RAMSES-4-CE
2020년 4월 - 2024년 3월
통합 센서 기반 순환 경제에서의 라만 흡수 및 방출 분광학
대성공을 거둔 InSPECtor 프로젝트의 후속으로, Freiberg Instruments는 본 프로젝트에서 라만 센서를 개발하고 있습니다. 파트너인 헬름홀츠 로젠도르프 센터(HZDR), 프라이베르크 공과대학교(TU Bergakademie Freiberg), 핀란드 지질조사국(GTK)과 협력하여, 이 센서는 재활용 및 재채굴 산업을 위한 분광학 기반 다중 센서 시스템에 적용될 예정입니다. 우리는 (1) 라만 센서 유닛 개발, (2) 이미 개발된 LiF-HSI 센서 시스템(inSPECtor)과의 통합, (3) 다중 소스 데이터 융합 및 머신 러닝을 포함한 고급 데이터 처리에 중점을 두고 있습니다.
이 핵심 혁신은 재활용 흐름의 디지털화에 기여합니다. 이를 통해 순환 경제로의 전환에 필요한 에너지 및 물질 순환 시뮬레이션의 핵심 입력 자료로서, 플라스틱에 포함된 중요 원자재와 에너지를 식별할 수 있게 됩니다.
자동 리튬-불소 OSL 저선량 측정(ALFON)
2020년 12월 1일 - 2021년 11월 30일
의료 분야(CT/X선; 치료) 및 현대 사회의 다른 측면(방사선 시설, 발전소)에서 이온화 방사선의 사용이 증가함에 따라, 방사선의 능동적 및 수동적 측정이 필요해졌습니다. 이는 방사선 피폭 및 수준 모니터링에 대한 규제가 점점 더 엄격해지는 추세와 맞물려 있습니다. 수동형 선량계는 다수의 인원에 대한 이온화 방사선 피폭을 모니터링하는 데 가장 널리 보급되어 있으며 비용도 가장 저렴한 방법입니다. 그러나 널리 사용되던 필름 선량 측정 기술은 열자극 발광(TL) 기술로 대체되었으며, 현재 인력 선량 측정 분야에서는 TL 기술이 점차 퇴출되고 광자극 발광(OSL) 기술로 서서히 대체되고 있습니다. 새로운 기술은 myOSLraser와 같은 새로운 자동 측정 장비의 개발을 필요로 합니다. 특히 매일 수천 개의 선량계를 처리하는 선량계 서비스 업체들은 법규 및 기술 발전에 발맞추기 위해 새로운 기술로 전환하는 데 막대한 비용을 감당해야 하는 상황에 직면해 있습니다. ALFON 프로젝트는 널리 사용되는 파나소닉 4요소 TLD와 유사한 형태의 4요소 OSL 선량계를 개발함으로써 이러한 문제를 해결하고자 합니다. 이를 통해 기존 시설에서 UD 리더기를 사용하는 파나소닉 TL 선량계용 주변 장비를 계속 활용할 수 있게 될 것입니다.
인공 형광체인 BeO와 LiF는 인체 조직과 유사한 방사선 반응 특성을 보여주므로, 인원 선량계 분야에서 선호되는 소재입니다. 본 프로젝트는 특히 극저선량 검출 측면에서 EN/IEC 62387 규격의 요구 사항을 상회하는 선량계 및 측정 장비를 제공하는 것을 목표로 합니다. 이는 LiF 기반 신형 OSL 소재(Sadel et al., 2019)의 첫 상용화 사례가 될 것이며, 이 소재의 우수한 특성과 단일 선량계 내 4개 측정 위치 구현 가능성을 결합함으로써 Hp0.07 및 Hp10 측정을 넘어서는 다양한 가능성을 열어줍니다.
새로운 소재에 대한 최적화된 측정 조건을 개발하는 것 외에도, OSL 측정 용량은 my OSLraser 2-element BeO 리더기(200개 선량계)에서 500개 및 4000개 선량계를 처리할 수 있는 자동화 시스템으로 확장되었습니다. 이를 위해서는 3축 공급 메커니즘과 사용자 또는 규제 사양을 충족하지 못하는 선량계를 위한 병렬 라인이 필요하며, 이러한 선량계는 검사 또는 재측정을 위해 선별되어야 합니다. 동일한 선량계를 다시 측정할 수 있는 옵션은 OSL 선량계에서 특별한 기능이며 TL 선량계에서는 불가능하므로, 일부 국가의 법적 요건을 충족시킵니다.
BeO용 2요소 OSL 판독기 'myOSLraser'는 더 큰 규모의 4요소 장비 개발의 기초로 사용됩니다.
참고문헌:
Sądel M, Bilski P & Kłosowski M (2019) 다양한 도판트 농도를 가진 LiF:Mg,Cu,P의 광자극 발광. Radiation Measurements 123, 58-62.
SISor - 지능형 분류용 센서
2018년 5월 1일~2020년 4월 30일
폐기물, 특히 전자·전기 장비(WEEE)의 분리 수거는 전 세계적으로 관심이 급속히 높아지고 있는 주제입니다. 희토류(REEs) 및 귀금속과 같은 원자재의 공급 감소와 생산 비용 상승으로 인해, 폐기물로부터 2차 자원을 회수하는 작업의 중요성이 크게 부각되었습니다. 2016년 전 세계적으로 4,440만 톤의 전자폐기물이 발생했으며, 이 양은 향후 수십 년간 꾸준히 증가할 것으로 예상됩니다.
SISor(Sensors for Intelligent Sorting) 프로젝트의 핵심 목표는 WEEE 내 원자재를 자동으로 탐지하기 위한 통합 센서 시스템을 개발하는 것입니다. 금(Au), 구리(Cu), 희토류 원소와 같은 귀중한 자재의 탐지 정확도를 높이면 전자폐기물 분류 공정이 강화되어 분리 성공률이 크게 향상될 것입니다. 헬름홀츠 연구소 HZDR-HIF, 캐나다 기업 Telops Inc., 그리고 Freiberg Instruments로 구성된 컨소시엄은 하이퍼스펙트럼 중파장 적외선(HS-MWIR) 흡수 분광법과 레이저 유도 형광(LIF) 방출 분광법을 기반으로 한 센서를 포함하는 모듈식 시스템을 개발할 예정이다. 두 기술 모두 고감도이며 비침습적이며, 고속 이미징에 최적화될 수 있습니다. 따라서 더 많은 양의 재활용 자원을 더 짧은 시간 내에 더 정확하게 처리할 수 있게 됩니다.
이 프로젝트는 독일 연방경제에너지부(BMWi)의 지원을 받고 있습니다.
BeO를 이용한 OSL 선량 측정용 측정 장비 개발
2016년 3월 15일 - 2018년 9월 14일
CT/X선 장비가 설치된 병원, 원자력 발전소, 방사선 시설 등 인공 방사선이나 과도한 방사선에 노출될 가능성이 있는 환경에서 근무하는 인원은 방사선 피폭량 모니터링을 받아야 합니다. 이러한 개인 선량계측에서 가장 중요한 재료 중 하나인 필름 재료의 장기적인 공급은 보장되지 않습니다. 이에 따라 대체재로 사용할 수 있는 다른 재료들이 모색되어 왔습니다. 소결 BeO의 방사선 에너지에 대한 반응은 인체 조직과 유사합니다. 이러한 유리한 특성 덕분에 BeO는 개인 선량계에서 선호되는 형광체 중 하나입니다. 판독을 위한 광자극 발광(OSL) 기술과 결합된 BeO-OSL 선량계는 필름 선량계를 대체할 뿐만 아니라, 적어도 어느 정도는 열발광(TL) 선량계도 대체할 것으로 여겨집니다.
본 프로젝트는 새로운 2요소 BeO-OSL 선량계(Hp07 및 Hp10)를 효율적으로 판독하기 위한 OSL 장비(EN/IEC 62387) 개발을 목표로 한다. 이 모듈식 장비는 단일 BeO 선량계의 수동 판독 기능을 제공한다. 자동화 부착 장치를 사용하면 매거진에 보관된 20개의 선량계를 일괄 측정할 수 있다. 총 10개의 매거진이 휠에 배치되어 있으며, 이는 사용자 정의에 따라 선량계 측정을 수행하도록 소프트웨어로 제어됩니다. OSL 선량 측정에서는 선량 결정을 위해 신호의 일부만 측정하면 되므로 재측정이 가능합니다. 이는 일반적으로 선량계를 다시 사용하기 전에 제로화를 필요로 합니다. 별도의 장치 대신 OSL 리더기 내에서 제로화(bleaching)를 수행함으로써 프로세스 속도를 높일 수 있습니다. 교정 목적으로 선량계 조사에 사용되는 특수 베타 선원이 제작됩니다. 일부 응용 분야(예: 팬텀 내)에서는 현장 즉시 분석 및 선량 측정이 필요합니다. 이는 휴대용이며 배터리로 독립적으로 작동하여 즉각적인 선량 평가를 제공하는 단일 소자 BeO-OSL 장비를 통해 실현될 것입니다.
참조
Bos AJJ (2001) 고감도 열발광 선량 측정법. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B 184, 3-28.
읽기
2016년 6월 1일 - 2019년 5월 31일
읽기 - 3D 광학 판독 선량 측정을 위한 희토류 세라믹 형광체
의료 기기 살균 절차 등에서 사용되는 방사선 처리 응용 분야의 선량 측정은 품질 보증 및 필수 표준(예: ISO 11137, ISO/ASTM 51204, 51608, 51649 등) 준수의 제약으로 인해 종종 번거롭습니다. 게다가 시간이 많이 소요됩니다. 산업적 응용 분야에서는 조사된 제품을 가능한 한 신속하게 출하하는 것이 바람직합니다.
이 프로젝트는 제품/제품 팔레트에 부착된 사용자 지정 수의 선량계에 대한 즉각적인 선량 정보를 제공하여, 지정된 요구 사항이 충족될 경우 즉시 출하가 가능하도록 하는 휴대용 측정 장치의 개발을 목표로 합니다. 이는 선택된 측정 지점을 기반으로 3차원 선량 정보를 제공할 수 있지만, 선량계를 부착할 수 없는 위치의 선량을 확인해야 하는 매우 복잡한 형상의 제품 물체의 경우 더 자세한 정보가 필요한 경우가 있습니다. 이를 위해 표면에 분사할 수 있고 3D 선량 스캐너로 측정 가능한 선량계 소재를 개발할 예정이다.
도핑된 NaYF4의 선량 측정 특성을 활용하여 라벨 및 스프레이 형태의 선량계를 개발할 예정이다. 이 세라믹 형광체는 상향 변환 효과를 나타내며, 이는 장파장(적외선 또는 근적외선) 빛을 더 높은 광자 에너지를 가진 단파장 복사(발광)로 변환하는 현상을 의미한다. 여기서, 선량에 따른 발광 수명의 의존성(그림 1)이 입증되었다(Härtling et al., 2012; Reitzig et al, 2013; 2016). 이를 통해 수 kGy에서 150 kGy에 이르는 광범위한 선량 범위(그림 2)를 활용할 수 있습니다. 상온 조건에서의 높은 안정성은 선량 정보가 유지되고 비접촉 방식으로 판독되는 산업용 선량 측정 분야에 이 물질을 적용할 수 있음을 입증합니다. 이러한 특성 덕분에 이 물질은 5 kGy 미만의 광학 선량 측정 분야에서 유망한 후보로 부상하고 있으며, 이 선량 범위는 지금까지 더 복잡한 비광학 시스템으로만 다루어졌습니다.
출판
Christiane Schuster, Florent Kuntz, Alain Strasser, Thomas Härtling, Kay Dornich, Daniel Richter
, “μm 두께의 선량 측정층을 이용한 3차원 상대 선량 측정”, Radiation Physics and Chemistry, 2020, 109238, ISSN 0969-806X
키워드:
고선량 선량계측, 광학 선량계측, 감마선 조사, 전자빔 조사, X선 조사, 세라믹 형광체, 발광 감쇠 시간, 산업용 방사선 처리.
Fig 1: Luminescence lifetime reduction after a 300 kGy electron irradiation (from Reitzig et al., 2016).
Fig 2: Dose dependency of the luminescence lifetime of NaYF4 (from Reitzig et al., 2016).
참조
Härtling, T., Reitzig, M., Mayer, A., Wetzel, C., Röder, O., Schreiber, J., 및 Opitz, J. (2012). 광학 활성 마커 물질을 이용한 전자빔 살균의 비파괴 검사. "Optical Components and Materials IX" 수록. pp. 825713-825713-6. Proceedings SPIE 8257.
Reitzig, M., Goodband Rachel, J., Schuster, C., 및 Härtling, T. (2016). 광범위한 선량 범위를 위한 수동 센서 재료로서 세라믹 형광체를 이용한 광학 전자빔 선량 측정. tm - Technisches Messen 83, 171-179.
Reitzig, M., Härtling, T., Winkler, M., Powers, P., Derenko, S., Toro, C., Röder, O., 및 Opitz, J. (2013). 전자빔 살균 모니터링을 위한 상향 변환 형광체에 대한 시간 분해 발광 측정. "스마트 센서 현상, 기술, 네트워크 및 시스템 통합" (K. J. Peters, W. Ecke, T. E. Matikas, 편), pp. 86930R-86930R-7.
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