현재 개발 중인 휴대용 XRF (X-Ray Fluorescence) 장치의 검출감도를 향상시키기 위한 방법을 논의하였다. 대기 기체분자에 의한 강도 손실을 최소화하기 위하여 시료와 검출기 사이에 Vacuum module을 설치하였다. Vacuum module은 대기기체 또는 He 기체를 채울 수 있도록 고안하였다. 그리고 Vacuum module 내부에 He 기체를 채운 상태, 또는 진공상태에서 검출감도의 변화를 조사하였다. 그 결과 다음 3가지 중요한 결과를 얻었다. 첫 번째는, 낮은 에너지 영역(3~4 keV)에서의 XRF 강도가 2~4배 정도 증가하였다. 검출감도의 향상은 검출시간의 단축을 의미하기 때문에, 휴대용 XRF 장치에 있어서 매우 중요한 결과이다. 두 번째는, x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소의 검출 가능성을 확인하였다. 세 번째는, He 기체를 채운 vacuum module을 사용하면, 휴대용 XRF 장치에 진공밀폐용기를 쓰지 않으면서도 대기기체분자에 의한 흡수를 최소화할 수 있다는 것이다. 세 가지 모두 휴대용 XRF 장치의 개발에 있어서 매우 의미있는 결과로 판단된다.
현재 개발 중인 휴대용 XRF (X-Ray Fluorescence) 장치의 검출감도를 향상시키기 위한 방법을 논의하였다. 대기 기체분자에 의한 강도 손실을 최소화하기 위하여 시료와 검출기 사이에 Vacuum module을 설치하였다. Vacuum module은 대기기체 또는 He 기체를 채울 수 있도록 고안하였다. 그리고 Vacuum module 내부에 He 기체를 채운 상태, 또는 진공상태에서 검출감도의 변화를 조사하였다. 그 결과 다음 3가지 중요한 결과를 얻었다. 첫 번째는, 낮은 에너지 영역(3~4 keV)에서의 XRF 강도가 2~4배 정도 증가하였다. 검출감도의 향상은 검출시간의 단축을 의미하기 때문에, 휴대용 XRF 장치에 있어서 매우 중요한 결과이다. 두 번째는, x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소의 검출 가능성을 확인하였다. 세 번째는, He 기체를 채운 vacuum module을 사용하면, 휴대용 XRF 장치에 진공밀폐용기를 쓰지 않으면서도 대기기체분자에 의한 흡수를 최소화할 수 있다는 것이다. 세 가지 모두 휴대용 XRF 장치의 개발에 있어서 매우 의미있는 결과로 판단된다.
The method to improve the detection sensitivity of Hand-held XRF (X-Ray Fluorescence) device currently being developed is discussed. To minimize the loss of the intensity due to atmospheric gas molecules, the vacuum module, which can be filled with atmospheric or He gas, between the sample and the d...
The method to improve the detection sensitivity of Hand-held XRF (X-Ray Fluorescence) device currently being developed is discussed. To minimize the loss of the intensity due to atmospheric gas molecules, the vacuum module, which can be filled with atmospheric or He gas, between the sample and the detector was installed. And the change of the detection sensitivity was measured in a vacuum and in the He gas-filled state. As a result, the following three important results were obtained; Firstly, XRF intensity was increased 2~4 times in the low energy range (3~4 keV). It is a very important result because the enhancement of the detection sensitivity means shortening of the detection time in Hand-held XRF device. Secondly, the possibility of detection of the elements less than 3 keV in emission energy was confirmed. Thirdly, the absorption by atmospheric gas molecules can be minimized without vacuum- sealed vessel in Hand-held XRF device, if the vacuum module filled with He gas is used. We concluded that all of three results are very meaningful in the development of a Hand-held XRF device.
The method to improve the detection sensitivity of Hand-held XRF (X-Ray Fluorescence) device currently being developed is discussed. To minimize the loss of the intensity due to atmospheric gas molecules, the vacuum module, which can be filled with atmospheric or He gas, between the sample and the detector was installed. And the change of the detection sensitivity was measured in a vacuum and in the He gas-filled state. As a result, the following three important results were obtained; Firstly, XRF intensity was increased 2~4 times in the low energy range (3~4 keV). It is a very important result because the enhancement of the detection sensitivity means shortening of the detection time in Hand-held XRF device. Secondly, the possibility of detection of the elements less than 3 keV in emission energy was confirmed. Thirdly, the absorption by atmospheric gas molecules can be minimized without vacuum- sealed vessel in Hand-held XRF device, if the vacuum module filled with He gas is used. We concluded that all of three results are very meaningful in the development of a Hand-held XRF device.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이점에 착안하여, 진행경로를 진공상태로 유지해 줄 수 있는 vacuum module을 고안하였다. 본 연구에서는, 시료와 x-ray 검출기 사이에 vacuum module을 설치하고, vacuum 내부가 진공상태일 때와 He 기체를 채웠을 때 휴대용 XRF 장치의 검출강도에 미치는 영향을 조사하였다.
휴대용 XRF 장치의 검출감도를 향상시키기 위한 방법을 논의하였다. 시료와 검출기 사이에 vacuum module을 장착하고, vacuum module 내부에 He 기체로 채우거나, 진공으로 유지한 상태에서 XRF 강도를 측정하였다.
제안 방법
1(b)와 같은 vacuum module을 설치하였다. Vacuum module은 알루미늄으로 제작하였고, x-ray source에서 방출된 1차 x-ray와 target에서 방출된 2차 x-ray가 지나는 경로를 따라 직경 15 mm 정도의 구멍을 뚫고, 입구는 0.1 mm 두께의 Be window로 vacuum seal을 하였다. 베릴륨은 질량흡수계수가 작아서 x-ray가 쉽게 투과한다.
베릴륨은 질량흡수계수가 작아서 x-ray가 쉽게 투과한다. 그리고 기체 주입관과 배기장치를 연결하여, vacuum module의 내부에 He 기체를 주입하거나 진공상태로 할 수 있도록 하였다.
휴대용 XRF 장치의 검출감도를 향상시키기 위한 방법을 논의하였다. 시료와 검출기 사이에 vacuum module을 장착하고, vacuum module 내부에 He 기체로 채우거나, 진공으로 유지한 상태에서 XRF 강도를 측정하였다. 그 결과 다음 3가지 중요한 결과를 얻었다.
실험을 세 가지 상태에서 측정하였다. 우선 vacuum module 내부가 대기기체로 채워진 상태에서 측정 (이하, 대기상태)한 다음, vacuum module 내부의 기체를 배기하여 진공상태에서 측정(이하, 진공상태)하고, 마지막으로 He 기체를 채워서 측정(이하, He상태)하였다. Vacuum module에 연결된 배기장치는 로타리 펌프만 사용하였고, 따라서 vacuum module 내부의 진공도는 10-1 torr 정도라고 예상된다.
X-ray가 진행하는 거리는 줄일 수 없지만, 진행 경로를 진공상태로 유지하면 진행경로상에서 흡수되는 x-ray 양을 줄일 수는 있다. 이점에 착안하여, 진행경로를 진공상태로 유지해 줄 수 있는 vacuum module을 고안하였다. 본 연구에서는, 시료와 x-ray 검출기 사이에 vacuum module을 설치하고, vacuum 내부가 진공상태일 때와 He 기체를 채웠을 때 휴대용 XRF 장치의 검출강도에 미치는 영향을 조사하였다.
대상 데이터
X-ray tube는 자체 개발한 W-target tube를 사용하였고, x-ray tube를 구동하기 위한 power supply도 자체개발한 것으로 사용하였다. X-ray 에너지 분포의 측정은 AMTEK (미국)사의 XR- 100CR (25 mm2×500 μm) SiPIN detector, MCA8000A 및 PX4 power supply를 사용하였다.
X-ray 에너지 분포의 측정은 AMTEK (미국)사의 XR- 100CR (25 mm2×500 μm) SiPIN detector, MCA8000A 및 PX4 power supply를 사용하였다.
성능/효과
여기서 거리는 x-ray 선원에서 detector까지의 거리이다. X-ray의 에너지가 낮아짐에 따라 대기기체분자에 의해 쉽게 흡수되어 투과율이 급격히 감소하고 있음을 알 수 있고, 2 keV일 경우는 7 cm 정도에서 완전히 흡수됨을 알 수 있다. 이 계산 과정은 이전 논문에 자세히 기술되어 있다 [6].
3와 같은 조건에서 흡수층을 1기압의 He 기체라고 가정하여 계산한 결과이다. 대기기체와는 달리 투과율이 매우 높음을 알 수 있고, x-ray의 에너지가 2 keV일 때도 약 96%의 x-ray가 20 cm까지 투과할 수 있음을 알 수 있다. 이 이유는 대기기체분자의 질량흡수계수 478.
5(b)는 진공상태일 때 측정한 결과이다. 대기상태에서 측정한 결과와 비교했을 때, 6 keV 이상의 에너지 영역에서는 강도 변화가 거의 없는 반면, 3~4 keV 영역에 있는 Sn L-line의 강도가 크게 증가했음을 볼 수 있다. 이것은 target에서 방출된 x-ray 형광이 검출기까지 진행하는 동안 대기 기체분자에 의한 흡수가 많이 줄었기 때문이다.
두 번째는, x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소의 검출 가능성을 보인 것이다. Vacuum module이 없으면 3 keV 이하의 emission line은 거의 검출할 수 없다.
두 번째는, x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소의 검출 가능성을 보인 것이다. Vacuum module이 없으면 3 keV 이하의 emission line은 거의 검출할 수 없다.
본 장치에 사용된 검출기의 에너지 분해능(FWHM)은 약 180 eV이고, Lα와 Lβ1-line이 뚜렷이 구분이 될 정도로 나타난 것으로 보아, 측정은 상당히 정확히 된 것으로 생각된다.
그러나 vacuum module을 사용하면 x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소를 검출할 수 있기 때문에, 이전에 검출할 수 없었던 물질을 검출할 수 있게 된다. 세 번째, 1기압의 He 기체를 채운 용기를 사용하면, 휴대용 XRF 장치에 진공밀폐용기를 쓰지 않으면서도 대기기체분자에 의한 흡수를 최소화할 수 있다. 세 가지 모두 휴대용 XRF 장치의 개발에 있어서 매우 의미있는 결과로 판단된다.
세 번째는, 진공상태일 때와 He상태일 때의 측정강도가 비슷하다는 것이다. X-ray의 흡수율을 최소화시킬 수 있는 이상적 방법은 vacuum module의 위치에 진공밀폐용기를 사용하는 것이다.
그 결과 다음 3가지 중요한 결과를 얻었다. 첫 번째, 낮은 에너지 영역(3~4 keV)에서의 XRF 강도가 2~4배 정도 증가한 것이다. 휴대용 XRF 장치에서 검출감도의 향상은 검출시간의 단축을 의미하기 때문에 매우 중요한 결과이다.
이상의 결과로부터 세 가지 중요한 결과를 얻을 수 있었다. 첫 번째는, Table 1에 정리한 것처럼, 대기기체 상태에 비해 진공상태일 때 강도가 2.2~3.5배 증가하는 것이다. 휴대용 장치에서 검출감도의 향상은 매우 중요한 의미를 가진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휴대용 XRF (X-Ray Fluorescence) 장치의 검출 감도를 향상시키기 위해 설치한 Vacuum module 내부에 He 기체를 채운 상태, 또는 진공상태에서 검출감도의 변화를 조사하여 얻은 결과는 무엇인가?
그 결과 다음 3가지 중요한 결과를 얻었다. 첫 번째는, 낮은 에너지 영역(3~4 keV)에서의 XRF 강도가 2~4배 정도 증가하였다. 검출감도의 향상은 검출시간의 단축을 의미하기 때문에, 휴대용 XRF 장치에 있어서 매우 중요한 결과이다. 두 번째는, x-ray emission line의 에너지가 3 keV 이하인 원소의 검출 가능성을 확인하였다. 세 번째는, He 기체를 채운 vacuum module을 사용하면, 휴대용 XRF 장치에 진공밀폐용기를 쓰지 않으면서도 대기기체분자에 의한 흡수를 최소화할 수 있다는 것이다. 세 가지 모두 휴대용 XRF 장치의 개발에 있어서 매우 의미있는 결과로 판단된다.
RoHS 규정은 어떤 것인가?
휴대용 XRF (X-Ray Fluorescence) 장치는 2006년 7월에 발효된 유럽연합의 'RoHS 규정' 때문에 주목받고 있다. 'RoHS 규정'은 Cd, Pb, Hg, 6가 크롬, 브롬계 난연제가 포함된 전기전자제품을 유럽시장에서 판매 금지한 조치이다. 휴대용 XRF 장치는 경제적인 가격, 이동성, 신속성, 정확성 때문에 상기 유해물질들의 1차 스크리닝용으로 활용되고 있다.
XRF 장치를 휴대용으로 개발할 수 있었던 이유는?
휴대용 XRF 장치는 경제적인 가격, 이동성, 신속성, 정확성 때문에 상기 유해물질들의 1차 스크리닝용으로 활용되고 있다. XRF 장치를 휴대용으로 개발할 수 있었던 것은 초소형으로 제작할 수 있는 투과양극형 x-ray tube [1,2]가 개발되었기 때문이다. 본 연구진은 10 kV용 투과 양극형 W-target tube [3] Ag-Target tube [4]를 개발하였고, 이어서 XRF 장치에 사용할 수 있는 40 kV용 투과 양극형 W-target x-ray tube와 Rh-target x-ray tube도 개발한 바 있다 [5].
참고문헌 (7)
United States Patent 4,034,251 July 5, 1977.
G. Svehla, Comprehensive Analytical Chemistry, Volume XXIV. Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Analysis, (ELSEVIER, Amsterdam, 1989) pp. 70-71.
S. S. Kim and D. Y. Kim, J. Korean Vaccum Soc. 16, 305 (2007)
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.