1. 방사선의 이해

1.1. 방사선 정의

· 방사선이란 원자핵이 다른 원자핵으로 바뀔 때 내놓는 알파선, 전자, 감마선, 엑스선 중 성자를 일컽습니다.

- 방사선의 종류 및 강도에 따라 차폐체의 종류 및 두께 결정

그림 1-1. 방사선 종류별 투과력

· 방사선의 종류

- 자연 방사선 : 하늘과 땅, 음식물, 인체 등 자연에서 나오는 방사선

- 인공 방사선 : 원자력발전소, 엑스선 장치, 암 치료 장비, 가전제품 등 필요에 의해 만들어진 방사선

· 방사선 구분

- 전리 방사선 : 물질을 구성하고 있는 원자의 궤도전자를 밖으로 튕겨내는 현상인 전리현상을 일으키는 방사선 (ex) 알파선, 베타선, 중성자선, 감마선, X-Ray 등

- 비전리방사선 : 전리현상을 일으키지 않는 방사선 (ex) 태양광선, 자외선, 적외선, 가시광선

1.2. 방사선량 한도

· 선량한도 : 특정 개인에게 일정기간 용인 할 수 있는 방사선량의 상한선

· 원자력안전법 제 2조 제 4호에 따라 내부와 외부에 피폭된 방사선량 합을 아래와 같은 상한선 기준에 따라 제한.

구분	방사선작업종사자	수시출입자 및 일반종사자	일반인
유효선량한도	연간50mSv를 넘지 아니하는 범위에서 5년간 100mSv (10μSv/h)	연간 6mSv	연간 1mSv

표 1-2. 유효 선량 한도

· 방사능이란?

- 방사성 물질이 방사선을 내는 강도 [단위 : 베크렐 (Bq)]

(ex) 1Bq(Becqurrel) = 매초 하나의 핵이 붕괴 = 1 dps (dps=disintegration per second)

· 방사선이란?

- 에너지가 높아 불안한 물질이 안정된 상태를 찾기 위해 방출하는 에너지 흐름 [단위 : 시버트 Sv)]

(ex) 1Sv(Sievert) = 1Gy(Gray) x [W] = 단위질량당 방사선량 x 방사선 종류에 따른 가중치 = 인체에 대한 유해정도

2. X-Ray의 이해

2-1. X-Ray 발견

그림 2 1 Wilhelm Konrad Röntgen & Röntgen 부인 손 (X-Ray 최초 발견자 & 최초 X-Ray 이미지)

1895년 11월 8일 독일의 물리학자 빌헬름 뢴트겐 (1845~1923)이 차폐된 음극관을 이용한 실험 중 형광작용이 이미지 광선에 의해 생기는 것을 실험 중 우연히 발견.

2.2. X-Ray 특징

그림 2 2 X-ray 종류 및 파장

· 파장이 원자 크기 정도로 짧은 전자기파로 높은 에너지를 가지며 물질을 관통하는 성질이 있음

· 가속전압이 높을수록 파장이 짧아지는데, X-Ray 의 파장이 짧을수록 투과율이 커지고 화면이 선명해짐

· X-Ray가 물질의 밀도, 원자에 따라 투과율이 달라지는 원리를 이용하여 제품의 비파괴검사장비, 의료용 검사장비로 널리 이용됨.

· X-Ray 특징 활용

- 물질을 관통하는 특성 : 인체 내부 구조 검사 / 산업용 비파괴 검사

- X-Ray선의 회절 특성 : 물질 구조 분석

2.3. X-Ray의 발생 조건

· 전자 : 필라멘트를 가열하여 열전자 발생

· X-Ray 발생장치 내부 진공 유지 : 전자의 원활한 이동 조건

· 타겟(Target) 필요 : 전자가 타겟에 부딪치면서 X-Ray 발생

· 전자의 가속 : 고전압을 올려 전자를 타겟으로 가속 - X-Ray 세기

2.4. X-Ray 이미지 획득

· 투시하는 제품의 밀도에 따른 투과율 차이로 내부 / 외부 구조 구분

- 밀도가 높음 : X-Ray 투과가 잘 되지 않아 발광 소자가 덜 반응함 - 낮은 X-Ray 값

- 밀도가 낮음 : X-Ray 투과가 잘 되어 발광 소자가 더 반응함 - 높은 X-Ray 값

· 발광 소자의 발광 정도에 따른 값을 전산화하여 명암으로 표시 (Gray Value)

· X-Ray 영상 수신 장치 (Detector) 사양에 따라 값의 차이 있음

3. X-Ray 장비 구성

그림 3 1 X-Ray 장비 구성

· X-Ray Generator (X-Ray 발생장치, Source) : X-Ray를 발생시키는 장치

· Stage(Manipulator) : 샘플 및 측정품의 로딩 및 이동

· X-Ray Detector (X-Ray 영상 수신장치) : X-Ray 이미지 영상을 읽어드리는 검출기

· Software : 구성 장비 제어 및 X-Ray 이미지 처리, 결함 분석, CT촬영 등의 데이터 처리

3.1. X-Ray 발생장치 (Closed vs Open)

그림 3-2. Close Tube

그림 3-3. Open Tube

종류	Close Type Tube	Open Type Tube
특징	개폐가 불가한 용접구조물의 튜브 사용 전구와 같이 진공상태에서 실링함	진공을 파기하여 필라멘트, 타겟 등 교체 가능 진공 유지를 위한 진공펌프 장착
장점	초기 투자비용이 Open Tube에 비해 저렴 유지보수 필요 없음	반영구적으로 사용 가능 (유지보수 필요)
단점	유지보수 불가 필라멘트 및 타겟 파손 시 폐기	초기 투자비용 높음 주기적인 유지보수 필요 (필라멘트, 타겟 등)

표 3-1. 튜브 비교 (Close Tube vs Open Tube)

3.2. X-Ray 발생장치 (Micro vs Large)

그림 3 4 Micro Focus Tube

그림 3 5 Large Focus Tube

3.3. X-Ray 발생장치 구분

X-Ray 발생장치 (X-Ray Source)의 기본 구성

· X선관 (Tube) : X-Ray가 직접적으로 발생하는 장비

· 고압장치 (Generator) : X-Ray가 발생하도록 고압을 공급하는 장비

· 냉각장치 (Cooler) : X-Ray 타겟에 발생하는 고열을 냉각하는 장비

· 진공장치 (Vacuum) : X-Ray 선관 내부 고진공 상태를 유지하는 장비

X-Ray 발생장치 구분

· Open / Closed : X-Ray 발생장치의 진공 여부에 따라 구분

- Closed Tube : 진공 상태의 X선관을 사용하는 발생장치

- Open Tube : 장비 작동 시 진공장비로 진공상태를 만들어 사용하는 발생장치

· Micro / Mini / Large : X-Ray가 발생하는 포커스(Focus)의 크기에 따라 구분

- Micro (~10μm)

- Mini (10μm~100μm)

- Large (100μm~)

3.4. X-Ray 발생장치 비교

	Closed Large Tube	Closed Micro Tube	Open Micro Tube
장점	간단한 시스템 구성 튜브의 종류 및 출력이 다양함 특별한 유지보수가 필요없음	고 배율 확대 가능 고배율 일 때 높은 해상도 특별한 유지보수가 필요 없음	고 배율확대 가능 고배율일때, 높은 해상도 유지관리에 따라 튜브를 반영구적으로 사용 가능
단점	고배율일 때, 낮은 해상도 Focal spot size가 큼 튜브 교체 시 비용부담이 큼	최대 출력이 낮음 높은 전압으로 구성에 제한 튜브 교체 시 비용부담이 큼	구성이 복잡하고 소모품교체에 따른 불편함이 있음 지속적인 필라멘트 및 타겟 교체 주기적인 진공펌프 및 부품관리 튜브 해체 시 세척
수명	5000hr~15000hr	5000hr~15000hr	100~300hr
출력	최대 600kV	최대 150kV	최대 240kV
파워	최대 4500W	최대 75W	최대 320W

표 3 2 X-Ray 발생장치 비교

3.5. X-Ray 발생장치 “Focal Spot”

· Focal Spot: 전자가 타깃에 충돌하는 지점

· Focal Spot Size

4 Watt (Be Target) 10 Watt (Be Target)

그림 3 6 Focal Spot Size에 따른 이미지 비교

· X-Ray가 타깃으로부터 발생되어 나오는 초점의 크기

· Focal Spot의 지름

· 해상도를 결정하는 중요 요소

· 크기가 작아지면 기하학적 불선명도가 줄고 화면의 품질과 미세 관찰 능력이 향상

· Focal Spot Size에 따라 물체의 확대 이미지 획득 시 왜곡 도에 차이가 있음

3.6. 스테이지 구동장치 (Manipulator)

· 스테이지 혹은 지구 장치를 원하는 위치로 이동, 회전 기울임이 가능한 장치

· 샘플의 확대 시 투시하여 볼 수 있는 영역이 제한되기 때문에 구동 장치 필요

· 샘플 스테이지, X-Ray 발생장치, X-Ray 영상장치의 수평, 수직이동 등이 있음

· 고정 밀 CT 데이터 획득을 위해 회전 테이블과 구동 장치의 정밀도가 요구됨

3.7. X-Ray 영상 수신장치 (X-Ray Detector)

3.7.1. FPD (Flat Panel Detector, 평판디텍터)

그림 3 9 FPD (Flat Panel Detector)

· Scintillator: 형광물질로서, COS Cal 두 종류가 있음

· CMOS, CCD, TFT : Photo Diode

· FPD 기본 원리 : X-Ray 신호가 Scintillator에 의해 가시광선으로 전환 >> 전환된 가시 광선이 Photodiode에 의하여 전기적 신호로 변환 >> 트랜지스터에 의하여 각 호소에 저장된 신호가 고속으로 컴퓨터에 전달 됨.

3.7.2 I.I (Image Intensifier, 증배관)

그림 3 11 I.I (Image Intensifier)

그림 3 12 I.I (Image Intensifier) 구조

기본원리 : X-Ray는 X-Ray 고전송과 저화산성의 알루미늄(Al) 금속 입력창을 통해 입사 >> 인광체 스크린(Scintillator)에 의해 흡수되어 가시광선으로 전환 >> 관전음극 (Photocathode)에 의해 가시광선이 광전자 이미지로 전환 >> DC 전압에 의해 광전자 가속 >> 전기 렌즈에 의해 Focusing >> 광전자 이미지를 다시 가시광선으로 전환

3.8. X-Ray 영상 수신장치 비교 (FPD vs I.I)

구분	I.I (Image Intensifier)	FPD (Flat Panel Detector)
입력 면 형상	볼록한 구면	평평한 평면
Shading (halation)	중심부의 감도가 주변부보다 밝게 나타남	주변부와 중앙부의 감도 차이 없음
Distortion	주변부 영상이 왜곡 됨 (Pin Cushion 현상이라고 함)	Detector 자체 입력면에 의한 영상 왜곡은 없음
주변장치	광학계와 카메라가 필요 적용 카메라에 따라 Analog/Digital Image를 선택할 수 있음 Digital Camera를 적용하면 FPD와 같은 효과를 얻을 수 있음	CMOS 소자 입력 면에 Scintillator (신틸레이터)가 도포되어 있는 구조로 광학계 및 별도의 카메라가 필요하지 않음
설치 공간	무게가 무겁고 (10kg내외) 설치 공간 (￠250x260㎜)이 큼	무게가 가볍다. (2kg 이내) 설치공간(150x150x35㎜)이 작음
기타	평판디텍터에 비해 적은 조사 선량으로 영상 획득 가능 실시간 영상이 가능 광학계 및 카메라 조합으로 단점들을 보완 가능 (Digital Camera)	증배관에 비해 많은 조사선량이 필요 이미지 획득 시간이 길어서 실시간 영상을 획득하는데 불리 영상 계조가 깊어서 이미지 퀄리티가 좋음

표 3 3 디텍터 비교 ( FPD vs I.I )

4. 엑스레이 이미지

4.1. 전압, 전류 특성

그림 4 1 관전류 및 관전압 변화에 따른 X선 스펙트럼

· Tube Voltage (관전압, kVp) : X-Ray 에너지 스펙트럼을 결정. 시료의 두께 및 재질에 따라 조건 변경

· Tube Current (관전류, mA) : X-Ray 광 강도를 결정 (#/sec)

· Exposure Time (노출시간, sec) : X-Ray 노출도를 결정 (#)

4.2. 2D 이미지

· 투시하는 제품의 밀도에 따른 투과율 차이로 내/외부 구조 구분

· 밀도가 높음 : X-Ray 투과가 잘 되지 않아 발광 소자가 덜 반응 - 낮은 X-Ray 파워

· 밀도가 낮음 : X-Ray 투과가 잘 되어 발광 소자가 더 반응 - 높은 X-Ray 파워

· 발광 소자의 발광 정도에 따른 값을 전산화 하여 명암으로 표시 (Gray Value)

· X-Ray 영상 수신 장치 (Detector) 사양에 따라 level 차이, (ex) 14bit = 16384 levels, 16bit = 65536 levels

4.3. X-Ray Computed Tomography(CT) 이미지

· 샘플을 360도 회전하여 X-Ray 촬영한 이미지의 중첩된 영역을 엑스레이 세기에 따라 컴퓨터 분석하여 각 단충의 이미지와 3D 영상을 획득하는 과정

· 샘플의 내부를 좀 더 직관적이고 명확하게 파악 할 수 있어 제품 결함 및 내부 구조 분석에 이용 - 결함 분석 / 표준 실측 비교 등

· 샘플(산업용) 또는 X-Ray 시스템(의료용)을 회전시키며 촬영해야 하기 때문에 기구 정밀도가 중요 - ㈜덕인의 강점

5. 방사선 안전

5.1. 국내 원자력 안전법령 체계

그림5-1. 국내 원자력 안전법령 체계

· 산업용 방사선발생장치 사용 시 원자력안전법령에 의거하여 사용 규제.

- 의료진단용 X-RAY사용의 경우 의료법 규제를 통하여 장비 사용 가능

5.2. 산업용 X-RAY 사용 민원처리 절차

그림5-2 민원처리절차

· 한국원자력안전기술원(KINS) : 원자력안전규제

· 한국원자력안전재단(KOFONS) : 안전관리부담금 납부 및 비용관리

· 원자력안전위원회(NSSC) : 심사·검사 최종검토

5.3. 산업용 X-RAY 사용 민원처리 절차

그림5-3 민원처리 절차

· 민원접수 방법

① 우편등기 접수처 : 대전광역시 유성구 과학로 62 한국원자력기술원 총무팀

② 전자민원 홈페이지: 사이버방사선안전정보센터 (http://rasis.kins.re.kr)

5.4. 신고대상 방사선발생장치 사용시 인허가 사항

5.5. 방사선안전관리자 선임/변경 신고 (사용신고 후 조치사항)

· 방사선안전관리자의 자격요건

- 신고기관 : 해당 사업소 종업원 중에서 방사성동위원소 또는 방사선발생장치의 취급경력이 있는 사람으로서 법령에서 정하는 방사선안전관리자의 교육을 이수한 사람 또는 업무대행자의 인력

- 허가기관 : 해당 사업소 종업원 중에서 법령에서 정하는 면허를 소지한 사람이거나 방사선관리 기술사 자격을 소지한 사람 또는 업무대행자의 인력

· 방사선안전관리자 선임/변경 신고시기

- 신규 방사선안전관리자 선임: 방사선발생장치(RG) 사용을 개시하기 전에 선임신고

- 방사선안전관리자 변경 : 기존에 선임된 안전관리자를 다른 종업원으로 변경하기 전에 변경신고

방사선안전관리자 해임 후 선임하는 경우 해임한 날부터 30일 이내 선임신고

· 방사선안전관리자 선임/변경신고 처리기간

- 처리기간 15일 (KINS) – 신고 보완 요구에 따른 기간 미포함

3차원측정기
(접촉/비접촉)

엑스레이 검사
장비

디스플레이
장비

인라인/
전용장비

회사소개

3차원측정기 (접촉/비접촉)

엑스레이 검사장비

디스플레이장비

인라인/전용장비

회사소개

3차원측정기
(접촉/비접촉)

엑스레이 검사
장비

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인라인/
전용장비