KR102222309B1

KR102222309B1 - 동시 계수 기반 즉발감마선 방사화 영상 장치 및 이를 이용한 영상 생성방법

Info

Publication number: KR102222309B1
Application number: KR1020190025406A
Authority: KR
Inventors: 이한림; 김지석
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2019-03-05
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2021-03-04
Also published as: KR20200106772A

Abstract

본 발명에 따른 영상 장치는, 입자 빔을 조사하는 빔 조사부; 상기 입자 빔이 충돌함에 따라 즉발감마선을 발산하는 샘플이 고정될 수 있는 샘플고정부; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 획득하는 에너지정보 획득부; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 빔 조사부가 상기 입자 빔을 내보낸 방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만을 선별하여 정렬하는 시준기와, 상기 시준기에 의해 정렬된 즉발감마선으로부터 상기 즉발감마선의 발산위치를 획득하는 신틸레이터(scintillator)를 구비하는 위치민감형 검출부; 및 상기 에너지정보 획득부 및 상기 위치민감형 검출부에 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 상기 에너지정보 획득부가 획득한 즉발감마선의 에너지 정보와 상기 위치민감형 검출부가 획득한 즉발감마선의 발산위치를 기초로 동시계수 방법을 이용해 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성한다.

Description

동시 계수 기반 즉발감마선 방사화 영상 장치 및 이를 이용한 영상 생성방법{COINCIDENCE-BASED PROMPT-GAMMA ACTIVATION IMAGING APPARATUS AND IMAGING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 감마선의 방사화 영상 장치 및 이를 이용한 영상 생성 방법에 관한 것이다.

입자(중성자, 양성자 및 탄소 등) 빔을 이용한 방사화 분석 기술은 핵반응에 의해 발생하는 특성 감마선을 측정함으로써 분석하고자 하는 체적(volume) 샘플의 구성 핵종 정보 및 위치 정보를 비파괴적으로 정량적으로 분석할 수 있다는 장점이 있어 다양한 연구 분야(의료, 재료, 고고학 분야 등)에 활용되고 있다. 하지만 방사화 분석 기술을 구현하기 위해 현재 사용되고 있는 기존의 감마선 영상 장치는 단일 슬릿의 집속 장치와 에너지 검출기를 포함하도록 구성되어 있어, 체적 샘플의 2차원 핵종 정보를 가시화하기 위한 스캐닝(scanning)이 요구되며, 이로 인해 장시간의 측정을 피할 수 없다.

또한 일부 방사선 치료 모니터링 및 폭발물 모니터링 등의 제한적인 목적을 위해 사용되는 영상 장치의 경우, 상대적인 핵종 분포의 측정만 가능하거나, 에너지 분해능이 충분하지 못하기 때문에 원소 정보의 정량적인 분석이 불가능하며 상술한 문제 및 기타 이유로 인해 제한적인 환경이나 목적을 위해서만 활용이 가능하다는 단점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 동시 계수기반의 즉발감마선 방사화 영상 장치 및 이를 이용한 영상 생성 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 영상 장치는, 입자 빔을 조사하는 빔 조사부; 상기 입자 빔이 충돌함에 따라 즉발감마선을 발산하는 샘플이 고정될 수 있는 샘플고정부; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 획득하는 에너지정보 획득부; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 빔 조사부가 상기 입자 빔을 내보낸 방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만을 선별하여 정렬하는 시준기와, 상기 시준기에 의해 정렬된 즉발감마선으로부터 상기 즉발감마선의 발산위치를 획득하는 신틸레이터(scintillator)를 구비하는 위치민감형 검출부; 및 상기 에너지정보 획득부 및 상기 위치민감형 검출부에 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는: 상기 에너지정보 획득부가 획득한 즉발감마선의 에너지 정보와 상기 위치민감형 검출부가 획득한 즉발감마선의 발산위치를 기초로 동시계수 방법을 이용해 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성하고, 상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부는, 상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부가 각각 바라보는 방향이 서로 소정의 각도를 형성하도록 배치된다.

또는, 본 발명의 실시예에 따른 영상 장치는, 입자 빔을 조사하는 빔 조사부; 상기 입자 빔이 샘플에 충돌함에 따라 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 획득하는 고순도 게르마늄 검출기인, 에너지정보 획득부; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 빔 조사부가 상기 입자 빔을 내보낸 방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만의 발산위치를 획득하는 위치민감형 검출부; 및 상기 에너지정보 획득부와 상기 위치민감형 검출부에 연결되는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 에너지정보 획득부가 획득한 즉발감마선의 에너지 정보와 상기 위치민감형 검출부가 획득한 즉발감마선의 발산위치를 기초로 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성한다.

본 발명의 실시예에 따른 영상 생성 방법은, 입자 빔을 샘플에 조사하는 단계; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 에너지정보 획득부를 이용해 획득하는 단계; 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 입자 빔의 진행방향인 조사방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만을 선별하여 정렬하는 단계; 상기 정렬된 즉발감마선으로부터 상기 즉발감마선의 발산위치를 위치민감형 검출부를 이용하여 획득하는 단계; 및 상기 획득된 즉발감마선의 에너지 정보와 즉발감마선의 발산위치를 기초로 동시계수 방법을 이용해 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성하는 단계를 포함하고, 상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부가 바라보는 방향은 소정의 각도를 형성한다.

이에 따라, 비교적 신속하게 샘플의 핵종 분포를 정확하게 측정할 수 있다.

짧은 시간 동안 빠르게 정밀한 에너지 크기와 각 핵종의 정밀한 위치를 표시하는 핵종 분포 영상을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치의 구성요소들에 대한 3차원적 배치를 나타난 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치를 이용하여 얻어진 에너지 분포에 대한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치를 이용하여 얻어진 2차원 핵종 분포에 대한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치를 이용하여 3차원 핵종 분포 영상을 얻는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)의 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)의 구성요소들에 대한 3차원적 배치를 나타난 도면이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)는, 빔 조사부(10), 에너지정보 획득부(30), 위치민감형 검출부(40) 및 프로세서(50)를 포함하고, 샘플고정부(20)와 중성자흡수부(60)를 더 포함할 수 있다.

빔 조사부(10)

빔 조사부(10)는 입자 빔(B)을 조사하는 구성요소이다. 따라서 빔을 조사할 수 있도록, 발광소자를 포함할 수 있다. 빔 조사부(10)가 조사하는 입자 빔(B)의 입자는, 중성자일 수 있으나, 양성자, 탄소 원자일 수도 있고, 그 외의 다른 입자일 수도 있다.

빔 조사부(10)가 입자 빔(B)을 조사하는 방향을 조사방향(D)이라고 하자. 조사방향(D)과 수직한 일 방향은 후술할 시준기(42)의 정렬개구(421)가 연장되는 방향과 같을 수 있는데, 이러한 일 방향을 정렬방향(M)이라 하자. 조사방향(D) 및 정렬방향(M)과 모두 수직한 방향은 직교방향(T)이라 하자. 도면에서, 조사방향(D)은 x축과 나란하게 도시되었고, 정렬방향(M)은 z축과 나란하게 도시되었고, 직교방향(T)은 y축과 나란하게 도시되었다.

입자 빔(B)은, 정렬방향(M)을 따라서 가지는 폭보다, 직교방향(T)을 따라 가지는 폭이 크도록 형성될 수 있다. 입자 빔(B)이 이와 같이 형성되도록, 빔 조사부(10)가 입자 빔(B)을 조사하는 개구는, 정렬방향(M)을 따라서 가지는 폭보다, 직교방향(T)을 따라서 가지는 폭이 더 크도록 형성될 수 있다. 즉 조사방향(D)에 수직한 평면으로 입자 빔(B) 또는 빔 조사부(10)가 입자 빔(B)을 조사하는 개구를 잘라서 얻을 수 있는 단면은, 정렬방향(M)을 따라서 가지는 폭보다, 직교방향(T)을 따라 가지는 폭이 더 큰 직사각형으로 형성될 수 있다.

빔 조사부(10)는 원하는 형태의 입자 빔(B)을 조사하기 위해, 발광소자 외에도 광학구조를 더 포함할 수 있다. 광학구조는 입자 빔(B)을 투과시키되 입자 빔(B)이 진행하는 방향을 굴절시키거나 집속시키거나 반사시키는 구조를 포함할 수 있다.

빔 조사부(10)는 후술할 프로세서(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 프로세서(50)로부터 제어명령을 전달받아 입자 빔(B)을 조사할 수 있고, 프로세서(50)로부터 전력을 전달받을 수도 있다.

샘플고정부(20)

샘플고정부(20)는 입자 빔(B)이 충돌함에 따라 즉발감마선을 발산하는 샘플(S)이 고정될 수 있는 구성요소이다. 따라서 샘플고정부(20)는 샘플(S)을 파지하여 고정할 수 있도록, 샘플(S)을 가압하여 파지하는 클램프를 더 포함할 수 있으나, 샘플(S)을 파지하는 구조가 이에 제한되지는 않는다. 또한 샘플고정부(20)는, 샘플(S)이 입자 빔(B)과 충돌할 수 있도록, 빔 조사부(10)로부터 조사방향(D)을 따라 이격된 위치에 배치될 수 있다.

샘플고정부(20)는 샘플(S)을 파지한 상태에서, 샘플(S)이 빔 조사부(10)로부터 조사되는 입자 빔(B)과 충돌하는 위치가 변경되도록, 샘플(S)을 이동시킬 수 있다. 구체적으로, 샘플고정부(20)는, 조사방향(D), 정렬방향(M), 및 직교방향(T)을 각각 따라 샘플(S)을 움직일 수 있도록 형성될 수 있다. 이러한 동작이 가능하도록, 샘플고정부(20)는 각 방향으로 연장되어 형성된 레일과, 상기 레일에 안착된 클램프를 가져 샘플(S)을 고정시킨 상태에서 이동시킬 수 있는 이동장치일 수 있다. 또한 샘플고정부(20)는 다축 이동이 가능한 로봇팔일 수 있다. 그러나 샘플고정부(20)는 상술된 구성들에 제한되지 않는다.

샘플고정부(20)는 샘플(S)을 파지한 상태에서, 샘플(S)을 회전시킬 수도 있다. 샘플(S)이 샘플고정부(20)에 의해서 회전하는 중심이 되는 회전축이 연장된 방향은, 조사방향(D)일 수 있고, 정렬방향(M)일 수 있고, 직교방향(T)일 수도 있다.

빔 조사부(10)가 고정되고 샘플고정부(20)가 이동함에 따라 입자 빔(B)이 샘플(S)에 닿는 위치를 변경할 수도 있지만, 샘플고정부(20)가 고정되고 빔 조사부(10)가 이동함에 따라 입자 빔(B)이 샘플(S)에 닿는 위치를 변경할 수도 있다. 즉 빔 조사부(10) 및 샘플고정부(20) 중 적어도 하나는, 서로에 대해 상대운동할 수 있다. 상술한 운동 외에도 빔 조사부(10)와 샘플고정부(20)가 같이 운동할 수도 있다. 빔 조사부(10)와 샘플고정부(20)가 서로 상대운동하는 방향은, 정렬방향(M)일 수 있다.

중성자흡수부(60)

중성자흡수부(60)는 샘플(S)로부터 발산되는 중성자(N)를 흡수할 수 있는 구성요소이다. 중성자흡수부(60)는 에너지정보 획득부(30)와 샘플고정부(20) 사이에 위치할 수 있다. 샘플(S)에 입자 빔(B)이 충돌함으로써 샘플(S)로부터 중성자(N)가 발산된다. 샘플(S)에서 산란된 중성자(N)가 에너지정보 획득부(30)에 도달할 경우, 에너지정보 획득부(30)의 적절한 작동을 방해할 수 있다. 따라서 중성자흡수부(60)가 샘플고정부(20)와 에너지정보 획득부(30) 사이에 위치함으로써, 에너지정보 획득부(30)로 향하는 중성자(N)를 흡수하여, 중성자(N)가 에너지정보 획득부(30)에 도달하지 못하도록 할 수 있다. 에너지정보 획득부(30)에 대한 배경방사선의 영향을 최소화하는 것이다.

중성자(N)를 흡수하기 위해, 중성자흡수부(60)는, 리튬(lithium)-6이 농축된 리튬 글래스일 수 있다. 리튬-6은 열중성자(N) 흡수 단면적이 커, 중성자(N)의 흡수를 용이하게 수행할 수 있다. 중성자흡수부(60)는 중성자(N)는 흡수하되, 입자 빔(B)이 샘플(S)에 충돌함으로써 생성되어 에너지정보 획득부(30)로 향하는 즉발감마선(G3)은 통과시킬 수 있도록, 원자번호(atomic number)가 작은 원소로 구성된 재질로 형성될 수 있다.

에너지정보 획득부(30)

에너지정보 획득부(30)는, 샘플(S)로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 획득하는 구성요소이다. 상술한 것과 같이, 샘플(S)에 입자 빔(B)이 충돌하면, 감마선이 그로부터 발생하여 발산할 수 있다. 즉발감마선이란 여기서 입자 빔(B)에 의해 샘플(S)로부터 발산되는 감마선을 의미한다. 에너지정보 획득부(30)는, 즉발감마선 중 에너지정보 획득부(30)로 전달된 즉발감마선(G3)으로부터, 즉발감마선(G3)이 가지는 에너지와 관련된 정보를 획득한다. 이러한 작용을 위해, 에너지정보 획득부(30)는, 게르마늄을 포함하여 구성되는 고순도 게르마늄 검출기(High Purity Germanium Detector, HPGe Detector)일 수 있다.

후술할 위치민감형 검출부(40), 샘플고정부(20) 및 에너지정보 획득부(30)는, 정렬방향(M)을 따라 순서대로 배열될 수 있다. 그러나 고에너지의 입자 빔(B)을 사용할 경우, 배경 방사선들이 조사방향(D)으로 발생할 수 있고, 이러한 방사선이 에너지정보 획득부(30)에 영향을 줄 수 있다. 따라서 샘플고정부(20)와 위치민감형 검출부(40)가 정렬방향(M)을 따라 순서대로 나열되되, 에너지정보 획득부(30)는 도 1 및 도 2에 도시된 것보다 빔 조사부(10)에 인접하게 배치되어, 샘플고정부(20)를 비스듬히 바라보게 배치될 수 있다. 즉 샘플고정부(20)와 위치민감형 검출부(40)를 이은 직선은 정렬방향(M)과 나란하되, 샘플고정부(20)와 에너지정보 획득부(30)를 이은 직선은, 정렬방향(M)과 조사방향(D)의 중간 방향일 수 있다.

위치민감형 검출부(40)

위치민감형 검출부(40)는, 샘플(S)로부터 발산된 즉발감마선(G1)으로부터, 해당 즉발감마선(G1)이 발산된 발산위치를 획득하는 구성요소이다. 이와 같이 작동하기 위해, 위치민감형 검출부(40)는 시준기(42)와 신틸레이터(41, scintillator)를 구비할 수 있다.

시준기(42)는 샘플(S)로부터 발산된 즉발감마선 중 정렬방향(M)으로 발산된 즉발감마선(G1)만을 선별하여 정렬하는 구성요소이다. 따라서 시준기(42)는, 정렬방향(M)을 따라 연장되고 개방되는 정렬개구(421)를 복수 개 구비할 수 있다. 정렬개구(421)가 이와 같이 형성되어, 정렬방향(M)과 나란하지 않은 방향으로 샘플(S)로부터 발산된 즉발감마선(G2)은, 정렬개구(421)를 통과하지 못한다.

정렬개구(421)가 이와 같이 형성됨으로써, 정렬방향(M)을 따라 샘플(S)로부터 발산된 즉발감마선(G1)을 신틸레이터(41)로 안내할 수 있다. 즉 시준기(42)는 다공성의 집속장치일 수 있다. 복수의 정렬개구(421)는 직교방향(T)과 조사방향(D)을 따라 격자모양으로 배열될 수 있다. 따라서, 직교방향(T)과 조사방향(D)을 두 축으로 하는 2차원 평면(이하 x-y평면)에 정렬개구(421)가 나열될 수 있다. 정렬개구(421)가 이와 같이 배열되어, x-y 평면으로 샘플(S)을 자른 단면에서 샘플(S)의 각 위치로부터 발산되는 즉발감마선(G1)이, 각각의 위치에 해당하는 정렬개구(421)를 통해 신틸레이터(41)로 진입할 수 있다.

신틸레이터(41)는 시준기(42)에 의해 정렬된 즉발감마선(G1)으로부터 해당 즉발감마선(G1)의 발산위치를 획득하는 구성요소이다. 신틸레이터(41)는 픽셀형 섬광 검출기일 수 있다. 신틸레이터(41)는 시준기(42)를 통과한 즉발감마선(G1)과 반응하여, 그 위치를 획득할 수 있다. 픽셀형 섬광 검출기는, 감마선이 닿으면 이를 흡수하여 전자기파를 발생시키는 섬광체와, 발생한 전자기파를 전기적 신호로 측정하는 포토다이오드를 포함할 수 있고, 이를 평면에 픽셀과 같이 분포시켜 형성될 수 있다.

샘플고정부(20), 시준기(42) 및 신틸레이터(41)는, 정렬방향(M)을 따라 순서대로 배열될 수 있다. 따라서 샘플고정부(20)로부터 발생한 즉발감마선이 시준기(42)를 거쳐 신틸레이터(41)로 전달될 수 있다.

프로세서(50)

프로세서(50)는 프로세서(50)는 제어명령을 수행하는 논리 연산이 가능한 소자를 포함하는 구성요소로, CPU(Central Processing Unit) 등을 포함할 수 있다. 프로세서(50)는 에너지정보 획득부(30) 및 위치민감형 검출부(40)에 연결되고, 다른 구성요소들에도 연결될 수 있다. 프로세서(50)는 제어명령에 따른 신호를 각 구성요소들에 전달할 수 있고, 각종 센서 또는 획득부들에 연결되어 획득된 정보를 신호의 형태로 전달받을 수 있다. 프로세서(50)는 각각의 구성요소들과 전기적으로 연결될 수 있으므로, 도선으로 연결되거나, 무선으로 통신 가능한 통신 모듈을 더 가져 상호 통신할 수 있다.

프로세서(50)가 수행하는 제어명령은 저장매체에 저장되어 활용될 수 있고, 저장매체는 HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 서버, 휘발성 매체, 비휘발성 매체 등과 같은 장치일 수 있으나, 그 종류가 이에 제한되지는 않는다. 저장매체에는 이 밖에도 프로세서(50)가 작업을 수행하기 위해 필요로 하는 데이터 등이 더 저장될 수 있다.

프로세서(50)는 에너지정보 획득부(30)가 획득한 즉발감마선의 에너지 정보와, 위치민감형 검출부(40)가 획득한 즉발감마선의 발산위치를 전달받아, 이를 기초로 동시계수 방법을 이용해 샘플(S)의 2차원 핵종 분포 영상(P)을 생성할 수 있다. 이하, 도 3 및 도 4를 더 참조하여, 프로세서(50)가 철(Fe)과 니켈(Ni)을 포함한 샘플(S)의 2차원 핵종 분포 영상(P)을 생성하는 예시적인 과정에 대해서 설명한다.

도 1 및 도 2에서, 빔 조사부(10)가 조사방향(D)을 따라 샘플(S)에 입자 빔(B)을 조사한다. 입자 빔(B)이 샘플(S)에 충돌하고, 샘플(S)로부터 즉발감마선이 방출되어 각각 에너지정보 획득부(30)와 위치민감형 검출부(40)에 도달한다. 이 중 위치민감형 검출부(40)에서 발산위치 정보의 획득을 위해 사용되는 즉발감마선은, 정렬방향(M)과 나란하게 발산된 즉발감마선이다. 입자 빔(B)이 직교방향(T)을 따라서 가지는 폭이, 이동방향을 따라서 가지는 폭보다 크므로, 각 검출부에 도달하는 즉발감마선은, 샘플(S)을 x-y 평면으로 자른 단면 상에 위치한 각 개소에서 발산된 즉발감마선이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)를 이용하여 얻어진 에너지 분포에 대한 그래프이다. 전달된 즉발감마선(G3)으로부터, 에너지정보 획득부(30)가 에너지 분포를 도 3의 그래프와 같이 얻을 수 있다. 그래프를 참조하면, 철과 니켈에 해당하는 피크들이 포함되어 있으므로, 샘플(S)에는 철과 니켈이 분포되어 있음을 알 수 있으며, 각 핵종에서 발생한 즉발감마선의 자세한 에너지 크기를 확인할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)를 이용하여 얻어진 2차원 핵종 분포에 대한 도면이다. 정렬개구(421)를 통과해서 신틸레이터(41)에 전달된 즉발감마선(G1)으로부터, 샘플(S)이 입자 빔(B)과 충격한 위치를 포함하는 x-y평면으로 샘플(S)을 잘랐을 때 그 단면에서의 핵종 분포를 개략적으로 얻을 수 있다. 샘플(S)의 각 위치에 배치된 핵종에 따라, 입자 빔(B)이 충격해서 방출시키는 즉발감마선의 에너지 크기가 다르다. 따라서 위치민감형 검출부(40)가 각 위치별로 정확한 에너지 크기를 특정할 수는 없어도, x-y 평면으로 샘플(S)을 잘랐을 때 얻을 수 있는 단면의 개략적인 에너지 분포를 알 수 있고, 이로부터 개략적인 해당 단면에서 핵종 분포를 유추할 수 있다.

프로세서(50)는 이렇게 위치민감형 검출부(40)에서 전달받은 정보로부터 얻어진 즉발감마선의 발산위치에, 에너지정보 획득부(30)에서 전달받은 정보로부터 얻어진 샘플(S)의 에너지 정보를 동시 계수 방법으로 조합하여, 유효 이벤트로 판단된 경우의 데이터들을 모아 도 4와 같이 각 위치에서 발산된 즉발감마선의 자세한 에너지 크기를 표시한, 2차원 핵종 분포 영상(P)을 생성할 수 있다. 도 4를 참조하면, 예시적인 샘플(S)에서, 2차원 핵종 분포 영상(P)의 중심 영역(P1)에 니켈이 배치되고, 이를 둘러싼 영역(P2)에 철이 배치됨을 알 수 있다.

이와 같은 방식으로 핵종 분포 영상을 생성함에 따라, 각 감마선의 발산 위치에 대한 정밀한 에너지 크기를 측정함에 따라 오랜 시간에 걸쳐서 핵종 분포 영상을 얻어야 했던 기존의 기술과 달리, 짧은 시간 동안 빠르게 정밀한 에너지 크기와 각 핵종의 정밀한 위치를 표시하는 핵종 분포 영상을 얻을 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 영상 장치(1)를 이용하여 3차원 핵종 분포 영상을 얻는 방법을 개념적으로 도시한 도면이다.

상술한 것과 같이, 빠르게 핵종 분포 영상을 얻을 수 있으므로, 2차원의 핵종 분포 영상을 여러 개 만들어, 이를 종합하여 샘플(S)의 입체적인 핵종 분포 영상을 생성할 수 있다.

빔 조사부(10)는 입자 빔(B)을 샘플(S)에 조사한다. 입자 빔(B)이 샘플(S)에 조사됨에 따라, 해당 빔 접촉 위치를 포함하는 x-y평면으로 샘플(S)을 자른 단면에서의 2차원 핵종 분포 영상(P)을, 상술한 것과 같이 프로세서(50)가 생성할 수 있다.

빔 조사부(10) 및 샘플고정부(20) 중 적어도 하나는, 정렬방향(M)을 따라 서로에 대해 상대운동할 수 있다. 도 5에서는 빔 조사부(10)가 고정되고, 샘플(S)은 샘플고정부(20)에 고정된 상태에서, 샘플고정부(20)가 정렬방향(M)으로 이동하는 상황을 표현하였다.

빔 조사부(10)는, 샘플고정부(20)와 빔 조사부(10)가 정렬방향(M)을 따라 상대운동하여 서로간의 거리가 변화한 뒤, 입자 빔(B)을 샘플(S)에 조사할 수 있다. 이와 같이 거리가 변화한 후 샘플(S)에 조사된 입자 빔(B)에 의해, 즉발감마선이 에너지정보 획득부(30) 및 위치민감형 검출부(40)에 전달된다. 전달된 즉발감마선으로부터 에너지정보 획득부(30)와 위치민감형 검출부(40)는 각각 에너지 정보와 발산위치를 획득할 수 있다. 이러한 에너지 정보와 발산위치는 프로세서(50)로 전달되어, 변화된 위치에서의 2차원 핵종 분포 영상(P)을 생성하는 기초로 사용된다.

이와 같이, 샘플고정부(20)와 빔 조사부(10)가 상대이동 할 때 마다, 입자 빔(B)을 샘플(S)에 조사하여 2차원 핵종 분포 영상(P)을 각각의 위치에서 얻을 수 있다. 프로세서(50)는, 정렬방향(M)을 기준으로 샘플(S)의 각 위치에서 얻어진 2차원 핵종 분포 영상(P)을 이용하여, 샘플(S)에 대한 3차원 핵종 분포 영상을 더 생성할 수 있다. 프로세서(50)는, 3차원 공간에서, 각각의 2차원 핵종 분포 영상(P)을 정렬방향(M) 상에서의 위치에 따라 순서대로 나열함에 따라, 샘플(S)의 3차원 핵종 분포 영상을 생성할 수 있다.

샘플고정부(20)와 빔 조사부(10)가 서로 상대이동 할 때, 얼마만큼의 샘플(S) 이동부와 빔 조사부(10)의 거리가 변화할 때 마다 빔 조사부(10)가 입자 빔(B)을 조사할 것인지를 나타내는 단위 거리는, 작업자가 원하는 3차원 핵종 분포 영상의 정밀도에 따라 적절히 선택할 수 있다.

이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 영상 장치
10 : 빔 조사부
20 : 샘플고정부
30 : 에너지정보 획득부
40 : 위치민감형 검출부
41 : 신틸레이터
42 : 시준기
50 : 프로세서
60 : 중성자흡수부
421 : 정렬개구
B : 입자 빔
D : 조사방향
G1, G2, G3 : 즉발감마선
M : 정렬방향
N : 중성자
P : 2차원 핵종 분포 영상
S : 샘플
T : 직교방향

Claims

입자 빔을 조사하는 빔 조사부;
상기 입자 빔이 충돌함에 따라 즉발감마선을 발산하는 샘플이 고정될 수 있는 샘플고정부;
상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 획득하는 에너지정보 획득부;
상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 빔 조사부가 상기 입자 빔을 내보낸 방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만을 선별하여 정렬하는 시준기와, 상기 시준기에 의해 정렬된 즉발감마선으로부터 상기 즉발감마선의 발산위치를 획득하는 신틸레이터(scintillator)를 구비하는 위치민감형 검출부; 및
상기 에너지정보 획득부 및 상기 위치민감형 검출부에 연결되는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는:
상기 에너지정보 획득부가 획득한 즉발감마선의 에너지 정보와 상기 위치민감형 검출부가 획득한 즉발감마선의 발산위치를 기초로 동시계수 방법을 이용해 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성하고,
상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부는, 상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부가 각각 바라보는 방향이 서로 소정의 각도를 형성하도록 배치되는, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 에너지정보 획득부와 상기 샘플고정부 사이에 위치하여, 상기 샘플로부터 발산되는 중성자를 흡수하는 중성자흡수부를 더 포함하는, 영상 장치.
제2항에 있어서,
상기 중성자흡수부는, 리튬-6이 농축된 리튬 글래스인, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 샘플고정부는, 상기 샘플이 상기 빔 조사부로부터 조사되는 입자 빔과 충돌하는 위치가 변경되도록, 상기 샘플을 이동시키는, 영상 장치.
제4항에 있어서,
상기 샘플고정부는, 상기 빔 조사부가 상기 입자 빔을 조사하는 방향인 조사방향, 상기 정렬방향, 및 상기 조사방향과 상기 정렬방향 모두에 수직한 직교방향을 각각 따라 상기 샘플을 움직일 수 있도록 형성되는, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 에너지정보 획득부는, 고순도 게르마늄 검출기인, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 위치민감형 검출부, 상기 샘플고정부 및 상기 에너지정보 획득부는, 상기 정렬방향을 따라 순서대로 배열되는, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 빔 조사부 및 상기 샘플고정부 중 적어도 하나는, 상기 정렬방향을 따라 서로에 대해 상대운동하는, 영상 장치.
제8항에 있어서,
상기 에너지정보 획득부 및 상기 위치민감형 검출부는, 상기 정렬방향을 기준으로 상기 빔 조사부와 상기 샘플고정부의 거리가 변화하면, 상기 거리가 변화한 후 조사된 입자 빔에 의해 발산되는 즉발감마선으로부터 각각 에너지정보와 발산위치를 획득하고,
상기 프로세서는, 상기 정렬방향을 기준으로 상기 샘플의 각 위치에서의 2차원 핵종 분포 영상을 이용하여, 상기 샘플에 대한 3차원 핵종 분포 영상을 더 생성하는, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 입자 빔은, 상기 정렬방향을 따라서 가지는 폭보다, 상기 빔 조사부로부터 조사되는 방향인 조사방향 및 상기 정렬방향에 수직한 방향인 직교방향을 따라 가지는 폭이 크도록 형성되는, 영상 장치.
제1항에 있어서,
상기 시준기는, 상기 정렬방향을 따라 연장되고 개방됨으로써, 상기 정렬방향을 따라 상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선을 상기 신틸레이터로 안내할 수 있는 정렬개구를 복수개 구비하는, 영상 장치.
입자 빔을 샘플에 조사하는 단계;
상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선의 에너지 정보를 에너지정보 획득부를 이용해 획득하는 단계;
상기 샘플로부터 발산된 즉발감마선 중 상기 입자 빔의 진행방향인 조사방향과 수직한 일 방향인 정렬방향으로 발산된 즉발감마선만을 선별하여 정렬하는 단계;
상기 정렬된 즉발감마선으로부터 상기 즉발감마선의 발산위치를 위치민감형 검출부를 이용하여 획득하는 단계; 및
상기 획득된 즉발감마선의 에너지 정보와 즉발감마선의 발산위치를 기초로 동시계수 방법을 이용해 상기 샘플의 2차원 핵종 분포 영상을 생성하는 단계를 포함하고,
상기 위치민감형 검출부 및 상기 에너지정보 획득부가 바라보는 방향은 소정의 각도를 형성하는, 영상 생성 방법.
제12항에 있어서,
상기 입자 빔을 상기 샘플에 조사하는 빔 조사부와 상기 샘플이 고정되는 샘플고정부 중 적어도 하나를, 상기 정렬방향을 따라 서로에 대해 상대운동시키는 단계;
상기 정렬방향을 기준으로 상기 빔 조사부와 상기 샘플고정부의 거리가 변화하면, 상기 거리가 변화한 후 조사된 입자 빔에 의해 발산되는 즉발감마선으로부터 각각 에너지정보와 발산위치를 획득하는 단계; 및
상기 정렬방향을 기준으로 상기 샘플의 각 위치에서의 2차원 핵종 분포 영상을 이용하여, 상기 샘플에 대한 3차원 핵종 분포 영상을 생성하는 단계를 더 포함하는, 영상 생성 방법.