하는 방사선량 모니터링 시스템이 개시된다.
일반적으로 방사선 센서는 원자력 산업에서 원자력 발전소, 입자 가속기, 방사성 동위원소 생산 및 취급기관, 원자력 관련 연구소 등과 같은 시설들의 안전을 위한 방사선량 계측에 사용되고 있다. 또한 의료 산업에서 방사선 치료 시 환자의 개인 선량을 측정하는 데 사용되고 있으며, 물성 특성 및 비파괴 검사와 같은 학술 분야에서 연구용으로 널리 이용되고 있다.
방사선 센서 종류로는, 직접 전리 방식에 의한 방사선 측정과, 간접 전리 방식에 의한 방사선 측정 방법이 있고, 측정은 분광법, 선량 측정법, 영상 측정 방법 등이 있다. 최근에는 기존의 방사선 측정 방법에 비하여 적은 비용이 소요되고, 전기적 및 정전기적 방해에 대한 내성을 가지며 방사선 원격 감시 및 신호의 다중화 등에 있어서 장점을 갖는 광섬유를 이용한 선량 측정 방법이 연구 중에 있다.
한편, 원자력 발전소 및 핵 기반 시설 내에는 방사선 준위를 감시하기 위해 방사선 감시 시스템이 설치되어 있다. 이러한 방사선 감시 시스템은 시설 내의 작업자 및 일반인들이 방사선에 노출되는 것을 방지하기 위해 설치된 것으로, 방출 방사선량을 측정하고, 방사성물질의 누설을 감지하며 누설이 발생된 경우 이를 알리는 알람(alarm) 기능을 수행할 수 있다.
이러한 방사선 감시 시스템의 검출부로 전술한 방사선 센서가 적용될 수 있으며, 방사선량에 대한 함수로 공진파장의 이동을 검출한다. 여기서, 조사 정보를 전기 신호 대신 광신호로 전송하기 위해 신호 전송부를 광섬유로 대체하였으며 이에 따라 방사선의 원격 감시 및 신호의 다중화를 이룰 수 있다.
광섬유가 적용된 방사선 센서로는 광섬유 선량계 및 광흡수 선량계가 있다. 이 중 광섬유 선량계는 광섬유의 브래그(Bragg) 격자와 브릴루앙(Brillouin) 산란과 같은 기술을 이용하며 고 준위 방사선에 대한 민감도가 높아 원자로 내에서 방산선량을 측정할 수 있다. 이러한 광섬유 선량계는 100kGy 이상의 방사선량에 견딜 수 있다.
그런데 이러한 광섬유 선량계 중 브래그 격자 기반 선량계는 자외선을 광섬유에 주기적으로 노출시켜 코어 영역의 굴절률이 주기적인 변화를 갖도록 제작하는데, 이 때 자외선 조사에 의해 광섬유의 색 중심 또는 분자 구조의 재결합을 생성시키는 요소가 우선적으로 제거되기 때문에 방사선 조사 시 매우 낮은 반응성을 보일 수 있다. 또한 낮은 민감도로 인하여 고 준위 방사선량 측정이 가능하지만 온도 및 스트레인에도 매우 민감하여 정확한 측정을 위해서는 방사선 외의 다른 외적 환경 변화 요소들을 차단시키는 장치가 요구된다.
한편, 광흡수 선량계는 광섬유 코어의 암화(darkening)를 일으키는 방사선에 대한 효과를 이용한 것으로 방사선에 의해 전송되는 광신호의 감쇄를 측정하는 것에 기반을 둔다. 비금속 원소인 인 및 희토류 금속을 순수한 실리카 코어에 첨가하여 방사선 민감도를 증가시키기도 하며 감도가 좋은 PMMA(Polymethyl methacrylate)로 제작된 광섬유를 사용하기도 한다.
그런데, 이러한 광흡수 선량계(아울러, 전술한 브릴루앙 산란 기반 선량계)에 있어서는, 대부분의 광섬유의 길이가 증가하면 민감도가 증가하여 낮은 방사선량도 측정 가능하지만, 광섬유 길이의 증가에 따라 신호의 불안정성 및 광 감쇄를 고려해야 하기 때문에 광섬유 길이 및 방사선량 측정 범위에 제한이 발생될 수밖에 없다. 따라서 제한된 광섬유 길이에서 높은 민감도를 얻기 위해 추가적인 도핑 공정이 요구된다. 특히, PMMA(Polymethyl methacrylate)로 제작된 선량계는 높은 민감도에 의한 큰 감쇄량 때문에 수명이 짧고 가시광 대역의 광원 사용으로 인해 광통신 시스템과 호환성이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 목적은, 광섬유에 있어서 광민감성을 요구하지 않기 때문에 광섬유 종류에 무관하게 제작이 가능하여 낮은 비용, 높은 생산성을 갖는 광섬유 격자 기반 방사선량계를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 다른 목적은, 광섬유 선택에 따라 매우 넓은 측정 범위를 가질 수 있을 뿐만 아니라 국소 지역에 이르기까지 선량 측정이 가능하고 우수한 호환성을 지녀 적용 범위를 다양하게 할 수 있는 광섬유 격자 기반 방사선량계를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 목적은, 방사선이 누출 가능한 구조물로부터 방사선량을 실시간 및 원격으로 측정할 수 있어 방사선량의 측정 안정성 및 정확성을 구현할 수 있는 광섬유 격자 기반 방사선량계를 구비한 방사선량 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계는, 방사선 조사에 의해 광섬유 격자의 공진파장 이동을 관측하여 방사선량을 측정하는 광섬유 격자 기반 방사선량계로서, 광섬유에 구조적 변화를 발생시킴으로써 광섬유에 주기적인 격자 패턴을 형성하고 상기 격자 패턴을 통해 주기적인 굴절률 변화가 발생되는 광섬유 격자를 포함할 수 있으며, 이러한 구성에 의해서, 광섬유에 있어서 광민감성을 요구하지 않기 때문에 광섬유 종류에 무관하게 제작이 가능하여 낮은 비용, 높은 생산성을 가질 수 있으며 또한 광섬유 선택에 따라 측정 범위를 용이하게 조절할 수 있다.
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위하여, 광섬유에 열 및 인장력을 가하는 마이크로 테이퍼링(micro tapering) 기술, 상기 광섬유를 상호 다른 반대 방향으로 비트는 비틀림 기술, 또는 상기 광섬유의 표면을 주기적으로 습식 식각하는 기술이 적용될 수 있다.
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위해 상기 마이크로 테이퍼링 기술이 적용되는 경우 열/인장력 제공 장치가 구비되며, 상기 열/인장력 제공 장치는, 상기 광섬유의 양단을 고정하며, 상호 이격 가능하여 상기 광섬유에 인장력을 제공하는 인장력 제공부; 및 상기 광섬유에 부분적으로 열을 가하는 열 제공부를 포함하며, 상기 인장력 제공부를 통해 상기 광섬유를 늘리면서 동시에 상기 열 제공부를 통해 상기 광섬유에 열을 가함으로써 상기 광섬유를 마이크로 테이퍼링시킬 수 있다.
상기 광섬유에 가해지는 마이크로 테이퍼링 횟수에 기초하여 상기 광섬유의 코어 모드 및 클래딩 모드 간의 효율이 결정될 수 있다.
상기 광섬유 격자 기반 방사선량계는 상기 광섬유 격자가 새겨진 길이에 따라 국소 지역의 방사선량을 측정하는 국소형 센서로 적용되거나, 복수의 광섬유 격자가 직렬 또는 병렬 연결된 분포형 센서로 적용될 수 있다.
상기 광섬유 격자 제작에 사용되는 상기 광섬유는 산화물 유리(oxide glass), 할로젠화물 유리(halide glass), 칼코겐화물 유리(chalcogenide glass) 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다.
상기 광섬유 격자 제작에 사용되는 상기 광섬유는 재질, 조성물의 종류 및 첨가량을 선택적으로 조절함으로써 방사선량 측정 범위를 조절할 수 있다.
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위해 습식 식각 기술이 적용 시, 상기 광섬유가 고정된 기판 위에 폴리머를 코팅하고 노광 기술(lithography)을 이용하여 상기 광섬유의 표면 위에 주기적 구조의 폴리머를 형성하거나 주기적 패턴을 갖는 마스크를 상기 광섬유 표면에 부착하고 진공 증착 기술을 이용하여 상기 광섬유의 표면 위에 주기적인 구조의 금속을 형성하고 상기 광섬유 표면을 주기적으로 습식 식각할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 방사선량 모니터링 시스템은, 광섬유에 구조적 변화를 발생시킴으로써 주기적인 굴절률 변화가 발생되는 광섬유 격자를 구비하는 광섬유 격자 기반 방사선량계; 상기 광섬유 격자 기반 방사선량계가 장착되고 방사선량 측정 대상물에 인접하게 설치되는 광섬유에 광을 제공하는 광원; 상기 광섬유를 통과한 광의 파장을 측정하는 파장 측정부; 및 상기 방사선량 측정 대상물로부터 누출 가능한 방사선량을 원격 및 실시간으로 모니터링하는 모니터링부;를 포함할 수 있으며, 이에 따라 방사선량 측정 대상물로부터 누출되는 방사선량을 실시간으로 그리고 원격으로 모니터링할 수 있다.
상기 광섬유 격자 기반 방사선량계는 상기 광섬유(411)의 길이 방향을 따라 직렬로 복수 개 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유에 있어서 광민감성을 요구하지 않기 때문에 광섬유 종류에 무관하게 제작이 가능하여 낮은 비용, 높은 생산성을 가질 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면, 광섬유 선택에 따라 매우 넓은 측정 범위를 가질 수 있을 뿐만 아니라 국소 지역에 이르기까지 선량 측정이 가능하고 우수한 호환성을 지녀 적용 범위를 다양하게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사선이 누출 가능한 구조물로부터 방사선량을 실시간 및 원격으로 측정할 수 있어 방사선량의 측정 안정성 및 정확성을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 방사선량계를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 공진파장을 표현하는 투과 스펙트럼 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 방사선 조사량에 따른 공진파장의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 1, 도 5 또는 도 6의 광섬유 격자 기반 방사선량계가 적용된 방사선량 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 방사선량계를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 공진파장을 표현하는 투과 스펙트럼 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 방사선 조사량에 따른 공진파장의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 1, 도 5 또는 도 6의 광섬유 격자 기반 방사선량계가 적용된 방사선량 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 적용에 관하여 상세히 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 본 발명에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 방사선량계를 제조하기 위한 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 광섬유 격자(100)는 마이크로 테이퍼링(micro tapering) 기술을 이용하여 형성될 수 있다.
즉, 도 2의 열/인장력 제공 장치(150)를 이용하여 광섬유(101)에 열 및 인장력을 동시에 가하는 마이크로 테이퍼링 기술을 통해 광섬유(101)에 구조적 변화를 발생시킴으로써 광섬유(101)에 주기적인 격자 패턴을 형성하고, 이를 통해 주기적인 굴절률 변화가 유도된 광섬유 격자(100)를 발생시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 광섬유 격자(100)는 코어(110, core) 및 그를 둘러싼 클래딩(120, cladding)을 포함하는데, 광섬유 격자(100) 제조에 사용되는 광섬유(101)에 열 및 인장력을 가하게 되면 코어(110) 및 클래딩(120)에 구조적 변화가 발생되고 이를 통해 주기적인 굴절률 변화가 발생될 수 있다.
여기서, 광섬유 격자(100)의 코어에 첨가된 조성물(dopant)과 실리카의 분자 결합 구조가 방사선 에너지에 의해 변화를 일으키면서 물질의 밀도를 증가시키고 굴절률을 증가시킬 수 있다.
그러면 굴절률 증가에 따른 광섬유 격자(100)의 공진파장 이동을 측정하여 방사선량을 측정할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계는 주기적인 굴절률 변화를 위한 구조적 변화 방법으로 마이크로 테이퍼링 기술이 적용된다.
본 실시예의 광섬유 격자(100)를 제조하기 위한 마이크로 테이퍼링 기술은 도 2의 열/인장력 제공 장치(150)에 의해 이루어질 수 있다. 열/인장력 제공 장치(150)는, 광섬유(101)의 양단을 고정한 상태로 상호 이격 가능하여 광섬유(101)에 인장력을 제공하는 인장력 제공부(160)와, 인장 상태의 광섬유(101)에 부분적으로 열을 가하는 열 제공부(170)를 포함할 수 있다.
이에 따라 인장력 제공부(160)를 통해 광섬유(101)를 늘리면서 실질적으로 동시에 열 제공부(170)를 통해 광섬유(101)에 열을 가함으로써 도 1의 광섬유 격자(100)를 제조할 수 있다. 그러면, 마이크로 테이퍼링된 광섬유 격자(100)의 코어(110) 주변에는 잔류 응력(residual stress)이 남게 되고 이로 인해 주기적인 굴절률 변화가 유도될 수 있다.
여기서, 광섬유(101)에 열을 가하는 열 제공부(170)로는, 아크 방전을 통해 열을 가하는 아크 방전 장치, 고출력 레이저를 조사하는 레이저 조사 장치, 세라믹 튜브 또는 저항이 큰 도선으로 제작된 코일 등이 적용될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 광섬유(101)에 열을 가함으로써 구조적인 변화를 발생시킬 수 있다면 다른 종류의 장치가 적용될 수 있음은 당연하다.
한편, 마이크로 테이퍼링 기술에 의해 광섬유 격자(100)의 코어(110)에 발생된 주기적인 굴절률 변화의 위상정합 조건을 만족하는 특정 파장 영역의 빛이 클래딩(120) 모드로 결합될 수 있다.
마이크로 테이퍼링 기술에 의해 제작된 광섬유 격자(100)의 길이는 일반적으로 수 센티미터(cm)이며, 마이크로 테이퍼링 횟수에 의해 코어 모드-클래딩 모드 간의 결합 효율을 결정할 수 있다. 또한 광섬유 격자(100)의 주기는 1000 내지 200nm이며 이는 공진파장을 결정할 수 있다.
이와 같이 마이크로 테이퍼링 기술에 의해 제작된 광섬유 격자(100)를 갖는 광섬유 격자 기반 방사선량계는 제작 공정이 단순할 뿐만 아니라 광민감성 광섬유가 불필요하고 또한 예를 들면 광자 결정 광섬유 등과 같은 어떠한 특수 광섬유도 적용시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 광섬유(101) 선택에 따라 매우 넓은 측정 범위를 가질 수 있을 뿐만 아니라 국소 지역에 이르기까지 선량 측정이 가능하고 우수한 호환성을 지녀 적용 범위를 다양하게 할 수 있는 장점도 있다.
부연 설명하면, 광섬유 격자(100) 제작에 사용되는 광섬유(101)는 산화물 유리(oxide glass), 할로젠화물 유리(halide glass), 칼코겐화물 유리(chalcogenide glass) 또는 플라스틱으로 제작될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 광섬유 격자(100) 제작에 사용되는 광섬유(101)는 재질, 조성물의 종류 및 첨가량을 선택적으로 조절함으로써 방사선량 측정 범위를 조절할 수 있는데, 이 때 광섬유에 첨가되는 조성물은, 플루오린(F), 붕소(B), 저마늄(Ge), 인(P), 바륨(Ba), 아연(Zn), 테르븀(Tb), 다이스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 어븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테륨(Lu), 네오디뮴(Nd), 세륨(Ce), 유로퓸(Eu), 프라세오디뮴(Pr), 세슘(Cs), 칼륨(K), 나트륨(Na), 수은(Hg), 플루토늄 (Pu), 리튬(Li), 인듐(In), 카드뮴(Cd), 탈륨(Tl), 납(Pb), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 황동(Cu+Zn), 은(Ag) 및 금(Au) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 다만 광섬유에 첨가되는 조성물의 종류가 이에 한정되지는 않는다.
한편, 이하에서는 전술한 일 실시예의 광섬유 격자 기반 방사선량계를 이용하여 방사선량 측정 시 공진파장의 스펙트럼 변화에 대해 설명하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 공진파장을 표현하는 투과 스펙트럼 그래프이고, 도 4a 및 도 4b는 도 1에 도시된 방사선량계의 광섬유 격자의 방사선 조사량에 따른 공진파장의 투과 스펙트럼 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3을 통해 본 실시예의 광섬유 격자 기반 방사선량계의 공진파장의 투과 스펙트럼을 확인할 수 있다. 또한, 도 4a를 통해 방사선 조사에 의한 광섬유 격자 기반 방사선량계의 투과 스펙트럼 변화를 알 수 있고, 도 4b를 통해 방사선량을 500Gy까지 조사시킬 경우 공진파장의 이동이 선형적으로 응답함을 알 수 있다. 부연 설명하면, 25MeV의 코발트 감마선을 2Gy/min의 선량률로 총선량 500Gy까지 조사시키고 방사선량이 증가함에 따라 공진파장은 장파장으로 선형 이동함을 관측할 수 있다.
이는 코어(110)에 첨가되어 있는 게르마늄 이온 주위의 분자 결합 구조가 방사선 에너지에 의해 구조적 변화를 일으키면서도 물질의 밀도를 증가시키고 이에 따라 굴절률을 증가시키기 위함이다.
한편, 이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계를 상술하되, 전술한 일 실시예의 방사선량계와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계는, 도 5에 도시된 것처럼 비틀린 광섬유 격자(200)를 구비하는데, 이러한 광섬유 격자(200)는 광섬유(미도시, 도 2의 광섬유 참조)를 광섬유 홀더(미도시)에 고정한 후 각각 반대 방향으로 광섬유 홀더를 회전시킴으로써 형성될 수 있다.
이와 같이 제작되는 광섬유 격자(200) 또한 광섬유의 코어(210)에 첨가된 조성물(dopant)과 실리카의 분자 결합 구조를 변화시키기 않고 비틀림에 의해 광섬유 격자(200)의 구조적인 변화를 유도할 수 있어 주기적인 굴절률 변화를 유도할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 광섬유를 단순히 비트는 비틀림 기술에 의해 광섬유 격자 기반 방사선량계를 제조할 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있고, 광민감성 광섬유가 불필요하고 또한 예를 들면 광자 결정 광섬유 등과 같은 어떠한 특수 광섬유도 적용시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계를 상술하되, 전술한 실시예들의 방사선량계와 실질적으로 동일한 부분에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광섬유 격자 기반 방사선량계의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 방사선량계는, 도 6에 도시된 것처럼 습식 식각에 의해 식각된 광섬유 격자(300)를 포함할 수 있다. 이러한 광섬유 격자(300)는 광섬유(미도시)가 고정된 기판 위에 폴리머를 코팅하고 노광 기술(lithography)을 이용하여 광섬유 표면 위에 주기적 구조의 폴리머를 형성하거나 주기적 패턴을 갖는 마스크를 광섬유 표면에 부착하고 진공 증착 기술을 이용하여 광섬유 표면 위에 주기적인 구조의 금속을 형성하고, 최종적으로 불산을 이용한 습식 식각을 통해 광섬유 표면을 주기적으로 식각시킴으로써 제조될 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 광섬유 격자(300)는 광섬유 양단을 광섬유 홀더에 고정한 후 인장력을 가할 때 공진 피크가 스펙트럼 상에 형성될 수 있다.
이와 같이 습식 식각 기술에 의해 제조된 광섬유 격자 기반 방사선 선랑계 역시 그 구조가 단순하여 제조 공정을 단순화할 수 있고, 광민감성 광섬유가 불필요하고 또한 예를 들면 광자 결정 광섬유 등과 같은 어떠한 특수 광섬유도 적용시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 이하에서는, 전술한 바와 같이 마이크로 테이퍼링 기술, 비틀림 기술 또는 습식 식각 기술에 의해 제조된 광섬유 격자 기반 방사선량계를 이용하여 방사선 시설의 방사선 누출을 감시하는 실시간 모니터링 시스템에 대해서 설명하기로 한다.
도 7은 도 1, 도 5 또는 도 6의 광섬유 격자 기반 방사선량계가 적용된 방사선량 모니터링 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
이에 도시된 것처럼, 본 실시예의 방사선량 모니터링 시스템(400)은, 방사선량 측정 대상물인 원자로(403)를 감싸며 장착되는 광섬유(411)와, 광섬유(411)에 빛을 제공하는 광원(420)과, 광섬유(411)의 사이사이에 개재된 광섬유 격자 기반 방사선량계(410)와, 광섬유(411)를 통과한 광의 파장을 측정하는 파장 측정부(430)와, 측정된 방사선량을 투과 스펙트럼(450)으로 표현하는 모니터링부(미도시)를 포함할 수 있다.
여기서, 광섬유 격자 기반 방사선량계(410)는 광섬유(411) 상에서 직렬로 다수 연결되고 원자로(403) 외벽에 부착된 모니터링부는 원자로(403)에서 누출되는 방사선량을 측정하여 방사선 누출 구역 판별이 가능하다.
방사선 측정에 사용되는 광원(420)은 넓은 대역폭을 갖는 광대역 광원을 사용하고 파장 측정부(430)를 이용하여 공진파장들의 변화를 측정할 수 있다. 이러한 공진파장의 변화를 원격으로, 또 실시간으로 측정함으로써 원자로(403)에서 누출되는 방사선을 감지하고 방사선 누출 구역을 판별하여 방사선 오염 사고를 미연에 방지할 수 있다.
이러한 시스템(400)은 원자력 발전소의 원자로 및 방사선 폐기물 저장고, 입자 가속기, 방사성 동위원소 생산 및 취급기관, 원자력 관련 연구소 등과 같은 대형 구조물 등의 방사선 안전 진단에 있어 상시 모니터링이 가능하다. 또한, 저준위 방사성 폐기물 처리 과정과 중간 저장 단계 동안, 폐기물의 방사능 수치가 처분 요구치에 수렴하는지 모니터링이 필요한데 이 때 전술한 광섬유 격자 기반 방사선 센서를 사용하여 장시간 축적된 피폭선량을 기록함으로써 폐기물 처분 안정성을 확보할 수 있다.
한편, 전술한 실시예들의 광섬유 격자 기반 방사선량계는 다양한 센서로 적용 가능하다. 예를 들면 방사선량계는 광섬유 격자가 새겨진 길이에 따라 국소 지역의 방사선량을 측정하는 국소형 센서로 사용되거나, 복수의 광섬유 격자를 직렬 또는 병렬 연결된 분포형 센서로도 사용될 수 있다. 다만, 이에 한정되지는 않는다.
한편, 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 광섬유 격자 101 : 광섬유
110 : 코어 120 : 클래딩
150 : 열/인장력 제공 장치 160 : 인장력 제공부
170 : 열 제공부
110 : 코어 120 : 클래딩
150 : 열/인장력 제공 장치 160 : 인장력 제공부
170 : 열 제공부
Claims (10)
- 방사선 조사에 의해 광섬유 격자의 공진파장 이동을 관측하여 방사선량을 측정하는 광섬유 격자 기반 방사선량계에 있어서,
광섬유에 구조적 변화를 발생시킴으로써 광섬유에 주기적인 격자 패턴을 형성하고, 상기 격자 패턴을 통해 주기적인 굴절률 변화가 발생되는 광섬유 격자를 포함하는, 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위하여, 광섬유에 열 및 인장력을 가하는 마이크로 테이퍼링(micro tapering) 기술, 상기 광섬유를 상호 다른 반대 방향으로 비트는 비틀림 기술, 또는 상기 광섬유의 표면을 주기적으로 습식 식각하는 기술이 적용되는 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제2항에 있어서,
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위해 상기 마이크로 테이퍼링 기술이 적용되는 경우 열/인장력 제공 장치가 구비되며,
상기 열/인장력 제공 장치는,
상기 광섬유의 양단을 고정하며, 상호 이격 가능하여 상기 광섬유에 인장력을 제공하는 인장력 제공부; 및
상기 광섬유에 부분적으로 열을 가하는 열 제공부를 포함하며,
상기 인장력 제공부를 통해 상기 광섬유를 늘리면서 동시에 상기 열 제공부를 통해 상기 광섬유에 열을 가함으로써 상기 광섬유를 마이크로 테이퍼링시키는 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제2항에 있어서,
상기 광섬유에 가해지는 마이크로 테이퍼링 횟수에 기초하여 상기 광섬유의 코어 모드 및 클래딩 모드 간의 효율이 결정되는 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유 격자 기반 방사선량계는 상기 광섬유 격자가 새겨진 길이에 따라 국소 지역의 방사선량을 측정하는 국소형 센서로 적용되거나, 복수의 광섬유 격자가 직렬 또는 병렬 연결된 분포형 센서로 적용 가능한 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유 격자 제작에 사용되는 상기 광섬유는 산화물 유리(oxide glass), 할로젠화물 유리(halide glass), 칼코겐화물 유리(chalcogenide glass) 또는 플라스틱으로 제작되는 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제1항에 있어서,
상기 광섬유 격자 제작에 사용되는 상기 광섬유는 재질, 조성물의 종류 및 첨가량을 선택적으로 조절함으로써 방사선량 측정 범위를 조절하는 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 제2항에 있어서,
상기 광섬유에 구조적 변화를 발생시키기 위해 습식 식각 기술이 적용 시, 상기 광섬유가 고정된 기판 위에 폴리머를 코팅하고 노광 기술(lithography)을 이용하여 상기 광섬유의 표면 위에 주기적 구조의 폴리머를 형성하거나 주기적 패턴을 갖는 마스크를 상기 광섬유 표면에 부착하고 진공 증착 기술을 이용하여 상기 광섬유의 표면 위에 주기적인 구조의 금속을 형성하고 상기 광섬유 표면을 주기적으로 습식 식각하는, 광섬유 격자 기반 방사선량계.
- 광섬유에 구조적 변화를 발생시킴으로써 주기적인 굴절률 변화가 발생되는 광섬유 격자를 구비하는 광섬유 격자 기반 방사선량계;
상기 광섬유 격자 기반 방사선량계가 장착되고 방사선량 측정 대상물에 인접하게 설치되는 광섬유에 광을 제공하는 광원;
상기 광섬유를 통과한 광의 파장을 측정하는 파장 측정부; 및
상기 방사선량 측정 대상물로부터 누출 가능한 방사선량을 원격 및 실시간으로 모니터링하는 모니터링부;
를 포함하는 방사선량 모니터링 시스템.
- 제9항에 있어서,
상기 광섬유 격자 기반 방사선량계는 상기 광섬유의 길이 방향을 따라 직렬로 복수 개 배치되는 방사선량 모니터링 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020110104006A KR101329455B1 (ko) | 2011-10-12 | 2011-10-12 | 광섬유 격자 기반 방사선량계 및 그를 구비하는 방사선량 모니터링 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
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