[논문]스마트폰 강화유리의 열형광 특성

제재용

doi:10.7742/jksr.2020.14.4.433

초록
AI-Helper

방사선 검출 원리에는 형광, 전리, 화학작용 등이 있다. 본 연구에서는 스마트폰 액정 보호용 강화 유리에 방사선을 조사하여 열형광특성을 분석하였다. 방사선에 의한 열형광특성을 분석하기 위하여 6 MV X-선 100 cGy를 강화유리와 강화유리를 분쇄하여 300 ℃ 열처리한 파우더에 조사하였다. 방사선이 조사된 각각의 재료에 대한 열형광량을 측정한 결과 강화유리에서 방사선 노출에 따른 열형광은 약 3배 정도 증가하였고, 강화유리를 분말로 만들어 방사선 노출에 따른 열형광은 약 2.4배 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 스마트폰의 액정 보호 유리는 개인과 집단의 방사선 피폭과 선량을 평가하는 추적물질로 평가되어진다.

Abstract ▼ AI-Helper

Principles of Radiation Detection and measurement include luminescence, ionization and chemical reactions. In this study, thermoluminescent properties were analyzed by exposure radiation on the glass for protective glass of smart phone. In order to analyze the thermoluminescent characteristics by ra...

Principles of Radiation Detection and measurement include luminescence, ionization and chemical reactions. In this study, thermoluminescent properties were analyzed by exposure radiation on the glass for protective glass of smart phone. In order to analyze the thermoluminescent characteristics by radiation, 6 MV X-ray 100 cGy was irradiated to the powder annealing at 300 ℃ by grinding the tempered glass and original tempered glass. As a result of measuring the amount of thermoluminescent respectively irradiated material, the thermoluminescent increased by 3 times in the tempered glass, and when the tempered glass was grinding by powder the thermoluminescent was 2.4 times increased. Based on these results, the liquid crystal protective glass of the smart phone is evaluated as a tracer material to evaluate the radiation exposure and dose of the personal radiation monitoring.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Radiation exposure setup.
그림 Fig. 2. TLD reader and glow curve acquisition.
그림 Fig. 3. Acquisition glow curve.
그림 Fig. 4. Result of gaussian fitting total glow curve.
그림 Fig. 5. Result of glass gaussian fitting glow curve.
그림 Fig. 6. Result of powder gaussian fitting glow curve.

AI 본문요약
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문제 정의

그러나 본 연구에서는 열 형광의 강도를 향상시키기나 개인의 피폭선량계로 활용하고자 하는 것이 아니라 요즘 대부분의 사람들이 소지하고 있는 스마트폰의 액정 보호를 목적으로 부착하는 강화유리를 구입하여 열 형광특성을 분석하고자 하였다. 강화유리의 방사선 조사 분석을 통하여 방사선 피폭유무에 대한 추적물질로서의 유용성을 평가하고자 하였다.
일반적으로는 열 형광 강도를 향상시키기 위하여 활성제를 첨가하거나 열처리 방법을 변경시키는 등의 여러 가지 방법을 사용하여 열 형광 선량계를 제조하고 있다. 그러나 본 연구에서는 열 형광의 강도를 향상시키기나 개인의 피폭선량계로 활용하고자 하는 것이 아니라 요즘 대부분의 사람들이 소지하고 있는 스마트폰의 액정 보호를 목적으로 부착하는 강화유리를 구입하여 열 형광특성을 분석하고자 하였다. 강화유리의 방사선 조사 분석을 통하여 방사선 피폭유무에 대한 추적물질로서의 유용성을 평가하고자 하였다.
본 연구에서는 선형가속기에서 발생한 6 MV 고에너지 엑스선을 스마트폰 액정 보호로 부착하는 강화유리에 조사하여 열 형광 특성을 분석하였다. 일반적인 저에너지 저선량의 방사선 노출은 개인 및 집단에 대하여 미치는 영향이 적으므로 관심의 대상이 되지는 않는다.

제안 방법

강화유리를 파우더 형태로 만들었을 때의 열 형광 특성을 분석하기 위하여 유리를 분쇄하여 300 ℃ 열처리 하였다. Fig. 1과 같이 준비된 강화유리와 파우더의 트랩된 전자를 없애기 위하여 300 ℃까지 가열한 후 선형가속기[Versa HD, Elekta]를 이용하여 6 MV 엑스선 100cGy를 시료에 조사하였다.
강화유리를 유리 절단기를 사용하여 5×5 mm로 절단하였다.
강화유리를 유리 절단기를 사용하여 5×5 mm로 절단하였다. 강화유리를 파우더 형태로 만들었을 때의 열 형광 특성을 분석하기 위하여 유리를 분쇄하여 300 ℃ 열처리 하였다. Fig.

대상 데이터

엑스선이 조사된 시료는 Fig. 2와 같이 열 형광리더기[Hashaw TLD Reader 3500, Thermo, USA]를 이용하여 글로우 곡선을 획득하였다. 측정 조건은 15℃/sec의 가온율로 30 - 300 ℃까지 측정하였다.
온라인과 오프라인에서 판매되고 있는 스마트폰 액정 보호 목적으로 사용되는 두께 0.3 mm 강화유리를 무작위로 구입하고 강화유리의 접착제 부분을 제거하였다. 강화유리를 유리 절단기를 사용하여 5×5 mm로 절단하였다.

데이터처리

(c)는 강화유리를 분쇄하여 파우더 형태로 만든 시료에 엑스선을 조사하여 얻은 글로우 곡선이고 (d)는 방사선이 조사되지 않은 파우더의 글로우 곡선이다. 파우더 시료에서 획득한 각각의 글로우 곡선에 대한 면적을 구하기 위하여 Gaussian fitting하였다. (e)는 열 형광 리더기에 시료가 없는 상태에서 측정한 것이다.
3의 글로우 곡선 (a)는 엑스선이 조사된 강화유리이고 (b)는 엑스선이 조사되지 않은 강화유리의 글로우 곡선이다. 획득한 글로우 곡선의 면적을 구하기 위하여 각각의 곡선에 대하여 Gaussian fitting하였다. (c)는 강화유리를 분쇄하여 파우더 형태로 만든 시료에 엑스선을 조사하여 얻은 글로우 곡선이고 (d)는 방사선이 조사되지 않은 파우더의 글로우 곡선이다.
획득한 스마트폰의 강화유리의 글로우 곡선은 Origin program (Version 8.5)을 이용하여 Gaussian fitting하고 글로우 곡선의 면적을 구하여 시료별 면적을 비교 분석하였다.

성능/효과

Al₂O₃를 기반으로 하는 열 형광체는 이미 Mehta와 Sengupta에 의해 응용 가능성이 확인 되었다.^[10] 본 연구에서는 스마트폰 액정의 보호 유리가 방사선 계측용으로 사용하기에는 열 형광 강도가 부족하더라도 방사선 피폭 유무에 대한 추적 물질로서는 기존의 열 형광에 관한 연구 결과를 토대로 볼 때 신뢰할 수 있는 수준으로 판단된다.

참고문헌 (10)

E. Wiedemann, G. C. Schmidt, Ueber Luninescenz Ann Phys Chem. Neue Folge, Vol. 54, pp. 604-625, 1895.
J. T. Randall, M. H. F. Wilkins, "Phosphorescence of various solids", Proc, Roy, Soc, Vol. A184, No. 366, 1945.
G. F. J. Galrick, A.F.Gibson, "The Electron Trap Mechanism of Luminescence in Sulphide and Silicate Phosphors", Proceedings of the Physical Society, Vol. 60, No. 6, pp. 574, 1948. http://dx.doi.org/10.1088/0959-5309/60/6/308

상세보기
F. E. Williams, H. Eyring, "The mechanism of the luminescence of solids", Journal of Chemical Physics, Vol. 15, No. 5, pp. 289, 1947. http://dx.doi.org/10.1063/1.1746499

상세보기
M. Oberhofer, A. Scharmann, "Applied Thermoluminescence Dosimetry", Adam Hilger Ltd, Bristol, pp. 271, 1981. https://lib.ugent.be/catalog/rug01:000705616
R, Chen, Y. Kirsh, "Analysis of Thermally Stimulated Processes", Pergamon Press, Oxford, pp. 159-165, 1981.
Y. S. Horowitz, Thermoluminescence and Thermoluminescent Dosimetry, Vol. 1, CRC Press, Boca Raton, Florida, pp. 49-132, 1984.
T. Kron, A. Elliott, P. Metcalfe, T. Wong, G Showed, B. Clubb, "X-ray Surface Dose Measurements using TLD Extrapolation", Medical Physics, Vol. 20, pp. 703-711, 1993. https://doi.org/10.1118/1.597019

상세보기
http://www.bloter.net/archives/130435
S. K Mehta, S. Sengupta, "Annealing characteristics and nature of traps in Al2O3 thermoluminescent phosphors", Physics in Medicine & Biology, Vol. 22, No. 5, pp. 863-872, 1977. http://dx.doi.org/10.1088/0031-9155/22/5/005

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