WO2019235759A1 - 멀티형 직교 센서를 이용한 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치 및 방법 - Google Patents

멀티형 직교 센서를 이용한 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치 및 방법 Download PDF

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WO2019235759A1
WO2019235759A1 PCT/KR2019/006089 KR2019006089W WO2019235759A1 WO 2019235759 A1 WO2019235759 A1 WO 2019235759A1 KR 2019006089 W KR2019006089 W KR 2019006089W WO 2019235759 A1 WO2019235759 A1 WO 2019235759A1
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radiation
radiation source
signals
orthogonal
orthogonal sensors
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PCT/KR2019/006089
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Inventor
박성광
김진영
허예지
김교태
한무재
신요한
Original Assignee
인제대학교 산학협력단
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/29—Measurement performed on radiation beams, e.g. position or section of the beam; Measurement of spatial distribution of radiation

Definitions

  • the present invention relates to a radiation source location verification and radiation dose distribution detection apparatus, and more particularly to a device that can verify the position of the radiation source during the radiographic inspection, and can present a quantitative distribution of radiation dose according to the radiation source location.
  • Radiation use fields are used in many fields such as medical, industrial, research, education, public, military, etc., but accident cases by radiation sources continue to occur at home and abroad.
  • Korean Patent No. 10-1677172 discloses a photoconductive layer that absorbs radiation passing through a subject to generate charge, an upper electrode formed on the photoconductive layer, and a current generated in the photoconductive layer by being electrically connected to the upper electrode.
  • a radiation detector including an automatic exposure control unit for measuring a signal and generating a control signal for controlling a dose of radiation in response to the current.
  • the present invention has been made to solve the above problems, the radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus of the present invention by using the intensity information of the signal measured by the multi-type orthogonal sensor located in the direction of movement of the radiation source
  • the purpose is to verify the location and to present a quantitative distribution of radiation dose according to the location of the radiation source.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus of the present invention for achieving the above object has a plurality of orthogonal sensors, each of which has a predetermined length in the direction irradiated from the radiation source, arranged in the direction of movement of the radiation source; A position detector configured to collect energy signals having the largest radiation intensity from each of the orthogonal sensors and calculate the position of the radiation source using the collected signals; and the radiation source using the signals collected by the position detector.
  • a sensor selector for selecting orthogonal sensors close to the position of the sensor, and separately collecting energy signals having different magnitudes according to the penetration depth of the radiation from each of the selected orthogonal sensors, and using the collected energy signals, Signal characteristics depending on the percentage (distance interval dist) and a display unit for calculating and displaying a dose distribution around the radiation source using a PID of each of the selected orthogonal sensors.
  • the position sensor calculates the position of the radiation source by collecting signals having the largest radiation intensity from each of the orthogonal sensors and detecting an orthogonal sensor having the largest radiation intensity among the collected signals.
  • the sensor selector selects orthogonal sensors having a radiation intensity greater than or equal to a reference value among the signals collected by the position sensor.
  • Each of the plurality of orthogonal sensors includes a lower electrode layer to which a driving voltage for driving the orthogonal sensor is applied, a photoconductor layer that absorbs the radiation to generate an electron-hole pair, and a transmission depth of the radiation. And an upper electrode layer for collecting energy signals having different magnitudes and outputting the collected energy signals.
  • the upper electrode layer includes a plurality of pixel electrodes disposed at different positions according to the depth of transmission of the radiation, and each pixel electrode stores energy signals having different magnitudes for the radiation.
  • the photoconductor layer includes a plurality of regions, each of which is separated by each of the plurality of pixel electrodes.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus of the present invention for achieving the above object has a plurality of orthogonal sensors, each of which has a predetermined length in the direction irradiated from the radiation source, arranged in the direction of movement of the radiation source; And a signal processor configured to calculate a position of the radiation source, calculate and display a dose distribution around the radiation source, and each orthogonal sensor includes: a lower electrode layer to which a driving voltage for driving the orthogonal sensor is applied; A photoconductor layer that absorbs and generates an electron-hole pair, and a plurality of pixel electrodes disposed at different positions according to the transmission depth of the radiation, each pixel electrode having an energy signal having a different size for the radiation It includes an upper electrode layer for storing each.
  • the signal processing unit collects energy signals having the greatest radiation intensity from each of the orthogonal sensors, calculates the position of the radiation source using the collected signals, and receives the radiation from each of the orthogonal sensors proximate to the position of the radiation source.
  • the energy signals having different magnitudes are collected separately according to the transmission depth of and the collected energy signals are used to calculate and display the dose distribution around the radiation source.
  • a step of radiating radiation from a radiation source, a plurality of pixel electrodes each disposed at different positions according to the penetration depth of the radiation In a plurality of orthogonal sensors including the method, collecting energy signals having the largest radiation intensity from each orthogonal sensor, and calculating a position of the radiation source by detecting an orthogonal sensor having the largest radiation intensity among the collected signals. It includes a step.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus of the present invention verifies the position of the radiation source during the radiographic inspection and displays the distribution of the quantitative radiation dose according to the position of the radiation source, whereby the radiation worker has the position of the radiation source. It can grasp in real time, visually confirm the distribution of radiation dose according to the location of the radiation source, and provide the effect that can respond quickly to radiation accidents.
  • FIG. 1 is a view for explaining an embodiment in which a radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus according to an embodiment of the present invention is used.
  • FIG. 2 shows a radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an operation of a position sensing unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating an operation of a PID calculator according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a radiation dose distribution diagram according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating in detail a multi-type quadrature sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating a method for verifying a radiation source position and detecting a radiation dose distribution according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining an embodiment in which a radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus according to an embodiment of the present invention is used.
  • a body 10 a source guide tube and a radiation shielding tube 50, an operation unit 40, and a radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus 100 of the present invention are shown.
  • the body 10 may store the radiation source assembly 20 having the radiation source 30 inserted therein in a shielded state.
  • the source guide tube 50 is provided at one end of the body 10 and serves as a path for the radiation source 30 to move to the measurement object.
  • the radiation shielding tube 50 surrounds the circumference of the source guide tube 50 and serves to reduce the exposure of the radiation emitted from the radiation source 30.
  • the operation unit 40 is provided at the other end of the body 10 and serves to move the radiation source 30 along the source guide tube 50.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus 100 is composed of a multi-type orthogonal sensor in which a large amount of orthogonal sensors are arranged in the moving direction of the radiation source 30. Radiation source position verification and radiation dose distribution detection apparatus 100 using a multi-orthogonal sensor verifies the position of the radiation source 30 during the radiographic inspection, and displays the distribution of quantitative radiation dose according to the position of the radiation source 30. Can be.
  • the radiation worker can grasp the position of the radiation source in real time, and by visually confirming the distribution of the radiation dose according to the position of the radiation source, it is possible to quickly cope with the radiation accident.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus 100 includes a plurality of orthogonal sensors 210-1 to 201-n; and a signal processor.
  • the signal processor may include a position detector 300, a sensor selector 400, a PID calculator 500, and a display 600.
  • the plurality of orthogonal sensors 210-1 to 201-n are arranged along the moving direction of the radiation source 30, and each of the orthogonal sensors 210-1 to 201-n is irradiated from the radiation source 30. It has a certain length in the direction to be irradiated.
  • a build-up material 220 is arranged between the radiation source 30 and the plurality of orthogonal sensors 210-1 to 201-n; 200 along the moving direction of the radiation source 30. Can be.
  • the tissue equivalent material 220 will be described in detail with reference to FIG. 6.
  • the position detecting unit 300 collects energy signals having the largest radiation intensity from each of the orthogonal sensors 210-1 to 201-n, and calculates the position of the radiation source using the collected signals.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating an operation of a position sensing unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the plurality of orthogonal sensors 210-1 to 201-n are arranged along the moving direction of the radiation source 30, and the radiation dose emitted from the radiation source 30 in accordance with the movement of the radiation source 30. By tracking the distribution of, it is possible to verify the position of the radiation source 30.
  • the position sensor 300 collects signals having the largest radiation intensity (position dose PD) from each of the orthogonal sensors 210-1 to 201-n, and has the largest value among the collected signals PD.
  • the position of the radiation source 30 can be calculated by detecting the orthogonal sensor having the radiation intensity.
  • the radiation dose can be measured in three dimensions by analyzing the intensity of radiation dose measured by each orthogonal sensor based on the distance inverse square law which is inversely proportional to the square of the distance from the radiation source. The resulting location can be identified by quantitative analysis.
  • the sensor selector 400 may select orthogonal sensors that are close to the position of the radiation source 30 using the signals PD collected by the position sensor 300.
  • the sensor selector 400 may select orthogonal sensors having a radiation intensity greater than or equal to a reference value among the signals PD collected by the position sensor 300.
  • the sensor selector 400 is regarded as the first processing unit for displaying the dose distribution of the corresponding position by selecting orthogonal sensors close to the position detected by the position detecting unit 300.
  • the PID calculator 500 separately collects energy signals having different magnitudes according to the penetration depth of the radiation from each of the orthogonal sensors selected by the sensor selector 400, and uses the collected energy signals to generate the radiation source. Percent interval distance (PID) indicating the intensity of the radiation according to the distance between and can be calculated.
  • PID Percent interval distance
  • each of the orthogonal sensors 210-1 to 201-n has a predetermined length in a direction perpendicular to a path in which the radiation source 30 moves, that is, in a direction in which radiation is emitted from the radiation source 30.
  • a plurality of electrodes are formed at different positions in each orthogonal sensor depending on the penetration depth of the radiation.
  • each electrode can store energy signals having different magnitudes for radiation, it is possible to receive energy signals corresponding to each electrode individually, so that the sensing signal characteristics (percent interval distance (PID)) vary as the distance increases. Can be calculated individually (Equation 1).
  • I 0 represents the intensity of the initial radiation
  • I represents the intensity of the radiation that is secondarily reduced due to the distance x to the radiation source and the attenuation constant ⁇ .
  • the display unit 600 may calculate and display a dose distribution around the radiation source 30 using the PID of each of the selected orthogonal sensors.
  • the average energy loss per unit length (dx) of particles (-dE) is known as the blocking ability S.
  • the amount S / ⁇ divided by the density of the medium ( ⁇ ) is called the mass blocking ability and the unit has MeV ⁇ cm2 / g.
  • the dose distribution in the air can be calculated and displayed.
  • the radiation source position verifying and radiation dose distribution detecting apparatus may three-dimensionally display a distribution of radiation doses according to the radiation source positions.
  • the orthogonal sensor 210-1 includes a lower electrode layer 211, a photoconductor layer 213 formed on the lower electrode layer 211, and an upper electrode layer formed on the photoconductor layer 213. 215).
  • a driving voltage for driving the quadrature sensor 210-1 is applied to the lower electrode layer 211.
  • the photoconductor layer 213 has a predetermined length in the direction in which the radiation is irradiated, and absorbs the radiation emitted from the radiation source 30 to generate electron-hole pairs therein.
  • the photoconductor layer 213 may include at least one of a-Se, CdTe, CdZnTe, HgO, PbO, PbI 2 , and HgI 2 .
  • the upper electrode layer 215 may include a plurality of pixel electrodes, a charge collector, and an output terminal. Each of the plurality of pixel electrodes may be disposed at different positions according to the penetration depth of the radiation. The plurality of pixel electrodes individually collect electron-hole pairs generated by energy having different sizes according to the transmission depth of the radiation transmitted to the photoconductor layer 213.
  • Each pixel electrode may include at least one of Cu, Ni, Al, Ag, Graphene, ITO, Au, and may include a material having low electrical conductivity between each pixel electrode.
  • the material between each pixel electrode may include at least one of SiO 2 , TiO 2 , and Al 2 O 3 .
  • the charge collector is connected to the plurality of pixel electrodes, and may be formed of a metal, a dielectric, or a combination thereof.
  • the charge collector collects the charges attracted to the pixel electrode among the charges formed by the photoconductor layer 213.
  • the photoconductor layer 213 may include a plurality of regions, and each of the plurality of regions may be separated by each of the plurality of pixel electrodes.
  • the first region may be separated by the first pixel electrode
  • the second region may be separated by the second pixel electrode.
  • the output terminal is connected to the charge collector, and converts the electron-hole collected in the charge collector into an electrical signal and outputs the electrical signal to the position detector 300 and the PID calculator 500.
  • a build-up material 220 is arranged between the radiation source 30 and the plurality of orthogonal sensors 210-1 to 201-n; 200 along the moving direction of the radiation source 30.
  • the tissue equivalent material 220 is designed as a material corresponding to the second electron balance in correspondence to the direction in which the radiation is incident.
  • the tissue equivalent material 220 may be composed of bolus, paraffin, wax, Mix-D, or the like.
  • Mix-D is a mixture of wax, polyethylene, and magnesium oxide (mag oxide).
  • materials with high electron density such as graphite, acrylic and plastic can be used.
  • Tissue equivalent material 220 including the material, each orthogonal sensor (210-1 ⁇ 201-) to the point (build up interval) indicating the 100% intensity of the dose resulting from the effect of forward scattering due to the generation of secondary electrons in the medium.
  • n is located at the top of the quadrature sensor to be located at THRESHOLD 1 of 200).
  • THRESHOLD 1 to THRESHOLD n means a charge collection layer corresponding to the pixel electrodes of each orthogonal sensor (210-1 ⁇ 201-n), THRESHOLD 1 is the charge collection at the position closest to the movement path of the radiation source (30) Means layer.
  • tissue equivalent material 220 100% intensity of the radiation dose appears in the THRESHOLD 1 of each orthogonal sensor (210-1 ⁇ 201-n; 200).
  • each of the orthogonal sensors 200 is arranged in the moving direction of the radiation source 30, and radiation is emitted from the radiation source (S100).
  • Each of the orthogonal sensors has a plurality of pixel electrodes arranged at different positions according to the depth of radiation, and collects energy signals having the greatest radiation intensity from each orthogonal sensor.
  • the position of the radiation source is calculated by detecting an orthogonal sensor having the largest radiation intensity among the collected signals (S200).
  • Orthogonal sensors are selected close to the position of the calculated radiation source (S300).
  • PID Percent interval distance
  • the PID of each of the selected quadrature sensors is used to calculate and display a dose distribution around the radiation source (S500).

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Abstract

방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치가 개시된다. 상기 장치는 각각이 방사선원에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 상기 방사선원의 이동 방향으로 배열되는 복수의 직교센서들과, 상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출하는 위치 감지부와, 상기 위치 감지부에서 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치에 근접한 직교센서들을 선택하는 센서 선택부와, 선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산하는 PID 계산부와, 선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 표시부를 포함한다.

Description

멀티형 직교 센서를 이용한 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치 및 방법
본 발명은 방사선 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치에 관한 것으로, 특히 방사선 투과검사 시 방사선원의 위치를 검증하고, 방사선원 위치에 따른 정량적인 방사선량의 분포를 제시할 수 있는 장치에 관한 것이다.
방사선 이용 분야는 의료, 산업, 연구, 교육, 공공, 군사 분야 등 많은 분야에서 사용되고 있는 반면, 방사선원에 의한 사고사례는 국내외에서 꾸준히 발생하고 있다.
특히, 의료분야에서는 방사선치료에서의 방사선 과잉 조사에 의한 사고가 대부분을 차지하며 환자의 사망과 환자 및 의료진의 과피폭이 대부분을 차지한다. 의료피폭의 세부적인 원인으로는 선량단위의 오인, 선량계산의 착오, 광자와 전자선을 착각한 잘못된 조사, 방사성동위원소의 과잉투여, 선원을 몸속에 두고 잊어버리는 일 등이다.
방사선 비파괴조사 분야에서는 공업용 조사선원의 사용 또는 수리, 공업용 감마선사진 촬영 과정, 및 방사선원의 관리 부실에 의한 사고가 주로 발생한다. 작업자 뿐만 아니라 방사선원과는 아무런 관련이 없는 불특정 다수의 사람이 사망이나 신체절단, 피부손상 등의 인명피해로 이어지는 경우가 많다.
등록특허 제10-1677172호에는 피사체를 투과한 방사선을 흡수하여 전하를 생성하는 광도전층과, 상기 광도전층 상에 형성되는 상부전극과, 상기 상부전극에 전기적으로 연결되어 상기 광도전층에서 발생되는 전류를 계측하고, 상기 전류에 대응하여 방사선의 조사량을 제어하는 제어신호를 발생시키는 자동노출제어부를 포함하는 방사선 디텍터가 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행기술문헌은 검진자의 피폭선량을 감소시키고, 촬영시간을 단축시킬 수 있는 장점이 있지만, 작업자가 방사선원의 위치를 실시간으로 파악할 수 없어 피폭 사고의 근본적인 해결책으로 볼 수 없고, 정확하게 방사선량의 분포를 확인할 수 없는 문제점이 남아있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치는 방사선원의 이동방향으로 위치되는 멀티형 직교 센서에서 측정되는 신호의 세기정보를 이용하여 방사선원의 위치를 검증하고, 방사선원 위치에 따른 정량적인 방사선량의 분포를 제시하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치는 각각이 방사선원에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 상기 방사선원의 이동 방향으로 배열되는 복수의 직교센서들과, 상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출하는 위치 감지부와, 상기 위치 감지부에서 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치에 근접한 직교센서들을 선택하는 센서 선택부와, 선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산하는 PID 계산부와, 선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 표시부를 포함한다.
상기 위치 감지부는 상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 신호들을 수집하고, 수집된 신호들 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 상기 방사선원의 위치를 산출한다.
상기 센서 선택부는 상기 위치 감지부에서 수집된 신호들 중에서 기준 값 이상의 방사선 세기를 갖는 직교센서들을 선택한다.
상기 복수의 직교센서들 각각은, 상기 직교센서를 구동하기 위한 구동 전압이 인가되는 하부전극층과, 상기 방사선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광도전체층과, 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 수집하고, 수집된 에너지 신호를 츨력하는 상부전극층을 포함한다.
상기 상부전극층은, 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하고, 각 픽셀 전극은 상기 방사선에 대한 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 각각 저장한다.
상기 광도전체층은 복수의 영역들을 포함하고, 상기 복수의 영역들 각각은 상기 복수의 픽셀 전극들 각각에 의해 분리된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치는 각각이 방사선원에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 상기 방사선원의 이동 방향으로 배열되는 복수의 직교센서들과, 상기 방사선원의 위치를 산출하고, 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 신호 처리부를 포함하고, 각 직교센서는, 상기 직교센서를 구동하기 위한 구동 전압이 인가되는 하부전극층과, 상기 방사선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광도전체층과, 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하고, 각 픽셀 전극은 상기 방사선에 대한 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 각각 저장하는 상부전극층을 포함한다.
상기 신호처리부는, 상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출하고, 상기 방사선원의 위치에 근접한 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 방법은, 방사선원으로부터 방사선이 방사되는 단계와, 각각이 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하는 복수의 직교센서들에서, 각 직교센서로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하는 단계와, 수집된 신호들 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 상기 방사선원의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 방사선원의 위치에 근접한 직교 센서들을 선택하는 단계와, 선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산하는 단계와, 선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치는 방사선 투과 검사 시 방사선원의 위치를 검증하고, 방사선원의 위치에 따른 정량적인 방사선량의 분포를 디스플레이함으로써, 방사선 작업 종사자가 방사선원의 위치를 실시간으로 파악할 수 있고, 방사선원의 위치에 따른 방사선량의 분포를 가시적으로 확인할 수 있고, 방사선 사고에 대한 신속한 대처가 가능한 효과를 제공한다.
또한, 방사선 작업 종사자가 발생된 피폭선량을 정량적으로 확인할 수 있기 때문에 이를 예방하기 위한 안전적인 환경 구축과 사고 후 적절한 대책 활동을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치가 사용되는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 감지부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PID 계산부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선량 분포도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 직교센서를 구체적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시 예 및 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상술한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치가 사용되는 실시 예를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 몸체(10), 선원 가이드 튜브 및 방사선 차폐 튜브(50), 조작부(40), 및 본 발명의 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치(100)가 도시된다.
몸체(10)는 내부에 방사선원(30)을 삽입한 방사선원 어셈블리(20)를 차폐상태로 내부에 보관할 수 있다. 선원 가이드 튜브(50)는 몸체(10)의 일단에 구비되고, 방사선원(30)이 측정 대상물로 이동하도록 경로 역할을 한다.
방사선 차폐 튜브(50)는 선원 가이드 튜브(50)의 둘레를 둘러싸고, 방사선원(30)에서 방사되는 방사선의 노출을 저감하는 역할을 한다. 조작부(40)는 몸체(10)의 타단에 구비되고, 선원 가이드 튜브(50)를 따라 방사선원(30)을 이동시키기 위한 역할을 한다.
방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치(100)는 다량의 직교센서들이 방사선원(30)의 이동 방향으로 배열되는 멀티형 직교센서로 구성된다. 멀티형 직교센서를 이용하여 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치(100)는 방사선 투과 검사 시 방사선원(30)의 위치를 검증하고, 방사선원(30)의 위치에 따른 정량적인 방사선량의 분포를 디스플레이할 수 있다.
따라서, 방사선 작업 종사자가 방사선원의 위치를 실시간으로 파악할 수 있고, 방사선원의 위치에 따른 방사선량의 분포를 가시적으로 확인함으로써 방사선 사고에 대한 신속한 대처가 가능하다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치(100)는 복수의 직교센서들(210-1~201-n; 200)과 신호처리부로 구성된다. 상기 신호처리부는 위치 감지부(300), 센서 선택부(400), PID 계산부(500), 및 표시부(600)를 포함할 수 있다.
복수의 직교센서들(210-1~201-n)은 방사선원(30)의 이동 방향을 따라서 배열되고, 복수의 직교센서들(210-1~201-n) 각각은 방사선원(30)에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가진다.
실시 예에 따라, 방사선원(30)의 이동 방향을 따라 방사선원(30)과 복수의 직교센서들(210-1~201-n; 200) 사이에 조직등가물질(build-up materials; 220)이 배열될 수 있다. 조직등가물질(220)에 대해서는 도 6을 참조하여 상세히 설명된다.
위치 감지부(300)는 복수의 직교센서들(210-1~201-n) 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 위치 감지부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 3을 참조하면, 복수의 직교센서들(210-1~201-n)을 방사선원(30)의 이동 방향을 따라 배열하고, 방사선원(30)의 이동에 따라 방사선원(30)에서 방출되는 방사선량의 분포를 추적함으로써 방사선원(30)의 위치를 검증할 수 있다.
위치 감지부(300)는 직교센서들(210-1~201-n) 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 신호들(position dose(PD))을 수집하고, 수집된 신호들(PD) 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 방사선원(30)의 위치를 산출할 수 있다.
방사선량은 방사선원과의 거리의 제곱에 반비례하는 거리 역자승 법칙에 근거하여 각 직교센서에서 측정되는 방사선량의 세기 분석을 통하여 3차원의 위치 계측이 가능하다. 이에 따른 정보를 정량적으로 분석하여 산출된 위치를 확인할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 센서 선택부(400)는 위치 감지부(300)에서 수집된 신호들(PD)을 이용하여 방사선원(30)의 위치에 근접한 직교센서들을 선택할 수 있다. 예컨대, 센서 선택부(400)는 위치 감지부(300)에서 수집된 신호들(PD) 중에서 기준 값 이상의 방사선 세기를 갖는 직교센서들을 선택할 수 있다.
센서 선택부(400)는 위치 감지부(300)에서 감지된 위치에 근접한 직교센서들을 선택함으로써 해당 위치의 선량 분포를 표시하기 위한 첫번째 처리부로 간주된다.
PID 계산부(500)는 센서 선택부(400)에 의해 선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 상기 방사선원과의 거리에 따른 방사선의 세기를 나타내는 PID(percent interval distance)를 계산할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 PID 계산부의 동작을 설명하기 위한 개념도이다. 도 4를 참조하면, 복수의 직교센서들(210-1~201-n) 각각은 방사선원(30)이 이동하는 경로와 수직인 방향 즉, 방사선원(30)에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정한 길이를 가지고, 각 직교센서 내부에 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 다수의 전극이 형성된다.
각 전극은 방사선에 대한 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 각각 저장할 수 있으므로, 각 전극에 대응하는 에너지 신호를 개별적으로 수신하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성((percent interval distance(PID))을 개별적으로 산출할 수 있다(수학식 1).
Figure PCTKR2019006089-appb-img-000001
여기서, I 0 는 초기 방사선의 세기를 나타내며, I는 방사선원과의 거리 x와 감쇠상수 μ로 인해 2차 함수적으로 감약되는 방사선의 세기를 나타낸다.
다시 도 2를 참조하면, 표시부(600)는 선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 방사선원(30) 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이할 수 있다.
입자의 단위길이(dx) 당 평균 에너지 손실(-dE)은 저지능 S로 알려져 있으며, 매질의 밀도(ρ)를 나눈 양 S/ρ 는 질량 저지능이라 하며 단위는 MeV·cm2/g를 가진다.
Figure PCTKR2019006089-appb-img-000002
이러한 질량 저지능의 변환공식을 활용한다면 공기 내 선량분포도를 산출할 수 있으며 디스플레이가 가능하다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 방사선량 분포도를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치는 방사선원 위치에 따른 방사선량의 분포를 입체적으로 디스플레이할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 멀티형 직교센서를 구체적으로 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 직교센서(210-1)는 하부전극층(211), 하부전극층(211) 상에 형성되는 광도전체층(213), 및 광도전체층(213) 상에 형성되는 상부전극층(215)를 포함할 수 있다.
하부전극층(211)에는 직교센서(210-1)를 구동하기 위한 구동 전압이 인가된다.
광도전체층(213)은 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 방사선원(30)으로부터 방사되는 방사선을 흡수하여 내부에 전자-정공 쌍을 생성한다. 광도전체층(213)은 a-Se, CdTe, CdZnTe, HgO, PbO, PbI 2, HgI 2 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상부전극층(215)은 복수의 픽셀전극들, 전하 수집부, 및 출력단자를 포함할 수 있다. 복수의 픽셀전극들 각각은 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 복수의 픽셀 전극은 광도전체층(213)에 투과되는 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지에 의해 발생하는 전자-정공쌍을 개별적으로 수집한다.
각 픽셀전극은 Cu, Ni, Al, Ag, Graphene, ITO, Au 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있고, 각 픽셀전극 사이에는 전기 전도성이 낮은 물질을 포함할 수 있다. 예컨대, 각 픽셀전극 사이의 물질은 SiO 2, TiO 2, Al 2O 3 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 수집부는 상기 복수의 픽셀전극들에 연결되고, 메탈, 유전체 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
하부전극층(211)에 구동 전압이 인가되면, 하부전극층(211)에 인가되는 전압에 의해 전기장이 형성된다. 광도전체층(213)이 방사선원(30)으로부터 방사되는 방사선을 흡수하여 내부에 전자-정공 쌍을 생성하면, 생성된 전자-정공 쌍은 하부전극층(211)과 상부전극층(215) 사이에 형성된 전기장에 의해 상기 전자-정공 쌍이 양전하와 음전하로 분리된다. 분리된 양전하와 음전하 각각은 하부전극층(211)과 각 픽셀전극의 극성에 따라 하부전극층(211)과 각 픽셀전극으로 끌려간다.
예컨대, 하부전극층(211)에 (+) 전압을 인가하고, 픽셀 전극에 (-) 전압을 인가하면, 하부전극층(211)에 음전하가 끌려가고, 픽셀전극에 양전하가 끌려가게 된다. 전하 수집부는 광도전체층(213)에 의해 형성된 전하 중 픽셀전극에 끌려온 전하를 수집한다.
특히, 광도전체층(213)은 복수의 영역들을 포함하고, 상기 복수의 영역들 각각은 상기 복수의 픽셀 전극들 각각에 의해 분리될 수 있다. 예컨대, 제1 영역은 제1 픽셀 전극에 의해 분리되고, 제2 영역은 제2 픽셀 전극에 의해 분리될 수 있다. 제1 영역에 생성된 전자-정공 쌍이 전기장에 의해 양전하와 음전하로 분리될 때, 분리된 양전하는 제1 픽셀 전극으로 끌려가고, 제2 픽셀 영역으로는 끌려가지 않는다.
출력 단자는 전하수집부에 연결되고, 상기 전하수집부에 수집된 전자-정공을 전기적 신호로 변환하여 위치 감지부(300)와 PID 계산부(500)로 출력한다.
실시 예에 따라, 방사선원(30)의 이동 방향을 따라 방사선원(30)과 복수의 직교센서들(210-1~201-n; 200) 사이에 조직등가물질(build-up materials; 220)이 배열될 수 있다. 조직등가물질(220)은 방사선이 입사되는 방향에 대응하여 2차 전자평형에 해당하는 물질로 설계된다. 예컨대, 조직등가물질(220)은 볼러스(bolus), 파라핀(paraffin), 왁스(wax), Mix-D 등으로 구성될 수 있다. Mix-D는 왁스, 폴리에틸렌(polyethylene), 및 산화마그네슘(mag 산화물)의 혼합물이다. 이 외에도 흑연(graphite), 아크릴(acrylic), 플라스틱(plastic)과 같은 전자 밀도가 높은 소재들을 이용할 수 있다.
상기 소재를 포함한 조직등가물질(220)은, 매질 내 2차전자 발생으로 인한 전방산란의 영향으로부터 나타나는 선량의 100% 세기를 나타내는 지점(build up 구간)을 각 직교센서(210-1~201-n; 200)의 THRESHOLD 1에 위치하기 위하여 직교센서 상단에 위치하게 된다.
여기서, THRESHOLD 1 내지 THRESHOLD n은 각 직교센서(210-1~201-n)의 픽셀 전극에 대응하는 전하 수집층을 의미하고, THRESHOLD 1은 방사선원(30)의 이동경로와 가장 가까운 위치의 전하 수집층을 의미한다. 조직등가물질(220)에 의해 각 직교센서(210-1~201-n; 200)의 THRESHOLD 1에서 방사선량의 100% 세기가 나타나게 된다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 방법을 설명하기 위한 플로우차트이다. 도 2와 도 7을 참조하면, 복수의 직교센서들(200) 각각이 방사선원(30)의 이동방향으로 배열되고, 방사선원으로부터 방사선이 방사된다(S100).
복수의 직교센서들 각각은 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 복수의 픽셀전극들이 배치되고, 각 직교센서로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집한다. 수집된 신호들 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 상기 방사선원의 위치를 산출한다(S200).
산출된 방사선원의 위치에 근접한 직교 센서들을 선택한다(S300).
선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산한다(S40).
선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이한다(S500).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
****************************부호의 설명****************************
100; 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치
200; 복수의 직교센서들
300; 위치 감지부
400; 센서 선택부
500; PID 계산부
600; 표시부

Claims (10)

  1. 각각이 방사선원에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 상기 방사선원의 이동 방향으로 배열되는 복수의 직교센서들;
    상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출하는 위치 감지부;
    상기 위치 감지부에서 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치에 근접한 직교센서들을 선택하는 센서 선택부;
    선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산하는 PID 계산부; 및
    선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 표시부;를 포함하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 감지부는 상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 신호들을 수집하고, 수집된 신호들 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 상기 방사선원의 위치를 산출하는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 선택부는 상기 위치 감지부에서 수집된 신호들 중에서 기준 값 이상의 방사선 세기를 갖는 직교센서들을 선택하는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 직교센서들 각각은,
    상기 직교센서를 구동하기 위한 구동 전압이 인가되는 하부전극층;
    상기 방사선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광도전체층; 및
    상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 수집하고, 수집된 에너지 신호를 츨력하는 상부전극층;을 포함하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 상부전극층은,
    상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하고,
    각 픽셀 전극은 상기 방사선에 대한 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 각각 저장하는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광도전체층은 복수의 영역들을 포함하고, 상기 복수의 영역들 각각은 상기 복수의 픽셀 전극들 각각에 의해 분리되는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  7. 각각이 방사선원에서 방사선이 조사되는 방향으로 일정 길이를 가지고, 상기 방사선원의 이동 방향으로 배열되는 복수의 직교센서들; 및
    상기 방사선원의 위치를 산출하고, 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 신호 처리부;를 포함하고,
    각 직교센서는,
    상기 직교센서를 구동하기 위한 구동 전압이 인가되는 하부전극층;
    상기 방사선을 흡수하여 전자-정공 쌍을 생성하는 광도전체층; 및
    상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하고, 각 픽셀 전극은 상기 방사선에 대한 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호를 각각 저장하는 상부전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 직교센서들 각각으로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하고, 수집된 신호들을 이용하여 상기 방사선원의 위치를 산출하고,
    상기 방사선원의 위치에 근접한 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 것을 특징으로 하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 장치.
  9. 방사선원으로부터 방사선이 방사되는 단계;
    각각이 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 픽셀전극들을 포함하는 복수의 직교센서들에서, 각 직교센서로부터 가장 큰 방사선 세기를 갖는 에너지 신호들을 수집하는 단계; 및
    수집된 신호들 중에서 가장 큰 방사선 세기를 갖는 직교센서를 검출함으로써 상기 방사선원의 위치를 산출하는 단계;를 포함하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 방사선원의 위치에 근접한 직교 센서들을 선택하는 단계;
    선택된 직교센서들 각각으로부터 상기 방사선의 투과 깊이에 따라 서로 다른 크기를 가지는 에너지 신호들을 개별적으로 수집하고, 수집된 에너지 신호들을 이용하여 거리가 멀어짐에 따라 달라지는 감지 신호 특성(percent interval distance(PID))을 계산하는 단계; 및
    선택된 직교센서들 각각의 PID를 이용하여 상기 방사선원 주변의 선량분포를 계산하고 디스플레이하는 단계;를 포함하는 방사선원 위치 검증 및 방사선량 분포 검출 방법.
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