KR20110123324A - 방사선 센서 및 그 응용 방법 - Google Patents

방사선 센서 및 그 응용 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20110123324A
KR20110123324A KR1020100042746A KR20100042746A KR20110123324A KR 20110123324 A KR20110123324 A KR 20110123324A KR 1020100042746 A KR1020100042746 A KR 1020100042746A KR 20100042746 A KR20100042746 A KR 20100042746A KR 20110123324 A KR20110123324 A KR 20110123324A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
scintillator
photoelectric conversion
silicon photoelectric
conversion element
radiation sensor
Prior art date
Application number
KR1020100042746A
Other languages
English (en)
Inventor
김홍주
박환배
김성환
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to KR1020100042746A priority Critical patent/KR20110123324A/ko
Publication of KR20110123324A publication Critical patent/KR20110123324A/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20181—Stacked detectors, e.g. for measuring energy and positional information
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02—Arrangements for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03—Computed tomography [CT]
    • A61B6/037—Emission tomography
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/02—Dosimeters
    • 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
    • G01T1/2018—Scintillation-photodiode combinations
    • G01T1/20188—Auxiliary details, e.g. casings or cooling

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)

Abstract

방사선 센서가 제공된다. 이 방사선 센서는 입사되는 방사선을 광으로 전환하는 비에스오(BSO) 섬광체 및 비에스오 섬광체에 의해 전환된 광을 전기적 신호로 전환하는 실리콘 광전 변환 소자를 포함한다. 이 방사선 센서는 의료 분야, 상업 분야 등 방사선 센서 활용 분야에 모두 활용이 가능하며, 특히 가격이 저렴하고 형광 감쇠 시간 특성이 우수하며, 그리고 비에스오 섬광체의 밀도가 높아서 양전자 방출 단층촬영 시스템 등에 활용될 수 있다.

Description

방사선 센서 및 그 응용 방법{Radiation Sensor and Method of Applying the Same}
본 발명은 방사선 센서 및 그 응용 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 비에스오(BSO) 섬광체 및 실리콘 광전 변환 소자로 이루어진 방사선 센서 및 그 응용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 산업자원부의 차세대신기술개발사업의 일환으로 수행된 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 200907190100, 과제명: PET용 섬광체 제작 기술 개발].
섬광(Scintillation) 현상은 섬광체에 엑스선(X-ray) 등과 같은 방사선을 조사할 때, 방사선 조사와 동시에 빛이 발생하는 현상이다. 이때 발생한 빛을 포토다이오드(photodiode), 광증배관(Photo-MultiplierTube : PMT) 또는 광전 변환 소자(photoelectric transformation element) 등과 같은 적절한 광전 소자(photoelectric element)를 이용하여 측정함으로써, 방사선 정보가 획득될 수 있다. 이렇게 획득된 방사선 정보를 적절한 방식으로 처리함으로써, 방사선의 검출 및 방사선 영상이 획득될 수 있다.
섬광체(Scintillator)는 입사한 자외선(UltraViolet ray : UV ray), 엑스선, 알파선(α-ray), 베타선(β-ray), 전자선(electron ray), 감마선(γ-ray) 및 중성자선(neutron ray) 등과 같은 이온화 방사선을 가시광선 파장 영역의 빛으로 변환해 주는 방사선 센서로서, 전산화 단층촬영(Computed Tomography : CT) 시스템, 양전자 방출 단층촬영(Positron Emission Tomography : PET) 시스템, 단일 광자 방출 단층촬영(Single Photon Emission Computed Tomography : SPECT) 시스템 또는 앵거 카메라(anger camera)라 불리는 감마 카메라(gamma camera) 등과 같은 의료 영상 시스템, 각종 방사선 검출기 및 공업용 방사선 센서 등과 같이 다양한 분야에 널리 이용되고 있다.
방사선 검출 효율이 높고, 그리고 형광 감쇠 시간(luminescence decay time)이 짧은 섬광체가 다양한 분야에 응용될 수 있다. 대부분의 분야에서 응용되기 위한 이상적인 섬광체는 밀도가 높고, 원자번호가 크고, 광 출력이 크고, 잔광(afterglow)이 없으며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧아야 한다. 또한, 섬광체는 발광 파장이 광전 소자의 스펙트럼과 일치해야 하는 동시에 기계적으로 견고하고, 내방사선(radiation hardness) 정도가 높고, 그리고 가격이 낮아야 한다. 그러나 섬광체들은 각각의 장단점이 있기 때문에, 하나의 섬광체가 모든 분야에 이상적으로 응용될 수는 없다.
1948년 호프스태터(Hofstadter)에 의해 NaI:Tl 섬광체가 등장한 이래, 섬광체는 방사선 의학, 핵물리학 또는 고에너지 물리학 등이 발전함에 따라, 현재까지 여러 가지 종류의 섬광체들이 개발되어 실용화되어 왔다. 주요한 섬광체들로는 NaI:Tl 섬광체를 시초로 하여 CsI, CsI:Tl 등과 같은 알칼리 할라이드(alkali halide) 섬광체들 외, BGO(Bi4Ge3O12), PbWO4, LSO(Lu2SiO5) 등과 같은 섬광체들이 있다. 밀도가 높은 BGO 섬광체는 전산화 단층촬영 시스템에 활용되고 있으며, 반면에 PbWO4 섬광체는 일반적으로 고에너지 물리학을 위해 개발되어 활용되고 있으며, 좋은 시간 분해능(τ = 40 ns)과 우수한 검출 효율을 갖는 LSO 섬광체는 양전자 방출 단층촬영 시스템에 활용되고 있다.
특히, 양전자 방출 단층촬영 시스템에 사용되는 섬광체는 형광 감쇠 시간이 짧고, 밀도가 높으면, 그리고 광 출력이 커야 한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 방사선 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 방사선에 대한 감도가 높고, 광 출력이 크며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧은 섬광체를 갖는 방사선 센서를 포함하는 양전자 방출 단층촬영 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 이상에서 언급한 과제들에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선 센서를 제공한다. 이 방사선 센서는 입사되는 방사선을 광으로 전환하는 비에스오(BSO) 섬광체 및 비에스오 섬광체에 의해 전환된 광을 전기적 신호로 전환하는 실리콘 광전 변환 소자를 포함할 수 있다.
비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자는 광학적으로 결합되어질 수 있다. 비에스오 섬광체과 실리콘 광전 변환 소자는 광 그리스에 의해 광학적으로 직접 결합되어질 수 있다. 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자는 광섬유에 의해 광학적으로 간접 결합되어질 수 있다.
비에스오 섬광체는 Bi2O3와 SiO2를 모체로 할 수 있다. 비에스오 섬광체는 초클라스키 방식 또는 브리지만 방식을 이용하여 육성된 단결정 형태를 가질 수 있다. 비에스오 섬광체는 Bi4Si3O12 또는 Bi12SiO20을 포함할 수 있다.
비에스오 섬광체는 370 ~ 460 nm 범위의 발광 파장을 가질 수 있다.
비에스오 섬광체는 100 ns 이하의 형광 감쇠 시간을 가질 수 있다.
비에스오 섬광체는 자연 방사선 핵종을 포함하는 않는 것일 수 있다.
실리콘 광전 변환 소자는 가이거 방식 사태 포토다이오드, 실리콘 광증배관 및 다중 화소 광자 계수기 중에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
실리콘 광전 변환 소자는 전기적 신호의 증폭 정도를 조절하는 기능을 더 가질 수 있다. 증폭 정도를 조절하는 기능은 비에스오 섬광체에 의해 전환된 광이 실리콘 광전 변환 소자에서 포화되지 않도록 하는 것일 수 있다.
실리콘 광전 변환 소자를 냉각시키기 위한 냉각부를 더 포함할 수 있다. 냉각부는 비에스오 섬광체를 추가로 냉각시킬 수 있다. 냉각부는 펠티에 소자일 수 있다. 냉각부는 냉매로 액체 질소 또는 액체 헬륨을 사용할 수 있다.
또한, 상기한 다른 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 양전자 방출 단층촬영 시스템을 제공한다. 이 양전자 방출 단층촬영 시스템은 입사되는 방사선을 광으로 전환하는 비에스오(BSO) 섬광체 및 비에스오 섬광체에 의해 전환된 광을 전기적 신호로 전환하는 실리콘 광전 변환 소자로 구성된 방사선 센서를 포함할 수 있다.
방사선 센서는 의학 분야 또는 산업 분야에서 방사선 검출 장치로 사용될 수 있다.
의학 분야에서 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템에 포함될 수 있다.
산업 분야에서 엑스선, 감마선, 자외선, 전자선, 알파입자, 베타입자 및 중성자 중에서 선택된 적어도 하나의 방사선량을 측정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 과제의 해결 수단에 따르면 광 출력은 작지만, 방사선에 대한 감도가 높고, 발광 파장이 실리콘 광전 변환 소자에 잘 일치(matching)하고, 형광 감쇠 시간이 짧고, 녹는점이 낮아서 단결정 유석이 쉽고, 그리고 자연 방사선 핵종이 포함되지 않은 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서가 제공될 수 있다. 이에 따라, 방사선 영상을 획득하기 위한 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템 등과 같은 의학 영상 시스템에 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서가 응용될 수 있다. 특히, 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 비에스오 섬광체의 밀도가 높고, 그리고 형광 감쇠 시간 특성이 매우 빠르기 때문에, 양전자 방출 단층촬영 시스템에 적합한 편이다.
아울러, 자외선, 엑스선, 전자선, 알파입자(α-particle), 베타입자(β-particle), 감마선 및 중성자 등과 같은 다양한 방사선에 대한 방사선량 측정에 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서가 응용될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서를 설명하기 위한 블록 구성도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서에 포함된 비에스오 섬광체의 발광 스펙트럼 그래프;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서의 형광 감쇠 시간 특성 그래프;
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서의 137Cs 662 keV 감마선에 대한 에너지 분해능 그래프.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 구성 요소들의 크기 및/또는 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 구성 요소들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 구성 요소들의 모양은 장치의 구성 요소의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서를 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 방사선 센서(100)는 비에스오(BSO) 섬광체(110) 및 실리콘 광전 변환 소자(120)를 포함한다. 비에스오 섬광체(110)와 실리콘 광전 변환 소자(120)는 광학적 결합부(115)를 통해 광학적으로 결합될 수 있다. 광학적 결합부(115)는 광 그리스(optical grease) 또는 광섬유를 포함할 수 있다. 비에스오 섬광체(110)와 실리콘 광전 변환 소자(120)는 광 그리스에 의해 광학적으로 직접 결합될 수 있다. 비에스오 섬광체(110)와 실리콘 광전 변환 소자(120)는 광섬유에 의해 광학적으로 간접 결합될 수 있다.
비에스오 섬광체(110)는 입사되는 방사선(200)을 광으로 전환할 수 있다. 비에스오 섬광체(110)는 Bi2O3와 SiO2를 모체로 하여 초크랄스키(Czochralski) 방식 또는 브리지만(bridgman) 방식을 이용하여 육성된 단결정 형태를 가질 수 있다. 비에스오 섬광체(110)는 Bi4Si3O12 또는 Bi12SiO20을 포함할 수 있다. 비에스오 섬광체(110)는 370 ~ 460 nm 범위의 발광 파장을 가질 수 있다. 비에스오 섬광체(110)는 100 ns 이하의 형광 감쇠 시간을 가질 수 있다. 비에스오 섬광체(110)는 자연 방사선 핵종을 포함하지 않을 수 있다.
실리콘 광전 변환 소자(120)는 비에스오 섬광체(110)에 의해 전환된 광을 전기적 신호로 전환할 수 있다. 실리콘 광전 변환 소자(120)는 가이거 방식 사태 포토다이오드(Geiger mode Avalanche PhotoDiode : GAPD), 실리콘 광증배관(Silicon PhotoMultiplier tube : SiPM) 및 다중 화소 광자 계수기(Multi-Pixel Photon Counter : MPPC) 중에서 선택된 적어도 하나를 사용할 수 있다.
실리콘 광전 변환 소자(120)는 전기적 신호의 증폭 정도를 조절하는 기능을 더 가질 수 있다. 증폭 정도를 조절하는 기능은 비에스오 섬광체(110)에 의해 전환된 광이 실리콘 광전 변환 소자(120)에서 포화되지 않도록 하는 것일 수 있다. 비에스오 섬광체(110)은 실리콘 광전 변환 소자(120)의 광전 효율 특성에 잘 일치(matching)할 수 있다. 이에 따라, 방사선 센서(100)의 특성이 향상될 수 있다.
비에스오 섬광체(110)는 밀도가 6.8 g/cm3로 비교적 크고, 유효 원자번호(Zeff)가 76.2로서 매우 높으며, 그리고 형광 감쇠 시간이 짧아서 양전자 방출 단층촬영 시스템에 현재 많이 사용되고 있는 BGO 섬광체에 비해 빠른 형광 감쇠 시간 특성을 가질 뿐만 아니라, 모체를 구성하는 주성분인 GeO2보다 SiO2의 가격이 저렴하므로 육성된 섬광 단결정의 가격 또한 저렴하다. 한편, LSO 섬광체의 주성분인 희토류 원소인 루테튬(Lu)에 비해서도 가격이 저렴하면서, 자연 방사선 핵종에 의한 백그라운드가 없고, 유효 원자번호가 높으며, 그리고 녹는 점이 낮아서 결정 성장이 유리하다. 하지만, 비에스오 섬광체(110)의 단점으로 광 출력이 BGO의 약 20%에 불과하여 방사선 측정기로서의 가능성이 매우 낮은 섬광체이다. 그러나 실리콘 광전 변환 소자(120)가 개발되어 상용화됨에 따라, 적은 광 출력의 섬광체를 사용함에도 불구하고 광전 변환 효율이 높아짐으로써, 적은 광 출력을 갖는 비에스오 섬광체(110)을 활용하는 방사선 센서(100)가 제공될 수 있다.
방사선 센서(100)는 실리콘 광전 변환 소자(120)를 냉각시키기 위한 냉각부(130)를 더 포함할 수 있다. 냉각부(130)는 비에스오 섬광체(110)를 추가로 냉각시킬 수 있다. 냉각부(130)는 펠티에(Peltier) 소자일 수 있다. 냉각부(130)는 냉매로 액체 질소 또는 액체 헬륨을 사용할 수 있다. 이에 따라, 방사선 센서(100)의 잡음이 줄어들 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 의학 분야 또는 산업 분야에서 방사선 검출 장치로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 의학 분야에서 앵거 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일광자 방출 단층촬영 시스템에 포함될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 비에스오 섬광체의 밀도가 높기 때문에, 양전자 방출 단층촬영 시스템에 적합할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 산업 분야에서 엑스선, 감마선, 자외선, 전자선, 알파입자, 베타입자 및 중성자 중에서 선택된 적어도 하나의 방사선량을 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서에 포함된 비에스오 섬광체의 발광 스펙트럼 그래프이고, 그리고 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서의 형광 감쇠 시간 특성 그래프이다.
실온에서의 발광 스펙트럼은 X-선의 여기에 대한 발광 스펙트럼을 QM6000(Ocean Optics Inc.)을 사용하여 측정한 것이다. 실온에서의 형광 감쇠 시간은 실리콘 광전 변화 소자(도 1의 120 참조)인 다중 화소 광자 계수기의 출력 신호를 파고 분석장치(pulse height analysis system)로 측정한 것이다.
도 2를 참조하면, 방사선 센서에 포함된 비에스오 섬광체의 광 출력 특성을 알아보기 위해 분광기를 사용하여 350 ~ 800 nm 범위에서 측정한 발광 스펙트럼이 도시되어 있다. 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서의 비에스오 섬광체는 360 ~ 700 nm 범위의 발광 파장 및 420 nm의 최대 피크(peak) 파장을 가질 수 있다. 이러한 발광 파장 영역은 방사선 센서에 포함되어 실리콘 광전 변환 소자로 사용되는 의 광전 변환 효율 특성과 잘 일치(matching)한다. 또한, 방사선 센서에 포함된 비에스오 섬광체의 광 출력은 2,000 phs/MeV 정도임을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 방사선 센서의 형광 감쇠 시간 특성을 알아보기 위해 상온에서 방사선 센서에 137Cs 662 keV 감마선을 조사하여 측정한 형광 감쇠 시간들이 도시되어 있다. 그래프에서 파동치는 변동선은 실제 측정값들이고, 변동성 내의 직선은 실제 측정값들의 추세선이다. 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서는 세 개의 시간 성분을 가지는 것을 알 수 있다. 세 개의 시간 성분은 각각 4.5 ns인 빠른 시간 성분(점선)과 42.5 ns인 중간 시간 성분(일점 쇄선)과 95 ns인 느린 시간 성분(이점 쇄선)이다. 빠른 시간 성분인 4.5 ns는 전체 형광의 5%를 차지하며, 중간 시간 성분인 42.5 ns는 전체 형광의 16%를 차지하며, 느린 시간 성분인 95 ns는 전체 형광의 79%를 차지한다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서는 95 ns 이하의 빠른 시간 특성을 갖는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서의 137Cs 662 keV 감마선에 대한 에너지 분해능 그래프이다.
실온에서의 에너지 분해능은 실리콘 광전 변화 소자(도 1의 120 참조)인 다중 화소 광자 계수기의 출력 신호를 파고 분석장치로 측정한 것이다.
도 4를 참조하면, 방사선 센서의 에너지 분해능을 측정하기 위해 방사선 센서에 137Cs 662 keV 감마선을 조사하여 측정한 파고 스펙트럼의 광전 피크(꺾은 선), 측정된 광전 피크의 잡음을 피팅(fitting)한 바탕값(background) 선(2) 및 잡음을 제거한 후 통계적으로 계산된 에너지 분해능(3)이 도시되어 있다. 그래프에서 1번 실선(1)은 실제 측정된 광전 피크의 피팅 선이고, 2번 실선(2)은 실제 측정된 광전 피크의 잡음을 피팅한 바탕값 선이고, 그리고 3번 실선(3)은 실제 측정된 광전 피크의 피팅 선인 1번 실선(1)의 값들에서 이에 대응되는 실제 측정된 광전 피크의 잡음을 피팅한 바탕값 선인 2번 실선(2)의 값들을 뺀 값들을 가우시안(Gaussian) 피팅한 선이다. 도시된 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서는 137Cs 662 keV 감마선에 대해 15.8% 정도의 에너지 분해능을 가지는 것을 알 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 방사선에 대한 감도가 높고, 에너지 분해능이 15.8% 정도이고, 그리고 형광 감쇠 시간이 95 ns(79%) 이하로 매우 빠른 시간 특성을 보이기 때문에, 방사선 영상을 획득하기 위한 감마 카메라, 전산화 단층촬영 시스템, 양전자 방출 단층촬영 시스템 또는 단일 광자 방출 단층촬영 시스템에 포함되어 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 따른 비에스오 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합된 방사선 센서는 비에스오 섬광체의 밀도가 높고, 그리고 시간 특성이 매우 빠르기 때문에, 양전자 방출 단층촬영 시스템용 방사선 센서로 적합하다. 아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방사선 센서는 자외선, 엑스선, 전자선, 알파입자, 베타입자, 감마선 및 중성자 등과 같은 다양한 방사선에 대한 방사선량 측정을 위한 방사선 센서에 포함되어 사용될 수도 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 방사선 센서
110 : 비에스오(BSO) 섬광체
115 : 광학적 결합부 120 : 실리콘 광전 변환 소자
130 : 냉각부 200 : 방사선

Claims (18)

  1. 입사되는 방사선을 광으로 전환하는 비에스오(BSO) 섬광체; 및
    상기 비에스오 섬광체에 의해 전환된 광을 전기적 신호로 전환하는 실리콘 광전 변환 소자를 포함하는 방사선 센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체와 상기 실리콘 광전 변환 소자는 광학적으로 결합되어지는 것을 특징으로 방사선 센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체와 상기 실리콘 광전 변환 소자는 광 그리스에 의해 광학적으로 직접 결합되어지는 것을 특징으로 방사선 센서.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체와 상기 실리콘 광전 변환 소자는 광섬유에 의해 광학적으로 간접 결합되어지는 것을 특징으로 방사선 센서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 Bi2O3와 SiO2를 모체로 하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 초클라스키 방식 또는 브리지만 방식을 이용하여 육성된 단결정 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 Bi4Si3O12 또는 Bi12SiO20을 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 370 ~ 460 nm 범위의 발광 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 100 ns 이하의 형광 감쇠 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 비에스오 섬광체는 자연 방사선 핵종을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 광전 변환 소자는 가이거 방식 사태 포토다이오드, 실리콘 광증배관 및 다중 화소 광자 계수기 중에서 선택된 적어도 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 광전 변환 소자는 상기 전기적 신호의 증폭 정도를 조절하는 기능을 더 갖는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 증폭 정도를 조절하는 기능은 상기 비에스오 섬광체에 의해 전환된 상기 광이 상기 실리콘 광전 변환 소자에서 포화되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 실리콘 광전 변환 소자를 냉각시키기 위한 냉각부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 비에스오 섬광체를 추가로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 냉각부는 펠티에 소자인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 냉각부는 냉매로 액체 질소 또는 액체 헬륨을 사용하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
  18. 비에스오(BSO) 섬광체와 실리콘 광전 변환 소자가 광학적으로 결합되어진 방사선 센서를 포함하는 양전자 방출 단층촬영 시스템.
KR1020100042746A 2010-05-07 2010-05-07 방사선 센서 및 그 응용 방법 KR20110123324A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100042746A KR20110123324A (ko) 2010-05-07 2010-05-07 방사선 센서 및 그 응용 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100042746A KR20110123324A (ko) 2010-05-07 2010-05-07 방사선 센서 및 그 응용 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20110123324A true KR20110123324A (ko) 2011-11-15

Family

ID=45393494

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100042746A KR20110123324A (ko) 2010-05-07 2010-05-07 방사선 센서 및 그 응용 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20110123324A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019098629A1 (ko) * 2017-11-17 2019-05-23 고려대학교 산학협력단 방사선의 종류를 구별하여 검출하는 방사선 검출기
KR20200009344A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 연세대학교 원주산학협력단 다분할 플라스틱 섬광체 기반의 방사성 핵종 검출기 및 이를 이용한 방사선 검출방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019098629A1 (ko) * 2017-11-17 2019-05-23 고려대학교 산학협력단 방사선의 종류를 구별하여 검출하는 방사선 검출기
US11346962B2 (en) 2017-11-17 2022-05-31 Korea University Research And Business Foundation Radiation detector for detecting radiation and identifying type thereof
KR20200009344A (ko) * 2018-07-18 2020-01-30 연세대학교 원주산학협력단 다분할 플라스틱 섬광체 기반의 방사성 핵종 검출기 및 이를 이용한 방사선 검출방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lucchini et al. Effect of Mg2+ ions co-doping on timing performance and radiation tolerance of Cerium doped Gd3Al2Ga3O12 crystals
US7405404B1 (en) CeBr3 scintillator
US7655919B1 (en) Cesium and lithium-containing quaternary compound scintillators
US20180171224A1 (en) Cesium and sodium-containing scintillator compositions
US8362439B1 (en) Mixed cesium sodium and lithium halide scintillator compositions
Khoshakhlagh et al. Development of scintillators in nuclear medicine
Taggart et al. Investigation into the potential of GAGG: Ce as a neutron detector
EP1867696A1 (en) High counting rate scintillator
KR101094370B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
KR20110123324A (ko) 방사선 센서 및 그 응용 방법
KR101094368B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
US8242452B1 (en) Cesium and sodium-containing scintillator compositions
KR101276732B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
David et al. X-ray luminescence efficiency of GAGG: Ce single crystal scintillators for use in tomographic medical imaging systems
Limkitjaroenporn et al. PTR, PCR and energy resolution study of GAGG: Ce scintillator
KR101223044B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
Khoshakhlagh et al. A Monte Carlo study for optimizing the detector of SPECT imaging using a XCAT human phantom
Bajaj et al. An introduction to radio-photoluminescence and scintillation for dosimetric applications
JP6233925B2 (ja) 熱量検出器及び光検出器を用いた放射能絶対測定装置
Limkitjaroenporn et al. Comparative studies of the light yield non-proportionality and energy resolution of CsI (Tl), LYSO and BGO scintillation crystals
Yang et al. Development and Application of Gamma Camera in the Field of Nuclear Medicine
KR101204334B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
Watanabe Detectors Using Radiation Induced Luminescence
KR20090119033A (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법
KR100941692B1 (ko) 방사선 센서용 섬광체, 및 그 제조 및 응용 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application