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유리선량계
2)유리선량계
유리선량계는 일반적으로 유리가 방사선 조사에 의해 색 중심을 만드는 것을 이용한 것으로 코발트유리, 은 유리 등을 사용해서 선량을 측정한다.
감도 에너지 의존성에서 난점이 있는데 소형, 염가, 고점도인 점에서 고선량의 측정에 사용된다. 또 은 유리는 방사선 조사에 의해 안정된 형광중심이 만들어지기 때문에 이것을 이용하는 경우 장기보존이 가능하고 축적선량도 알 수 있기 때문에 개인모니터용으로 사용되는 경우도 있다.
FGD-650 유리선량계 측정시스템은 레이저에서 나온 자외선을 이용하여 단시간에 유리소자를 반복 여기시킴으로써 여러 번 측정이 가능하고 그 평균치를 측정값으로 채용선량계의 제조물질인 유리소자는 감도분산이 적어 매우 안정적이고 환경변화에 대한 영향이 적다.
유리소자는 TLD처럼 가열에 의해 형광을 발생시키는 것이 아니라 자외선에 의한 자극으로 형광을 발생시키고 그 형광발생 소자가 소실되지 않기 때문에 몇 번이라도 반복하여 측정이 가능하게 된다.
소자에서 발생하는 광자극형광(Radiophotoluminescence)을 단시간에 측정함으로써 측정 속도가 TLD (열형광선량계)보다 최소 2배 이상 빠른 장점도 있다.
3) 열형광선량계; TLD배지(Thermoluminescence Detector)
(1) 작동원리
열형광선량계는 방사선의 형광작용을 이용한 측정법이다. 방사선이 고체결정에 작용하면 상온에서는 고체결정구조가 여기된 상태로 에너지를 비축하게 된다. 이렇게 비축된 에너지는 고체에 열을 가하면 빛으로 방출된다.
이 빛(형광이라 부름)의 양이 처음 조사된 방사선의 선량에 비례하는 것을 이용한 선량계가 열형광선량계(TLD; Thermo-Luminescent Dosimeter)이다. TLD로 사용되는 대표적인 결정으로는 CaSO4(Tm), LiF, Mg2SiO4(Tb)등이 있다. 괄호안의 원자는 결정 안에 불순물로 첨가된 활성화물질이다. TLD는 결정을 원판 형으로 만든 것과 유리 안에 봉입한 것이 많이 이용된다. 길이가 10mm정도로 작다는 점과 반복사용이 가능하다는 이점이 있다.
열형광물질은 고체 섬광물질과 유사한 특성을 갖는데 섬광물질은 여기되었던 전자가 즉시(~108초) 충만대의 정공과 결합하하면서 가시광선을 방출하는 반면 열형광물질은 불순물에 의한 함정의 포텐셜 우물의 깊이가 깊으므로 전자가 함정을 이탈하여 재결합하지 못하고 갇혀있게 된다. 즉 함정에 갇혀있는 전자의 수는 열형광물질이 방사선에 노출된 양에 비례한다.
이 전자는 외부에서 열을 가했을 때 함정의 장벽을 넘어 천이하면서 가시광선을 방출한다. 따라서 열형광선량계는 일정기간동안 방사선에 노출한 후 집적된 방사선량을 측정하는 일종의 "집적형 검출기"이며 전용 판독기가 판독하게 되는데 일단 판독된 기기는 열처리 후 재사용이 가능하다.
이와 같이 열형광선량계(TLD)는 모든 유형의 이온화 방사선으로부터 흡수된 선량을 측정한다. 그러나 중성자와 높은 LET 방사선을 탐지하는 데는 CR-39 PNTD보다 효율성이 떨어진다. 선량률 정보는 노출기간 동안 총 선량을 평균하여 얻을 수 있다. TLD는 선량측정을 위해 현재 전 세계적으로 가장 광범위하게 사용되고 있다.
(2) TLD에 사용되는 열형광물질의 종류와 방사선량 측정범위
최근 TLD에 주로 사용되는 열형광물질은 LiF(Mg, Tl), Li2B4O7(Cu), CaSO4(Dy), CaSO4(Mg) 등 여러 종류가 있는데 이중 가장 널리 사용되는 것은 LiF(Mg, Tl)이다.
LiF(Mg, Tl)는 Li의 천연 동위원소인 6Li와 7Li의 함량 비율에 따라 상표명을 부여하고 있다. 즉 6Li의 함량비가 천연 Li와 같이 7.5%인 것을 TLD-100이라고 부르며 열중성자 측정을 위해 중성자에 민감한 6Li을 농축하여 95.6%로 높인 것을 TLD-600이라 부른다. 또 중성자 감응을 축소시키기 위해 6Li을 줄여서 0.07% 수준으로 내린 것이 TLD-700이다.
TLD배지는 필름배지에 비해서 저 선량에서 고 선량에 이르기까지 신뢰성 있는 측정이 가능하다. 보통 의료기관에서 사용되는 열형광선량계의 방사선량 측정범위는 1uGy~103G정도이다.
글_ 김영진 박사
전 건강보험심사평가원 상근 심사위원
대한치의학회 고문 역임
제 23회 ‘치과의료문화상’ 수상
제 30회 보건의 날 ‘대한민국국민포장’ 수훈