Characteristics of $CaSO_4$:Dy TL Dosimeters by Determining LLDs, Fadings and Sensitivity Changes in Repeat Uses

김장렬,김봉환,장시영,이형섭,이재기,Kim, Jang-Lyul,Kim, Bong-Hwan,Chang, Si-Young,Lee, Hyung-Sub,Lee, Jae-Ki Korean Association for Radiation Protection 1997 방사선방어학회지 Vol.22 No.3

현재 한국원자력연구소에서 개인방사선피폭관리용으로 사용되고 있는 C-300-A $CaSO_4$:Dy 열형광선량재의 최소검출한계(LLD)를 계산 및 실험에 의하여 구하였으며, 이때 오차의 확율이 자연방사선의 측정변화에 기인되는 선량준위로 정의되는 임계준위도 함께 구하였다. 개인방사선피폭서비스를 수행하는 기관에서는 이를 이용하여 개인선량계 패용 기간동안의 자연방사선 판독결과와 기지의 선량을 조사시킨 선량제의 판독결과로부터 쉽게 LLD를 구할수 있다. 또한 3개월간에 걸쳐 온도 및 습도의 변화에 따른 개인선량제의 잠상퇴행률을 실험적으로 구하였다. 마지막으로 40회 연속사용시 개인선량계의 반복사용에 의한 감도변화를 측정하였다. 본 실험결과 얻어진 잠상퇴행률과 연속사용시의 감도변화를 실제 개인방사선피폭 평가시 적용방법에 대하여 간략하게 논의하였다. Theoretical and experimental determination of the lower limits of detection (LLD) of C-300-A $CaSO_4$:Dy TL dosimeters which are currently used for the personnel monitoring in Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI) are described with a critical level which is defined as the signal level above which a result has a probability of being due to a fluctuation of the background. The personnel monitoring processors can derived easily the LLD of their system using this method with the background readings of their service interval and the irradiation readings of the known doses. Experimental studies were also conducted for the fading rates of the dosimeters with the temperatures and humidities for 3 months. Finally sensitivity changes in repeat uses were measured for 40 times consecutive uses of the dosimeters. The applications of the experimental results of fading rates and sensitivity changes in real personnel monitoring services are discussed briefly.

$CaSO_4:Dy$ 열형광선량계의 소자보정인자(ECF) 산출

임길성,김장렬,Lim, Kil-Sung,Kim, Jang-Lyul 대한방사선방어학회 2005 방사선방어학회지 Vol.30 No.4

Dosimeters are manufactured from same process in the manufacturer but the deviation of TL raw counts exists among the dosimeters. TL raw counts are also gradually degrade due to multiple readings and physical abuse. ECF (Element Correction Factor) correct the degradation and deviation of TL raw counts to the average TL raw counts of reference dosimeters. Procedures for producing ECF of thermoluminescent dosimeters were described In detail. ECFs of 319 reference, control and field dosimeters were measured three times and average of three ECF values was calculated. Also, % CV(Coefficient of Variation) of three ECF values was calculated to verify ECF. ECF & % CV distributions for the field and control dosimeters are presented. TL raw counts of field dosimeters, being used about 6 times for the past 3 years, were almost unchanged, but those of control dosimeters being used more frequently, were degraded about 4.7 %. 열형광선량계의 TL 소자는 동일한 제조공정에 의해 생산되지만 소자의 반응도가 선량계 별로 편차가 있고, 반복사용 또는 외부로부터의 물리적 자극에 의해 반응도가 조금씩 감소한다. 이러한 반응도 감소를 기준선량제의 평균반응값에 맞추어지도록 보정해 주는 인자가 소자보정이자(ECF)이다. 열형광선량계(TLD)의 ECF 측정절차에 대해 자세히 기술하였으며 319개의 기준선량계, 교정용선량계, 현장선량제의 ECF를 3회 측정하여 평균값을 구하였다. 또한 3회 측정에 대한 %CV를 구하여 ECF 측정값을 검증하였다. 선량계 종류별 용도별로 ECF값의 부포를 구했으며, %CV값의 분포도 나타내었다. 현장선량계는 지난 3년동안 6회정도 사용되었는데 ECF값의 변화가 거의 없었고, 보다 빈번하게 사용된 교정용선량계의 ECF값은 평균 4.7% 증가하였다.

국내 내부피폭방사선량 평가 상호비교

이종일,김장렬,김봉환,Lee, Jong-Il,Kim, Jang-Lyul,Kim, Bong-Hwan 대한방사선방어학회 2011 방사선방어학회지 Vol.36 No.2

국내 최초로 국내 원자력 관련 기관을 대상으로 내부피폭방사선량 상호비교 프로그램을 실시하여 국내 내부선량 평가결과의 조화성을 분석하였다. 이를 위하여 섭취경로, 흡수형태, 방사능 입자크기(AMAD) 및 섭취시점을 모르는 경우에 대한 내부선량 평가문제를 개발하였으며, 세 종류의 문제에 각 세 문항씩 총 9문항을 제시하였다. 이번 상호비교 프로그램에는 원자력의학원, 방사선보건연구원, 원자력발전소(고리, 영광, 울진)의 내부선량평가 담당자 7명이 참가하여 문제에 대한 답안을 제출하였으며, 각 문제별 참가자 답안의 기하평균에 대한 각 참가자 답안의 상대 비 분포는 $5.75{\times}10^{-4}$ ~ 9.81이었고, 평가과정에서 극히 일부의 답안을 제외할 경우 참가자 답안의 기하평균에 대한 각 참가자 답안의 상대 비는 0.216 ~ 3.12의 분포를 보였다. The intercomparison exercise on internal dose assessment has been carried out for the purpose of the evaluation for harmonization of internal dosimetry between the nuclear-related institutes in Korea. The exercises of 9 items on internal dose assessment have been developed for the unknown internal dosimetric parameters such as the intake pathway, absorption type, AMAD, and intake time of a radionuclide. Solutions to these exercises were reported by 7 participants from 5 institutes. The range of the ratio between the individual values and the geometric mean value of the evaluated doses for the exercises was $5.75{\times}10^{-4}$ ~ 9.81. But without the extreme partial solution, the range of the ratio was 0.216 ~ 3.12.

LiF:Mg,Cu,Na,Si TL 소자의 선량계적 특성

남영미,김장렬,장시영 대한방사선 방어학회 2001 방사선방어학회지 Vol.26 No.1

최근 개발된 방사선량 측정용 LiF:Mg,Cu,Na,Si TL 소자의 글로우 곡선, 방출스펙트럼, 광자에 대한 선량의존성, 에너지의존성 및 페이딩 등과 같은 물리적 및 선량계적 특성들을 연구하였다. LiF:Mg,Cu,Na,Si TL 소자는 LiF:Mg,Cu,Na,Si TL 분말에 압력을 가한 후 소결하는 방법으로 제조되었다. 방사선에 대한 특성을 알아보기 위하여 광자선 조사는 한국원자력연구소의 X선 발생 장치 및 137Cs γ선 원격조사장치를 이용하였으며, 사용된 광자선 에너지 범위는 20-662keV, 선량 범위는 10-6-102 Gy이었다. 글로우 곡선은 수동형의 TLD 판독장치 (System 310, Teledyne)로 질소를 흘리면서 선형적인 가열률로 측정하였으며, TL 강도는 글로우 곡선을 전체 적분한 면적으로 평가하였다. 5℃·s-1의 선형적인 가열률로 측정한 글로우 곡선은 5개의 피그들로 분리되었으며, 234℃에 나타나는 주피크의 활성화에너지는 2.34 eV, 진동수인자는 1.00×1023이고, 방출스펙트럼은 410nm를 중심으로한 단일한 분포로 나타났다. 선량의존성은 100Gy 이상까지 선형성을 나타내었으며, 137Cs에 대한 저에너지 광자의 상대적인 에너지 반응값은 20% 범위 이내였다. 또한 실온에서 1년간 보관하였을 때, 시간경과에 따른 TL 감도의 감소가 거의 없는 좋은 페이딩 특성을 보였다. Sintered LiF:Mg,Cu,Na,Si thermoluminescence (TL) pellets were developed for application in radiation dosimetry. In the present study, the TL dosimetric properties of LiF:Mg,Cu,Na,Si TL pellets have been investigated for emission spectrum, dose response, energy response, and fading characteristics. LiF:Mg,Cu,Na,Si TL pellets were made by using a sintering process, that is, pressing and heat treatment from TL powders. Photon irradiations for the experiments were carried out using X-ray beams and a 137Cs gamma source at the Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI). The average energies and the dose were in the range of 20-662 keV and 10-6- 102 Gy, respectively. The glow curves were measured with a manual type TLD reader(System 310, Teledyne) at a constant nitrogen flux and a linear heating rate. For a constant heating rate of 5℃·s-1, the main dosimetric peak of glow curve appeared at 234℃, the activation energy was 2.34eV and frequency factor was 1.00×1023. TL emission spectrum is appeared at the blue region centered at 410 nm. A linearity of photon dose response was maintained up to 100 Gy. The photon energy responses relative to 137Cs response were within ±20% at overall photon energy region. The fading of TL sensitivity of the pellets stored at the room temperature was not found for one year.

개인방사선피폭선량평가

이형섭,김장렬,윤석철,이상윤 대한방사선 방어학회 1994 방사선방어학회지 Vol.19 No.2

최근, 개인방사선피폭선량평가에 관한 기술기준이 과학기술처에 의해 고시됨에 따라 국내에서도 개인선량계를 이용한 체외피폭선량평가결과의 신뢰성 문제가 크게 대두되고 있다. 한국원자력연구소에서는 이러한 구내의 상황을 인식하고 자체적인 신뢰성 확보를 위해 미국의 Oak Ridge국립연구소의 주관하에 개인피폭선량의 평가에 관한 국제상호비교검증시험(Personnel Dosimetry Intercomparison Study ; PDIS) 을 수행하였다. 비교 검증시험에는 한국원자력연구소에서 사용하고 있는 Teledyne PB-3 열형광선량계가 사용되였으며 선량게산 알고리즘은 Teledyne PB-3 version1.5-1989를 사용하였다. 본 연구에서는 지금까지 실시된 PDIS의 결과를 요약하고 현재 PB-3 시스템의 개인선량평가성능에 대해 고찰하였으며, 선량평가절차에 대한 문제점 도출을 통하여 직업적 방사선피폭선량 평가능력의 향상을 위한 방안을 제시하였다. Recently, the Ministry of Science and Technology issued a Ministerial Ordinance (N0 1992-15) about the technical criteria on personnel radiation dosimetry. In today's climate, it is important to demonstrate and document that the processor's systems and services to others meet national standards of quality. The purpose of this study is to verify the performance of the Teledyne PB-3 personnel dosimetry system that is generally used in Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) by intercomparison with Oak Ridge National Laboratory. The KAERI has been participated in this personnel dosimetry intercomparison study(PDIS) program since 1991 and it could be possible to test and calibrate personnel monitoring system. This report presents a summary and analysis of by about 50 does equivalent measurements reported for PDIS-16 through 18 (1991-1993) with emphasis on neutron does equivalent sensitivity, accuracy and methods to improve personnel dosimetry performance are also discussed.

Li 화합물을 첨가한 CaSO₄:Dy 열중성자 측정용 TLD 소자 개발

양정선,김두영,박재우,김장렬,장시영 제주대학교 방사능이용연구소 2003 연구보고 Vol.17 No.-

Personal neutron dosimetry is quite a difficult area because a neutron is always accompanied with gamma radiation, which is required of a capability for mixed field dosimetry. CaSO₄:Dy phosphor is known to have a very high sensitivity to gamma, but the neutron capture cross section of the constituents of CaSO₄:Dy are so small that the interactions between the thermal neutron and the phosphor are rare. One method to improve the neutron interaction is by introducing an impurity ion with a large thermal neutron captures cross section into the phosphor to act as a neutron target centre such as 6Li. In neutron-gamma mixed radiation fields, if two detectors for the 6Li-7Li compounds embedded CaSO₄:Dy TL pellets are used, a 6Li-compound embedded pellet can detect the neutron and gamma radiation together, and the other pellet can only detect the gamma radiation. Recently Korea Atomic Energy Research Institute (KEARI) has developed a new type of CaSO₄:Dy TL materials embedded with phosphorous (KCT-300) to detect beta and gamma radiation with a very high sensitivity[1]. This paper presents the development of CaSO₄:Dy TL pellets embedded with 6Li compound for a thermal neutron measurement, and the detection method of the neutron and gamma dose in mixed fields with CaSO₄:Dy TL pellets embedded with a 6Li compound(KCT-306) and CaSO₄:Dy TL pellets embedded with a 7Li compound(KCT-307) is introduced. The net neutron sensitivity of CaSO₄:Dy TL pellets embedded with 6Li compound developed in this study is higher than that of the TLD-600 (Harshaw Co.) dosimeter which is available in the open market.

Calculations of ISO Narrow and ANSI X-Ray Spectra, Their Average Energies and Conversion Coefficients

Kim,Jang-Lyul,Kim,Bong-Whan,Chang,Si-Young,Lee,Jai-Ki 대한방사선 방어학회 1995 방사선방어학회지 Vol.20 No.2

중저준위 에너지 범위에서 방사선 관리용측정기의 에너지의존성에 댕한 연구를 위하여 ISO에서는 ISO표준 X선장을 발간하였으며, 또한 ANSI에서도 개인방사선측정기기의 성능시험을 위하여 ANSI X선장을 제시하였다. 그러나 X선 스펙트럼의 측정은 많은 시간이 소요될뿐만 아니라 특히 측정 X선 스펙트럼에 unfolding이 수행된다면 매우 어려운 작업이 된다. 따라서 이론적 방법에 의해 스펙트럼을 계산 . 예측하고 그 평균에너지 및 선량환산인자를 계산하는것은 X선 실험제작에 필요한 시간, 노력 및 비용을 최소화 할 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 ISO Narrow Series 및 ANSI X선장에 대하여 이론적으로 스펙트럼을 계산하였으며, 그에 대한 평균에너지와 선량당량혼산인자를 계산하였다. 본 계산에 의한 평균에너지 및 선량환산인자는 측정스펙트럼에 의한 ISO 및 X선장의 값과 잘 일치하였다. In spite of the prescriptions on the reference X-ray fields given by the International Organization of Standard(ISO) and American National Standard Institute(ANSI), the measurement of X-ray spectrum is not only time consuming but very difficult, paticularly when significant corrections have to be applied to the measured pulse-height distributions of the observed spectra.

Characteristics of CaSO₄:Dy TL Dosimeters by Determining LLDs, Fadings and Sensitivity Changes in Repeat Uses

Kim,Jang-Lyul,Kim,Bong-Hwan,Jang,Si-Young,Lee,Hyung-Sub,Lee,Jae-Ki 대한방사선 방어학회 1997 방사선방어학회지 Vol.22 No.3

현재 한국원자력연구소에서 개인방사선피폭관리용으로 사용되고 있는 C-300-A CaSO??:Dy 열형광선량계의 최소검출한계(LLD)를 계산 및 실험에 의하여 구하였으며, 이때 오차의 확율이 자연방사선의 측정변화에 기인되는 선량준위로 정의되는 임계준위도 함께 구하였다. 개인방사선피폭서비스를 수행하는 기관에서는 이를 이용하여 개인선량계 패용 기간동안의 자연방사선 판독결과와 기지의 선량을 조사시킨 선량계의 판독결과로부터 쉽게 LLD를 구할수 있다. 또한 3개월간에 걸쳐 온도 및 습도의 변화에 따른 개인선량계의 잠상퇴행률을 실험적으로 구하였다. 마지막으로 40회 연속사용시 개인선량계의 반복사용에 의한 감도변화를 측정하였다. 본 실험결과 얻어진 잠상퇴행률과 연속사용시 감도변화를 실제 개인방사선피폭 평가시 적용방법에 대하여 간략하게 논의 하였다. Theoretical and experimental determination of the lower limits of detection (LLD) of C-300-A CaSO??:Dy TL dosimeters which are currently used for the personnel monitoring in Korea Atomic Energy Research Institute(KAERI) are described with a critical level which is defined as the signal level above which a result has a probability of being due to a fluctuation of the background. The personnel monitoring processors can derived easily the LLD of their system using this method with the background readings of their service interval and the irradiation readings of the know doses. Experimental studies were also conducted for the fading rates of the dosimeters with the temperaturres and humidities for 3 months. Finally sensitivity changes in repeat uses were measured for 40 times consecutive use of the dosimeters. The applocations of the experimental results of fading rates and sensitivity changes in real personnel monitoring services are discudssed briefly.

A Theoretical Calculation for Angular Dependence of X-ray Beams on Extremity Phantom

Kim,Jang-Lyul,Yoon,Suk-Chul,Kim,Kwang-Pyo,Kim,Jong-Soo 대한방사선 방어학회 1996 방사선방어학회지 Vol.21 No.4

ANSI N13.32에서는 선량계의 방향에 따른 반응도가 성능시험의 합격판정의 범주는 아니지만 이에 관한 연구를 요구하고 있다. 본 연구에서는 ANSI N13.32의 말단팬텀 즉, 손가락과 손목팬템내의 7㎎/㎠ 깊이에서 MCNP 코드를 사용하여 단일에너지를 가진 광자 및 ISO narrow X-선 빔에 대하여 선량당량환산인자와 방향의존성인자를 도출하였다. X-선 빔에 대하여는 이들 데이터를 B. Grosswent의 연구 결과와 비교하였다. 그 결과 선량당량환산인자는 낮은 에너지영역에서 최대 7%를 그리고 다른 에너지 영역에서는 2% 이내였을며, 방향의존성인자는 최대 3% 정도로 잘 일치하였다. 또한 60keV 이하의 낮은 에너지 영역에서 발생된 방향의존성인자는 손가락 팬텀의 경우에 주축을 따라 수평회전각이 증가할수록 감소하지만 그 에너지 영역 이상에서 90˚까지는 증가하고 있음을 알 수 있었다. The ANSI N13.32 recommends that a study of the angular response of a dosimeter be carried out once, although no pass/fail criterion is given for angular response. Gamma dose equivalent conversion and angular dependence factors were calculated by using MCNP code for the case of ANSI N13.32 extremity phantoms(finger and arm) at the depth of 7㎎/㎠. Those extremity dosimeters were assumed to be irradiated form both monoenergitic photons and ISO X-ray narrow beams. These calculated gamma dose equivalent conversion and angular dependence factors were compared to B. Grosswendt's result calculated by using X-ray beams. The result showed that the dose equivalent conversion factors of this study agreed well with that of B. Grosswendt for all energies within 2% except &% in the case of the low energies. In the case of angular dependence factors comparison, they agreed within 3%. It was shown that angular dependence factors of the finger phantom decreased as the horizontal angle of the phantom increased for the ISO X-ray beams less than 60keV. For the higher energy X-ray beams range they decreased slightly around 40 degree, but then increased from this energy to 90 degree.

Intercomparison Study of the Neutron Personnel Dosemeters

Kim,Jang-Lyul,Kim,Bong-Hwan,Chang,Si-Young 대한방사선 방어학회 1998 방사선방어학회지 Vol.23 No.1

국내 최초로 중성자 개인선량계에 대한 상호비교측정시험이 수행되었다. 기준 방사선장으로 한국원자력연구소가 보유하고 있는 중수감속 252Cf 선원을 이용하였으며, 12개 판독기관의 선량계 13종이 상호비교시험에 참가하였다. 각 참가기관으로부터 컨트롤과 예비용을 포함하여 15개의 선량계를 제출받아, 이를 2개의 조사선량군으로 나누어 4개씩 총 8개의 선량계가 실제 조사되었다. 중성자, 감아, 그리고 총 선량의 항목으로 판독기관의 보고선량을 부여된 선량으로 나누어 선량계 판독겨러과를 비교한 결과, 각각에 대하여 그 비율이 0.55∼1.34, 0.54∼1.32, 0.75∼1.20 의 분포를 갖는 것으로 나타났다. 판독기관의 자체 판독능력을 기준으로 할때 전혀 문제가 없는 것은 아니나, 현재의 상호비교시험 결과로부터 알 수 있는 것은 향후 중성자분야에 대한 개인선량계 성능시험이 시행될 경우, 판독기관들이 모두 합격범위에 둘 가능성이 높은 것으로 평가되었다. Domestic intercomparison study of the neutron personnel dosemeters was performed for the first time in Korea. Thirteen types of neutron dosemeters from twelve institutions took part in this intercomparison study and the D₂O moderated Cf-252 source of KAERI was used for irradiation. Eight of the fifteen dosemeters submitted by each participant were divided into two groups and each group was irradiated with different doses of the simulated mixed fields of neutron and gamma. The participants assessed their dosemeter reading in terms of the personal dose equivalent, Hp(10), for both neutron and gamma dose. The ratio of the reported dose equivalent to the delivered does equivalent for comparison between participants ranged from 0.55 to 1.34 for neutron, from 0.54 to 1.32 for gamma and from 0.75 to 1.20 for total dose. This intercomparison results show that all dosemeter processors, especially for neutron category, are able to pass the personnel dosemeter performance test which shall be enforced according to the ordinance of the MOST, No. 96.6.