방사선량 측정 단위와 방사선측정기 종류

방사선량 측정은 방사선의 양이나 강도를 정량적으로 측정하는 과정입니다. 이는 방사선을 사용하는 다양한 분야에서 중요하며, 특히 의료, 과학 연구, 원자력 산업, 환경 모니터링 등에서 필수적입니다.

 

 

 

 

“방사선량 단위”

 

방사선량은 주로 시버트(Sievert) 또는 그레이(Gray) 단위로 측정되며, 이들 단위는 방사선에 노출된 조직이나 물질에 어떤 효과가 있을지 예측하는 데 도움을 줍니다.

 

1. 시버트(Sievert)

 

시버트(Sievert, Sv)는 방사선의 생물학적 효과를 측정하는 국제단위입니다.. 이는 방사선이 인체에 어떤 영향을 미칠 수 있는지를 나타내며, 방사선의 종류와 에너지 그리고 노출된 부위 등을 고려하여 계산됩니다.

 

1시버트(Sv)는 매우 큰 단위로, 일반적으로 인간이 받게 되는 방사선량은 이보다 훨씬 작습니다. 따라서 실제로는 밀리시버트(mSv, 1/1000 Sv) 또는 마이크로시버트(μSv, 1/1,000,000 Sv) 등의 단위가 일반적으로 사용됩니다.

 

주요 활용 사례:

 

- 직업적 노출: 원자력 발전소 작업자나 의료 분야에서 종사하는 사람들은 자신이 받게 되는 방사선량을 시버트로 측정합니다.

- 환경적 노출: 자연에서 발생하는 배경 방사선량(예: 토양이나 공기에서 나오는 방사성 물질)도 시버트로 측정됩니다.

- 의료적 노출: X-레이 검진이나 CT 스캔 같은 진단 절차나 핵의학 치료 등에서 목표 부위가 받게 되는 복사량도 시버트로 측정합니다.

 

일상생활에서 평균인간은 대략 2~3mSv 정도의 자연 배경 복사를 연간으로 받습니다. 하지만 이 수치는 거주 지역에 따라 다르며, 의료 검진 등에 따라 추가로 복사를 받을 수 있습니다.

 

그러나 주의할 점은 시버트 값만 보고서 바로 건강 위험성을 판단하기 어렵다는 것입니다. 왜냐하면 동일한 시버트 값도 그 복사가 전체 몸에 분산되어 있느냐 아니면 특정 부위에 집중되어 있느냐에 따라 생체 효과가 크게 다르기 때문입니다. 따라서 방사선량과 건강 위험성에 대한 정확한 판단은 전문가의 도움이 필요합니다.

 

2. 그레이(Gray)

 

그레이(Gray, Gy)는 방사선의 에너지가 물질에 흡수되는 양을 나타내는 단위입니다. 그레이 값은 방사선이 특정 물질에 전달하는 에너지의 양을 측정하며, 이는 해당 물질 내부에서 발생하는 화학적 또는 생물학적 변화와 관련됩니다.

 

1 그레이는 1 킬로그램의 물질이 1줄(Joule)의 방사선 에너지를 흡수했다는 것을 의미합니다. 줄은 에너지의 SI 단위로, 일반적으로 Joule로 표기됩니다.

 

그레이 단위는 주로 의료 분야에서 사용되며, 방사선 치료에서 활용됩니다. 암 치료를 예로 들면, 종양 조직에 목표 복사량인 그레이 값을 제공하여 종양 세포를 파괴하거나 성장을 억제할 수 있습니다.

 

그러나 그렇다고 해서 그렇게 간단하지만은 않습니다. 왜냐하면 같은 그레이 값도 다른 유형과 조직에서 다른 생물학적 영향을 가질 수 있기 때문입니다. 예를 들어 알파 입자나 중성자와 같은 입자 방사선은 동일한 에너지 양의 감마 선이나 X-선보다 큰 생체 영향을 가진다고 알려져 있습니다.

 

따라서 실제로 생체 영향을 평가하기 위해서는 '시버트(Sievert)'라고 하는 단위가 사용됩니다. 시버트 값은 그래 값을 기반으로 계산되며, 추가적으로 방사선 종류와 조직에 대한 가중치를 곱하여 생체 영향성을 고려합니다.

 

요약하면, '그레이'값은 "물질 내부에서 흡수된 방사선의 양"을 나타내며 의료 분야에서 주로 사용됩니다. 하지만 실제 생체 영향 평가에는 '시버트'라고 하는 단위가 사용되어야 합니다.

 

“방사선량 측정기”

 

1. Geiger-Müller 계수기

 

Geiger-Müller 계수기는 방사선 감지기의 한 유형으로, 주로 알파 입자, 베타 입자, 감마 선회 등의 방사선을 탐지하는 데 사용됩니다. 이 장치는 Hans Geiger와 Walther Müller에 의해 1920년대에 개발되었습니다.

 

Geiger-Müller 계수기의 핵심 부분은 Geiger-Müller 관입니다. 이 관은 두 개의 전극(음극과 양극)과 가스(주로 아르곤이나 헬륨)로 채워진 금속 통으로 구성되어 있습니다. 양극은 보통 중앙에 위치한 와이어로, 음극은 금속 통 자체를 사용하며, Geiger-Müller 계수기의 작동원리는 다음과 같습니다.

 

가. Geiger-Müller 관에 고전압(보통 수백에서 수천 볼트)을 가하면 전기장이 생성됩니다.

나. 방사선 입자가 관을 통과하면 가스 분자를 이온화시키며 자신의 에너지를 전달합니다.

다. 이온화된 분자들이 전기장에 의해 양극 또는 음극으로 당겨집니다.

라. 이들 분자가 충돌하면서 추가적인 이온화를 일으키고, 결국 '무리 이온화'라고 하는 현상을 일으킵니다.

마. 결과적으로 큰 전류 펄스가 발생하며, 이것이 검출 및 측정되어 방사선 입자의 존재를 나타냅니다.

 

Geiger-Müller 계수기는 매우 민감하고 강력한 도구입니다만 몇 가지 단점도 있습니다:

 

가. 에너지 정보 제공

 

GM 계수기는 방사선 입자가 있었다는 사실만 알려주며 그런 입자들이 어떤 종류였거나 얼마나 많은 에너지를 가졌었는지 알려주진 않습니다.

 

나. 불감 시간

 

GM 계수기가 다음 입력을 받아들일 준비가 되려면 약간의 시간(몇 밀리초)이 필요합니다. 따라서 매우 높은 방사선 수준에서는 이 장치가 정확한 측정을 제공하지 못할 수 있습니다.

 

그럼에도 불구하고, Geiger-Müller 계수기는 그 신뢰성, 내구성, 그리고 비교적 저렴한 가격 때문에 널리 사용되고 있습니다.

 

2. Scintillation detector

 

Scintillation detector는 방사선 감지기의 한 유형으로, 방사선 입자를 감지할 때 발생하는 빛(신틸레이션)을 측정하는 장치입니다. 이 장치는 알파 입자, 베타 입자, 감마 선회 등 다양한 유형의 방사선을 탐지할 수 있습니다.

 

신틸레이션 검출기의 주요 구성 요소는 신틸레이션과 광전자증배관(photomultiplier tube)입니다.

 

가. 신틸레이터

 

이것은 방사선에 의해 활성화되면 빛을 발생시키는 물질입니다. 신틸레이터는 고체(예: 나일론), 액체, 혹은 가스 형태가 될 수 있으며 종류에 따라 다른 종류와 에너지의 방사선에 반응합니다.

 

나. 광전자증배관

 

이것은 신틸레이터에서 발생한 빛을 전기 신호로 변환하는 역할을 합니다. 광전자증배관 내부에서 빛 포톤은 광전 효과를 통해 전자로 변환되고, 이 전자들은 일련의 동력화된 엘리트로드(dynodes)를 통과하면서 점점 증가합니다. 최종적으로 큰 전기 신호가 생성되어 외부 장치에서 쉽게 검출됩니다.

 

신틸레이션 검출기는 Geiger-Müller 계수기보다 복잡하고 비싼 편이지만 몇 가지 중요한 이점이 있습니다.

 

에너지 분별: 신틸레이션 검출기는 받아들인 방사선 입자의 에너지 수준에 따라 다른 양의 빛을 생성합니다.

 

높은 카운트 속도: "카운트 속도"는 단위 시간당 감지된 이벤트의 수를 나타내는 용어로, PMT에서는 주로 단위 시간당 감지된 빛 펄스의 수를 의미합니다. PMT가 가진 높은 카운트 속도는 방사선 검출기와 같이 매우 짧은 시간 동안 발생하는 이벤트를 정확하게 측정해야 하는 응용 분야에서 중요한 장점입니다.

 

우수한 감도: 스킨필레이션 검출기는 매우 작은 양의 방사선도 감지할 수 있으며, 따라서 매우 낮은 방사선 수준에서도 사용할 수 있습니다.

 

 

3. Dosimeter

 

도시미터(Dosimeter)는 방사선 노출량을 측정하는 장치입니다. 이 장치는 특히 방사능 작업을 하는 사람들이나, 방사선 치료를 받는 환자들에게 자신들이 얼마나 많은 방사선에 노출되었는지를 알려주기 위해 사용됩니다.

 

도시미터의 핵심 기능은 시간 동안 받아들인 총 방사선 노출량을 추적하고 기록하는 것입니다. 이 장치는 주로 시버트(Sievert, Sv)나 그레이(Gray, Gy)와 같은 단위로 측정값을 제공합니다.

 

도시미터에는 여러 가지 유형이 있습니다:

 

가. 필름배지 도시미터

 

이것은 가장 널리 사용되며, 작고 저렴한 장비입니다. 필름 배지 도시미터는 특별한 종류의 포토그래픽 필름을 사용하여 방사선회가 얼마나 많은 에너지를 전달하였는지를 추적합니다.

 

나. 열형광선량계(TLD)

 

TLDs는 특정 물질(예: 리튬 플루오라이드) 내에서 방사성 입자에 의해 발생한 에너지를 저장할 수 있습니다. 나중에 이러한 장치를 가열하면 저장된 에너지가 빛으로 해방되며, 이 빛의 양으로부터 원래의 방사성 입자 수를 계산할 수 있습니다.

 

다. 전자식 도시미터

 

전자식 도시미터는 전기 신호로 변환된 신틸레이션 혹은 반도체 검출기 등을 활용하여 실시간으로 읽어낼 수 있는 정보를 제공합니다.

 

각 유형의 도시미터가 갖추고 있는 각기 다른 기능과 성능 때문에, 특정 상황에서 최적의 결과를 얻으려면 적절한 유형의 도시미터 선택이 중요합니다.

 

4. Ionization chamber

 

이온화 챔버(Ionization Chamber)는 방사선을 감지하는 장치 중 하나로, 주로 알파 입자, 베타 입자, 감마 선회 등의 방사선을 측정하는 데 사용됩니다.

 

이온화 챔버는 기본적으로 두 개의 전극(음극과 양극)과 이들 사이에 존재하는 가스(대개는 공기)로 구성되어 있습니다. 이 장치에 고전압을 가하면 전기장이 형성되고, 방사선 입자가 가스를 통과하면서 이온화를 일으킵니다. 이때 생성된 자유 전자와 양이온은 전기장에 의해 각각 양극과 음극으로 당겨지며, 이렇게 움직임으로써 전류가 발생합니다.

 

방사선의 강도는 이온화 챔버에서 발생한 전류의 크기로부터 결정할 수 있습니다. 방사선회가 더 강력할수록 더 많은 가스 분자가 이온화되고, 따라서 발생하는 전류도 더 커집니다.

 

다른 방사선 검출기와 비교했을 때, 이온화 챔버는 몇 가지 특징을 지닙니다:

 

가. 에너지 분별능력

 

일반적으로 이온화 챔버는 Geiger-Müller 계수기나 신틸레이션 검출기처럼 상세한 에너지 정보를 제공하지 못합니다.

 

나. 선량률

 

하지만 그 대신에 아주 낮은 선량률에서도 안정적인 결과를 제공하며, 그래서 종종 개인용 도시미터나 환경 모니터링 시스템에서 사용됩니다.

 

다. 펄스 모드와 현재 모드

 

보통의 작동 조건에서 (낮은 세기의 방사선회), 개별적인 입자나 광자를 카운트하기보다는 연속된 전류 신호를 기록합니다.

 

결론적으로 말하면, 핵심 용도 및 필요한 정확성 수준에 따라서 다른 유형의 검출기를 선택하는 것이 중요합니다.