The average human exposure per year is about 240mrem which is come from Radon and human body and terrestrial and cosmic radiation and man-made source. Specially radiation exposure through air from environmental radiation sources is 80mrem/yr(= 0.01mR/hr) which come from Terrestrial and cosmic radiation.
Radiation dose is defined as energy deposit/mass. There are two major methods to detect radiation. First method is the energy integration using Air equivalent material like GM counter wall material. Second method is the spectrum to dose conversion method using NaI(Tl), HPGe. These two methods are using generally to detect radiation. But these methods are expensive. So we need new radiation detection method.
The research purpose is the development of economical environmental radiation dosimeter. This system consists of Plastic/Inorganic scintillator and Si photo-diode based detector and counting based circuitry. So count rate(cps) can be convert to air exposure rate(R/hr).
There are three major advantages in this system. First advantages is no high voltage power supply like GM counter. Second advantage is simple electronics. Simple electronics system can be achieved by Air-equivalent scintillation detector with Al filter for the same detection efficiency vs E curve. From former two advantages, we can know the most important advantages of the this system. Third advantage is economical system. The price of typical GM counter is about $1000. But the price of our system is below $100 because of plastic scintillator and simple electronics.
The role of scintillation material is emitting scintillation which is the flash of light produced in certain materials when they absorb ionizing radiation. Plastic scintillator is organic scintillator which is kind of hydrocarbons. The special point are cheap price, large size production(~ton), moderate light output, fast light emission(ns). And the role of Al filter is equalizing counting efficiency of air and scintillator for environmental radiation.
The operation mechanism is quite simple. First step is scintillation in scintillator. Second step is conversion from photon to charge in photodiode. Third step is signal amplification in charge amplifier. fourth step is pulse shaping for discrimination in shaping amp. Fifth step is reduction of noise pulse in discriminator. Final step is pulse counting in counter.
This new radiation detection system can give reliable radiation dose data as low cost. So we can supply this new radiation dosimeter to the area near radiation and nuclear facilities. I will hope this new radiation dosimeter can contribute to the public acceptance on radiation use and nuclear facilities.
라돈과 인체 내부, 지상, 우주, 인공방사선원으로부터 인간은 연간 1인당 240mrem의 방사선에 노출된다. 이중에서도 특히 지상과 우주에서 오는 환경방사선원에 의해 공기를 통해 연간80mrem의 방사선에 노출된다.
방사선량은 물질에 방사선을 쬐었을 때 단위질량당 물질에 흡수된 에너지로 정의된다. 방사선을 검출하는 데는 크게 두 가지 방법이 널리 사용되고 있다. 첫 번째 방법은 GM 카운터와 같이 공기와 유사한 물질을 사용하여 축적된 에너지의 양을 모두 더하는 것이다. 두 번째 방법은 NaI(Tl), HPGe과 같은 물질을 이용하여 방사선원의 스펙트럼을 얻은 후 선량을 계산하는 것이다. 그러나 위 두 방법 모두 경제적이지 못하다. 그렇기 때문에 새로운 방사선계측기가 필요하다.
본 연구의 목적은 경제적인 환경방사선계측기를 개발하는 것이다. 이 계측기는 플라스틱/무기물 섬광체에 Si 광다이오드를 접합시키고 그 뒷단에 카운트수를 측정하는 전자회로로 구성되어있다.
이 계측기에는 세 가지 큰 장점이 있다. 첫 번째 장점은 GM counter와 같은 고전압공급장치가 필요없다는 것이다. 두 번째 장점은 간단한 전자적 구조이다. 이 간단한 전자구조는 섬광물질을 둘러싼 Al filter에 의해 섬광체의 검출효율 대 에너지비가 공기와 유사해짐으로써 달성될 수 있다. 앞의 두 가지 장점으로부터, 이 시스템의 가장 중요한 장점을 얻을 수 있다. 그것은 바로 이 시스템이 굉장히 경제적이라는 것이다. 일반적인 GM counter의 가격은 약 1000달러 정도에 이른다. 그러나 본 시스템은 플라스틱섬광체와 간단한 전자적 구조에 의해 100달러 이하로도 제작이 가능하다.
섬광체의 역할은 전리방사선을 흡수했을 때 이를 변환하여 가시광선과 자외선을 방출하는 것이다. 그 중에서도 플라스틱 섬광체는 탄화수소의 일종인 유기물섬광체이다. 이것의 특징은 저렴한 가격, 대량생산의 용이, 중간정도의 광발생량, 빠른 광발생속도에 있다. Al 필터의 역할은 섬광체의 계측효율을 공기의 계측효율과 유사하게 만드는 것이다.
작동원리는 매우 간단하다. 첫 번째 단계는 섬광체에서 빛이 발생하는 것이다. 두 번째 단계는 포토다이오드 내로 들어온 빛을 광자에서 전자로 변환시키는 것이다. 세 번째 단계는 전하증폭기내에서 신호를 증폭하는 것이다. 네 번째 단계는 변조증폭기내에서 신호를 변조하는 것이다. 다섯 번째 단계는 discriminator를 이용해 잡음을 제거하는 것이다. 마지막으로 나온 펄스를 계측하면 모든 과정이 종료된다.
이 새로운 방사선계측기는 저렴한 비용으로 신뢰할 만한 방사선량 정보를 줄 수 있다. 그리고 이러한 장점으로 인해 이 새로운 방사선계측기는 방사선 및 원자력시설 주변에 널리 보급하는 것이 가능하다. 나는 이 새로운 방사선계측기가 방사선 이용과 원자력시설에 대한 대중의 거부감을 없애고 신뢰성을 높이는데 기여하기를 희망한다.
