KR102466494B1 - Scintillator for gamma-ray and neurton detection, method of manufacturing the scintillator and separation measurement method using scintillator - Google Patents
Scintillator for gamma-ray and neurton detection, method of manufacturing the scintillator and separation measurement method using scintillator Download PDFInfo
- Publication number
- KR102466494B1 KR102466494B1 KR1020200124657A KR20200124657A KR102466494B1 KR 102466494 B1 KR102466494 B1 KR 102466494B1 KR 1020200124657 A KR1020200124657 A KR 1020200124657A KR 20200124657 A KR20200124657 A KR 20200124657A KR 102466494 B1 KR102466494 B1 KR 102466494B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- scintillator
- gamma
- ray
- lii
- neutron
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/62—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
- G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
- G01T1/16—Measuring radiation intensity
- G01T1/20—Measuring radiation intensity with scintillation detectors
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
감마선/중성자 혼합장에서 감마선/중성자 분리 측정을 위한 LiI:X 섬광체가 개시된다. 상기 섬광체를 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 섬광체를 양질의 단결정으로 성장시키기 위해 열처리하여 습기를 제거할 수 있다. 상기 섬광체를 이용하여 최대가능도법으로 감마선 및 중성자를 구별하여 분리 측정할 수 있다. A LiI:X scintillator for measuring gamma-ray/neutron separation in a gamma-ray/neutron mixing field is disclosed. In the method for manufacturing the scintillator, moisture may be removed by heat treatment in order to grow the scintillator into a high-quality single crystal. Using the scintillator, gamma rays and neutrons can be distinguished and measured separately using the maximum likelihood method.
Description
본 발명은 감마선/중성자 측정용 섬광체 및 섬광체의 제조 방법 그리고 섬광체를 이용한 분리 측정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a scintillator for measuring gamma rays/neutrons, a method for manufacturing the scintillator, and a separation measurement method using the scintillator.
LiI:Eu 섬광체는 Li이온이 중성자와 핵반응 하는 특성을 이용한 대표적인 중성자검출기이며, 상용화 되어있지만 감마선도 같이 측정되므로 감마선 및 중성자가 혼합된 방사선장에서 두 방사선을 구별하지 못하는 문제점이 있었다. The LiI:Eu scintillator is a representative neutron detector using the characteristic that Li ion reacts with neutrons.
도 1은 LiI:Eu 섬광체로 칼륨-40의 1461 keV 및 토륨 계열의 2615 keV 감마선과 열중성자를 동시에 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 두 방사선의 측정 신호가 혼합되어 있으며, 스펙트럼 상에서 감마선과 중성자가 분리되지 않음을 나타낸다.1 is a diagram showing the results of simultaneously measuring 1461 keV of potassium-40 and 2615 keV of thorium gamma rays and thermal neutrons with a LiI:Eu scintillator. Referring to FIG. 1 , measurement signals of two radiations are mixed, and gamma rays and neutrons are not separated on a spectrum.
최근 세륨이 도핑 된 클릭 섬광체를 이용한 감마선과 중성자에 대한 감쇠시간 특성의 차이를 이용하여 피크 형상법으로 감마선 및 중성자를 분리 측정하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 클릭 섬광체의 모체인 이트륨 및 도핑 된 세륨은 고가의 희토류 원소이다. 이 경우, 방사선에 대한 내구성이 낮아서 수 Gy의 저선량에서 방사선 손상이 발생한다. 일반적으로 피크 형상법에서는 도 2에서 보는 바와 같이 섬광감쇠스펙트럼에서 2개 시간 윈도우에 측정되는 신호의 크기 비로 감쇠시간 특성을 평가하여 감마선과 중성자 측정 신호를 구별하지만 알파선은 따로 분리 측정하지 못한다. Recently, research on a method for separately measuring gamma rays and neutrons using the peak shape method using the difference in decay time characteristics for gamma rays and neutrons using a cerium-doped click scintillator is being conducted. Yttrium and doped cerium, the parents of click scintillators, are expensive rare earth elements. In this case, radiation damage occurs at a low dose of several Gy due to low durability against radiation. In general, in the peak shape method, as shown in FIG. 2, the decay time characteristics are evaluated by the ratio of the magnitudes of the signals measured in two time windows in the scintillation attenuation spectrum to distinguish gamma rays and neutron measurement signals, but alpha rays cannot be separately measured.
따라서 감마선과 중성자 측정 신호를 분리할 수 있으면서, 그 효율이 높은 섬광체의 필요성이 요구되었다. Therefore, there is a need for a scintillator capable of separating gamma rays and neutron measurement signals and having high efficiency.
본 발명에서는, 감마선/중성자 혼합장에서 감마선/중성자를 효율적으로 분리하기 위한 섬광체를 제공하고자 한다. In the present invention, it is intended to provide a scintillator for efficiently separating gamma rays/neutrons in a gamma ray/neutron mixing field.
본 발명에서는 또한 감마선/중성자 혼합장에서 감마선/중성자를 효율적으로 분리하기 위한 섬광체를 이용한 분리 측정 방법을 제시하고자 한다. The present invention also proposes a separation measurement method using a scintillator for efficiently separating gamma rays/neutrons in a gamma ray/neutron mixing field.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 이하의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem mentioned above. Other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명에 따르면, 감마선/중성자 혼합장에서 감마선/중성자 분리 측정을 위한 LiI:X 섬광체가 개시된다. According to the present invention, a LiI:X scintillator for measuring gamma-ray/neutron separation in a gamma-ray/neutron mixing field is disclosed.
일 예시에 따르면, 펄스모양을 최적화하기 위하여 활성제로 X = Sn, Ag, Tl, In 중 적어도 하나 이상을 첨가할 수 있다. According to one example, at least one of X=Sn, Ag, Tl, and In may be added as an activator to optimize the pulse shape.
일 예시에 따르면, 활성제 X의 농도는 0 ≤ X ≤ 20 mol% 일 수 있다. According to one example, the concentration of active agent X may be 0 ≤ X ≤ 20 mol%.
본 발명의 다른 일 예시에 따르면, 섬광체를 제조하기 위한 방법이 개시된다. According to another example of the present invention, a method for manufacturing a scintillator is disclosed.
상기 제조 방법에 따르면, 상기 섬광체를 양질의 단결정으로 성장시키기 위해 열처리하여 습기를 제거할 수 있다. According to the manufacturing method, moisture may be removed by heat treatment in order to grow the scintillator into a high-quality single crystal.
일 예시에 따르면, 상기 제조 방법은, 150±20℃에서 20시간 이상 열처리하여 습기를 제거할 수 있다. According to one example, the manufacturing method may remove moisture by heat treatment at 150 ± 20 ° C. for 20 hours or more.
일 예시에 따르면, 상기 제조 방법은, 10-6 torr 이상의 고진공에서 습기 제거를 수행할 수 있다. According to one example, the manufacturing method may perform moisture removal in a high vacuum of 10 −6 torr or more.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 섬광체를 이용하여 최대가능도법으로 감마선 및 중성자를 구별하여 분리 측정하는 방법이 개시된다. According to another embodiment of the present invention, a method of distinguishing and measuring gamma rays and neutrons using a maximum likelihood method using a scintillator is disclosed.
일 예시에 따르면, 펄스형상지수(SI)를 설정하여 감마선 및 중성자를 구별하여 분리 측정할 수 있다. According to an example, gamma rays and neutrons may be separately measured by setting a pulse shape index (SI).
일 예시에 따르면, 상기 펄스형상지수(SI)를 -0.1 ≤ SI ≤0.1 범위로 설정하여 감마선 및 중성자를 분리 측정할 수 있다. According to an example, gamma rays and neutrons may be separately measured by setting the pulse shape index (SI) to a range of -0.1 ≤ SI ≤ 0.1.
본 발명에 따른 섬광체를 이용할 경우 중성자 검출 효율이 우수한 효과가 있다. When using the scintillator according to the present invention, there is an effect of excellent neutron detection efficiency.
본 발명에 따른 섬광체는 감마선 및 중성자의 분리가 기존의 섬광체에 비해 용이한 효과가 있다. The scintillator according to the present invention has an effect of easier separation of gamma rays and neutrons than conventional scintillators.
본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above. Effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from this specification and the accompanying drawings.
도 1은 LiI:Eu 섬광체를 이용한 감마선 및 중성자에 대한 파고 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 2는 세륨 도핑 클릭(Cs2LiYCl6:Ce3+; CLYC) 섬광체의 감마선/중성자에 대한 섬광시간 특성 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 3은 감마선과 중성자를 본 발명에 따른 섬광체를 이용하여 최대가능도법으로 측정한 피크파형스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 섬광체를 이용하여 측정한 감마선 및 중성자의 섬광감쇠스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5는 감마선과 중성자가 동시에 측정된 파고 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 6은 최대가능도법으로 감마선과 중성자를 분리한 후 중성자만 측정한 파고 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7(a)는 건조와 정제과정을 생략한 LiI:Ag 섬광체를 이용한 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7(b)는 본 발명에 따라 건조 및 정제과정을 거쳐 수분을 제거한 후 육성된 LiI:Ag 섬광체의 펄스형상구분법으로 분리 측정된 감마선과 중성자의 2차원 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 1 is a diagram showing wave height spectra for gamma rays and neutrons using a LiI:Eu scintillator.
FIG. 2 is a diagram showing a flash time characteristic spectrum for gamma rays/neutrons of a cerium-doped click (Cs 2 LiYCl 6 :Ce 3+ ; CLYC) scintillator.
3 is a diagram showing a peak waveform spectrum obtained by measuring gamma rays and neutrons using the scintillator according to the present invention by the maximum likelihood method.
4 is a diagram showing scintillation attenuation spectra of gamma rays and neutrons measured using a scintillator according to the present invention.
5 is a diagram showing wave height spectra in which gamma rays and neutrons are simultaneously measured.
6 is a diagram showing a wave height spectrum obtained by measuring only neutrons after separating gamma rays and neutrons by the maximum likelihood method.
7(a) is a diagram showing a spectrum using a LiI:Ag scintillator omitting drying and purification processes.
7(b) is a diagram showing the two-dimensional spectrum of gamma rays and neutrons measured separately by the pulse shape segmentation method of the LiI:Ag scintillator grown after removing moisture through drying and purification processes according to the present invention.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in various different forms, but only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the common knowledge in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the holder of the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims.
만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.Even if not defined, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as generally accepted by common technology in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by general dictionaries may be interpreted to have the same meaning as they have in the related art and/or the text of the present application, and are not conceptualized or overly formalized, even if not expressly defined herein. won't
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used in the specification, 'comprise' and/or various conjugations of this verb, such as 'comprise', 'comprising', 'comprising', 'comprising', etc., refer to a mentioned composition, ingredient, component, Steps, acts and/or elements do not preclude the presence or addition of one or more other compositions, ingredients, components, steps, acts and/or elements. In this specification, the term 'and/or' refers to each of the listed elements or various combinations thereof.
본 발명의 주요 내용은 감마선과 중성자가 혼합된 방사선장에서 두 방사선을 분리 측정할 수 있는 LiI:X 섬광체 검출기와 이를 이용한 감마선/중성자 분리 측정법, 그리고 LiI:X 섬광체의 제조 방법에 관한 것이다.The main content of the present invention relates to a LiI:X scintillator detector capable of separately measuring two radiations in a radiation field in which gamma rays and neutrons are mixed, a gamma ray/neutron separation measurement method using the same, and a manufacturing method of the LiI:X scintillator.
본 발명에 따르면 두 방사선의 검출신호를 효율적으로 분리하기 위하여 LiI 모체에 에너지 전환 특성의 차이를 높일 수 있는 활성제(X=Sn, Ag, Tl, In)를 첨가한 LiI:X 섬광체를 제안하였고, 이 섬광체를 이용하여 감마선과 중성자 신호를 최대가능도법을 이용하여 분리 측정하였다. LiI 섬광체는 매우 습기에 취약하며, 습기에 노출된 경우 섬광체 단결정의 육성이 불가하므로 시약 내의 건조공정을 확정하였다. 건조공정의 온도가 지나치게 낮으면, 우수한 단결정 섬광체를 육성하기 어려우며, 건조공정의 온도가 지나치게 높으면, 에너지 효율이 낮아져 경제성이 낮아진다. 본 발명에서는 건조공정의 온도 및 시간을 한정함으로써, 최적의 분리 효과를 가지는 섬광체의 제조 방법에 대해 개시한다. According to the present invention, in order to efficiently separate the detection signals of two radiations, a LiI:X scintillator was proposed in which an activator (X = Sn, Ag, Tl, In) was added to the LiI matrix to increase the difference in energy conversion characteristics, Using this scintillator, gamma-ray and neutron signals were separately measured using the maximum likelihood method. The LiI scintillator is very vulnerable to moisture, and when exposed to moisture, it is impossible to grow a scintillator single crystal, so the drying process in the reagent was confirmed. If the temperature of the drying process is too low, it is difficult to grow an excellent single-crystal scintillator, and if the temperature of the drying process is too high, energy efficiency is lowered and economic feasibility is lowered. In the present invention, a method for manufacturing a scintillator having an optimal separation effect by limiting the temperature and time of the drying process is disclosed.
본 발명에서는 LiI:X(X=Sn, Ag, Tl, In) 섬광체를 이용하여 감마선과 중성자를 분리할 수 있다. LiI:X 섬광체에서 모체인 LiI 는 중성자 또는 감마선과 반응하여 에너지를 섬광체에 흡수하는 역할을 한다. LiI:X 섬광체에서 활성제로 도핑 한 Sn, Ag, Tl, In은 모체에서 흡수된 에너지를 전달받아 여기된 전자가 활성제의 발광중심에서 재결합하면서 섬광 현상을 일으킨다. 이 때 활성제의 종류와 조합에 따라 에너지 전환 효율의 차이가 발생하며 발광파장이나 섬광감쇠시간 특성이 변할 수 있다. 감마선과 중성자는 섬광체에서 전리작용을 일으킨다. 두 방사선의 물리적 성질에 의해 발생되는 전자의 전하밀도 차이가 발생하고, 모체와 활성제 간의 에너지 전환효율의 차이로 섬광시간 특성의 차이가 발생하며, 이를 평가하며 두 방사선을 분리 측정할 수 있다.In the present invention, gamma rays and neutrons can be separated by using a LiI:X (X=Sn, Ag, Tl, In) scintillator. In the LiI:X scintillator, the parent LiI reacts with neutrons or gamma rays to absorb energy into the scintillator. In the LiI:X scintillator, Sn, Ag, Tl, and In doped with the activator receive energy absorbed from the parent body, and the excited electrons recombine at the luminescence center of the activator, causing a scintillation phenomenon. At this time, a difference in energy conversion efficiency occurs depending on the type and combination of activators, and the emission wavelength or flash decay time characteristics may change. Gamma rays and neutrons ionize the scintillator. The difference in the charge density of electrons caused by the physical properties of the two radiations occurs, and the difference in flash time characteristics occurs due to the difference in energy conversion efficiency between the parent and the activator. By evaluating this, the two radiations can be measured separately.
일 예시에 따르면, LiI:X 섬광체에서 활성제인 X 원소를 3가 희토류 또는 전이금속으로 변형하여 적용할 수도 있다. 이와 같이 3가 희토류 또는 전이금속을 활성제로 이용하는 경우, 활성제로 Sn, Ag, Tl, In를 적용하는 경우에 비해 감마선 및 중성자를 분리하는 측정 효과는 일부 부족할 수 있다.According to one example, in the LiI:X scintillator, element X, which is an activator, may be applied after being transformed into a trivalent rare earth or transition metal. In this way, when a trivalent rare earth or transition metal is used as an activator, the measurement effect of separating gamma rays and neutrons may be partially insufficient compared to the case where Sn, Ag, Tl, or In is applied as an activator.
일 예시에 따르면, LiI:X 섬광체에서 활성제 X의 농도는 0 ≤ X ≤ 20 mol%를 만족할 수 있다. 활성제 X는 섬광체의 발광효율을 증가시키는 역할을 수행할 수 있다. 그러나, 활성제의 농도가 지나치게 증가하게 되면 활성제에 의한 소광현상으로 인해 오히려 광 출력이 감소하는 문제점이 있다. 일 예시에 따르면, LiI 의 경우 활성제(X)의 농도가 20mol%를 넘게 되면 급격히 광출력이 감소하는 바, LiI:X 섬광체에서 활성제 X의 농도는 0 ≤ X ≤ 20 mol%를 만족할 수 있다.According to one example, the concentration of the active agent X in the LiI:X scintillator may satisfy 0 ≤ X ≤ 20 mol%. The activator X may serve to increase the luminous efficiency of the scintillator. However, when the concentration of the activator is excessively increased, there is a problem in that the light output is rather reduced due to the quenching phenomenon by the activator. According to one example, in the case of LiI, when the concentration of the activator (X) exceeds 20 mol%, the light output decreases rapidly, and the concentration of the activator X in the LiI:X scintillator may satisfy 0 ≤ X ≤ 20 mol%.
도 3은 감마선과 중성자를 본 발명에 따른 섬광체를 이용하여 최대가능도법으로 측정한 피크파형스펙트럼을 나타내는 도면이다. 3 is a diagram showing a peak waveform spectrum obtained by measuring gamma rays and neutrons using the scintillator according to the present invention by the maximum likelihood method.
도 3은 감마선과 중성자를 본 발명에 따른 최대가능도법으로 측정한 피크파형스펙트럼으로서 본 발명에 따른 섬광체를 이용하여 감마선과 중성자가 혼합된 방사선장에서 두 종류의 방사선이 명확히 구별하여 측정할 수 있음을 나타낸다. 도 3에서 (1)은 분리된 중성자 측정 스펙트럼을 나타내며, (2)는 감마선 측정 스펙트럼이다. 즉 도 3을 참조하면 (1)과 (2)가 명확히 분리되어 구분됨을 확인할 수 있다. Figure 3 is a peak waveform spectrum of gamma rays and neutrons measured by the maximum likelihood method according to the present invention, and two types of radiation can be clearly distinguished and measured in a radiation field in which gamma rays and neutrons are mixed using a scintillator according to the present invention indicates In FIG. 3, (1) represents a separated neutron measurement spectrum, and (2) is a gamma-ray measurement spectrum. That is, referring to FIG. 3, it can be confirmed that (1) and (2) are clearly separated and distinguished.
도 4는 본 발명에 따른 섬광체를 이용하여 측정한 감마선 및 중성자의 섬광감쇠스펙트럼을 나타내는 도면이다. 4 is a diagram showing scintillation attenuation spectra of gamma rays and neutrons measured using a scintillator according to the present invention.
도 4를 참조하면, 첨가된 활성제에 의한 에너지 밴드의 전이효율의 차이에 따라 중성자의 신호가 감마선에 비하여 훨씬 빠른 특성을 보인다. 이와 같은 특징을 이용하여 감마선과 중성자를 분리하여 측정할 수 있다. Referring to FIG. 4 , the signal of neutrons is much faster than that of gamma rays according to the difference in energy band transition efficiency by the added activators. Using this feature, gamma rays and neutrons can be separated and measured.
이 때, 감마선과 중성자의 피크를 구별하는 형상지수(SI; Shape Indicator)는 다음 식으로 정의된다. At this time, the shape index (SI; Shape Indicator) for distinguishing the peaks of gamma rays and neutrons is defined by the following equation.
상기 수식에서, Ai는 FADC의 출력의 크기이며, W(ti)는 i번째 시간간격에 대한 하중계수이다. 하중계수는 
최대가능도법은 감마선과 중성자의 측정 신호의 감쇠시간특성의 차이가 있는 모든 섬광체에 적용 가능하다.The maximum likelihood method is applicable to all scintillators with differences in the decay time characteristics of the measured signals of gamma rays and neutrons.
도 5는 감마선과 중성자가 동시에 측정된 파고 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 6은 최대가능도법으로 감마선과 중성자를 분리한 후 중성자만 측정한 파고 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 5 내지 도 6을 통해, 감마선과 중성자가 분리되어 측정됨을 확인할 수 있는 효과가 있다. 5 is a diagram showing wave height spectra in which gamma rays and neutrons are simultaneously measured. 6 is a diagram showing a wave height spectrum obtained by measuring only neutrons after separating gamma rays and neutrons by the maximum likelihood method. 5 and 6, there is an effect of confirming that gamma rays and neutrons are measured separately.
도 7(a)는 건조와 정제과정을 생략한 LiI:Ag 섬광체를 이용한 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 7(b)는 본 발명에 따라 건조 및 정제과정을 거쳐 수분을 제거한 후 육성된 LiI:Ag 섬광체의 펄스형상구분법으로 분리 측정된 감마선과 중성자의 2차원 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 7(a) is a diagram showing a spectrum using a LiI:Ag scintillator omitting drying and purification processes. 7(b) is a diagram showing the two-dimensional spectrum of gamma rays and neutrons measured separately by the pulse shape segmentation method of the LiI:Ag scintillator grown after removing moisture through drying and purification processes according to the present invention.
본 발명에 따른 LiI:X(X=Sn, Ag, Tl, In) 섬광체는 양질의 단결정으로 성장시키기 위해 습기를 제거할 수 있다. 일 예시에 따르면 본 발명에 따른 섬광체는 150±20℃에서 20시간 이상 열처리하여 습기를 제거할 수 있고, 이 습기 제거 공정은 10-6 torr의 고진공에서 처리될 수 있다. The LiI:X (X=Sn, Ag, Tl, In) scintillator according to the present invention can remove moisture in order to grow into a high-quality single crystal. According to one example, the scintillator according to the present invention may remove moisture by heat treatment at 150 ± 20 ° C. for 20 hours or more, and this moisture removal process may be performed in a high vacuum of 10 -6 torr.
도 7을 참조하면, 건조 및 정제과정을 생략한 LiI:Ag의 경우보다, 적절한 건조 및 정제과정을 거친 LiI:Ag 단결정의 섬광체가 감마선 및 중성자의 분리 측정에 우수한 결과를 보이는 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7 , it can be seen that the LiI:Ag single crystal scintillator, which has been properly dried and purified, shows better results in measuring the separation of gamma rays and neutrons than in the case of LiI:Ag without drying and purification.
본 발명에서는, 감마선 및 중성자의 혼합장에서 감마선 및 중성자를 효율적으로 분리하기 위하여 Sn, Ag, Tl, In 중 적어도 1개 이상을 활성제로 도핑 하는 방법을 제공한다. 중성자의 감쇠시간특성을 감마선의 시간특성보다 빠르게 하기 위하여 1개 이상의 활성제를 모체에 도핑 하여 에너지 밴드간의 전환 효율을 결정한다. 또한 섬광체의 단결정 성장을 위하여 섬광재료의 자유수 및 결합수를 제거하는 방법을 제공한다. 일 예시에 따르면, 최대가능도법을 이용하여 LiI:X 섬광체의 감마선 및 중성자선을 분리하여 측정하는 기술을 제공한다. LiI는 용융점이 469도로 비교적 낮고, 큐빅 구조를 가지므로 단결정 성장이 용이할 뿐만 아니라 주 성분 및 도핑 원소의 단가가 매우 저렴하여 방사선 검출기로서 경제적인 장점이 있다. 또한, LiI:X 섬광검출기는 열중성자에 대한 FOM(figure of merit; 감마선과 중성자를 구별할 수 있는 지표)가 2.2로 감마선/중성자 분리에 용이한 효과가 있다. 그리고, LiI:X 섬광체는 중성자에 대한 Li의 반응률이 높아서 중성자 검출효율이 우수한 효과가 있다.In the present invention, in order to efficiently separate gamma rays and neutrons in a mixed field of gamma rays and neutrons, a method of doping at least one of Sn, Ag, Tl, and In with an activator is provided. In order to make the decay time characteristics of neutrons faster than the time characteristics of gamma rays, one or more activators are doped into the matrix to determine the conversion efficiency between energy bands. In addition, a method for removing free water and bound water of a scintillator material for single crystal growth of a scintillator is provided. According to one example, a technique for separately measuring gamma rays and neutron rays of a LiI:X scintillator using a maximum likelihood method is provided. LiI has a relatively low melting point of 469 degrees and has a cubic structure, so it is easy to grow a single crystal and has an economical advantage as a radiation detector because the unit price of main components and doping elements is very low. In addition, the LiI:X scintillation detector has an FOM (figure of merit; an indicator for distinguishing gamma rays and neutrons) for thermal neutrons of 2.2, which is effective in gamma ray/neutron separation. In addition, the LiI:X scintillator has an effect of excellent neutron detection efficiency because the reaction rate of Li to neutrons is high.
본 발명의 결과물은 원자력발전소, 고에너지 가속기연구소, 방사성동위원소 생산시설 등 감마선과 중성자가 혼합된 영역에서 두 방사선을 분리하는 기술에 적용할 수 있다. 중성자는 감마선에 비하여 생물학적 효과가 크기 때문에 방사선 작업종사자의 방사선방호를 위해서 두 방사선의 선량평가를 분리하여 측정하는 것이 매우 중요하며, 본 발명의 섬광체를 이용하여 이를 측정할 수 있다. 또한, 고고도에서는 감마선이 주로 존재하는 지상과 달리 우주방사선에 의해 발생한 중성자 및 감마선이 혼재한다. 즉 본 발명은 생활환경방사선보호법에 따라 고고도 비행 승무원의 방사선 방호에서도 적용이 가능하다. 또한, 우주 개발에서 중성자 선량 평가는 우주선 승무원뿐만 아니라, 우주비행선, 인공위성 등의 안전한 운전을 위한 필수요건이며, 우주개발에 가장 중요한 물의 존재를 탐지하는 주요 기술에 해당한다. 본 발명의 섬광체를 이에 활용할 수 있다. 본 발명은, 중성자와 감마선을 동시에 구별하여 측정할 수 있으므로 핵물리학, 고에너지물리학, 산업체 방사선측정기기 등에도 활용이 가능한 효과가 있다.The result of the present invention can be applied to a technology for separating two radiations in a region where gamma rays and neutrons are mixed, such as nuclear power plants, high-energy accelerator laboratories, and radioisotope production facilities. Since neutrons have a greater biological effect than gamma rays, it is very important to separate and measure the dose evaluation of the two radiations for radiation protection of radiation workers, and this can be measured using the scintillator of the present invention. In addition, unlike the ground where gamma rays mainly exist at high altitudes, neutrons and gamma rays generated by cosmic radiation coexist. That is, the present invention can also be applied to radiation protection of high-altitude flight crew according to the Living Environment Radiation Protection Act. In addition, in space development, neutron dose evaluation is a prerequisite for safe operation of not only spacecraft crews, but also spaceflights and artificial satellites, and is a major technology for detecting the presence of water, which is the most important for space development. The scintillator of the present invention can be utilized for this. Since the present invention can distinguish and measure neutrons and gamma rays at the same time, there is an effect that can be utilized in nuclear physics, high-energy physics, industrial radiation measurement equipment, and the like.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.It should be understood that the above embodiments are presented to aid understanding of the present invention, do not limit the scope of the present invention, and various deformable embodiments also fall within the scope of the present invention. The scope of technical protection of the present invention should be determined by the technical spirit of the claims, and the scope of technical protection of the present invention is not limited to the literal description of the claims themselves, but is substantially equal to the scope of technical value. It should be understood that it extends to the invention of.
Claims (9)
상기 방법은 펄스형상지수(SI)를 설정하여 감마선 및 중성자를 구별하며,
상기 펄스형상지수(SI; Shape Indicator)는:
로 정의되고 상기 수식에서, Ai는 FADC의 출력의 크기이며, W(ti)는 i번째 시간간격에 대한 하중계수이며, 상기 하중계수는
LiI:X 섬광체를 이용한 감마선/중성자 분리 측정 방법.A method for measuring gamma-ray/neutron separation in a gamma-ray/neutron mixture field using a LiI:X scintillator,
The method distinguishes gamma rays and neutrons by setting a pulse shape index (SI),
The pulse shape index (SI; Shape Indicator) is:
In the above formula, A i is the magnitude of the output of the FADC, W(t i ) is the load factor for the ith time interval, and the load factor is
Method for measuring gamma-ray/neutron separation using LiI:X scintillator.
상기 LiI:X 섬광체에서 X는 펄스모양을 최적화하기 위하여 활성제로서 X = Sn, Ag, Tl, In 중 적어도 하나 이상인,
LiI:X 섬광체를 이용한 감마선/중성자 분리 측정 방법.According to claim 1,
In the LiI:X scintillator, X is an activator to optimize the pulse shape, and X = at least one of Sn, Ag, Tl, and In,
Method for measuring gamma-ray/neutron separation using LiI:X scintillator.
상기 활성제 X의 농도가 0 ≤ X ≤ 20 mol% 인,
LiI:X 섬광체를 이용한 감마선/중성자 분리 측정 방법.According to claim 2,
The concentration of the active agent X is 0 ≤ X ≤ 20 mol%,
Method for measuring gamma-ray/neutron separation using LiI:X scintillator.
상기 방법은 감마선과 중성자 신호를 최대가능도법을 이용하는,
LiI:X 섬광체를 이용한 감마선/중성자 분리 측정 방법.According to any one of claims 1 to 3,
The method uses the maximum likelihood method for gamma-ray and neutron signals,
Method for measuring gamma-ray/neutron separation using LiI:X scintillator.
상기 방법은 상기 펄스형상지수(SI)를 -0.1 ≤ SI ≤0.1 범위로 설정하는,
LiI:X 섬광체를 이용한 감마선/중성자 분리 측정 방법.
According to claim 4,
The method sets the pulse shape index (SI) in the range of -0.1 ≤ SI ≤ 0.1,
Method for measuring gamma-ray/neutron separation using LiI:X scintillator.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020190119117 | 2019-09-26 | ||
| KR20190119117 | 2019-09-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210037586A KR20210037586A (en) | 2021-04-06 |
| KR102466494B1 true KR102466494B1 (en) | 2022-11-16 |
Family
ID=75164874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200124657A KR102466494B1 (en) | 2019-09-26 | 2020-09-25 | Scintillator for gamma-ray and neurton detection, method of manufacturing the scintillator and separation measurement method using scintillator |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102466494B1 (en) |
| WO (1) | WO2021060930A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170315260A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for separating gamma and neutron signals from a radiation detector and for gain-stabilizing the detector |
| US20170355905A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-12-14 | The Regents Of The University Of California | Novel thallium doped sodium, cesium or lithium iodide scintillators |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7009181B1 (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-07 | Battelle Memorial Institute | Apparatus and method for OSL-based, remote radiation monitoring and spectrometry |
| US7335891B2 (en) * | 2005-06-27 | 2008-02-26 | General Electric Company | Gamma and neutron radiation detector |
| KR101587017B1 (en) * | 2014-05-12 | 2016-01-21 | 경북대학교 산학협력단 | Scintillator, method for manufacturing the same and applications of scintillator |
| US9234968B1 (en) * | 2014-10-10 | 2016-01-12 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Plastic scintillators with high loading of one or more metal carboxylates |
-
2020
- 2020-09-25 WO PCT/KR2020/013123 patent/WO2021060930A1/en active Application Filing
- 2020-09-25 KR KR1020200124657A patent/KR102466494B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170355905A1 (en) * | 2014-11-19 | 2017-12-14 | The Regents Of The University Of California | Novel thallium doped sodium, cesium or lithium iodide scintillators |
| US20170315260A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Schlumberger Technology Corporation | Method and apparatus for separating gamma and neutron signals from a radiation detector and for gain-stabilizing the detector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210037586A (en) | 2021-04-06 |
| WO2021060930A1 (en) | 2021-04-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yamashita et al. | Calcium sulfate activated by thulium or dysprosium for thermoluminescence dosimetry | |
| US7525100B2 (en) | Bright and fast neutron scintillators | |
| Bessiere et al. | New thermal neutron scintillators: and | |
| EP2573590A1 (en) | Neutron beam detector, neutron beam detection scintillator, and method for discrimination between neutron beam and beam | |
| US20210395610A1 (en) | Single crystal with garnet structure for scintillation counters and method for producing same | |
| DE102007057886A1 (en) | Scintillator composition useful in radiation detectors comprises a lutetium phosphate matrix activated with cerium and praseodymium ions | |
| KR102466494B1 (en) | Scintillator for gamma-ray and neurton detection, method of manufacturing the scintillator and separation measurement method using scintillator | |
| US3996472A (en) | Thermoluminescent materials utilizing rare earth oxyhalides activated with terbium | |
| CN113372004A (en) | Borate scintillation microcrystalline glass and preparation method and application thereof | |
| Majewski | Fast scintillators for high radiation levels | |
| CN115368897A (en) | Potassium cryolite type rare earth scintillation material | |
| RU2723395C1 (en) | Scintillation material and method for its production | |
| Kling et al. | Scintillation properties of cerium-doped gadolinium-scandium-aluminum garnets | |
| Yang et al. | Development of BaF 2 crystals for future HEP experiments at the intensity frontiers | |
| Reeder et al. | Neutron/gamma discrimination in LiBaF 3 scintillator | |
| Bajaj et al. | An introduction to radio-photoluminescence and scintillation for dosimetric applications | |
| Shinde et al. | Development and Characterisation of a BaSO4: Eu, P Phosphor as a High Sensitive TL Dosemeter | |
| RU2328755C1 (en) | Method of obtaining transparent ceramic and scintillator based on such ceramic | |
| Messous et al. | Indium disilicate, a new fast scintillator | |
| James et al. | Isomeric States of Nd 141 and Sm 143 | |
| Drury et al. | Garnet scintillator-based devices for gamma-ray spectroscopy | |
| Nair et al. | Exploration of commercially available phosphors for thermoluminescence dosimetry | |
| Varma et al. | The Disintegration of Mo 99 | |
| RU214129U1 (en) | RADIOLUMINESCENT SOURCE OF OPTICAL RADIATION | |
| Townsend et al. | Beta-and Gamma-Spectra of Cs 137 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |