방사선과 방사능이란? | 원자의 구조 | 방사성붕괴와 방사선 | 방사능과 반감기
방사선의 성질과 물질과의 상호작용 | 방사선량측정 | 방사선검출기 | 방사선장해와 리스크 | 자연방사선
그림과 같이 방사선의 에너지를 흡수하였을때 충만대에 있던 전자가 전도대로
여기되었다가 다시 천이(~10-8초 내에)하면서 가시광선을
방출하는 물질을 섬광물질이라 한다. 입사되는 방사선장의 세기와
가시광선 방출량의 비례성을 이용하는 섬광검출기는 사용하는
섬광물질에 따라 고체, 액체, 기체 또는 유기질, 무기질의 형태가
있다. - 충만대 : 전자가 결정내의 격자에 결합되어 있는 에너지 대역
- 전도대 : 결정내에서 전자가 자유롭게 움직일 수 있는 에너지 대역
무기
섬광검출기(Inorganic Scintillation Detector)
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무기결정은 주로
할로겐원소(I)인 무기염과
발광중심 역할을 하는 소량의 불순물(activator)로 구성되며 가장
대표적인 무기결정 섬광검출기는 Tl을 불순물로 첨가한 NaI(Tl) 검출기이다. NaI(Tl) 검출기는 밀도가
3.67g/cm3으로 상당히 높고 원자번호가 높은 I(53)를 함유하고 있으므로 감마선에 대한
검출효율이 높다. 그러나 기계적·열적 충격에 약하고 조해성이
있으므로 알루미늄 등으로 밀폐하여 공기와의 접촉을 차단한다.
밀폐로 인해 투과력이 약한 알파, 베타 또는 연질 X-선 측정에는
적절하지 않으며 통상 감마선이나 중·경질의 X-선 측정에
이용된다. |
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ZnS(Ag)는 큰 단결정을 얻을 수 없으므로 검출용기 내에 분말을 얇게 발라 사용한다. 따라서 ZnS(Ag) 검출기는 알파선 측정용도로 주로 사용되고 베타 또는 감마선에는 반응하지 않는다. 밀도는 4.1g/cm3이다. |
유기
섬광검출기(Organic Scintillation Detector)
순수 유기결정으로
섬광특성이 양호한 재료는 안트라센(anthracene)과 스틸벤(stilbene)을 들
수 있으나 큰 결정을 얻기 어렵고 또 기계적 강도가 매우 약하여
결정형태로 사용되기보다 이들 섬광물질을 유기용매에 녹인
액체섬광물질 또는 중합한 플라스틱형태로 사용된다.
액체섬광물질의 특성은 임의의 크기과 임의의 형태로 검출기를
제작할 수 있다는 점과 측정 시료를 직접 섬광체와 혼합하여 사용할
수 있으므로 액체섬광검출기는 투과력이 약한 알파, 저에너지
베타선을 내는 핵종(3H와 14C) 계측에 매우
효과적이다.
유기섬광물질은 원자번호가 낮은 탄화수소로 구성되고 밀도가
낮으므로 감마선 측정용으로는 사용되지 않는다.
섬광검출기의 검출시스템
광증배관(Photomultiplication Tube: PMT)
섬광물질에 방사선의
에너지가 흡수됨에 따라 방출되는 가시광선의 양은 극히
미약하므로 그림과 같은 광증배관을 이용하여 출력신호를 증폭시킬
필요가 있다.
가시광선이 광음극과 반응하여 생성되는 광전자는 순차적으로 높은
전압이 인가된 다단계의 다이노드(dynode)를 거치는 과정에서
증배되어 최종적으로 양극에 포집되는 전자의 수는 초기
전자수보다 약 106 배로 증가하고 이에 해당하는 출력펄스가
형성된다.
검출시스템 구성요소의 역할
- 고전압원(HV) : 광증배관에 고전압인가
- 전치증폭기(pre-amp) : 출력펄스의 성형
- 증폭기(amo) : 출력펄스의 증폭 및 성형
- 다채널분석기(MCA) : 출력펄스의 크기별 분류
- 파고선별기(discriminator) : 잡음 또는 자연방사선 선별
- 계수기(counter) : 출력펄스의 계수