KR20190138524A

KR20190138524A - 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20190138524A
Application number: KR1020180065083A
Authority: KR
Inventors: 안승주; 유성아; 하태성; 안철
Original assignee: 서울방사선서비스주식회사
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-13
Also published as: KR102091228B1

Abstract

본 발명에 따른 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 방법은 판독 시스템을 통해 상기 선량계의 잔류 선량을 측정하는 단계; 대면적/연속식 조사 시스템을 이용하여 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 상기 외부 피폭 선량계에 조사하는 단계; 상기 판독 시스템을 통해 상기 선량계에 조사된 X-ray 선량을 측정하는 단계 및 상기 기 설정된 선량, 상기 잔류 선량 및 상기 조사된 X-ray 선량에 기초하여 상기 선량계의 감도보정계수를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANAGING QUALITY OF DOSIMETER}

본 발명은 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.

동위원소 Cs-137, Sr-90과 같은 방사능을 사용한 다목적 방사선 조사장치나 병의원, 산업체, 대학교 등에서 방사선 발생장치(예를 들어, X-ray 장치 등)를 사용하는 기관의 종사자들은 개인 피폭선량을 기록 및 관리해야 한다.

또한, 정부로부터 기술적으로 허가된 법정 선량계(Dosimeter)를 분기별 또는 월별로 착용하고 그 측정량인 심부선량(Sv)을 보고해야 한다.

이러한 심부선량을 측정하기 위한 선량계는 열형광선량계(TLD), 유리선량계(Glass Dosimeter), Gafchromic 필름 등이 있으나, 최근에는 반복 판독이 가능한 장점을 가지는 유리선량계를 주로 이용하고 있다.

한편, 동일 로트 내에서 생산되는 유리선량계는 동일한 감도보정계수를 가질 수 있으며, 반복 재사용 또는 물리적 특성 변화로 인하여 시간이 경과함에 따라 변화가 있을 수 있다.

종래 기술의 경우 감도보정계수를 산출 및 분석하기 위해서 감마선 조사장치를 이용하였으나, 감마선 조사장치의 경우 상당한 조사시간 및 높은 비용이 발생된다는 문제가 있다.

특히, 감마선 조사장치는 불안정한 동위원소인 세슘을 선량계에 조사하는 방식을 이용하고 있으나, 이 경우 세슘의 격납 용기가 1회 개폐됨에 따라 1개의 선량계만을 대상으로 감마선이 조사되기 때문에, 단품으로밖에 품질을 관리할 수밖에 없어, 선량계의 품질 관리에 상당히 오랜 시간이 소요되는 문제가 있었다.

본 발명의 실시예는 대단위 X-ray 조사가 가능한 전자빔 가속기를 이용하여, 동시에 복수개의 선량계를 대상으로 X-ray를 조사함으로써 높은 신뢰성 및 생산성을 확보하며 선량계의 감도변화를 측정할 수 있는 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템은 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 외부 피폭 선량계에 조사하는 대면적/연속식 조사 시스템 및 상기 조사 이전의 상기 외부 피폭 선량계의 잔류 선량을 측정하고, 상기 조사 이후 상기 외부 피폭 선량계의 X-ray 선량을 측정하여, 상기 기 설정된 선량, 상기 잔류 선량 및 상기 조사된 X-ray 선량에 기초하여 상기 외부 피폭 선량계의 감도보정계수를 산출하는 판독 시스템을 포함한다.

상기 외부 피폭 선량계는 유리 선량계, 열형광 선량계 및 광자극형광 선량계 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 상기 조사 이전의 상기 선량계의 데이터 값을 초기화하기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리 시스템을 더 포함하되, 상기 판독 시스템은 상기 열처리 공정이 수행된 선량계의 잔류 선량을 측정할 수 있다.

상기 조사 시스템은 전자빔을 상기 X-ray로 전환시키기 위하여 텅스텐으로 구성된 X-ray 컨버터를 포함하는 고에너지/대용량 전자빔 가속기일 수 있다.

상기 전자빔 가속기는 5MeV 내지 10MeV급 전자빔 가속기이되, 상기 전자빔 가속기는 1MeV 내지 10MeV 에너지를 가지는 상기 X-ray를 상기 선량계에 조사할 수 있다.

상기 전자빔 가속기에서 조사된 상기 X-ray의 선량은 100mSv 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 전자빔 가속기의 조사 면적은 0.1m 내지 1m일 수 있다.

상기 선량계는 기 설정된 개수로 구성된 하나 이상의 매거진에 삽입되되, 상기 매거진은 배열 및 적층 중 하나 이상이 가능하도록 구성된 고정용 지그에 고정될 수 있다.

상기 복수 개의 매거진은 연속식 컨베이어를 통해 연속적으로 공급되되, 상기 연속식 컨베이어는 0M/min 내지 5.5M/min의 속도 범위 내에서 구동될 수 있다.

상기 X-ray가 조사된 선량계의 변동계수는 5% 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 제 2 측면에 따른 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 방법은 판독 시스템을 통해 상기 선량계의 잔류 선량을 측정하는 단계; 대면적/연속식 조사 시스템을 이용하여 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 상기 외부 피폭 선량계에 조사하는 단계; 상기 판독 시스템을 통해 상기 선량계에 조사된 X-ray 선량을 측정하는 단계 및 상기 기 설정된 선량, 상기 잔류 선량 및 상기 조사된 X-ray 선량에 기초하여 상기 선량계의 감도보정계수를 산출하는 단계를 포함한다.

상기 외부 피폭 선량계는 유리 선량계, 열형광 선량계 및 광자극형광 선량계 중 어느 하나인 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예는 상기 선량계의 데이터 값을 초기화시키는 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하되, 상기 잔류 선량을 측정하는 단계는 상기 열처리 공정이 수행된 선량계의 잔류 선량을 측정할 수 있다.

상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 단계는, 5MeV 내지 10MeV급의 상기 전자빔 가속기를 통해 1MeV 내지 10MeV의 에너지를 가지는 상기 X-ray를 상기 선량계에 조사할 수 있다.

상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 단계는, 기 설정된 개수의 상기 선량계가 삽입되도록 구성된 하나 이상의 매거진을 0M/min 내지 5.5M/min의 속도 범위 내에서 구동되는 연속식 컨베이어를 통해 연속적으로 조사할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 복수 개의 선량계에 대하여 동시에 대면적에 대하여 그리고 연속식으로 X-ray 조사가 가능하여, 선량 균일도를 확보함과 동시에 조사시간을 획기적으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 조사 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 방법의 순서도이다.
도 4a 및 도 4b는 선량분포 시험을 위한 유리선량계의 배치를 나타내는 예시 도면이다.
도 4c 내지 도 4e는 고정용 지그를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 주사 및 운송방향에 따른 선량균일도를 나타내는 도면이다.
도 6은 종래 기술에 따른 상대선량을 나타내는 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본원은 외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템(1) 및 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에서 선량계는 외부 피폭 측정용 선량계로서, 원자력안전법에 의한 측정원리 기준을 만족하는 것을 그 대상으로 하고 있다. 예를 들어, 감광 또는 흑화작용 등 화학작용을 이용한 선량계, 형광 또는 섬광 등 여기작용을 이용한 선량계, 분자구조결함 등 결함유발을 이용한 선량계가 본 발명에서 대상으로 하는 선량계에 해당한다.

본 발명의 일 실시예에서 대상으로 하는 외부 피폭 선량계는 유리 선량계, 열형광 선량계 및 광자극형광 선량계 중 어느 하나일 수 있다.

특히, 본 발명에서는 치료 용도로 사용되는 선량계과는 그 범주를 달리한다.

예를 들어, 개인별로 착용 가능하도록 구성된 외부 피폭용 선량계 중 유리 선량계의 경우, 1개의 선량계만을 통해서도 베타선과 감마선과 같은 방사선장을 구분할 수 있는 반면, 치료용 선량계 중 1개의 유리소자로 구성된 유리 선량계의 경우 로드 타입으로 그 사이즈가 매우 작으며 서로 다른 방사선장을 구분할 수 없다는 명확한 차이가 있다.

따라서, 본 발명에서는 외부 피폭용 선량계의 품질 관리를 위한 것을 목적으로 하며, 치료 용도로 사용되는 선량계는 본 발명의 적용 대상이 아니다.

이하에서는 설명의 편의상 외부 피폭 선량계 중 유리 선량계를 중심으로 기술하도록 하나, 이로 인해 선량계의 적용 범주가 유리 선량계만으로 한정되는 것은 아니다.

방사선 발생장치나 방사능을 사용하는 개인의 피폭선량을 모니터링하기 위하여 사용되는 유리선량계는 은이온을 함유시킨 은활성인산염 유리의 형광유리소자를 이용한 것으로서, 방사선에 조사된 유리소자가 자외선에 의한 여기(excitation)로 주황색 형광을 발하는 현상(Radio-Photo Luminescence, RPL)을 이용하는 고체 선량계이다. 이때, 유리선량계는 RPL 발광량이 입사한 방사선량과 비례한다는 것을 이용하여, 발생한 형광량을 광전자증배관에서 계수로 하여 방사선을 측정한다.

한편, 유리선량계는 관련 종사자들에게 배포된 뒤 분기 또는 월별 일정 기간이 경과한 후 수거되고, 종래의 경우 수거된 유리선량계는 감마선조사장치를 이용한 측정기를 통해 판독하였다.

이때, 유리선량계는 제조방법 및 물리적인 특성으로 인해 감도가 매우 안정적인 특성을 갖기 때문에, 제조사에 따르면 이러한 유리선량계는 동일 로트 내 감도분산 최대치가 1.31%이며, 시간이 경과해도 감도는 변하지 않는다고 한다.

그러나 유리선량계의 감도보정계수는 반복 재사용 또는 물리적 특성 변화로 인하여 시간이 경과함에 따라 변화가 있을 수 있다.

종래 기술의 경우 감도보정계수를 산출 및 분석하기 위해 감마선 조사장치를 이용하였으나, 감마선 조사장치의 경우 상당한 조사시간 및 높은 비용이 발생된다는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예는 대면적 및 연속식 X-ray 조사가 가능한 전자빔 가속기 및 연속식 컨베이어를 포함하는 조사 시스템(100)을 이용하여, 동시에 복수 개의 선량계를 대상으로 X-ray 조사가 가능하게끔 함으로써 높은 신뢰성 및 생산성을 확보하며 선량계의 감도변화를 측정할 수 있는 선량계 품질 관리 시스템(1) 및 방법을 제공한다.

이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1)에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1)을 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 조사 시스템(100)을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1)은 조사 시스템(100), 판독 시스템(200) 및 열처리 시스템(300)을 포함한다.

열처리 시스템(300)은 X-ray를 조사하기 이전에, 유리선량계의 데이터 값을 초기화하기 위하여 열처리 공정(annealing)을 수행한다.

조사 시스템(100)은 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 외부 피폭 선량계에 조사한다.

조사 시스템(100)은 도 2와 같이 전자총(110), 가속관(120), 스캔 혼(130) 및 X-ray 컨버터(140)를 포함하는 고에너지/대용량 전자빔 가속기로 구성된다.

전자총(Electron Gun, 110)은 전자의 발생, 전자 빔(Electron beam)의 형성, 발생한 전자의 가속, 집속 및 입력 신호에 따른 전자 빔의 강도를 제어한다.

가속관(Accelerator, 120)은 전자총(110)으로부터 방출되는 전자를 가속시켜 스캔 혼(130)으로 전달시킨다.

스캔 혼(Scan Horn, 130)은 가속관(120)에 의해 가속된 전자 빔을 좌우로 넓게 분산시켜 주사시킨다.

X-ray 컨버터(140)는 주사된 전자빔을 X-ray로 전환시키기 위한 것으로서, 본 발명의 일 실시예의 X-ray 컨버터(140)는 높은 원자번호, 높은 융점 온도 및 높은 열전도를 가지는 텅스텐(Tungsten)으로 구성될 수 있다.

그밖에 조사 시스템(100)은 3상 380V를 입력받는 TRC(150), 전자빔이 X-ray 선으로 전환될 때 발생되는 열을 식혀주는 냉각 모듈(160), 상기 가속관(120)을 가속시키기 위하여 RF 전자기파를 형성하여 가속관(120)에 전달하는 모듈레이터(170), 전자빔 가속기(100)를 제어하기 위한 제어 신호를 송수신하는 제어부(180), 선량계를 이송시키기 위한 연속식 컨베이어(190) 등을 포함할 수 있다.

이때, 연속식 컨베이어는 0M/min 내지 5.5M/min의 속도 범위 내에서 구동될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예는 후술하는 바와 같이, 복수 개의 선량계가 매거진에 고정되어 연속식 컨베이어를 통해 연속적으로 공급되어 X-ray선이 조사될 수 있음은 물론이나, 정지된 상태에서의 조사되는 환경을 배제하는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자빔 가속기는 5MeV 내지 10MeV급 전자빔 가속기로서 전자빔 가속기를 통해 선량계에 조사되는 X-ray선의 에너지는 1MeV 내지 10MeV일 수 있다.

일 예시로 전자빔 가속기는 다음과 같은 제원을 가질 수 있다.

항목	제원
에너지(Energy)	7.5MeV
전류(Current)	110μA
빔 파워(Beam Power)	0.8kW
스캔 폭(Scan Width)	600mm
PRF(Pulse Repetition Frequency)	230
UBC(Under Beam Conveyor)	±0~5M/min5%

이러한 제원을 가지는 전자빔 가속기를 이용하여 X-ray를 조사할 경우, 대단위(고에너지) X-ray가 발생하기 때문에 1000~2000mSv의 고선량이 조사되게 되면 선량계의 물리적 특성이 변하거나 기능이 상실되어 재사용이 불가능하게 된다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예는 상기 전자빔 가속기의 제원 중 전류, PRF, UBC를 하기 수학식 1을 이용하여 선량을 조절할 수 있다.

[수학식 1]

구제적으로 본 발명의 일 실시예는 하기 표 2에 따른 조건(Parameter)을 전자빔 가속기에 적용하여 X-ray를 선량계에 조사할 수 있다.

항목	제원
에너지(Energy)	7.5MeV
빔전류(Beam Current)	5.08μA
PRF(Pulse Repetition Frequency)	10
펄스폭(Pulse Width)	12.7μs
펄스전류(Pulse Current)	40mA
UBC(Under Beam Conveyor)	5.3M/min

전자빔 가속기는 상기 조건에 따라 X-ray 선량을 100mSv 이하가 되도록 하고, 조사면적 내에서 선량이 균일하게 X-ray가 조사될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 전자빔 가속기의 조사 면적은 0.1m 내지 1m로서, 종래 좁은 면적뿐만 아니라 대면적 단위로의 조사도 가능함은 물론이다.

다시 도 1을 참조하면, 판독 시스템(200)은 조사 시스템(100)의 X-ray 조사 이전의 열처리된 선량계의 잔류 선량을 측정하고, 조사 이후 선량계의 X-ray 선량을 측정한다.

그리고 기 설정된 X-ray 선량과, 잔류 선량 및 조사된 X-ray 선량에 기초하여 선량계의 감도보정계수를 산출한다.

예를 들어, 심부선량은 다음 수학식 2에 따라 산출될 수 있다.

[수학식 2]

여기에서 D는 심부선량을, R은 판독 시스템에서 판독된 로데이터, S는 선량계의 감도보정계수를 의미한다.

판독 시스템(200)은 조사 시스템(100)에서 조사되도록 설정된 X-ray 선량과 잔류 선량, 그리고 선량계에 조사된 선량과 잔류 선량을 비교하여 감도보정계수를 산출할 수 있다.

한편, 유리 선량계의 경우 제조 당시 하나의 로트(Lot) 마다 2000개 내지 4000개의 유리선량계가 생산되며, 동일 로트(Lot)의 감도보정계수는 단일한 값을 갖는다(예, Lot_No ID 8020, 감도보정계수: 1.004).

이러한 감도보정계수는 선량 계산시 변수로 작용하는 것으로서, 유리선량계의 정확도 및 정밀도를 보증할 수 있는 주요한 항목으로 작용한다.

이때, 본 발명의 일 실시예에서의 유리선량계는 2000개 내지 4000개를 포함하는 로트 단위로 구비될 수 있으며, 이에 따라 판독 시스템(200)은 로트 단위로 구비된 유리선량계의 감도보정계수를 산출할 수 있다.

참고로, 본 발명의 실시예에 따른 도 1에 도시된 구성 요소들은 소프트웨어 또는 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 형태로 구현될 수 있으며, 소정의 역할들을 수행할 수 있다.

그렇지만 '구성 요소들'은 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니며, 각 구성 요소는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.

따라서, 일 예로서 구성 요소는 소프트웨어 구성 요소들, 객체지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 태스크 구성 요소들과 같은 구성 요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다.

구성 요소들과 해당 구성 요소들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성 요소들로 결합되거나 추가적인 구성 요소들로 더 분리될 수 있다.

이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1)에서의 선량계 품질 관리 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 방법의 순서도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 방법은 먼저, 외부 피폭 선량계의 데이터 값을 초기화시키기 위하여 열처리 시스템(300)을 통해 열처리 공정을 수행한다(S110).

다음으로, 열처리 공정이 수행된 선량계의 잔류 선량을 판독 시스템(200)을 통해 측정한다(S120).

다음으로 조사 시스템(100)을 이용하여 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 선량계에 조사한다(S130).

이때, 조사 시스템(100)은 전자빔을 X-ray로 전환시키기 위한 X-ray 컨버터(140)을 포함하는 전자빔 조사기를 포함하며, X-ray 컨버터는 텅스텐으로 구성될 수 있다.

한편, 전자빔 가속기는 5MeV 내지 10MeV급으로, 이를 통해 1MeV 내지 10MeV의 에너지를 가지는 X-ray를 선량계에 조사할 수 있다.

이와 같은 조건에 따라 조사면적 내에서 100mSv 이하의 균일한 X-ray 선량이 조사될 수 있다.

이후 판독 시스템(200)을 통해 선량계에 조사된 X-ray 선량을 측정한 다음(S140), 상기 기 설정된 선량과, 잔류 선량, 그리고 조사된 X-ray 선량에 기초하여 선량계의 감도보정계수를 산출한다(S150).

한편, 상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S150은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 2에서의 선량계 품질 관리 시스템(1)에서 기술된 내용은 도 3의 선량계 품질 관리 방법에도 적용될 수 있다.

이하에서는 도 4a 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1) 및 방법을 테스트 한 결과를 구체적으로 설명하도록 한다.

먼저, 상기 표 2에 나타난 대단위 X-ray 조사 조건(Parameter)을 결정하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 이때, 에너지(Energy)는 7.5MeV, 펄스 폭(Pulse Width)은 12.7μs, 펄스 전류(Pulse current)는 40mA로 고정된 값을 가지며, 빔 전류(Beam current), PRF 및 UBC가 심부선량과 변동계수를 결정하는 요인으로 설정하였다.

조사 조건을 결정하는 요인으로 첫째로 심부선량(mSV)을 100mSv로 낮추어야 하고, 둘째로 조사면적 내에서 균일한 선량 분포 즉, 변동계수(%CV)가 작아야 하며 본 발명의 일 실시예에서는 5% 이하인 것으로 설정하였다.

No	items	심부선량 (mSv)	변동계수 %CV
1	Energy : 7.5MeV Beam Current : 35.56μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 70 UBC(Under Beam Conveyor) : 5.3M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	536.18	3.87
2	Energy : 7.5MeVBeam Current : 10.16μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 20 UBC(Under Beam Conveyor) : 5.3M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	161.55	3.99
3	Energy : 7.5MeVBeam Current : 5.08μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 10 UBC(Under Beam Conveyor) : 5.3M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	98.39	2.15
4	Energy : 7.5MeV Beam Current : 2.54μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 5 UBC(Under Beam Conveyor) : 5.3M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	53.87	6.03

No	items	심부선량 (mSv)	변동계수 %CV
1	Energy : 7.5MeV Beam Current : 17.78μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 35 UBC(Under Beam Conveyor) : 2.65M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	541.78	2.86
2	Energy : 7.5MeV Beam Current : 5.08μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 10 UBC(Under Beam Conveyor) : 2.65M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	188.84	3.24
3	Energy : 7.5MeV Beam Current : 2.54μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 5 UBC(Under Beam Conveyor) : 2.65M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	86.49	3.37
4	Energy : 7.5MeV Beam Current : 1.02μA PRF(Pulse Repetition Frequency) : 2 UBC(Under Beam Conveyor) : 2.65M/min pulse with : 12.7μs pulse current: 40mA	조사Fail : PRF 수치가 너무 작아 가속기 가동 불가

표 3은 UBC값을 최대치인 5.3M/min으로 설정한 것이고 표 4는 UBC값을 중간치인 2.62M/min으로 설정한 후 PRF 값을 변경하며 각각 반복시험을 수행한 것이다.

그 결과 UBC값이 5.3M/min이고 PRF 셋팅값이 10일 때 첫번째 조건인 목표 선량 100mSv 이하로 평가되었고 변동계수도 가장 우수한 결과가 나옴을 확인할 수 있었다(표 4의 3번 항목).

다만, 심부선량을 더 낮추기 위해 PRF 값을 10 이하로 설정하게 되면 변동계수가 커져 조사품질이 떨어짐을 확인할 수 있었다(표 3의 4번 항목).

또한, 표 4에서 UBC값을 2.65M/min으로 설정하고 PRF값이 5일 때 우수한 결과가 나옴을 확인할 수 있었다(표 4의 3번 항목).

이와 같이 실험을 통해 두 조사조건에서 만족한 결과가 확인되었으나 PRF값이 낮을수록 품질변동의 불확실성이 커지는 경향을 고려하여 PRF값은 10이 최적인 것으로 확인되었으며, 특히 조사되는 시간을 최대한 단축하여 생산성을 향상시키기 위해 UBC값은 5.3M/min이 최적의 조사 조건인 것으로 확인하였다.

도 4a 및 도 4b는 선량분포 시험을 위한 유리선량계의 배치를 나타내는 도면이다. 도 4c 내지 도 4e는 고정용 지그를 설명하기 위한 도면이다. 도 5는 주사 및 운송방향에 따른 선량균일도를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 전자빔 가속기는 상기 표 1과 같은 제원을 가지고 있으며 수직 하방으로 X-ray가 조사되도록 설계되었으며, X-ray 컨버터(140)를 통해 대단위의 X-ray 조사가 가능하다.

선량분포 테스트에 사용한 유리선량계는 GD-450으로, 측정범위는 10μSv~10Sv, 에너지범위는 광자에 대해 최대 10MeV이며, 판독 시스템(200)으로는 FGD-650을 사용하였다.

대단위 X-ray 조사를 통한 유리선량계 품질 관리 방법의 타당성을 검토하기 위한 테스트는 다음과 같이 진행되었다.

1) 대단위 X-ray 조사 후 유리선량계 재사용 여부

사용기간이 6년 이상 경과된 로트에서 샘플의 유리선량계를 각 20개씩 추출하고 기준 로트 선량계를 각 5개씩 동일한 박스 내 배열하여 선량분포 시험을 수행하였으며, 열처리 후 재사용 가능 여부에 대한 평가를 수행하였다.

이에 대해 변동계수는 최대 3.54%로 균일한 선량분포를 보였으며, 사용한 선량계를 열처리한 후 잔류 선량을 측정한 결과 100μSv 이하로 재사용 기준을 모두 만족하였다.

2) 대단위 X-ray 조사 및 특성 평가

최초 유리선량계의 배치는 운송방향으로 길이 45cm, 폭 30cm로 배열시켰으며 최적화된 조건을 얻기 위해 길이와 폭 그리고 X-ray 조사조건을 가변시키며 선량 분포 시험을 진행하였다.

먼저 감마선 조사장치와 같은 조사품질이 유지되는지(변동계수 5% 이하)에 대한 평가를 위해 도 4a와 같이 기준 선량계가 1개 포함된 유리선량계가 20개씩 담긴 5개의 매거진을 박스 내에 1단으로 배열시켰다.

또한, 매질에 따라 다양한 투과, 흡수, 산란이 나타나는 특성을 파악하기 위해 도 4b와 같이 2단 내지 5단으로 층을 쌓아 테스트를 수행하였다.

그 결과, 선량은 최소화하면서 균일함의 정도가 유지되는 조건으로 PRF 10, ubc 5.3M/m, 운송방향으로의 길이는 30cm, 폭은 20cm로 박스 내 4개의 매거진 장착이 가능했다.

한편, 도 4a 및 도 4b와 같이 유리선량계가 장착된 매거진을 박스 내에 배치시킬 경우, x-ray가 조사되면서 산란선(Scattering)이 발생하게 되는데 만약 모든 매거진이 서로 이격되어 있을 경우 선량계들에서는 선량 감소가 발생하게 된다.

또한, 매거진은 박스와 테이프를 통해 고정되는데, 컨베이어를 통해 이동시 매거진의 위치가 틀어지거나 박스로부터 분리되는 문제가 발생하게 된다.

이를 방지하기 위하여 본 발명의 일 도 4c와 같이 기 설정된 개수로 구성된 복수 개의 매거진을 배열 및 적층 가능하도록 구성된 고정용 지그(400)를 통해 유리 선량계들을 고정시킴과 동시에 모든 매거진을 서로 맞닿도록 배치할 수 있다. 이때, 고정용 지그(400)는 모든 매거진이 움직이지 않고 고정되도록 하기 위한 고정부(410)를 포함하고 있으며, 이러한 고정부(410)는 기 설정된 간격으로 이격되어 형성되는 기둥 형상일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에서 고정용 지그(400)는 복수 개의 매거진을 고정 및 분리시키기 위한 슬라이드부(420)를 포함하고 있으며, 이러한 슬라이드부(420)는 스프링부(430)의 탄성력에 의해 초기 위치로 복원될 수 있다.

예를 들어, 도 4a에서 a 방향으로 힘이 가해질 경우 슬라이드부(420)가 이동하게 되면 고정부(410)의 한쪽 부분이 개방되어 매거진들의 탈착 또는 부착이 용이한 상태가 된다. 슬라이드부(420)가 다시 원점 위치로 복귀하게 될 경우(b 방향) 개방된 부분이 폐쇄됨에 따라 매거진들이 흔들리지 않도록 고정되게 된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예로 도 4c를 개량한 도 4d 및 도 4e와 같은 고정용 지그(400’)를 포함할 수 있다.

도 4c에 따른 실시예의 경우 엣지 부분에 위치한 유리 선량계의 선량 감소가 발생하게 된다. 즉, 도 4c에서 제 1 유리 선량계(P1)는 모든 측면부가 다른 유리 선량계와 맞닿고 있어 선량 감소가 발생하지 않으나, 엣지 부분에 위치한 제 2 유리선량계(P2)는 한쪽 부분이 개방되어 있어 약 10%정도의 선량 감소가 발생하는 문제가 있다.

이를 개량하여, 본 발명의 다른 실시예는 도 4d 및 도 4e와 같이 배열 및 적층된 복수 개의 매거진의 엣지 부분에 위치한 유리 선량계의 모든 측면 부분과 밀착되는 고정부(410’)를 포함할 수 있으며, 이러한 고정부(410’)는 알루미늄 재질의 측벽으로 형성될 수 있다.

상기 측벽 형상의 고정부(410’)에 의해 모든 매거진의 유리 선량계들은 모든 측면부가 측벽 또는 다른 유리 선량계와 맞닿게 되어 선량이 감소하지 않고 약 99% 이상의 선량을 확보할 수 있다.

도 5는 1단으로 배열시킨 선량분포측정 결과를 나타낸 것으로, 변동계수는 최대 1.91%, 기준선량계 대비 상대선량 값은 1±0.05에 고르게 분포한 결과를 보였다.

종래 기술에 따른 감마선조사장치를 이용한 선량분포측정 결과의 경우 도 6과 같이 조사품질은 기준 선량 대비 상대선량 값이 1±0.05로 고른 분포를 보이며 변동계수도 5%이하로 성능에는 큰 문제가 없다.

다만, 동일한 법적 관리 인력 하에서 감마선 조사장치는 약 100개 내지 200개의 소량의 선량계 조사시 활용 가능하기 때문에, 약 170,000개 정도의 대량의 선량계에 조사가 필요한 품질 관리를 목적으로 하는 전문 판독 업체의 경우에는 많은 시간이 소요된다는 문제가 있다. 이러한 시간을 단축하기 위해 감마선조사장치를 여러 대 사용하게 될 경우에는 그에 따른 법적 인력 증원이 필요하다는 문제가 있다.

반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선량계 품질 관리 시스템(1)은 240개/1회 조사시간은 약 3분으로, 240개/88분인 종래 기술에 따른 감마선조사장치를 이용하는 경우보다 훨씬 높은 생산성을 기대할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서 다단 배열 측정결과 중 3단 이하의 배열 측정 결과는 표 5과 같다.

항목		Does(mSv)		%CV
항목		Max	Min	Max	Min
3단	운송방향	99.94	97.88	1.26	0.74
3단	주사방향	99.56	98.53	1.94	0.20
2단	운송방향	84.47	82.55	1.22	0.76
2단	주사방향	84.60	83.07	2.13	0.50
1단	운송방향	74.28	72.86	1.30	0.69
1단	주사방향	73.81	73.37	2.42	0.18

층별로 심부선량의 차이가 있지만 1단 배열에서와 같이 층별로 1±0.05에 고르게 분포하였으며, 변동계수는 최대 2.42%로 감마선 조사장치와 동일한 조사품질을 만족하였다.

또한, 대단위 X-ray 조사를 통한 유리선량계 선량분포측정 결과의 확장불확도는 표 6에 나타난 바와 같다.

불확도요인	종류	확률분포	인자	표준불확도
재현성	A	정규	1	0.019
교정불확도	B	정규	2	0.030
선형성	B	직사각형	0.019
주사방향	B	직사각형
운송방향	B	직사각형
합성불확도	0.040
확장불확도	0.080(95%, k=2)

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 유리선량계의 품질관리를 위해 대단위 X-ray 조사가 가능하며, 특히 240개/1회 조사시간은 약 3분으로, 240개/88분인 종래 감마선 조사장치(Panansonic UD-794A, 5mSv, 1ea/22sec) 대비 생산성이 크게 향상됨을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 기존 품질관리를 위해 필요했던 조사시간 대비 약 29배의 시간 감소효과를 기대할 수 있어, 향상된 신뢰성 및 생산성을 확보할 수 있다.

또한, 종래 감마선 조사장치의 경우 불안정한 동위원소인 세슘(Cs)의 격납 용기의 개폐에 따른 기계적 제어로 방사능 유출 위험 가능성이 존재하고, 인체 및 환경에 유해한 폐기물이 발생하는 문제가 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 전자빔 가속기를 포함하는 조사 시스템(100)으로 이를 대체함으로써 사람이 직접 전자적 제어가 가능하므로 종래 기술과 같은 방사능 유출 및 폐기물 발생 문제를 해소할 수 있다는 효과가 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 선량계 품질 관리 시스템
100: 조사 시스템
200: 판독 시스템
300: 열처리 시스템

Claims

외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 시스템에 있어서,
기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 외부 피폭 선량계에 조사하는 대면적/연속식 조사 시스템 및
상기 조사 이전의 상기 외부 피폭 선량계의 잔류 선량을 측정하고, 상기 조사 이후 상기 외부 피폭 선량계의 X-ray 선량을 측정하여, 상기 기 설정된 선량, 상기 잔류 선량 및 상기 조사된 X-ray 선량에 기초하여 상기 외부 피폭 선량계의 감도보정계수를 산출하는 판독 시스템을 포함하는 선량계 품질 관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 외부 피폭 선량계는 유리 선량계, 열형광 선량계 및 광자극형광 선량계 중 어느 하나인 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 조사 이전의 상기 선량계의 데이터 값을 초기화하기 위하여 열처리 공정을 수행하는 열처리 시스템을 더 포함하되,
상기 판독 시스템은 상기 열처리 공정이 수행된 선량계의 잔류 선량을 측정하는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 조사 시스템은 전자빔을 상기 X-ray로 전환시키기 위하여 텅스텐으로 구성된 X-ray 컨버터를 포함하는 고에너지/대용량 전자빔 가속기인 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 전자빔 가속기는 5MeV 내지 10MeV급 전자빔 가속기이되, 상기 전자빔 가속기는 1MeV 내지 10MeV 에너지를 가지는 상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 전자빔 가속기에서 조사된 상기 X-ray의 선량은 100mSv 이하인 것을 특징으로 하는 선량계 품질 관리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 전자빔 가속기의 조사 면적은 0.1m 내지 1m인 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 선량계는 기 설정된 개수로 구성된 하나 이상의 매거진에 삽입되되, 상기 매거진은 배열 및 적층 중 하나 이상이 가능하도록 구성된 고정용 지그에 고정되는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 고정용 지그는 상기 배열 및 적층된 복수 개의 매거진의 엣지 부분에 위치한 선량계의 측면 부분과 밀착되는 고정부를 포함하는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 고정부는 상기 배열 및 적층된 복수 개의 매거진의 엣지 부분에 위치한 모든 선량계의 측면 부분과 밀착되는 측벽 형상으로 형성된 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 고정용 지그는 상기 복수 개의 매거진의 고정 및 분리되도록 하는 슬라이드부 및 상기 슬라이드부를 탄성력에 의해 초기 위치로 복원시키는 스프링부를 포함하는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 복수 개의 매거진은 연속식 컨베이어를 통해 연속적으로 공급되되, 상기 연속식 컨베이어는 0M/min 내지 5.5M/min의 속도 범위 내에서 구동되는 것인 선량계 품질 관리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 X-ray가 조사된 선량계의 변동계수는 5% 이하인 것을 특징으로 하는 선량계 품질 관리 시스템.
외부 피폭 선량계를 위한 대면적/연속식 품질 관리 방법에 있어서,
판독 시스템을 통해 상기 선량계의 잔류 선량을 측정하는 단계;
대면적/연속식 조사 시스템을 이용하여 기 설정된 선량에 해당하는 X-ray를 상기 외부 피폭 선량계에 조사하는 단계;
상기 판독 시스템을 통해 상기 선량계에 조사된 X-ray 선량을 측정하는 단계 및
상기 기 설정된 선량, 상기 잔류 선량 및 상기 조사된 X-ray 선량에 기초하여 상기 선량계의 감도보정계수를 산출하는 단계를 포함하는 선량계 품질 관리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 외부 피폭 선량계는 유리 선량계, 열형광 선량계 및 광자극형광 선량계 중 어느 하나인 것인 선량계 품질 관리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 선량계의 데이터 값을 초기화시키는 열처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함하되,
상기 잔류 선량을 측정하는 단계는 상기 열처리 공정이 수행된 선량계의 잔류 선량을 측정하는 것인 선량계 품질 관리 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 조사 시스템은 전자빔을 상기 X-ray로 전환시키기 위하여 텅스텐으로 구성된 X-ray 컨버터를 포함하는 고에너지/대용량 전자빔 가속기인 것인 선량계 품질 관리 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 단계는,
5MeV 내지 10MeV급의 상기 전자빔 가속기를 통해 1MeV 내지 10MeV의 에너지를 가지는 상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 것인 선량계 품질 관리 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 X-ray를 상기 선량계에 조사하는 단계는,
기 설정된 개수의 상기 선량계가 삽입되도록 구성된 하나 이상의 매거진을 0M/min 내지 5.5M/min의 속도 범위 내에서 구동되는 연속식 컨베이어를 통해 연속적으로 조사하는 것인 선량계 품질 관리 방법.