KR101475745B1 - 고분자 중합체를 이용한 gos 섬광체, 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본원은, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체, 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 비용 절감 효과를 얻을 수 있고 빛의 퍼짐 현상을 보완하여 고감도 및 고성능의 특성을 갖는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본원은, 고분자 중합체를 이용한 GOS (gadolinium oxisulfide) 섬광체, 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 비용 절감 효과를 얻을 수 있고 빛의 퍼짐 현상을 보완하여 고감도 및 고성능의 특성을 갖는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체, 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
의학 진단 및 산업적 비파괴 검사와 같은 분야에서, 영상 진단기는 대상 환자 또는 물품을 확인하는 데 널리 사용되어 왔다.
의료 영상 진단기는 컴퓨터 단층 촬영 (CT) 또는 자기 공명 영상 촬영 (MRI) 같은 촬영법 등으로 활용되고 있고, 영상 진단기 전 분야에 걸쳐서 진단 시간의 단축, 실시간 진단, 및 3 차원 또는 4 차원 이미지로 입체화되고 있는 추세이다. 또한, 그에 따라 특수 분야에 적용시킬 수 있는 다양한 진단 방법이 개발되고 있으나, 아직까지 이러한 진단 기기를 이용하여 검사하는 데에는 시간이 많이 소요 (전신 CT : 12 시간, 전신 MRI : 24 시간, 전신 PET : 1 시간 등) 될 뿐만 아니라 검사 비용 또한 고가여서 이를 감당해야 하는 환자들에게는 큰 부담이 되고 있는 상태이다.
이러한 문제점의 원인은 바로 섬광체에 있다. 섬광체는 검사 시 직접 고에너지의 입자와 접촉하여 빛을 발현하게 되는 최전방에 배치되는 구성 요소로서 통상적으로 크리스탈 섬광체를 이용하여 적용하고 있다. 이러한 크리스탈 섬광체의 경우 그 가격이 고가이고, 가공이 무척 어려우며 가공비도 비싸, 의료 영상 장비의 가격을 높이고 넓은 면적으로 구성함이 어려워 검사 시간이 많이 소요되게 하는 문제를 발생시키는 요인이 되고 있다.
전형적으로, 섬광체는 NaI, CsI, 및 CdWO4와 같은 단결정 (single crystal) 형태의 고체 상태 물질이 이용되었다. 영국 특허 제792,071호에는 먼저 활성분말들을 ∼120,000 psi의 압력 하에서 압축시킨 다음, 결정의 융점까지의 온도, 예를 들어, NaI에 있어서는 200℃ 내지 65O℃의 온도에서 압축물을 가열 처리함으로써 투명한 신틸레이션 (scintillation) 결정을 만드는 방법이 개시되어 있다. 일본 특허 공개 제S48-9272호에는, 약 0.5 mm 두께의 섬광체를 제조하기 위해 일단의 과립형 NaI 결정들에 평방 센티미터당 수 톤 (1,000 kg/cm2 = 14,223 psi)의 압력을 가하는 방법이 개시되어 있다. 또한, Kashyuk 등의 문헌에는, 투명한 디스크들을 얻기 위해 10 분 동안 120℃ 및 3,000 kg/cm2 내지 12,000 kg/cm2 (42,670 psi 내지 170,680 psi)에서 알칼리성 클로라이드 분말을 압축하는 방법이 개시되어 있다.
또한, DR (Digital Radiography)에 사용되는 필름 형태의 스크린 (screen)은 사용이 편리하고 많은 빛을 발생시키지만 스크린에서 방출되는 빛의 퍼짐 현상이 있어 해상도가 떨어진다. 이를 해결하기 위해 얇은 다이아몬드 커터를 이용하여 기존의 스크린 표면에 격자를 만들었으나 지지체의 물성이 너무 물러 격자를 일정하게 생성할 수 없었다.
한편, 폴리 스티렌과 같은 고분자 중합체는 흡습성이 없고 무색 투명하며 경량의 소재로서 몰드를 이용하거나 사출성형법을 이용하여 쉽게 원하는 모양을 만들 수 있다. 특히, 폴리 스티렌은 렌즈 또는 프리즘을 제작하는 광학 수지로서 쓰일 만큼 광학 특성이 뛰어나다.
본원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 비용 절감 효과를 얻을 수 있고 빛의 퍼짐 현상을 보완하여 고감도 및 고성능의 특성을 갖는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체, 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 폴리 스티렌 지지체; 및, GOS (gadolinium oxisulfide)를 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 스티렌 단량체 및 GOS (gadolinium oxisulfide) 분말을 혼합하여 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액을 제조하고; 및, 상기 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액의 스티렌을 중합하여 폴리 스티렌-기반의 GOS 섬광체를 수득하는 것을 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법을 제공한다.
본원에 따르면 종래의 단결정 섬광체 또는 세라믹 섬광체의 단점이었던 섬광체 제작비용을 절감할 수 있고, 단단한 물성을 갖는 고분자 중합체를 지지체로 사용하여 스크린 표면에 격자를 용이하게 만들 수 있으므로 빛의 퍼짐 현상을 보완할 수 있다. 특히, 본원에 따라 제조된 섬광체는 기존 섬광체의 사용 형태보다 고감도 및 고성능의 특성을 갖는다. 따라서, 본원에 따라 제조된 섬광체는 의학 진단 및 산업적 비파괴 검사 등의 분야에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 폴리 스티렌 (PS)-기반 GOS 섬광체의 5 mm 두께 디스크-형 샘플을 나타내는 사진이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체들의 CCD (charge coupled device) 카메라에 의한 X-선 발광을 나타내는 사진이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 디스크 섬광체의 광출력을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 방출 스펙트럼 (emission spectrum)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체를 다이아몬드 커터로 재단한 모습을 나타내는 사진이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 질량 및 투과도를 통하여 측정된 GOS의 실제 농도 및 그에 따른 상대광출력을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체들의 CCD (charge coupled device) 카메라에 의한 X-선 발광을 나타내는 사진이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 디스크 섬광체의 광출력을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 방출 스펙트럼 (emission spectrum)을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체를 다이아몬드 커터로 재단한 모습을 나타내는 사진이다.
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 질량 및 투과도를 통하여 측정된 GOS의 실제 농도 및 그에 따른 상대광출력을 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "섬광체"라는 용어는 신틸레이터 (scintillator)라고도 불리우고, 알파선, 감마선, 중성자, X-선 등과 같은 방사선이 조사되면 방사선을 수용하고, 입사되는 방사선 세기에 비례해서 가시광선을 방출시키는 물질을 의미한다. 섬광체는 주로 의료용 PET 장비, 비파괴검사 장비, 방사선 검출기, 초대형 입자가속기 등의 검출기 소재로 사용된다.
본원 명세서 전체에서, "GOS"라는 용어는 가돌리늄 옥시설파이드 (Gd2O2S)의 약칭이다. 상기 GOS는 X-선 방사선에 이용되는 흔한 인광 물질 (phosphor material) 중 하나로서, 높은 광수율 (light yield) 및 높은 Z 넘버와 같이 훌륭한 섬광 성질을 가지기는 하지만, 큰 사이즈의 단결정 또는 두꺼운 GOS 세라믹 블록을 만들기가 매우 어렵기 때문에 활용에 제약이 있다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 폴리 스티렌 지지체; 및, GOS (gadolinium oxisulfide)를 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체를 제공한다.
GOS 섬광체는 단결정 성장이 어려워 파우더 형태의 입자로 존재하므로 페이스트 형태 또는 박막의 형태로 사용되고 있으며, 일반적으로 GOS는 박막 형태인 증감지 (intensifying screen)의 형태로 만들어 사용된다. 상기 증감지는 지지체, 반사층, 섬광체 층, 및 보호막으로 이루어져 있으며 이 중 상기 섬광체 층에 GOS가 존재한다. X-선이 증감지를 투과하면서 섬광체 층의 GOS가 반응하여 가시광선을 방출하고 방출된 가시광선은 방향이 일정하지 않으므로 원하지 않는 방향으로 진행하는 빛은 반사층을 통해 반대편으로 반사된다. 상기 지지체는 GOS가 필름에 존재할 수 있도록 잡아주는 바인더 (binder) 로서의 역할을 한다. 본원은 상기 지지체로서 폴리 스티렌을 이용한다.
제작된 섬광체의 무게는, 보통 단위 면적당 무게로 나타내는데, 치과용 X-선 이미지 센서용으로는 20 mg/cm2 내지 50 mg/cm2의 섬광체가 일반적으로 사용되고, 많은 빛을 내기 위해서는 50 mg/cm2 내지 140 mg/cm2의 섬광체가, 그리고 450 keV 내지 25 MeV의 고출력 X-선에 적용하기 위해서는 200 mg/cm2 내지 450 mg/cm2의 섬광체가 사용된다.
본원에 있어서, 상기 폴리 스티렌은 그의 안정성, 높은 반사 인덱스, 비-흡습성 (non-hygroscopicity), 투명도 (transparency), 용이한 제조법 등 때문에 GOS 분말의 적절한 바인더로서 이용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS는 상기 폴리 스티렌 약 10 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 내지 약 10 중량부로 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 GOS 첨가량은, 상기 폴리 스티렌 약 10 중량부에 대하여, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 약 2 중량부 내지 약 4 중량부, 약 5 중량부 내지 약 7 중량부, 약 6 중량부 내지 약 8 중량부, 약 7 중량부 내지 약 9 중량부, 약 8 중량부 내지 약 10 중량부, 또는 약 9 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS는 금속 원소 또는 할로겐 원소로 도핑된 것, 또는 도핑되지 않은 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 원소 또는 할로겐 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br, I, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 원소로는 Tb를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 단단한 물성을 갖는 고분자 중합체를 지지체로 포함하므로 빛의 퍼짐 현상을 막기 위한 격자 제조 시 다이아몬드 커터를 이용하여 용이하게 일정한 격자를 만들 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 스티렌 단량체 및 GOS (gadolinium oxisulfide) 분말을 혼합하여 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액을 제조하고; 및, 상기 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액의 스티렌을 중합하여 폴리 스티렌-기반의 GOS 섬광체를 수득하는 것을 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법을 제공한다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS 혼합액을 진공 분위기 하에서 탈가스 처리하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 탈가스 처리는 상기 GOS 혼합액을 진공 상태에서 일정 시간 방치하여 혼합 용액 내부의 버블을 제거하는 것에 의해 수행될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS는 상기 스티렌 단량체 약 10 중량부에 대하여 약 0.1 중량부 내지 약 10 중량부로 혼합되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 GOS 첨가량은, 상기 폴리 스티렌 약 10 중량부에 대하여, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 2 중량부, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 약 2 중량부 내지 약 4 중량부, 약 5 중량부 내지 약 7 중량부, 약 6 중량부 내지 약 8 중량부, 약 7 중량부 내지 약 9 중량부, 약 8 중량부 내지 약 10 중량부, 또는 약 9 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS 혼합액은 상기 중합 공정 전에 초음파 처리하는 것을 추가 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 GOS의 분말은 밀도가 높기 때문에, 중합 공정 중에 상기 스티렌을 포함하는 GOS 혼합 용액의 용기 하부에 가라앉는 경향이 있으므로, 상기 혼합액은 중합 공정 전에 상기 분말을 최대한 균질화 (homogenization) 시키기 위하여 초음파 자극이 우선될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 아울러, 상기 GOS 혼합액은 상기 중합 공정 전에 볼밀을 이용한 믹싱, 믹서를 이용한 믹싱, 호모게나이져 (homogenizer)를 이용한 믹싱이 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 GOS는 금속 원소 또는 할로겐 원소로 도핑된 것, 또는 도핑되지 않은 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 금속 원소 또는 할로겐 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br, I, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 원소로는 Tb를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원에 따른 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법은 파장 시프터 (wavelength shifter)의 첨가 없이 고감도 및 고성능의 GOS 섬광체를 제조할 수 있다. 따라서, 본원은 종래의 단결정 섬광체 또는 세라믹 섬광체의 단점이었던 섬광체 제작비용 절감에 기여할 수 있고, 단단한 물성을 갖는 고분자 중합체를 지지체로 사용하여 스크린 표면에 격자를 용이하게 만들 수 있으므로 빛의 퍼짐 현상을 보완할 수 있다. 아울러, 본원에 따라 제조된 섬광체는 의학 진단 및 산업적 비파괴 검사 등의 분야에서 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본원의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
<실시예 1>
PS
-기반
GOS
섬광체의
제조
바이알에 서로 다른 양 (0.1 g, 0.2 g, 0.5 g, 1.0 g, 2.0 g, 3.0 g, 4.0 g, 5.0 g, 및 10.0 g)의 GOS:Tb 파우더를 넣고 상기 파우더가 담긴 각각의 바이알에 스티렌 용액 [안정제가 첨가된 단량체 상태 (> 99%)의 용액] 10.0 g을 첨가하였다. 이때, GOS에 포함된 가돌리늄은 높은 원자량을 갖기 때문에 스티렌 용액에 비해 상대적으로 질량이 커서 바닥에 가라앉아 일정한 농도의 샘플을 만들 수 없다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위하여 스티렌을 중합시켜 높은 분자량을 갖게 함으로써 GOS 파우더가 가라앉는 시간을 늦추는 방법을 이용할 수 있다. 먼저, 120℃의 오븐에서 2 시간 동안 일부 중합시켜 스티렌 용액의 분자량을 높임으로써 올리고머 상태를 수득하였다. 상기 중합 과정을 통해 점성이 생긴 스티렌 올리고머-GOS:Tb 용액을 믹서를 이용하여 GOS 파우더가 상기 용액 내부에 고르게 분포될 수 있도록 혼합하였다. 상기 믹싱 과정에서 생겨난 상기 용액 내부의 작은 버블들이 모두 배출될 수 있도록 상기 스티렌 올리고머-GOS:Tb 용액을 진공 하에 방치하였다. 버블이 제거된 상기 스티렌 올리고머-GOS:Tb 용액은 다시 오븐에 넣고 약 60 시간 동안 충분히 중합시켰다. 이때, 개시제를 사용하면 더욱 빠르고 쉽게 중합할 수 있지만 불순물의 첨가를 줄이기 위하여 개시제는 사용하지 않았다. 상기 중합이 완료된 후, 상기 바이알을 오븐에서 꺼내어 상온까지 약 6 시간 동안 천천히 냉각시켜 폴리 스티렌-GOS:Tb 용액을 수득할 수 있었다. 상기 폴리 스티렌-GOS:Tb 용액의 온도가 상온으로 떨어지면 상기 바이알 깬 후, 폴리 스티렌-기반의 GOS:Tb를 회수하였다.
상기 폴리 스티렌-기반의 GOS:Tb를 섬광체로서 이용하기 위하여 섬광체의 두께가 5 mm가 되도록 가공 과정을 수행하였다. 상기 가공 과정은 다이아몬드 커터를 이용하여 폴리 스티렌-GOS:Tb를 작은 크기로 절단하여 여러 개의 샘플을 만들고 각 샘플이 동일한 크기를 갖도록 재단하는 과정이다. 상기 가공 과정으로 거칠어진 샘플의 표면은 연마기 (polishing machine)를 이용하여 매끄럽게 연마하였다. 상기 연마 과정을 거쳐 폴리 스티렌-기반 GOS:Tb 섬광체를 수득하였다.
<실험예>
PS
-기반
GOS
섬광체의
특성 분석
실시예 1에서 수득된, 상이한 GOS 함유량을 갖도록 제조된 폴리 스티렌-기반 GOS 섬광체 샘플들의 특징을 조사하였다. 우선, 상기 실시예 1에서 제조된 PS-기반 GOS 섬광체의 5 mm 두께 샘플의 투과도 및 흡수 스펙트럼들은 아크 제논 램프 (arc xenon lamp) 및 CCD-기반 단색광기 시스템 [monochrometer system (Thermo Scinentific, Evolution300 UV-Vis)]에 의하여 측정되었다. 이어서, X-선 발광 (luminescence) 스펙트럼은 100 kVp, 120 mAs, 및 가시광선 분광기 시스템 (K-MAC, SV-2100)의 노출 (exposure) 컨디션을 갖는 X-선 발생기 LISTEM, BRS-2에 의해 측정되었다. GOS 분말의 함유량에 의존하는 상대광출력 (relative light outputs)은, 또한, X-선 및 렌즈-결합된 CCD 카메라 시스템 Andor DV-434를 이용하여 측정되었고, 데이터는 CCD 영상 처리 소프트웨어 (image processing software) Maxim DL4에 의해 분석되었다. 이때, 본 실험을 위한 대조군으로서 GOS:Tb를 포함하지 않는 시판 중인 희토류 증감지, Lanex Regular 및 Lanex Fine을 이용하여 대조 실험을 수행하였다.
도 1은 본 실시예에 따른 폴리 스티렌 (PS)-기반 GOS 섬광체의 5 mm 두께 디스크-형 샘플을 나타내는 사진이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 그에 함유된 GOS 함유량에 따라 섬광체의 투명도가 다르다는 것을 확인할 수 있다.
상기 제조된 섬광체를 위하여 CCD 카메라에 의해 측정된 상이한 GOS 함유량을 갖는 섬광체의 X-선 발광은 도 2에 나타내었다. 도 2는 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체들의 CCD 카메라에 의한 X-선 발광을 나타내는 사진이다. 도 2에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 GOS 함유량이 0.1 g에서 10.0 g으로 증가함에 따라 발광의 명도가 증가하다가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체 중 GOS의 농도가 짙어지면서 발광량이 증가했다가 감소하는 것은 상기 GOS의 농도가 짙어짐에 따라 섬광체 내부에서 생성된 빛이 GOS 입자에 산란, 흡수되는 확률이 높아지는 것에 기인한 것이다.
100 kVp 및 120 mAs의 X-선 컨디션 하에서 본 실시예에서 제조한 샘플의 X-선 발광 스펙트럼은 도 3에 나타내었다. 도 3은 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 디스크 섬광체의 광출력을 나타내는 그래프이다. 도 3에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 GOS 함유량이 0.1 g에서 5.0 g으로 증가함에 따라 상대광출력 강도가 증가하다가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체 중 GOS의 농도가 짙어지면서 발광량이 증가했다가 감소하는 것은 GOS의 농도가 짙어짐에 따라 섬광체 내부에서 생성된 빛이 GOS 입자에 산란, 흡수되는 확률이 높아지는 것에 기인한 것이다.
본 실시예에 따른 섬광체 샘플들의 방출 스펙트럼은 도 4에 나타내었다. 도 4는 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 방출 스펙트럼 (emission spectrum)을 나타내는 그래프이다. 도 4에 나타난 바와 같이, 대부분의 제조된 섬광체 방출 파장은 545 nm였고, 그보다 작은 스펙트럼, 445 nm, 493 nm, 590 nm, 620 nm, 및 670 nm이 관찰되었다. 또한, 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 GOS 함유량이 0.1 g에서 2.0 g으로 증가함에 따라 발광의 강도가 증가하다가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이때, 본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체 중 GOS의 농도가 짙어지면서 발광량이 증가했다가 감소하는 것 또한 GOS의 농도가 짙어짐에 따라 섬광체 내부에서 생성된 빛이 GOS 입자에 산란, 흡수되는 확률이 높아지는 것에 기인한 것이다.
상기 섬광체 흡수 스펙트럼 그래프는 도 5에 나타내었다. 도 5는 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 GOS 함유량이 증가함에 따라 투과도가 감소함을 확인할 수 있었다.
도 6은 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체를 다이아몬드 커터로 재단한 모습을 나타내는 사진이다. 본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체는 단단한 물성을 갖는 고분자 중합체를 지지체로 포함하므로 빛의 퍼짐 현상을 막기 위한 격자 제조 시 다이아몬드 커터를 이용하여 용이하게 일정한 격자를 만들 수 있다.
본원에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 GOS 함유량에 따른 상대광출력 변화를 확인하기 위하여 실험을 수행하였고, 그 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7은 본 실시예에 따른 PS-기반 GOS 섬광체의 질량 및 투과도를 통하여 측정된 GOS의 실제 농도 및 그에 따른 상대광출력을 나타내는 그래프이다. 상기 GOS의 함유량 [즉, 도 7의 x 축, Gd2O2S 농도 (중량%)]은 PS-기반 GOS 섬광체의 질량 및 투과도를 측정하고, 그 결과에 따라 실제 농도 (중량%)를 측정할 수 있었다. 도 7에 나타난 바와 같이, 상기 GOS의 함유량은 0 중량%에서 35 중량%까지 변화시켰을 때 그에 따른 상대광출력이 일정 수준의 농도까지는 급격히 증가함을 확인할 수 있었지만, 약 11 중량%를 초과하는 경우 농도에 대한 의존성이 없어짐을 알 수 있었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (10)
- 폴리 스티렌 지지체; 및,
GOS (gadolinium oxisulfide)
를 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체로서,
상기 GOS는 상기 폴리 스티렌 10 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함되며,
상기 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체는 스티렌 단량체 및 GOS (gadolinium oxisulfide) 분말을 혼합하여, 상기 스티렌을 중합하여 수득되는 것인,
고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 GOS는 금속 원소 또는 할로겐 원소로 도핑된 것, 또는 도핑되지 않은 것을 포함하는 것인, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체.
- 제 3 항에 있어서,
상기 금속 원소 또는 할로겐 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br, I, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체.
- 스티렌 단량체 및 GOS (gadolinium oxisulfide) 분말을 혼합하여 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액을 제조하고; 및,
상기 스티렌을 포함하는 GOS 혼합액의 스티렌을 중합하여 폴리 스티렌-기반의 GOS 섬광체를 수득하는 것
을 포함하는,
고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 GOS 혼합액을 진공 분위기 하에서 탈가스 처리하는 것을 추가 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 GOS는 상기 스티렌 단량체 10 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 혼합되는 것인, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 GOS 혼합액은 상기 중합 공정 전에 초음파 처리하는 것을 추가 포함하는, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 GOS는 금속 원소 또는 할로겐 원소로 도핑된 것, 또는 도핑되지 않은 것을 포함하는 것인, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
- 제 9 항에 있어서,
상기 금속 원소 또는 할로겐 원소는 La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, F, Cl, Br, I, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 고분자 중합체를 이용한 GOS 섬광체의 제조 방법.
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