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제안 방법
- FBG 센서의 감마선 조사에 따른 측정시스템은 그림 1에 나타낸 것과 같이 각 테스트 샘플에 대한 반사파장 측정을 위한 단주기격자와 방사선 실험 환경을 고려해서 누적선량에 따라 테스트시료의 광파워 손실과 파장변화를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 구성하였다.
- 각 FBG 센서는 조사대에 고정하여 동일한 선량(위치)에 설치하였고, 콘크리트 벽으로 차폐된 곳에서 접속손실을 최소화 하기위해서 광섬유와 FBG 센서를 융착(splicing)하였다. 또한 센서의 브래그 파장에 영향을 줄 수 있는 샘플 주변의 온도 변화를 측정하기위해서 샘플과 함께 온도 센서(thermocouple: K type)를 설치하여 온도를 측정하였다.
- 각 FBG 센서는 조사대에 고정하여 동일한 선량(위치)에 설치하였고, 콘크리트 벽으로 차폐된 곳에서 접속손실을 최소화 하기위해서 광섬유와 FBG 센서를 융착(splicing)하였다. 또한 센서의 브래그 파장에 영향을 줄 수 있는 샘플 주변의 온도 변화를 측정하기위해서 샘플과 함께 온도 센서(thermocouple: K type)를 설치하여 온도를 측정하였다. 방사선 조사실 외부의 제어실에는 기준 센서를 설치하여 측정의 정확성을 높였다.
- 방사선 조사 종료 후에는 72시간 상온에서 어닐링 과정을 거치고 방사선에 의한 온도 감도 계수 변화를 측정하였다.
- 그림 2는 게르마늄이 첨가된 일반 광섬유와 게르마늄과 붕소가 함께 첨가된 광민감 광섬유로 제작된 FBG 센서의 BWS 특성을 나타낸다. 방사선 조사 중에 온도 상승에 대한 브래그 파장의 변화값은 FBG 주변에 설치된 온도 센서의 값을 측정하여 보정하였다.
- 본 논문에서는 광민감 광섬유와 일반 단일모드 광섬유로 제작된 광섬유 브래그 격자 센서의 감마선 영향을 분석하였으며, 방사선 조사에 의한 브래그 파장 이동(Bragg wavelength shift, BWS)과 온도 감도 계수 변화를 분석하였다.
- 본 연구에서는 일반 단일모드 광섬유와 광민감 광섬유를 이용하여 FBG 센서를 제작하였으며, 방사선에 의한 브래그 파장과 온도 감도계수 변화에 대한 실험을 수행하였다. 수소로딩 공정을 수행하지 않은 광민감 광섬유로 제작한 FBG 센서가 일반 광섬유로 제작된 FBG 센서에 비해서 최대 약 2배정도 낮은 BWS 특성을 보였으며 수소로딩 공정이 FBG 방사선 민감도와 밀접한 관련성이 있음을 실험적으로 확인하였다.
- FBG 센서를 제작하기위해서 통신용으로 사용되는 단일모드 광섬유(SMF-28e, Corning)와 FBG 센서 제작에 많이 광민감 광섬유(PS1250/1500, Fibercore)를 선정하였으며, 주요 특성은 표 1과 같다. 선정된 광섬유의 코어와 클래딩 조성은 EPMA 장비를 이용한 정량 분석을 통하여 분석하였다. 일반 단일모드 광섬유의 코어에 첨가된 도펀트는 게르마늄의 함량이 가장 높은 것으로 나타났고, 극소량의 인(P)이 함유되어 있었다.
- 일반 단일모드 광섬유는 광민감도를 향상시키기 위해서 압력 100 atm, 온도 30℃ 조건에서 10일 동안 수소로딩 공정을 거쳤고, 광민감 광섬유는 수소로딩 공정을 수행하지 않았다. 수소로딩 공정 후 KrF excimer 레이저를 이용하여 격자를 새겼으며, 레이저의 조사주기는 10 Hz, 레이저 파장 248 nm, 조사시간은 50초로 설정하였다. 일반 단일모드 광섬유는 격자 공정 후에는 100 ℃에서 24시간동안 수소 제거 공정(out-diffusion)을 수행한 후 아크릴레이트(acrylate)로 재코팅을 하였고, 제작된 FBG 센서의 격자의 길이는 평균적으로 약 15 mm 정도였다.
- 측정 장비는 FBG 센서의 주요 특성을 측정할 수 있는 Optical Sensing Interrogator(OSI, sm-125) 장비를 사용하였으며 Ethernet로 연결되어 측정된 데이터를 매 5초 간격으로 저장하였다.
대상 데이터
- FBG 센서를 제작하기위해서 통신용으로 사용되는 단일모드 광섬유(SMF-28e, Corning)와 FBG 센서 제작에 많이 광민감 광섬유(PS1250/1500, Fibercore)를 선정하였으며, 주요 특성은 표 1과 같다. 선정된 광섬유의 코어와 클래딩 조성은 EPMA 장비를 이용한 정량 분석을 통하여 분석하였다.
- FBG 센서 제작 시 전체 제조공정 중 수소로딩 조건을 제외한 나머지 공정 조건(레이저 세기, 레이저 조사횟수, 브래그 파장)은 거의 동일하게 설정하였다. 광섬유 종류에 따라서 FBG 센서는 각각 3개의 샘플을 제작하였다.
- 방사선 선원은 첨단방사선연구소(정읍)의 고준위 감마선 조사시설의 Co60 감마선원을 이용하였다. 방사선 조사조건은 총 누적선량은 17.
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