KR20150124604A - 방사선 측정용 광섬유 - Google Patents

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KR20150124604A
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광주과학기술원
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Abstract

실시예는 방사선의 선량을 측정하기 위한 방사능 측정용 광섬유로서, 방사선 측정을 수행하기 위해 방사선이 조사되는 광섬유의 코어 영역 및 클래딩 영역에는 알루미늄(Al)을 포함하는 하나 이상의 원소 물질이 도핑되며, 상기 광섬유에 방사선이 조사되는 동안 시간에 따른 광손실값이 선형적으로 증가하고, 방사선의 조사가 수행되지 않을 경우 시간에 따른 광손실값이 일정하게 유지된다. 따라서, 방사선의 조사에 따라 선형적인 광손실 응답을 나타내며, 기존의 광섬유에 비해 높은 광손실 민감도를 가지기 때문에 방사선을 측정하기 위한 광센서에 구비될 수 있다.

Description

방사선 측정용 광섬유{Optical Fiber for Measuring Radiation}
본 발명은 방사선 측정용 광섬유에 관한 것이며, 보다 상세하게는 방사선 측정을 수행할 수 있는 광손실 특성을 갖는 광섬유에 관한 것이다.
원자핵은 양성자와 중성자로 이루어지며, 양성자와 중성자가 결합하여 원자핵을 형성할 때는 양성자와 중성자의 비율에 의해 안정한 원자핵이 만들어지기도 하고 불안정한 원자핵이 만들어지기도 한다. 불안정한 원자핵은 양성자 두개와 중성자 두개로 이루어진 알파입자, 전자, 전자기파인 감마선, X선, 중성자 등을 내놓고 안정한 원자핵으로 바뀐다. 어떤 원자핵이 다른 원자핵으로 바뀔 때 내놓는 알파선, 전자, 감마선, X선, 중성자를 방사선이라고 한다.
방사선은 전파, 마이크로파, 적외선 및 가시광선과 같은 비전리방사선과, 하전입자, 전자, 양자, 중하전 입자(알파, 양성자, 핵분열생성물) 및 광자(X선, γ선)와 같은 전리방사선으로 나눌 수 있다.
특히, 전리방사선은 X 선과 γ 선과 같은 전자기 방사선, 그리고 α, β, 전자선, 양전자선, 양성자선, 중양성자선, 중이온선, 중간자선, 핵분열조각, 그리고 중성자선과 같은 입자방사선으로 구분될 수 있다. 이러한 방사선은 큰 에너지를 가지고 있어 인체에 큰 영향을 줄 수 있다. 따라서 방사선 세기를 측정하여 인체의 유해 정도를 알아보는 것이 매우 중요한 문제가 되었다. 따라서, 방사선을 이용한 원자력 에너지를 생산하는 원전 설비의 안정적인 운용이 요구되며, 원전 시설 내에서 방사선 누출을 실시간으로 감지하기 위한 방사선 센서를 이용한 시스템이 구축되어야 한다.
현재 주로 활용되고 있는 방사선 센서는 측정 원리에 따라 기체형 검출기, 섬광체형 검출기, 반도체형 검출기로 구분되며, 구성 물질과 형태, 크기에 따라 측정 대상인 방사선의 종류, 강도에 따라 설계되어진다. 대표적으로 전자회로 기반의 원격 방사선 측정 장비의 경우에는 방사선 노출시 반도체 소자 내부 산화막에 전자-정공쌍이 생성되어 소자 및 회로 특성 자체를 왜곡하여 장비의 오동작과 고장을 초래하게 된다.
최근, 이러한 방사선 측정 장비의 문제점을 해결하고 원전 시설 내에서 안정적으로 동작이 가능한 광섬유를 이용한 방사선 센서를 제안하는 기술 개발이 주목받고 있다. 광섬유를 이용한 방사선 센서의 경우 신틸레이션 플라스틱 광섬유 및 형광 광섬유를 이용한 방사선 센서가 개발되었으나, 이는 외부 환경에 의한 제약이 많고 기존의 광통신 소자 및 계측기와의 연동에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부 환경에 제약이 없고 기존 광통신 소자 및 계측기와의 연동이 가능한 방사선 측정용 광섬유를 제공하는데에 그 목적이 있다.
본 발명은 방사선 측정에 있어서 선형적인 광손실 특성을 가지며, 광손실 후에 광회복 특성이 낮아 방사선 측정에 사용될 수 있는 광섬유를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예는 방사선의 선량을 측정하기 위한 방사선 측정용 광섬유로서, 방사선 측정을 수행하기 위해 방사선이 조사되는 광섬유의 코어 영역 및 클래딩 영역에는 알루미늄(Al)을 포함하는 하나 이상의 원소 물질이 도핑되며, 상기 광섬유에 방사선이 조사되는 동안 시간에 따른 광손실값이 선형적으로 증가하고, 방사선의 조사가 수행되지 않을 경우 시간에 따른 광손실값이 일정하게 유지된다. 따라서, 방사선의 조사에 따라 선형적인 광손실 응답을 나타내며, 기존의 광섬유에 비해 높은 광손실 민감도를 가지기 때문에 방사선을 측정하기 위한 광센서에 구비될 수 있다.
실시예는 방사선의 선량을 측정하기 위한 방사능 측정용 광섬유 제조 방법으로서, 석영 유리관 내부에 클래딩 층을 증착하고, 상기 클래딩 층 상에 코어층을 형성하여 광섬유 모재를 형성하는 단계; 방사선이 접촉되는 상기 코어층에 알루미늄을 포함한 물질을 도핑하는 단계; 및 상기 광섬유 모재를 인출하여 광섬유를 얻는 단계를 포함하며, 상기 광섬유는 방사선이 조사되는 동안 시간에 따른 광손실값이 선형적으로 증가하고, 방사선의 조사가 수행되지 않을 경우 시간에 따른 광손실값이 일정하게 유지된다.
본 발명의 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유는 방사선의 조사가 끝난 후에도 광손실값이 회복되지 않고 유지되는 특성을 가지기 때문에 불연속적인 방사선의 조사에도 높은 재현성을 가지는 센싱 효과를 갖는 장점이 있다.
실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유는 방사선의 조사에 따라 선형적인 광손실 응답을 나타내며, 기존의 광섬유에 비해 높은 광손실 민감도를 가지기 때문에 방사선을 측정하기 위한 광센서로 이용될 수 있다.
도 1은 실시예와 비교예에 따른 광섬유의 광손실을 나타낸 그래프
도 2는 실시예에 따른 광섬유의 광손실 특성을 나타낸 그래프
도 3은 도 2에서 측정한 광섬유의 광손실 특성과 관련하여, 방사선 선량값에 따른 광손실량을 나타낸 그래프
도 4는 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 광손실값을 구간별로 나타낸 그래프
도 5는 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 광손실값을 선량값(Gy)에 따라 나타낸 그래프
도 6은 실시예에 따른 광섬유에 방사선이 조사되기 전과 후의 광흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프
도 7은 실시예에 따른 광섬유의 선량률(Gy/min)에 대해 선량값의 변화에 따른 광손실의 변화와의 관계를 나타낸 그래프와, 광섬유의 선량률에 대해 시간변화에 따른 광손실 변화와의 관계를 나타낸 그래프
도 8은 실시예에 따른 광섬유에 대한 방사선 조사가 완료된 후의 시간에 따른 회복특성을 나타낸 그래프
도 9는 실시예의 광섬유에 도핑하고자 하는 원소의 함량을 다르게 실시한 경우의 그래프
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
본 발명은 방사선 측정을 수행하기 위한 센서에 적용될 수 있는 방사선 측정용 광섬유를 제공하는 것이다. 일반적으로 광섬유는 조성 및 구조 특성상 물리, 화학적으로 안정하여 원자로 내부와 핵 저장소와 같이 고 준위의 방사선 노출될 수 있는 장소에 설치 및 적용할 수 있으며, 광손실이 낮아 수백미터 거리의 원격 감시에 적합하게 사용될 수 있다.
광섬유 기반의 센서는 광신호를 이용하기 때문에 전자기파 간섭에 의한 영향을 받지 않고 절연성, 무유도성 등의 특징으로 인해 화재 위험성이 없으며 고전류, 고전압 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있다. 방사선 측정을 수행하기 위한 장치로의 광섬유 센서는 방사선 노출에 따른 광 손실 변화를 통해 방사선의 노출 여부를 측정하며, 측정 방식과 센서 시스템의 구성이 간단하며 광에 대한 높은 민감도를 가지도록 형성된다.
실리카 유리 기반의 광섬유는 빛의 전반사 조건을 위해 Ge가 도핑되며 높은 굴절률을 가지는 코어와 그 주위를 둘러싸는 클래딩(SiO2)으로 구성된다. 광섬유가 감마선과 같은 방사선에 노출되면, 높은 방사선 에너지로 인해 실리카 유리 구조 내의 Si-O 결합이 끊어지고 다양한 구조의 이온들과 라디칼(radical)이 형성되며, Ge와 같은 다른 첨가물 및 자유 전자-정공쌍들과 관련된 다양한 구조의 결함을 형성한다.
방사선 조사에 따른 광섬유 코어 및 클래딩 영역에 형성된 결함들은 UV, VIS, NIR 영역에서 고유한 광흡수 특성을 나타내며, 이에 광섬유를 이용한 방사선 센서는 방사선 노출에 의해 생성되는 다양한 결함들에 의한 광섬유의 출력 광 손실 변화를 측정함으로써 노출된 방사선의 선량(dose)을 측정하여, 조사된 방사능의 양을 도출하게 된다.
기존의 광섬유의 경우, 방사선 조사에 인해 발생되는 결함 생성에 따른 광 손실 변화가 상대적으로 작고, 광섬유의 광 손실 회복특성이 높아 방사선 선량을 높은 정확도로 측정할 수 없었으나, 본 발명은 낮은 선량의 방사선 조사시에도 광 손실 변화가 크고 광 손실에 대한 회복 특성이 낮게 나타나는 방사선 측정용 광섬유를 제안하고자 한다.
실시예에서는 광섬유 내에서 빛이 반사되어 전달될 수 있는 조건을 만족하면서, 방사선 조사에 따른 광손실 민감도가 상대적으로 큰 물질로서 광섬유 코어에 알루미늄(Al)을 도핑하였다. 즉, 실시예에 따른 광섬유는 광섬유 내에서 빛이 전달되기 위한 조건을 위해 Al을 포함하도록 도핑되며, 광손실값을 증가시키기 위해 특정 원소가 도핑될 수 있다.
실시예에 따른 방사선 센서에 구비될 수 있는 광섬유는 Co, Fe, Ti, Cu, Pb, Ni, V, Ag, Au, Mn, Zn, Bi 와 같은 전이 금속 물질 중에서 선택된 하나 이상의 금속 물질이 광섬유 코어 영역에 도핑될 수 있다.
또한, Tb, Yb, Er, Tm, Nd, Gd, Eu 등과 같은 희토류 원소들과, CdMnTe, CdSe, PbSe, PbTe 등과 같은 반도체 화합물과, P, B와 같은 원소 중에서 선택된 하나 이상의 물질이 도펀트로서 사용될 수 있으며, 광섬유 코어 영역에 도핑될 수 있다.
상기와 같은 물질은 광섬유 코어 영역 및 클래딩 영역에 포함되어 소정의 직경을 가지도록 형성될 수 있으며, 방사선 조사에 따른 영향을 받을 수 있는 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 비교적 낮은 방사선량에 노출시에도 민감하게 광손실 특성이 변화할 수 있다.
실시예에서는 방사선 조사에 의한 광손실의 변화값이 가장 바람직하게 나타내는 것으로 평가되는 Co, Fe 금속 입자를 Al의 금속 입자와 함께 도핑하여 광섬유 코어를 형성하고, 방사선 측정용 광섬유를 제조하였다. 광섬유 모재를 1980℃의 온도로 광섬유 인출 공정을 수행하여 124~126㎛ 직경을 갖도록 광섬유로 인출하고, 인출된 광섬유의 클래딩 및 코어의 직경과 굴절률 분포 특성을 분석하였다. 바람직하게, 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 코어 직경은 8.5㎛이며, 코어와 클래딩 간의 굴절률 차이는 0.006일 수 있다. 하기에서는 위와 같이 제작된 광섬유의 광손실 특성을 살펴보면서, 실시예가 방사선 측정에 유리하게 사용될 수 있는 점에 대해 개시한다.
도 1은 실시예와 비교예에 따른 광섬유의 광손실을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 방사선 조사 장치를 이용하여 광섬유에 감마선을 조사하여 실시예와 같이 제조된 광섬유의 광손실 변화 특성을 측정하였다. 감마선의 조사는 선량률을 20 Gy/min으로 60분 동안 수행하였으며, 이에 따라 총 누적 선량은 1200 Gy이 되도록 설정하였다.
방사선 센서용으로 사용되는 실시예의 광섬유의 감마선 조사에 의한 광손실값(RIA: radiation induced attention)은 감마선 조사 전의 출력 광 파워(P1)와 감마선 조사시의 출력 광 파워(P2)를 OSA를 이용하여 1310㎚ 파장에서 측정한 후, 그 차이를 광섬유의 길이(l)로 나누어 줌으로써 도출될 수 있다. {광손실값(RIA)dB/m = [P1(dBm)-P2(dBm)]/l(km)}
도시된 바와 같이 방사선 측정에 사용되는 광섬유에 대해 감마선의 조사에 따른 광손실을 측정한 결과 비교예인 종래의 광섬유의 경우 감마선의 조사선량이 높아질수록 광손실(RIA)값은 증가하지만 변화율은 줄어들며 서서히 포화(saturation)되는 경향을 나타내었다.
광섬유에 감마선을 60분 조사시 총 조사선량이 1200 Gy이 될 때, 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 광손실값은 12.5 dB/m 이었으며, 이는 종래 광섬유의 광손실값인 0.05 bB/m 보다 약 250배가 높은 결과를 나타내었다.
실시예와 같이 금속(Co, Fe, Al) 물질이 도핑된 광섬유의 경우에는 감마선 조사에 따라 선형적인 광손실 응답을 나타내었으며, 종래에 비해 광손실값이 더욱 높게 나타남에 따라 이는 실시예의 광섬유가 방사선에 대한 높은 민감도 특성을 가지는 것으로 해석할 수 있다.
그리고, 60분 이후 광섬유에 대한 감마선의 조사가 끝나면, 비교예에서는 감마선 조사에 의한 광손실값이 다시 회복되는, 즉 광손실값이 감소되는 회복(recovery) 특성을 나타내었다. 그러나, 실시예의 광섬유는 감마선의 조사가 끝난 60분 이후에 광손실값의 감소폭이 현저히 줄어들며, 광섬유에 조사된 방사선의 최대값인 12.5 dB/m의 부근에서 일정한 값을 유지한다. 이는 방사선 조사에 따라 광섬유 내부에 발생한 결함이 시간이 지남에도 결함의 비율이 일정하게 유지되고 있는 것을 의미한다.
즉, 실시예에 따른 방사선 측정용 광센서는 감마선 조사가 끝난 뒤에도 광손실값이 회복되지 않고 유지되기 때문에, 불연속적인 감마선의 조사시에도 높은 재현성과 민감도를 가지는 광섬유를 제작할 수 있다.
도 2는 실시예에 따른 광섬유의 광손실 특성을 나타낸 그래프이다. 도 2는 참조하면, 특정 이온이 도핑된 광섬유에서 소정의 시간동안 방사선에 노출된 광섬유의 광손실을 나타낸다. 방사선의 에너지를 나타내는 단위에는 그레이(Gy)라는 단위가 가장 많이 사용되며, 1Gy는 1kg의 물체가 방사선을 통해 1J의 에너지를 흡수했을 때의 흡수선량이다. 흡수선량을 나타내는데는 라드(rd; rad)라는 단위가 사용되기도 하며 1rd는 0.01Gy를 나타낸다.
실시예는 광섬유에 조사되는 방사선의 선량률을 6.7 Gy/min, 18.4 Gy/min, 37.0 Gy/min, 78.3 Gy/min로 증가시키면서, 각각의 경우에 대해 시간에 따른 광손실의 변화를 측정하였다. 구체적으로, 광섬유에 30분간 방사선을 조사(Irradiation)한 후에, 30분간 서냉(Annealing) 시키는 조건하에서 수집된 광손실량(dB/m)을 살펴보면, 방사선이 조사되는 구간에서 광손실의 변화는 선형적인 특성을 나타냄을 확인할 수 있다.
즉, 방사선의 선량 비율을 6.7 Gy/min로 설정하였을 경우에는 201 Gy까지, 18.4 Gy/min로 설정하였을 경우에는 551 Gy까지, 37.0 Gy/min로 설정하였을 경우에는 1110 Gy까지, 78.3 Gy/min로 설정하였을 경우에는 2348 Gy까지 방사선이 광섬유에 피폭되며, 시간에 따라 일정하게 광손실량이 증가하는 것을 알 수 있다.
그리고, 방사선의 조사가 완료된 시점부터는 각 경우에 있어서 광손실량이 일정한 값으로 유지되며 시간에 따른 감소폭이 줄어든 것을 알 수 있다. 이는 방사선에 피폭된 광섬유의 광손실량이 원래대로 회복되지 않기 때문이며, 광섬유 내부에서 방사선 조사에 따라 발생한 결함들이 회복되지 않고 광손실 특성을 그대로 유지하고 있기 때문이라 해석할 수 있다.
도 3은 도 2에서 측정한 광섬유의 광손실 특성과 관련하여, 방사선 선량값에 따른 광손실량을 나타낸 그래프이다. 도 3에서 실시한 각 경우의 방사선의 선량에 따라 201 Gy에서 2348 Gy 까지 광손실량에 대해 나타내어 보면, 다른 선량 비율로 방사선이 조사된 각각의 실험데이터는 광손실량에 대비하여 일치하는 기울기를 가지는 것을 알 수 있으며, 이는 광섬유의 광손실 특성의 민감도가 방사선 선량과는 상관없이 일정한 것을 의미한다.
상기와 같은 실험 데이터와 같이 본 발명의 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유는 방사선의 피폭시에 광손실이 선형적으로 증가하는 특성을 가지며, 방사선 피폭이 완료된 후에도 피폭시 광손실량의 최대값과 유사한 값으로 유지된다. 실시예는 상기와 같은 특징을 갖도록 Al을 포함한 특정 물질이 도핑된 광섬유이며, 방사선 측정용 센서로 활용되기 적합한 특수 광섬유가 제공될 수 있다.
도 4는 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 광손실값을 구간별로 나타낸 그래프이다. 도 4를 참조하면, 하나의 방사선 센서에 여러번 방사선을 조사한 데이터를 나타낸 것으로서, 30분 간격으로 6.7 Gy/min의 선량율로 감마선의 조사를 실시하였다. 도시된 바와 같이, 실시예의 광섬유는 감마선의 불연속적인 조사에 의해서도 초기 감마선의 조사에 따른 광손실값을 그대로 유지함으로써, 추가적인 방사선의 조사시에도 높은 재현성을 가지고 방사능 측정을 수행할 수 있다. 따라서, 사용자는 광섬유에 방사선의 조사가 불연속적으로 이루어진 경우에도, 시간에 따른 방사선의 피폭량을 신뢰성 있는 결과값으로 도출할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유의 광손실값을 선량값(Gy)에 따라 나타낸 그래프이며, 서로 다른 파장에 따라 분류한 것이다. 도 5를 참조하면, 900㎚에서 1600㎚까지의 파장별로 나누어 광섬유의 광손실값을 측정하였으며, 파장이 가장 작은 900㎚에서 광손실이 가장 크게 일어나고 파장이 커질수록 광손실값이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 상기와 같이 파장에 따라 파장에 따른 광손실값을 차별화할 수 있으며, 실시예는 1310nm의 파장영역에서 제조되는 광섬유의 광손실값에 대한 데이터를 측정하였다.
도 6은 실시예에 따른 광섬유에 방사선이 조사되기 전과 후의 광흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 201 Gy의 선량으로 방사선이 조사된 후에 코발트(Co)와 철(Fe) 원소가 도핑된 광섬유의 광흡수 스펙트럼을 나타내며, 방사선 조사에 의해 400~700㎚ 범위의 파장에서 비교적 큰 광흡수 특성이 나타남을 확인할 수 있다. 즉, 실시예와 같이 방사선 조사에 따라 Al, Co 및 Fe 원소가 도핑된 광섬유에 나타나는 결함은 500~700㎚의 가시영역에서 비교적 높게 나타난다.
이는 광섬유의 광손실에 따른 민감도가 상대적으로 크다는 것으로 평가할 수 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 광손실은 파장에 따라서도 의존성이 있다는 것을 알 수 있다. 500~700㎚의 가시영역에서는 Al, Co 및 Fe 원소에 의한 광흡수량에 변화가 있으며, 단파장으로 갈수록 방사선 조사에 따른 광손실 값이 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 광흡수의 민감도는 단파장으로 갈수록 커지게 되며, 방사선 센서의 민감도를 높이기 위해서는 단파장을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
도 7은 실시예에 따른 광섬유의 선량률(Gy/min)에 대해 선량값의 변화에 따른 광손실의 변화와의 관계를 나타낸 그래프와, 광섬유의 선량률에 대해 시간변화에 따른 광손실 변화와의 관계를 나타낸 그래프이다.
여기서, 선량값의 변화(△Dose)에 따른 광손실의 변화(△RIA)는 방사선 선량의 민감도(sensitivity)라 표현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 광섬유의 선량률이 커질수록 광섬유의 방사선 선량의 민감도는 다소 감소하는 경향을 나타내며, 시간 변화에 따른 광손실의 변화량은 광섬유의 선량률이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 8은 실시예에 따른 광섬유에 대한 방사선 조사가 완료된 후의 시간에 따른 광손실값의 회복특성을 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 광섬유에 조사되는 선량률을 다르게 하여 4가지 경우를 비교하였다. 방사선 조사가 완료된 시점에서의 광손실값을 1.0이라 가정했을때, 실시예의 광섬유는 광손실값이 서서히 감소하여 0.9 수준을 유지한다. 이는 광섬유의 선량률에 따라, 진행되는 광섬유의 광손실 회복 수준이 각 경우에 대해 유사함을 알 수 있으며, 선량률의 조절을 통해서도 방사선 측정에 있어 유사한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 9는 실시예의 광섬유에 도핑하고자 하는 원소의 함량을 다르게 실시한 경우의 광흡수 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
도 9를 참조하면, 가시 영역에서부터 근적외선 영역대의 광흡수 스펙트럼 특성을 측정한 것으로, 506㎚, 570㎚, 680㎚의 파장 영역에서 Co2 + 이온에 의한 뚜렷한 광흡수 피크 지점이 형성되었으며, 1100㎚~1600㎚ 파장 영역에서는 Co2 +, Fe2 +에 의해 증가한 광흡수 밴드를 확인할 수 있다.
광섬유 내부에 도핑되는 Al, Co 및 Fe의 함량을 일정하게 증가시킬수록 상기와 같이 나타나는 광흡수 밴드의 피크값은 그 편차가 현저한 차이값을 나타내며, 방사선 조사에 따른 선형적인 민감도를 갖는 광섬유를 제조하기 위해서는 상기와 같은 광흡수 특성에 따라 도핑되는 Al, Co 및 Fe의 함량이 조절되어야 한다.
상술한 바와 같이 실시예에 따른 방사선 측정용 광섬유는 방사선의 조사에 따라 선형적인 광손실 응답을 나타내며, 기존의 광섬유에 비해 높은 광손실 민감도를 가지기 때문에 방사선을 측정하기 위한 광센서로 이용될 수 있다.
상술한 설명에서는 광섬유에 Al, Co 및 Fe 원소가 도핑된 바람직한 실시예에 관해서 언급하였으나, 실시예의 광섬유는 Al을 포함하며, 전이 금속으로 분류되는 Co, Fe, Al, Ti, Cu, Pb, Ni, V, Ag, Mn, Zn, Bi 의 전이금속 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 원소가 광섬유 코어에 추가적으로 도핑될 수 있다.
상기와 같이 도핑원소가 포함된 방사선 측정용 광섬유는 방사선의 조사가 끝난 후에도 광손실값이 회복되지 않고 시간에 따라 일정한 값을 유지하는 특성을 가지기 때문에 불연속적인 방사선의 조사에도 시간에 따른 방사선 조사량 및 누적 방사선량에 대한 정보를 사용자가 용이하게 검출할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 방사선의 선량을 측정하기 위한 방사능 측정용 광섬유로서,
    방사선 측정을 수행하기 위해 방사선이 조사되는 광섬유의 코어 영역 및 클래딩 영역에는 알루미늄(Al)을 포함하는 하나 이상의 원소 물질이 도핑되며,
    상기 광섬유에 방사선이 조사되는 동안 시간에 따른 광손실값이 선형적으로 증가하고, 방사선의 조사가 수행되지 않을 경우 시간에 따른 광손실값이 일정하게 유지되는 방사선 측정용 광섬유.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원소 물질은 Co, Fe, Ti, Cu, Pb, Ni, V, Ag, Au, Mn, Zn, Bi를 포함하는 전이 금속원소 물질 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 원소 물질은 Tb, Yb, Er, Tm, Nd, Gd, Eu를 포함하는 희토류 원소 물질과 CdMnTe, CdSe, PbSe, PbTe를 포함하는 화합물 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유는 선량(Gy)에 따른 광손실값이 선형적인 기울기를 갖는 방사선 측정용 광섬유.
  5. 제 4항에 있어서,
    선량(Gy)에 따른 광손실값의 기울기는 광섬유에 대한 방사선의 선량률에 대해 일정한 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유는 방사선의 조사가 수행되지 않을 시, 시간에 따른 광손실값이 90% 이상으로 유지되는 방사선 측정용 광섬유.
  7. 제 1항에 있어서,
    시간에 따른 광손실값의 상관관계는 상기 광섬유에 방사선이 조사되는 경우에 선형적으로 증가하고, 방사선이 조사되지 않을 경우에는 일정한 값을 갖는 계단형 그래프로 나타나는 방사선 측정용 광섬유.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 광섬유를 통과하는 광은 파장에 따른 광흡수 밴드가 가시영역인 500~700㎚에서 피크값을 갖는 방사선 측정용 광섬유.
  9. 제 1항에 있어서,
    방사선 조사에 의한 선량률(Gy/min)에 따른 광손실 변화량은 선형적으로 증가하는 방사선 측정용 광섬유.
  10. 제 1항에 있어서,
    방사선 조사에 의한 선량률(Gy/min)은 선량 변화에 따른 광손실 변화에 대해 일정한 값을 가지는 방사선 측정용 광섬유.
  11. 방사선을 측정하기 위한 광섬유를 제조하는 방법으로서,
    석영 유리관 내부에 클래딩 층을 증착하고, 상기 클래딩 층 상에 코어층을 형성하여 광섬유 모재를 형성하는 단계;
    방사선이 접촉되는 상기 코어층에 알루미늄을 포함한 물질을 도핑하는 단계; 및
    상기 광섬유 모재를 인출하여 광섬유를 얻는 단계를 포함하며,
    상기 광섬유는 방사선이 조사되는 동안 시간에 따른 광손실값이 선형적으로 증가하고, 방사선의 조사가 수행되지 않을 경우 시간에 따른 광손실값이 일정하게 유지되는 방사선 측정용 광섬유 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 물질은 Co, Fe, Ti, Cu, Pb, Ni, V, Ag, Au, Mn, Zn, Bi를 포함하는 전이 금속원소 물질 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 물질은 Tb, Yb, Er, Tm, Nd, Gd, Eu를 포함하는 희토류 원소 물질과 CdMnTe, CdSe, PbSe, PbTe를 포함하는 화합물 중에서 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유 제조 방법.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 광섬유는 선량(Gy)에 따른 광손실값이 선형적인 기울기를 갖는 방사선 측정용 광섬유 제조 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    선량(Gy)에 따른 광손실값의 기울기는 광섬유에 대한 방사선의 선량률에 대해 일정한 것을 특징으로 하는 방사선 측정용 광섬유 제조 방법.
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