형광 유리선량계의 특징, 장점, 단점, 주의 사항

어떤 종류의 유리는 방사선에 조사되면 전자와 양공이 생성되고, 이들이 은 이온에 포획되어 다음과 같이 안정된 형광 중심을 형성합니다. 형광 중심은 유리의 착색 효과의 원인이 되어 매우 안정적이고 퇴행 현상도 무시할 수 있을 정도로 작습니다.

 

이처럼 유리 내에 형성된 형광 중심은 자외선 등은 들뜨면 형광을 방출하는 성질이 있고, 형광 중심엔 은 이온이 대부분을 차지하고 있습니다. 대표적으로 은을 활성화한 인산 유리에 방사선을 흡수시킨 후 자외선을 조사하면 오렌지색의 형광을 연속적으로 방출합니다. 이와 같은 현상을 광 형광이라고 합니다. 또한 이때 방출되는 형량은 유리에 흡수된 선량에 비례하기 때문에 오렌지색 투과 필터를 통하여 광전자 증배관으로 받아서 측정하면 은 유리에 흡수된 선량을 알 수 있는데 이 선량계를 형광 유리선량계라고 합니다.

 

형광 유리선량계의 특징, 장점, 단점, 주의 사항

 

형광 유리선량계의 특징

 

 

여러 가지 모양으로 된 유리와 조성을 이용할 수 있는 것입니다. 형광 유리선량계의 모양은 주로 막대형 또는 판형을 사용합니다. 형광 유리선량계는 형광의 입자량을 측정해도 형광 중심은 소실되지 않기 때문에 항상 적산선량을 측정할 수 있습니다. 따라서 선량 측정을 위해서는 전의 형광 입자량을 미리 알아두고, 사용 후의 형광 입자량에서 사용 전 형광 입자량을 빼면 순수한 형광 입자량, 즉 선량을 알아낼 수 있습니다.

 

측정할 수 있는 상한값은 유리의 크기와 판독 장치에서 자외선의 방향 등에 따라 다르기에 반드시 일정한 것은 아닙니다. 높은 선량을 조사했을 때, 유리 내에 생성되는 absorbing color center가 자외선과 방출되는 빛인 오렌지 색광을 감약시키기 때문에 전체 형광효율은 감소합니다. 유리의 크기가 큰 경우에는 유리를 통과하는 자외선과 방출 형광의 경로가 길어지기 때문에 특정 흡수 선량 이상에서는 형광 입자량과 선량과의 비례관계가 없어집니다. 그러므로 유리를 통과하는 이들 경로의 길이는 짧을수록 좋습니다.

 

선량계의 단위 시간당 선량 의존성은 X선, 감마선이나 전자선에 대해서는 특정 흡수 선량 이하에서는 단위 시간당 선량에 의존하지 않으며, 에너지 의존성은 사용하는 형광 유리의 종류에 따라서 감도 차이가 현저하게 나타납니다.

 

높은 원자번호의 물질을 함유한 유리선량계는 광전흡수가 주로 나타나서 100keV 이하의 에너지 범위에서는 동일 방사선에 대하여도 감도가 매우 크게 나타납니다. 특히, 덮개 물질(캡슐)이 없는 유리를 사용한 경우, 70kV의 X선과 60 코발트 감마선과의 상대감도 비는 약 30배 정도로 나타납니다.

 

형광 유리의 에너지 의존성은 낮은 원자번호의 유리나 덮개 물질을 적당히 차례로 사용함으로써 비교적 그 효과를 수정할 수 있습니다. 따라서 낮은 에너지의 산란 방사선에서 유발된 측정오차도 최소로 줄일 수 있습니다. 또한 형광 유리의 에너지 의존성을 유효에너지의 측정에 사용할 수 있습니다. 즉, 몇 개의 형광 유리와 여러 종류의 금속 차폐를 사용하여 각각 형광 비를 구하면 필름배지와 같은 방법으로 입사방사선의 유효에너지를 추정할 수 있습니다.

 

방사선 조사에 의하여 유리 속에 생긴 양공은 모두가 순간적으로 은 이온에 포획되어 형광 중심을 생성하는 것이 아닙니다. 일부는 결정 일부에 포획되어 시간의 경과와 더불어 은 이온으로 전이하여 형광 중심을 형성합니다. 이러한 이유로 형광 입자량은 방사선 조사 후 천천히 증가하여 약 24시간 후에는 온도에 따라서 약간의 차이가 있지만 포화 값에 도달합니다. 이 현상을 형광의 재생이라 합니다.

 

리튬을 다량 포함한 형광 유리는 열중성자에 대한 감도가 감마선에 비해 높습니다. 따라서 열중성자와 감마선이 혼합되어 있는 방사선의 경우에 적당한 차폐물을 이용하여 감마선을 차폐하고, 열중성자는 주석이나 카드뮴을 사용하고 중성자는 거의 감도를 가지지 않는 질량수 7인 Li 유리와 질량수 6인 Li 유리를 짝으로 만들어 사용하면 열중성자와 선을 분리하여 측정할 수 있습니다.

 

형광 유리의 속중성자에 대한 감도는 비교적 적으나 수소를 포함한 물질로 유리를 포장하면 수소로부터 나오는 되튐전자에 의하여 감도는 어느 정도 증가합니다.

 

 

형광 유리선량계의 장점

 

 

1. 넓은 범위의 선량 측정이 가능합니다.

2. 퇴행 현상이 작아서 장기간의 적산선량 측정이 가능합니다.

3. 방향, 단위 시간당 선량 의존성이 작습니다.

4. 습도 등의 대기조건에 좌우되지 않습니다.

5. 장기간 기록을 보존할 수 있습니다.

6. 입사 X선의 유효에너지를 결정할 수 있습니다.

7. X선과 감마선 외에 열 중성자선도 측정할 수 있습니다.

8. 여러 차례 판독이 가능합니다.

9. 여러 가지 모양으로 된 유리와 조성을 이용할 수 있습니다. (막대형은 환자의 조직 내에 삽입이 가능할 정도의 크기로 만들 수 있기 때문에 조직 내의 선량 분포 측정 등 치료, 진단 영역에서의 선량 측정에 적합하고 판형은 체적이 크고 감도가 높기에 미소 선량 측정에 적합합니다)

 

 

형광 유리선량계의 단점

 

 

1. 에너지 의존성이 크기 때문에 선량 교정이 용이하지 않습니다.

2. 형광의 재생 때문에 피폭 후 즉시 결과를 얻을 수 없습니다.

3. 사전에 형광 입자량의 측정이 필요합니다.

4. 유리의 세정 등 측정 준비가 번거롭습니다.

5. 작은 범위의 선량 측정이 비교적 어렵습니다.

6. 개개 유리의 치수 정도에 따라 변화가 있습니다.

 

 

형광 유리선량계 취급 시 주의 사항

 

 

형광 유리선량계를 취급할 때 주의할 점은 유리의 세정입니다. 방사선 조사 후 유리에 자외선을 조사할 때 오염이 있으면 자외선이 산란해서 형광 입자량이 감소합니다. 그러므로 측정할 때는 측정값의 오차가 생길 수 있으므로 사용 전 형광 입자량을 미리 측정해야 하고 형광 유리를 깨끗이 해야 합니다.