[김영진박사]치과방사선(46)

4) 광자극 발광선량계(OSL; Optically Stimulated Luminescence dosimeter)

 ‘Optically Stimulated Luminescence dosimeter’, 약자로 ‘OSL’이라 부르는 방사선측정 선량계는 ‘광자극 발광선량계(光刺戟 發光線量計)’를 일컫는다. 

 이 선량계의 방사선측정 원리는 OSL 크리스탈 소자(Al₂O₃에 C가 함유된 소자)에 방사선을 쪼이면 전자가 크리스탈에 트랩(Trapped)되게 되는데 여기에 형광중심까지 전하를 이동시키는 특정파장의 빛(자극)을 쪼이면 이에 반응하여 감광작용을 나타내는 또 다른 파장의 빛(형광)이 발생되는 원리를 이용한 것이다.

 이렇게 발생된 형광의 양은 입사한 방사선량과 비례하므로 이렇게 발생된 형광량을 광전증배(光電增配)관에서 계수로 환산하여 방사선 양을 측정한다.
 

OSL은 경량이고(13g정도), 컴팩트하며(57.4mm × 22.0mm × 8.5mm) 충격에 강할 뿐만 아니라 일단 사용 후 재사용이 가능하다는 장점이 있다. 또한 전원과 메모리가 내장되어 있지 않으므로 휴대전화나 PHS 및 모터내장 기기에 의한 전자파의 영향을 받지 않고 전지소모나 데이터손실의 염려도 없다. 이와 같이 OSL선량계는 가볍고 작을 뿐만 아니라 충격에도 매우 강하다는 특징이 있다.
방사선량의 측정범위는 0.01mSv ~ 10Sv (X · γ· β 선·n 선)까지의 광범위한 선량측정이 가능하므로 누설방사선 선량이나 환경 분야에서 발생하는 방사선측정에도 두루 사용된다.

 OSL 배지는 의료시설, 연구시설, 산업분야 등 방사선을 취급하는 다양한 시설과 현장에서 이용하고 있는 개인 및 환경방사선 측정기중의 하나로써 전 세계 100개국 이상의 국가에서 200여 만 명 이상이 사용하고 있는, 개인 방사선피폭 선량계의 ‘글로벌 표준기기’ 이기도 하다

 위에서 살펴본 바와 같이 수동형선량계인 1) 필름배지, 2) 유리선량계, 3) 열형광(TLD)선량계 4) 광자극 발광선량계(OSL)등이 법정선량계로 공식적으로 인정받고 치과병, 의원을 비롯한 의료기관에서 주로 사용되는데 그 중에서 TLD가 가장 널리 이용되고 있다. 

 수동형 선량계는 검출부와 판독부가 분리되어 있으며, 방사선 작업자의 작업환경에 따라 1개월~3개월을 주기로 수거하여 작업자의 방사선피폭 여부를 판독기 보유기관에서 확인함으로써 작업자의 방사선 피폭 여부를 객관적으로 검증한다. 이처럼 개인이 착용하는 개인선량계는 다양한 방사선으로부터 작업자를 보호할 수 있는 최소한의 안전장치이다.
 

5) 전자식 능동형 선량계  
이상에서 살펴본 바와 같이 가격이 저렴하고 관리가 보편화된 ‘수동형 선량계’가 법정 선량계로 인정받아 국내 선량계시장의 대부분을 차지하고 있다. 

 그러나 수동형 선량계로는 작업자의 방사선피폭 여부에 대한 실시간 모니터링이 불가능해 작업자의 안전에 대한 실시간 대응이 어렵기 때문에 방사선을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 전자선량계에 대한 관심이 높아졌다.

 2021년 방사선 검출 및 모니터링의 전 세계 시장규모는 약 16억 6,150만 달러에서 연평균 7.3%씩 성장해 2026년에는 23억 6,310만 달러가 될 것으로 전망된다. 

 이는 원자력발전소 이외에도 자동차, 우주·항공, 의료산업, 금속야금, 비파괴 분석, 광산 등 다양한 산업 분야에서 최근 들어 방사선을 이용한 의료서비스, 신약개발, 비파괴검사 등 다양한 분야에서 방사선의 사용이 증가하면서 방사선 물질이나 방사선 발생장치의 수요가 증가할 것으로 예측되기 때문이다 

 이에 따라 ‘디지털 센서’의 지속적인 발달과 ‘모바일’과의 연동 등으로 작업자의 방사선피폭을 실시간으로 모니터링 함으로써 체계적인 방사선 관리를 도모하기 위해서 ‘전자식 능동형 선량계’가 개발되었다. 또한 능동형 선량계 센서의 방사선 민감도 문제를 해결하기 위하여 다양하고 새로운 소재들이 개발되고 있어 능동형 선량계 또한 수동형 선량계와 유사할 만큼 정확도를 갖춘 방사선 모니터링이 가능해질 것으로 예측된다. 

 능동형 선량계는 방사선의 세기와 피폭량을 디스플레이를 통하여 직접 표시하고, 작업자의 안전을 위해 다양한 경보음을 제공하는 기능을 가지고 있기 때문에 수동형 선량계에 비하여  방사선에 대한 직접적인 모니터링과 대비가 가능한 장점이 있다. 

 따라서 영국, 스위스 및 일본 등에서는 방사선 작업종사자의 피폭을 평가하기 위한 법정선량계로서 수동형 선량계뿐만 아니라 능동형 선량계도 사용하고 있다. 능동형 선량계에는 휴대용 전자선량계와 포켓선량계가 있는데 피폭선량을 수시로 확인할 수 있어 일일 피폭관리에 중요한 수단으로 사용된다. 

 또 전자선량계에는 경보 기능을 가진 전자경보 선량계도 있어서 방사선량이 많은 작업환경에 노출될 경우, 시각 또는 청각적인 경보를 추가적으로 제공함으로서 작업자가 과 피폭되는 것을 미리 예방할 수 있는 기기도 개발되어 있다.

 그러나 능동형 선량계는 빛에너지를 전기에너지로 변환하는 ‘포토다이오드’를 통해 방사선을 검출하고, 검출된 방사선의 세기를 전자회로를 통하여 주변의 자연 방사선량과 비교한 후 수치로 표시하기 때문에 수동형 선량계에 비해 데이터의 조작이 쉽다는 단점을 가지고 있다.

또한 능동형 선량계에 사용되는 방사선 센서는 수동형 선량계에 사용되는 유·무기 발광 소자에 비하여 민감도가 낮기 때문에 현재 전 세계 모든 나라에서 공통적으로 ‘법정 선량계’로써 인정되고 있는 것은 아니며 ‘능동형 선량계’ 중 ‘보조선량계(펜 형이나 손목착용 전자선량계 등)’는 비록 공식선량계와 달리 측정값이 공식적인 데이터로는 활용될 수 없지만, 공식선량계의 분실이나 훼손 등으로 판독이 불가능 할 때 검토과정을 거쳐 측정값이 인정되는 경우도 있다.
 

글_ 김영진 박사 
전 건강보험심사평가원 상근 심사위원
대한치의학회 고문 역임 
제 23회 ‘치과의료문화상’ 수상 
제 30회 보건의 날 ‘대한민국국민포장’ 수훈