X-Ray 의 신틸레이터(Scintillator)에 대해 알아봅시다
우리는 지난 시간에 X-Ray 촬영 방법인 DR(Digital Radiography)의 원리에 대해 알아보았습니다.
위의 설명과 같이 DR 은 방사선을 전기적 신호로 변환해 이미지를 구현하는 장비인데,
X 선을 어떻게 전기신호로 변환할 수 있을까요?
X-Ray 촬영 장비의 제품 스펙을 확인하다 보면 신틸레이터(scintillator)라는 항목이 있습니다.
방사선(X-Ray)이 부딪히면 빛을 발생시키는 물질로 X-Ray 촬영 장비에는 꼭 필요한 핵심 물질인데,
방사선이 전기신호로 변환되는 과정에서 이 신틸레이터가 큰 역할을 합니다.
이번 시간에는 신틸레이터에 대해 알아보도록 하겠습니다.
신틸레이터(Scintillator)?
신틸레이터는 위에서 언급한 것처럼 방사선이 부딪혀 빛을 발생시키는 물질로,
방사선의 검출에 주로 사용되는 형광체를 뜻합니다.
신틸레이터를 처음 사용한 장치는 1903년 영국의 화학자이자 물리학자인
William Crookes 가 제작한 스핀더리스코프(Spinthariscope)입니다.
스핀더리 스코프는 알파선이 황화아연의 막에 부딪쳐서 생기는 형광(불꽃)을 관찰하는 기구로,
황화아연이 신틸레이터의 한 종류이며 형광(불꽃)은 신틸레이터에 의한 작용으로 일어나는 것입니다.
신틸레이터의 종류는 크게 무기 화합물과 유기 화합물로 나누어지며,
액체와 기체, 고체 등으로 분류할 수 있습니다.
신틸레이터는 하전입자의 운동에너지가 빛으로 변화하는 효율이 좋아하 하며,
광출력이 높고 빛의 검출 효율이 높아야 합니다.
또한 여기된 전자의 천이가 신속하게 일어나며 필요한 크기로 가공할 수 있는 결정을 얻을 수 있어야 합니다.
주로 대상으로 하는 방사선 및 용도에 따라 구분해 사용됩니다.
신틸레이션 검출기는 방사선을 받아들이는 신틸레이터에
발광을 전기적 신호로 변환하는 광전자 증배관을 붙여서 구성되게 됩니다.
무기 결정 화합물
무기 결정형 신틸레이터는 일반적으로 높은 온도에서 생성되며, 가장 많이 사용되고 있습니다.
일반적으로 무기 화합물의 결정은 밀도가 크기 때문에 감마선의 측정에 적합하고,
형광 효율도 크지만 감쇠 시간은 길다는 단점이 있습니다.
NaI(TI) - 활성체로 미량의 탈륨(Thallium)을 함유하고 있어 유효 원자번호보다 크고
감마선에 대한 검출효율이 좋으나 기계적, 열적 충격에 약합니다.
공기중에서 수분을 흡수해 녹는 성질인 조해성을 가지고 있기 때문에 반드시 밀봉해 사용됩니다.
CsI(TI) - NaI 보다 유효 원자번호나 밀도가 높은 감마선에 대한 효율은 좋지만,
발광 강도가 작고 에너지 분해능이 떨어집니다.
조해성이 아니기 때문에 밀봉하지 않고 그대로 쓸 수 있으며,
얇은 것은 베타선 등 하전입자의 측정에도 사용이 가능합니다.
ZnSI(Ag) - 중성자와 수소의 충돌에서 튀어나온 반조양자의 의한 발광을 이용한 것으로
큰 결정은 얻을 수 없고 미세한 가루모양의 박막으로 사용됩니다.
알파선 검출에 가장 적합하며, 아크릴수지에 ZnS 를 혼합시켜 성형한것은 속중성자의 측정에 적합합니다.
GoS - GoS 또는 Gadox 라고 불리는 가돌리늄의 혼합 무기 화합물로,
고밀도의 높은 유효 원자번호를 가지고 있어 방사선에 대한 상호작용 확률을 높일 수 있습니다.
주요 용도는 세라믹 신틸레이터로 고온에서의 효율 저하가 단점입니다.
유기 결정 화합물
유기 결정형 신틸레이터는 다양한 방식으로 연결된 벤젠 고리 구조를 포함하는 화합물입니다.
가장 일반적인 유기 수정 신틸레이터는 안트라센(Anthracene), 스틸벤(Stilbene),
그리고 나프탈렌(Naphthalene) 등 으로, 내구성이 뛰어나고 감쇠 시간이 짧다는 장점이 있지만
소스가 평행하지 않을 때 에너지 분해능을 상실하는 비 등방성 반응을 보입니다.
쉽게 가공할 수 없으며, 큰 크기로 만들수도 없기 때문에 자주 사용되지는 않습니다.
액체 신틸레이터
액체 신틸레이터는 톨루엔 등의 유기용매에 유기 섬광물질을 녹인 것으로,
신틸레이터 속에 시료를 녹여 사용할 수 있기 때문에 자기 흡수가 없다는 장점이 있습니다.
저에너지의 베타 방출체 및 알파선 측정에 적합합니다.
기체 신틸레이터
기체 신틸레이터는 질소와 헬륨, 아르곤, 크립톤 및 크세논으로 구성됩니다.
검출 응답이 매우 빠르고, 분열 조각 또는 중하 전하 입자를 검출하는데 많이 사용됩니다.
플라스틱 신틸레이터
플라스틱 신틸레이터는 테르페닐과 같은 형광물질을 폴리스티렌 속에 고용체로 넣고 성형시킨 것으로,
가공성이 좋아 여러가지의 크기와 모양으로 만들 수 있다는 장점이 있습니다.
얇은 것은 하전입자용으로, 큰 것은 우주선용이나 감마선용으로 사용되고 있으며,
발광 감쇠 시간이 짧다는 장점에 착안해 시간관계의 측정에 많이 사용됩니다.
수소를 많이 함유하고 있기 때문에 반조양자에 의한 발광을 이용해 속중성자 검출기로도 쓰입니다.
참고
위키피디아 : https://en.wikipedia.org/wiki/Scintillator
https://en.wikipedia.org/wiki/Gadolinium_oxysulfide
https://en.wikipedia.org/wiki/William_Crookes
https://en.wikipedia.org/wiki/Spinthariscope
지식 백과 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=664323&cid=42434&categoryId=42434
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2297045&cid=42419&categoryId=42419
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=656774&cid=42338&categoryId=42338