KR20220014345A - 직물을 포함하여 내구성을 향상시킨 방사선 차폐 시트 - Google Patents

직물을 포함하여 내구성을 향상시킨 방사선 차폐 시트 Download PDF

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KR20220014345A
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Abstract

본 발명은 고에너지(100kVp)대에서 뿐만 아니라 저에너지(50~80kVp)대에서도 우수한 차폐성능을 가지고 인장강도 등 내구성이 향상된 무납 방사선 차폐 시트에 관한 것이다.
본 발명의 시트는 두 개의 제 1 방사선 차폐시트 사이, 또는 제 1 방사선 차폐시트와 제 2 방사선 차폐 시트 사이에 삽입된 직물층으로 인해 시트의 인장강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 방사선 차폐 시트와 수하물이나 피검사대상 물체와의 충돌시 일정양의 충격을 흡수한 후 제 2 방사선 차폐 시트에 전달하므로 시트의 내충격성을 높일 수 있다.

Description

직물을 포함하여 내구성을 향상시킨 방사선 차폐 시트{DURABLE RADIATION SHIELDING SHEET COMPRISING FABRIC}
본 발명은 직물을 포함하여 내구성을 향상시킨 방사선 차폐 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 고에너지(100kVp)대에서 뿐만 아니라 저에너지(50~80kVp)대에서도 우수한 차폐성능을 가지고 인장강도 등 내구성이 향상된 방사선 차폐 시트에 관한 것이다.
방사선은 지구가 생성 될 당시부터 존재 하였으며 지금도 우리는 방사선이 가득한 환경 하에 생활 하고 있다. 방사성 물질에는 자연에 존재 하는 것이 있고 산업, 의학 등에 이용하기 위해 인공적으로 만든 것이 있으며 종류도 다양하다.
전리 방사선은 물질을 통과할 때에 이온화를 일으키는 알파, 베타, 양성자, 중성자, 감마선, X-선 등의 방사선을 말하며 알파선은 종이 정도의 두께를 가진 물질에도 흡수되어 차단되며 공기 중에서도 순식간에 멈추어 특별히 차폐가 필요 없으며, 베타선은 알파선보다는 큰 것으로 알려져 있지만 일반적으로는 얇은 알루미늄 포일이나 플라스틱 판 정도로도 막을 수 있다.
반면, 감마선은 핵의 붕괴나 변환으로부터 발생되며 X선 보다 높은 에너지를 갖고 있는 전자기파로서, 투과력이 매우 강한 특징이 있다. 이러한 감마선은 콘크리트, 또는 철, 납과 같은 밀도가 높은 금속 물질을 통해서 차단할 수 있으나 금속물질을 사용하는 경우, 이들의 고밀도로 인하여 차폐재의 중량이 커지는 문제가 있다.
중성자는 핵이 붕괴하거나 분열할 때 발생하며 전하를 띄지 않으나, 고속 중성자의 경우는 1 MeV 이상의 큰 에너지를 갖기 때문에, 고속 중성자를 감속시키기 위해서는 중성자와 질량이 비슷한 수소가 많이 함유된 물질을 함께 사용하며, 이러한 고속중성자가 감속된 에너지가 적은 열중성자를 흡수하기 위한 중성자 흡수물질이 혼합된 차폐재가 요구 된다.
특히 감마선 또는 중성자는 원자나 분자에 직접 작용하여 DNA나 단백질의 주요 구조를 변경시킬 수 있고, 생물의 생식세포에 작용하는 경우 돌연 변이를 유도하여 기형을 유발할 확률을 증가시킬 수 있으며, 인체에 작용 하는 경우 암 등의 질환을 발생시킬 수 있으며 더욱이 열중성자는 주위의 물질을 방사화시켜 주위 환경을 방사능으로 오염시키는 문제가 있다. 방사선이 적용되는 분야에서는 인체와 환경에 유해한 X선, 감마선 또는 중성자를 차폐할 수 있는 방사선 차폐재가 필수적으로 요구된다.
예를 들면, 도 1, 도 2와 같이, 수하물 검사기나 이물질 검사기에는 X 레이 장비로 내용물을 검사하고 있다. 이러한 X 레이 검사 장비는 연속적으로 오랜시간 동안 방사선을 조사하므로 장치 주위에 상주하는 검사인력들이 방사선 노출 우려가 크다. 특히, X 레이 검사 장비는 연속적으로 수하물이나 이물질을 이동 검사하는데, 수하물이나 피검사 대상 물질의 이동시 방사선이 장치 외부로 노출되지 않도록 차폐 시트(1)을 구비하고 있다.
하지만, 이러한 종래 차폐 시트(1)은 방사선 차폐 성능이 떨어질 뿐만 아니라, 수하물이나 피검사대상 물체와의 반복적 충돌로 인해 (흠집, 찢어짐 발생함) 차폐 성능이 급격히 저하되는 문제가 있었다.
한국 등록실용신안 20-0446076호에는 상대적으로 빠른 시간에 설치 작업을 수행할 수 있도록 하고, 설치 작업시 다량의 납판에 따른 무게 부담을 경감시킬 수 있도록 할 수 있는 방사선 차폐 시트를 개시하고 있다. 상기 등록특허의 시트는 납, 영구자석, 외피와 내피를 포함하는데, 납의 무게로 인해 설치가 어렵고, 충돌시 수하물을 파손할 염려가 있고, 또한, 납의 유해성으로 인해 폐기 처분도 쉽지 않다는 문제점이 있다.
본 발명은 납을 사용하지 않으면서도 높은 차폐효율을 가지는 방사선 차폐 시트를 제공하는 것이다.
본 발명은 충돌시 수하물이나 피검사 대상물체를 파손하거나 훼손할 염려가 없으면서도 내구성이 높은 방사선 차폐 시트를 제공하는 것이다.
본 발명은
안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속파우더와 텅스텐이 베이스 고무에 혼합된 제 1 방사선 차폐 시트 ;
상기 제 1 방사선 차폐 시트 상에 부착되는 직물 시트 ; 및
상기 직물 시트 상에 부착되고, 비스무스 또는 산화비스무가 베이스 고무에 혼합된 제 2 방사선 차폐 시트를 포함하는 방사선 차폐 시트에 관련된다.
다른 양상에서, 본 발명은
안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속파우더와 텅스텐이 베이스 고무에 혼합된 두 개의 제 1 방사선 차폐 시트 ; 및
상기 두 개의 제 1 방사선 차폐 시트 사이에 삽입된 직물 시트를 포함하는 방사선 차폐 시트에 관련된다.
본 발명의 직물층은 고분자 섬유가 직조된 소정 두께의 직물이므로 다량의 금속으로 이루어진 제 1 방사선 차폐시트와 제 2 방사선 차폐 시트에 비해 인장강도가 매우 우수하다.
본 발명의 시트는 두 개의 제 1 방사선 차폐시트 사이, 또는 제 1 방사선 차폐시트와 제 2 방사선 차폐 시트 사이에 삽입된 직물층으로 인해 시트 자체의 인장강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 방사선 차폐 시트와 수하물이나 피검사 대상 물체와의 충돌시 일정양의 충격을 흡수한 후 제 2 방사선 차폐 시트에 전달하므로 시트의 내충격성을 높일 수 있다.
본 발명의 방사선 차폐시트는 납을 함유하지 않고도 고에너지(100kVp)와 저에너지(50~80kVp)대에서 모두 우수한 차폐효율을 보여준다.
도 1은 수하물 X 레이 검사 장비의 예이다.
도 2는 이물질 X 레이 검사 장비의 예이다.
도 3과 도 4는 본 발명의 방사선 차폐 시트의 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 실시예 1로 제조한 방사선 차폐시트의 방사선 차폐 시험 성적서이다.
도 8은 실시예 1의 인장강도 성적서이고, 도 9는 비교예 2의 인장강도 성적서이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 무납 방사선 차폐 시트(100)은 제 1 방사선 차폐시트(10), 직물 시트(20) 및 제 2 방사선 차폐 시트(30)를 포함한다. 또한, 도 3을 참고하면, 본 발명의 무납 방사선 차폐시트(200)는 두 개의 제 1 방사선 차폐시트(210)와 이들 사이에 삽입된 직물 시트(220)를 포함한다.
상기 제 1 방사선 차폐 시트(10, 210)는 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속 파우더와 텅스텐이 베이스 고무에 혼합된 시트이다.
상기 제 1 방사선 차폐시트는 고무 100 중량부 대비 200~500중량부의 금속 파우더와 200~500중량부의 텅스텐을 포함할 수 있다.
상기 제 1 방사선 차폐시트의 두께는 0.4~0.6mm 일 수 있다.
상기 텅스텐, 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 입자 크기는 0.1~100㎛일 수 있다.
상기 직물시트(20)는 제 1 방사선 차폐시트(10)와 제 2 방사선 차폐 시트(30) 사이에 접착되거나, 상기 직물시트(220)는 두 개의 제 1 방사선 차폐시트(210) 사이에 접착될 수 있다.
상기 직물 시트는 고분자 섬유 또는 식물성 섬유로 직조될 수 있다. 상기 고분자 섬유로는 폴리에스테르, 폴리우레탄, 나일론, 또는 아라미드일 수 있고, 바람직하게는 탄성이 우수한 나일론, 폴리에스테르와 폴리우레탄 섬유일 수 있다.
상기 직물 시트는 두께가 0.05~0.3mm, 바람직하게는 0.1~0.3mm일 수 있다. 두께가 0.1mm 미만인 경우 충격흡수능이 떨어질 수 있고, 두께가 0.3mm를 초과하는 경우, 시트의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
도 2를 참고하면, 상기 제 2 방사선 차폐시트(30)는 상기 직물 시트를 사이에 두고 상기 제 1 방사선 차폐 시트의 반대면에 부착된다.
상기 제 2 방사선 차폐시트(30)는 비스무스 또는 산화비스무가 베이스 고무에 혼합된 시트이다.
상기 제 2 방사선 차폐시트(30)는 고무 100 중량부 대비 800~1,000중량부의 비스무스 또는 산화비스무스를 포함할 수 있다.
상기 제 2 방사선 차폐 시트는 황산바륨을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제 2 방사선 차폐시트는 고무 100 중량부 대비 400~500중량부의 비스무스 또는 산화비스무스 및 400~500중량부의 황산바륨을 포함할 수 있다.
상기 제 1 방사선 차폐시트 또는 제 2 방사선 차폐시트는 색소를 추가로 포함할 수 있다. 상기 색소로는 공지된 색소가 제한없이 사용될 수 있다.
예를 들면, 도 3에서, 제 1 방사선 차폐시트(10)는 색소를 첨가하지 않고, 제 2 방사선 차폐 시트(30)에 색소(샤닝 블루)를 첨가하는 경우, 상기 직물시트(20)를 사이에 두고, 일면(제 1 방사선 차폐시트)은 회색, 반대면인 제 2 방사선 차폐시트는 블루색을 나타내어 디자인면에서 사용자에게 어필될 수 있다. 또한, 도 4의 경우에는, 두 개의 제 1 방사선 차폐 시트 중 어느 하나의 제 1 방사선 차폐 시트에 색소가 첨가될 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 직물 시트(220)가 두 개의 제 1 방사선 차폐시트(210) 사이에 위치하여 접착된다.
상기 제 1 방사선 차폐 시트와 제 2 방사선 차폐시트의 제조방법은 첨가되는 금속 파우더의 종류만 다를 뿐, 베이스 물질인 고무를 사용하여 소련 및 혼련 단계를 거치는 것은 동일하므로, 이하에서는 제 1 방사선 차폐 시트를 제조하는 방법에 대해서만 상술하도록 한다.
상기 제 1 방사선 차폐 시트(10, 210)는 고무에 금속 파우더와 텅스텐을 넣어 소련(素煉)하여 시트를 제조할 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 방사선 차폐 시트(10. 210)는 고무에 비스무스, 산화비스무스 또는 산화가돌리늄과 텅스텐을 넣어 소련하여 시트를 제조할 수 있다. 또한, 상기 제 1 방사선 차폐 시트(10. 210)는 고무에 비스무스, 안티몬과 텅스텐을 넣어 소련하여 시트를 제조할 수 있다.
상기 제 1 방사선 차폐 시트(10, 210)는 금속 파우더 혼합 및 고무 소련(素煉) 단계, 혼련 고형화 단계, 시트 성형 단계를 포함하여 제조된다.
먼저, 금속 파우더 혼합은 믹서기(혼합기)로, 예를 들면, 텅스텐과 안티몬 등 금속 파우더를 혼합한다. 상기 텅스텐과 금속 파우더는 입자 크기가 0.1~100㎛일 수 있다.
상기 고무로는 이소프렌 고무, 니트릴부타디엔 고무, EPDM 고무 또는 이들의 혼합 고무일 수 있다. 상기 고무로서 이소프렌 고무, 니트릴부타디엔 고무를 사용함으로서 차폐 시트의 내구성을 높일 수 있다.
고무 소련단계는 혼련기 등을 이용하여 원료고무(예를 들면, 생고무)의 분자사슬을 기계적으로 절단, 사슬상태의 분자간의 꼬임을 풀어서 중합도(重合度)를 낮추어 점탄성(粘彈性)을 떨어뜨리고, 가소성(可塑性)을 높이는 공정이다.
상기 고무 소련 단계는 아연화(산화아연 사용), 산화제(가류제) 또는 이들의 혼합 첨가제를 상기 고무에 첨가할 수 있다. 산화제(가류제)로는 유황, 디지오카바메르계(Thiocarabmate) 촉진제나 쥬우람계(Thjuram) 촉진제를 사용할 수 있다.
고무와 첨가제는 중량비로 1 : 0.01~0.15의 비율로 혼합될 수 있다.
본 발명의 방사선 차폐 시트는 고무에 산화아연 등 첨가제를 혼합하여 내구성뿐만 아니라 탄성, 인열강도 및 인장강도를 높일 수 있다.
상기 혼련 고형화 단계는 혼합된 텅스텐과 금속 파우더를 소련된 고무에 넣어 혼련하여 고형화하는 단계이다.
상기 혼련 고형화 단계는 혼련기(2 Roll mill)로 고무, 텅스텐과 안티몬 등 금속 파우더의 혼합물을 수회 반복하여 압착할 수 있다. 금속 파우더가 고무에 균일하게 분산된 고형물질을 얻기 위해 혼련기를 거친 고형물질을 커팅하여 다시 혼련기에 재투입하는 과정을 수회 반복할 수 있다.
상기 혼련 고형화 단계는 고무 100중량부 대비 텅스텐 250~450, 바람직하게는 350~450 중량부와 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속 파우더 250~500중량부, 바람직하게는 300~420중량부를 혼합할 수 있다.
상기 혼련 고형화 단계는 상기 고무 소련 단계와 같이 아연화(산화아연 사용), 산화제(가류제) 등의 첨가제를 넣어 혼련할 수 있다.
본 발명은 고무를 기계적으로 절단하여 소련하고 여기에 텅스텐 등 금속을 혼합함에 따라 고분자 섬유를 지지체로 사용하는 것에 비해 차폐율이 높을 뿐만 아니라 분산된 금속을 안정적으로 보유할 수 있다.
본 발명은 혼련 분산 단계를 거친 고형화된 혼합물을 압출 성형시켜 시트를 제조할 수 있다.
상기 시트 성형은 공지된 장치를 이용하여 시트를 제조할 수 있으며, 사용 용도에 따라 시트의 두께를 조정할 수 있다.
본 발명의 방사선 차폐 시트를 소정 간격으로 절단하여 커튼 형태로 제조할 수 있다.
본 발명의 시트는 두 개의 제 1 방사선 차폐시트 사이, 또는 제 1 방사선 차폐시트와 제 2 방사선 차폐 시트 사이에 삽입된 직물층으로 인해 시트 자체의 인장강도를 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제 1 방사선 차폐 시트와 수하물과의 충돌시 일정양의 충격을 흡수한 후 제 2 방사선 차폐 시트에 전달하므로 시트의 내충격성을 높일 수 있다.
본 발명에서는 텅스텐의 함량을 최소로 사용하는 대신, 텅스텐에 비해 중량이 적은 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 등 금속 파우더를 사용함으로서 시트의 무게를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 고에너지대와 저에너지대에서의 차폐율을 높일 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
제 1 방사선 차폐시트 제조
10㎛ 크기의 텅스텐 500g, 산화비스무스 250g을 V-믹서로 30분간 혼합하였다. 한편, 이소프렌 고무 100g, 아연화 3g, Thjuram 촉진제(TT) 1g 등 을 혼련기(2개의 롤)에 넣어 30분 동안 소련하였다. 이어서, 혼련기에 혼합된 금속 파우더(텅스텐과 산화비스무스)를 넣어 다시 60분 동안 혼련분산하였다. 생성된 혼합 고형물을 카렌다 가공(4개의 롤)하여 일정두께로 압착하였다. 일정두께로 압착된 시트를 로터큐라는 장비를 이용하여 가황시켰다. 제조된 시트의 두께는 0.45mm이다.
제 2 방사선 차폐시트 제조
10㎛ 크기의 산화비스무스 450g, 황산바륨 450g, 파랑색소(샤닝블루)2g을 V-믹서로 30분간 혼합하는 것을 제외하고는 제 1 방사선 차폐 시트와 동일한 방법으로 제조하였다. 제조된 시트의 두께는 0.5mm이다.
위에서 제조된 제 1 방사선 차폐시트와 제 2 방사선 차폐 시트 사이에 직물층(두께 0.15mm)을 삽입하여 접착시켰다.
비교예 1
영국의 케메텍 시트(두께 1.3mm)를 사용하였다.
비교예 2
현재, (주) 라스고에서 제조 판매하고 있는 방사선 차폐 시트(앞에서 제조한 제 1 방사선 차폐 시트 두 장을 접착한 것임, 두께 0.95mm)를 비교예 2로 사용하였다.
도 5 내지 도 7은 실시예 1로 제조한 방사선 차폐시트의 시험 성적서 1~3페이지의 이미지이다.
하기 표 1은 실시예 1과 비교예 1의 차폐성능을 비교한 것이다.
조사조건은 200mA, 0.1sec, SSD 1500mm이고, 차폐율 공식은 하기와 같다.
차폐율 = ((NON 선량 평균값 -시료통과 후 선량평균값 )/NON 선량 평균값) × 100
구분 50kV 70kV 90kV 100kV
비교예 1 100.00% 96.75% 92.69% 91.17%
실시예 1 100.00% 97.09% 93.86% 92.48%
하기 표 2는 실시예 1과 비교예 1의 인장강도 시험 결과이고, 도 7은 실시예 1, 도 8은 비교예 2의 인장시험 성적서이다.
구분 인장강도
비교예 1
(5회 평균)		 3.72MPa
실시예 1 20.7MPa
표 1, 2와 도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 시트는 고에너지대(100kVp 이상)와 저에너지대에서 높은 차폐율을 보인다.(참고로, 50kVp에서 미국,영국 제품의 0.25mmPb 납당량에 해당하는 차폐율은 98.7% 정도 이다). 실시예 1은 고에너지뿐만 아니라 저에너지대에서도 미국이나 유럽의 차폐기준을 모두 만족시킬 수 있으므로 이들 국가에 수출이 가능한 제품임을 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 시트는 비교예 1에 비해 5.6배 정도의 높은 인장강도를 나타냄을 확인할 수 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 실시예들을 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본질적인 특성에 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속 파우더와 텅스텐이 베이스 고무에 혼합된 제 1 방사선 차폐 시트 ;
    상기 제 1 방사선 차폐 시트 상에 부착되는 직물 시트 ; 및
    상기 직물 시트 상에 부착되고, 비스무스 또는 산화비스무가 베이스 고무에 혼합된 제 2 방사선 차폐 시트를 포함하는 방사선 차폐 시트.
  2. 안티몬, 비스무스, 산화비스무스 및 산화가돌리늄 중에서 선택된 어느 하나 이상의 금속 파우더와 텅스텐이 베이스 고무에 혼합된 두 개의 제 1 방사선 차폐 시트 ; 및
    상기 두 개의 제 1 방사선 차폐 시트 사이에 삽입된 직물 시트를 포함하는 방사선 차폐 시트.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 방사선 차폐 시트는 황산바륨을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 직물 시트는 두께가 0.1~0.3mm인 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 방사선 차폐시트는 고무 100 중량부 대비 200~500중량부의 금속 파우더와 200~500중량부의 텅스텐을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 방사선 차폐시트는 고무 100 중량부 대비 800~1,000중량부의 비스무스 또는 산화비스무스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.
  7. 제 3항에 있어서, 상기 제 2 방사선 차폐시트는 고무 100 중량부 대비 400~500중량부의 비스무스 또는 산화비스무스 및 400~500중량부의 황산바륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 차폐 시트.

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