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주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

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는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

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칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

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그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

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실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

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계Radon Detecting Unit

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목 연구개 행내용 달 도()

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사용-Oscilloscope

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-High Voltage Power Supply

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100

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장 능 평가실 토양시료를 이용

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라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

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국내

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조승연

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10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

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상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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NRPB-W44

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

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products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

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개 사업 연구보고 입니다

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연구과 명 범용 실내 라돈 시스템 개

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주( )

업 명( )연 학 산학 단 립일 1991

주소 울특별시 구 신 동 연 학134

표자

장( )식 연락처 033-760-2158

페이지httpwww2yonseiackrrese

archindexasp스 033-760-2155

연구과

개요

주 연구책임자 조승연 소속부 환경공학부E-mail

010-7300-9000

sychoyonseiackr

실 담당자 도E-mail

010-8917-0055

hell-nimhanmailnet

참여 업 주 삼 니( )

사업

천원( )

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연구개

결과

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미 신 증폭회로를 갖는 실내 라돈 시스템 개

개 내용

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과 계 시스템 엔지니어링 분 등의 생분야

과학

특허국내 등록 건 3

국외 출원 건 1

게재

SCI 논 건SCI 7

SCI 논 건SCI 0

타 우 논 상 상 한국 원자 학회 주최( )

사업

매출액개 후 재 지 억원0

향후 간 매출3 억원50

시장

규모

재의 시장규모국내 억원 100

계 억원 2000

향후 상 는 시장규모(3 )국내 억원 200

계 억원 2500

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국내 10

계 0

향후 3국내 90

계 50

계시장

경쟁

재 품 계시장 경쟁 -

후 품 계시장 경쟁3 2 ( 50 )

목 차

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나 연구개 결과 요약 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot74

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목 차

라돈 생원에 른 출1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot11

개 목 품 외국 품과 사양2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

라돈 원 부 출 는 사능 일별3 Pylon ( )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능4 (pCiliter)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot30

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot35

그 림 목 차

그림 미국 특 라돈 스 황1 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot15

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot16

그림 작 법3 SSB Si diode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot21

그림 라돈 연구용 챔버4 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

그림 5 Continuous Flow Proportional Detectormiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot22

그림 라돈 용 소 트웨어6 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensormiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 소 라돈 검출8 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot23

그림 라돈9 Chambermiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot25

그림 라돈 주입 시스10 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot26

그림 라돈 원 부 사능 분포11 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot28

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot31

그림 검출 실험실 모델14 spark middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot33

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supplymiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminatormiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 17 Flow Proportional Detectormiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot34

그림 18 Speed at input and output(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

그림 19 Vector at input(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

그림 20 Radon concentration at input(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 모델링 실 라돈 챔버21 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot41

그림 22 Speed at middle(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

그림 23 Vector at middle(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot42

그림 24 Speed at inside corner(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot43

그림 26 Speed at input(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 27 Vector at input(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 28 Radon concentration at input(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 29 Speed at middle(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot45

그림 30 Vector at middle(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 31 Speed at output(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot46

그림 32 Vector at output(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 33 Radon concentration at output(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot47

그림 34 Speed at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

그림 35 Vector at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

그림 36 Radon Concentration at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 37 Speed at output(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

그림 38 Vector at output(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 39 Radon concentration at output(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot50

그림 척 에칭용40 wet stationmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot51

그림 41 라돈검출용 왼쪽 과가드링구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diodemiddotmiddot52

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot53

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

그림 를 이용 공 에 알 평균에 지45 TRIM code middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

그림 가 다른46 Active area schottky diodemiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot54

그림 에 른 알47 Active area middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot55

그림 도체 모식도49 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

그림 압에 른 공50 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot56

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot57

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot57

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 um TCAD - middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 um TCAD - middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot59

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot60

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot61

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot62

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot62

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot63

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot63

그림 60 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼PIN-type background middotmiddotmiddot64

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot64

그림 62 진공에 작 라돈 알 스펙트럼PIN-type 55 MeV (pulser)middotmiddotmiddot64

그림 공 알63 (no bias)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65

그림 공 알 인가64 (40V )middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot65

그림 붕 도65 Ra-226 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot66

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot66

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot67

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot67

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot67

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot68

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot70

그림 작 감 노이즈72 preamplifiermiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot70

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot70

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 작 펄스 모양75 preamplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 시 품 사진77 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot72

그림 시 품 외부78 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot73

그림 시 품 내부79 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot74

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가 연구개 요 요

부 경부에 라돈종합 리 책 일 국가 라돈 검 규 2008 middot

격과 라돈 챔버 다 이용시 내 라돈 농도 분포 조사 국가 라돈 지도 작

등 착

실내 라돈에 조 는 각 나라마다 차이는 있지만 미국 경우(Action Level)

148 Bqm3(1 Bqm

3는 입 미 공 에 라돈 원자핵이 에 개씩 핵붕1 1 1

를 는 것 미 이며 특히 리다주 경우) 74 Bqm3 이 어 있습니다

국 재 시행 인 다 이용시 등 실내공 질 리법 상 권고 이ldquo rdquo 4 pCil

이며 이를 산 면 미국 인 Action Level 148 Bqm3과 동일합니다 진국 경우

가 매매 도 실내 라돈이 가 없다는 것 첨부해야 는 지역도 있 며 외국

인이 국 내에 건 매입 도 실내 라돈 농도를 며 미국 슈퍼마 에

라돈 키트를 매 도 실내 라돈 농도 악 는 것이 생 어 있습

니다 우리나라도 국민소득 이 향상 면 에 보이는 웰 에 에 안 보이

는 것 지 욱 상 게 악 고 처 는 극 인 웰 생 습 이 산 것

상 고 있습니다 일 존 가 에 해 는 약간 느슨 게 용 고

신규 가 에 해 강 해 용 고 있다 스웨덴 경우 신규 가( 70

Bqm3)

미국 경보 청 건 보 가 요 조(EPA) 4pCil를 고 있 며 2~4

경우도 가 보 조 를 권장 고 있습니다 페이지 등 통해 건 내pCil

라돈 염도에 른 조 를 권장 는 등 극 인 보 동 개 고 있습니다

계보건 구 는 라돈 가장 요 경 사 원이자 연 다 폐암 원인(WHO)

평가 고 있 며 모든 폐암 자 가 라돈이 원인 평가 고 있습니다 6~15

라돈 건강 험 에 인식 산 고 주택 내 라돈 염도 감2005

국 라돈 트를 착 며 가 트워크 구축 작업 회 라돈 DB

구축 각종 보고 권고사항 마 등 추진 고 있습니다

국내에 는 이후 국원자 안 원 국립 경과 원 지질자원연구원과 일부1990

등에 토양 지 공공시 주택 등 라돈 조사를 행 경험 있습니다

그러나 국 내 라돈 리 과 계는

실내공간에 극 인 라돈 리 규 이 미 합니다-

ldquo 다 이용시 등 실내공 질 리법 과 보건법 에 는 라돈rdquo ldquo rdquo 4pCil 이

리토 권고 고 있 나 과시 조 에 규 미 합니다

공공시 보다 염도가 높 주택에는 이 어 있지 않습니다

라돈 험 에 인식과 보가 부족합니다-

라돈 장 염도 과 평가 법이 미 립 어 있습니다-

고 험 지역 건축 에 리 체계가 부재합니다-

국내외 증 는 생 사능 라돈에 심과 여 근 부 처 향과

동향 다 과 같습니다

경상품 인증원에 는 월 건축자재 내에 존재 는 사능에- 2006 2

경상품 인증과 여 회 를 개 습니다

경부에 는 월 실내 공 라돈 리 책회 가 있었습니다- 2006 11

경부에 는 월 지 에 존재 는 라돈 우라늄 알 등 사- 2007 1

질에 조사 결과에 검토 책회 가 있었습니다

이에 른 결과 곧 경부에 는 라돈 해 부 국민 건강 보 를 라돈 리 「

종합 책 립 것입니다」

이러 책 공 행 해 도 국내에 라돈 계 시스

개 는 것 아주 요 고 시 다고 볼 있습니다

국내에 는 미국 조 를 아직 권고 만 채택 고 있지만 그 동안 다양 매

체를 통해 천연 사능과 다양 보도 월 뉴스데스크에 라돈 2006 11 MBC

과 획 뉴스가 분여간 후7 우리 주변 자연 사능에 사회 인 심

이 증 고 있 며 이에 경부 생 공해과에 는 모니 링 법 조 법 등 실내 라

돈 종합 책 에 있 며 경 건축자재 인증에 라돈 출량 용 것

입니다 국 는 다양 소 품에 존재 는 자연 사능 양도 역 규 상

어 가고 있습니다 재 여 지 강 요 도 고 있습니다

- 암 사능우라늄 라돈 는 지 다량검출 국민일보middot [ 2001-04-04]hellip

울 지 철역 폐암 라돈 검출 동아일보- [ 2001-09-06]全

일부 지 사 질 검출 곳 곳 국민일보- 150 12 [ 2002-02-07]hellip

부산 울산 경남 부산 지 라돈 경보 조 일보- [ middot middot ] [ 2003-11-23]

지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

마시는 지 에 사 질 검출- [SBS 2005-09-12]

실내 라돈 요 과 험 뉴스데스크- ldquo rdquo [MBC 2006-11]

부 지 간 국내 국 개 가 내 라돈 농도를 조사 결과1999 2001 3 2190

울 조사 상 도가5 148 Bqm3를 고 강원도 충청도 경우 도가 10

148 Bqm3를 과 것 나타났습니다

그 이 는 강원 충청도에 거쳐 토양 우라늄 함량이 높 이며 거주자 습-

과 계가 있습니다 근 우리나라는 주거 공간이 첨단 지능 면 차

폐 어 가고 있 며 실내공 조 는 에어 등 이용 여 습도를 조 므

창 열어 는 경우가 어지고 있습니다 특히 도시 거주자 경우 주변

염과 소 향 창 여는 횟 가 어들고 있습니다

아 트 경우 라돈 생원 주 건축 자재이며 건축자재에 함량과 이 인Ra

험지 는 다 과 같습니다 여 험 지 란 높 안 좋 것이며 라돈 모

핵종인 라듐 함량 뿐 아니라 출 등 고 지 이며 험 지 가 일 연간 1

허용 사 량 약 도가 해당 건축자재 부 인 다는 것 미합니다 이30

이 고 개인 거주시간이 많다면 그 험도는 증가 것입니다 라 각 생

원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

라돈 생원에 른 출1

암 질에 규 가 국 차 강 고 있는 추 입니다 만일 규 가 장차(

74 Bqm3 다면 국 가 이상이 이에 해당 며 차 폐 는 것 고20

면 그 상 욱 늘어날 것임 규 라는 것 개 과 함께 므 욱 다양)

고 어 어 이 개 다면 규 강 시 는 앞당겨 질 도 있습니다

이에 국내에 도 개 과 용이 시 합니다

고품격 행복 고 건강 생 있는 거주 공간 추구 는 국내 경우에도

곧 닥 규 에 해 뿐만 아니라 부분 염 질 어 본 개 인 ALARA(As

합리 이룰 있는 가능 낮 에 충실Low As Reasonably Achievable )

해 도 우리가 용 암 질 어 있다면 가능 낮추는 것이

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

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DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

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UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

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작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

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DescriptionSun Nuclear Model

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원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

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시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

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종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

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논(1)

(2)

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한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

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국외

A Process of Detection for a Radon

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장 참고 헌4

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NRPB-W44

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Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

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과 계 시스템 엔지니어링 분 등의 생분야

과학

특허국내 등록 건 3

국외 출원 건 1

게재

SCI 논 건SCI 7

SCI 논 건SCI 0

타 우 논 상 상 한국 원자 학회 주최( )

사업

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향후 간 매출3 억원50

시장

규모

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계 억원 2000

향후 상 는 시장규모(3 )국내 억원 200

계 억원 2500

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국내 10

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계시장

경쟁

재 품 계시장 경쟁 -

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목 차

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목 차

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그 림 목 차

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그림 19 Vector at input(X)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot40

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그림 26 Speed at input(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

그림 27 Vector at input(Y)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot44

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그림 34 Speed at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

그림 35 Vector at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

그림 36 Radon Concentration at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot49

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국 라돈 트를 착 며 가 트워크 구축 작업 회 라돈 DB

구축 각종 보고 권고사항 마 등 추진 고 있습니다

국내에 는 이후 국원자 안 원 국립 경과 원 지질자원연구원과 일부1990

등에 토양 지 공공시 주택 등 라돈 조사를 행 경험 있습니다

그러나 국 내 라돈 리 과 계는

실내공간에 극 인 라돈 리 규 이 미 합니다-

ldquo 다 이용시 등 실내공 질 리법 과 보건법 에 는 라돈rdquo ldquo rdquo 4pCil 이

리토 권고 고 있 나 과시 조 에 규 미 합니다

공공시 보다 염도가 높 주택에는 이 어 있지 않습니다

라돈 험 에 인식과 보가 부족합니다-

라돈 장 염도 과 평가 법이 미 립 어 있습니다-

고 험 지역 건축 에 리 체계가 부재합니다-

국내외 증 는 생 사능 라돈에 심과 여 근 부 처 향과

동향 다 과 같습니다

경상품 인증원에 는 월 건축자재 내에 존재 는 사능에- 2006 2

경상품 인증과 여 회 를 개 습니다

경부에 는 월 실내 공 라돈 리 책회 가 있었습니다- 2006 11

경부에 는 월 지 에 존재 는 라돈 우라늄 알 등 사- 2007 1

질에 조사 결과에 검토 책회 가 있었습니다

이에 른 결과 곧 경부에 는 라돈 해 부 국민 건강 보 를 라돈 리 「

종합 책 립 것입니다」

이러 책 공 행 해 도 국내에 라돈 계 시스

개 는 것 아주 요 고 시 다고 볼 있습니다

국내에 는 미국 조 를 아직 권고 만 채택 고 있지만 그 동안 다양 매

체를 통해 천연 사능과 다양 보도 월 뉴스데스크에 라돈 2006 11 MBC

과 획 뉴스가 분여간 후7 우리 주변 자연 사능에 사회 인 심

이 증 고 있 며 이에 경부 생 공해과에 는 모니 링 법 조 법 등 실내 라

돈 종합 책 에 있 며 경 건축자재 인증에 라돈 출량 용 것

입니다 국 는 다양 소 품에 존재 는 자연 사능 양도 역 규 상

어 가고 있습니다 재 여 지 강 요 도 고 있습니다

- 암 사능우라늄 라돈 는 지 다량검출 국민일보middot [ 2001-04-04]hellip

울 지 철역 폐암 라돈 검출 동아일보- [ 2001-09-06]全

일부 지 사 질 검출 곳 곳 국민일보- 150 12 [ 2002-02-07]hellip

부산 울산 경남 부산 지 라돈 경보 조 일보- [ middot middot ] [ 2003-11-23]

지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

마시는 지 에 사 질 검출- [SBS 2005-09-12]

실내 라돈 요 과 험 뉴스데스크- ldquo rdquo [MBC 2006-11]

부 지 간 국내 국 개 가 내 라돈 농도를 조사 결과1999 2001 3 2190

울 조사 상 도가5 148 Bqm3를 고 강원도 충청도 경우 도가 10

148 Bqm3를 과 것 나타났습니다

그 이 는 강원 충청도에 거쳐 토양 우라늄 함량이 높 이며 거주자 습-

과 계가 있습니다 근 우리나라는 주거 공간이 첨단 지능 면 차

폐 어 가고 있 며 실내공 조 는 에어 등 이용 여 습도를 조 므

창 열어 는 경우가 어지고 있습니다 특히 도시 거주자 경우 주변

염과 소 향 창 여는 횟 가 어들고 있습니다

아 트 경우 라돈 생원 주 건축 자재이며 건축자재에 함량과 이 인Ra

험지 는 다 과 같습니다 여 험 지 란 높 안 좋 것이며 라돈 모

핵종인 라듐 함량 뿐 아니라 출 등 고 지 이며 험 지 가 일 연간 1

허용 사 량 약 도가 해당 건축자재 부 인 다는 것 미합니다 이30

이 고 개인 거주시간이 많다면 그 험도는 증가 것입니다 라 각 생

원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

라돈 생원에 른 출1

암 질에 규 가 국 차 강 고 있는 추 입니다 만일 규 가 장차(

74 Bqm3 다면 국 가 이상이 이에 해당 며 차 폐 는 것 고20

면 그 상 욱 늘어날 것임 규 라는 것 개 과 함께 므 욱 다양)

고 어 어 이 개 다면 규 강 시 는 앞당겨 질 도 있습니다

이에 국내에 도 개 과 용이 시 합니다

고품격 행복 고 건강 생 있는 거주 공간 추구 는 국내 경우에도

곧 닥 규 에 해 뿐만 아니라 부분 염 질 어 본 개 인 ALARA(As

합리 이룰 있는 가능 낮 에 충실Low As Reasonably Achievable )

해 도 우리가 용 암 질 어 있다면 가능 낮추는 것이

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

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그림 34 Speed at input(Z)middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot48

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400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

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110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

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30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

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특허[ ] - 2008-2

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특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

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그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 작 펄스 모양75 preamplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot71

그림 시 품 사진77 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot72

그림 시 품 외부78 middotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddotmiddot73

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장1

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울 지 철역 폐암 라돈 검출 동아일보- [ 2001-09-06]全

일부 지 사 질 검출 곳 곳 국민일보- 150 12 [ 2002-02-07]hellip

부산 울산 경남 부산 지 라돈 경보 조 일보- [ middot middot ] [ 2003-11-23]

지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

마시는 지 에 사 질 검출- [SBS 2005-09-12]

실내 라돈 요 과 험 뉴스데스크- ldquo rdquo [MBC 2006-11]

부 지 간 국내 국 개 가 내 라돈 농도를 조사 결과1999 2001 3 2190

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148 Bqm3를 과 것 나타났습니다

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원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

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감에도 일조를 것입니다

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실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

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범용 실내 라돈 시스

개 요

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라돈 실시간 검출

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라돈 어 보에 용

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소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

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국내 개 동향(2) 시장

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용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

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차별(1)

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외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

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개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

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갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

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라돈 소스 주입 법 개∙

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Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

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라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

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특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

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지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

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개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

장1

가 연구개 요 요

부 경부에 라돈종합 리 책 일 국가 라돈 검 규 2008 middot

격과 라돈 챔버 다 이용시 내 라돈 농도 분포 조사 국가 라돈 지도 작

등 착

실내 라돈에 조 는 각 나라마다 차이는 있지만 미국 경우(Action Level)

148 Bqm3(1 Bqm

3는 입 미 공 에 라돈 원자핵이 에 개씩 핵붕1 1 1

를 는 것 미 이며 특히 리다주 경우) 74 Bqm3 이 어 있습니다

국 재 시행 인 다 이용시 등 실내공 질 리법 상 권고 이ldquo rdquo 4 pCil

이며 이를 산 면 미국 인 Action Level 148 Bqm3과 동일합니다 진국 경우

가 매매 도 실내 라돈이 가 없다는 것 첨부해야 는 지역도 있 며 외국

인이 국 내에 건 매입 도 실내 라돈 농도를 며 미국 슈퍼마 에

라돈 키트를 매 도 실내 라돈 농도 악 는 것이 생 어 있습

니다 우리나라도 국민소득 이 향상 면 에 보이는 웰 에 에 안 보이

는 것 지 욱 상 게 악 고 처 는 극 인 웰 생 습 이 산 것

상 고 있습니다 일 존 가 에 해 는 약간 느슨 게 용 고

신규 가 에 해 강 해 용 고 있다 스웨덴 경우 신규 가( 70

Bqm3)

미국 경보 청 건 보 가 요 조(EPA) 4pCil를 고 있 며 2~4

경우도 가 보 조 를 권장 고 있습니다 페이지 등 통해 건 내pCil

라돈 염도에 른 조 를 권장 는 등 극 인 보 동 개 고 있습니다

계보건 구 는 라돈 가장 요 경 사 원이자 연 다 폐암 원인(WHO)

평가 고 있 며 모든 폐암 자 가 라돈이 원인 평가 고 있습니다 6~15

라돈 건강 험 에 인식 산 고 주택 내 라돈 염도 감2005

국 라돈 트를 착 며 가 트워크 구축 작업 회 라돈 DB

구축 각종 보고 권고사항 마 등 추진 고 있습니다

국내에 는 이후 국원자 안 원 국립 경과 원 지질자원연구원과 일부1990

등에 토양 지 공공시 주택 등 라돈 조사를 행 경험 있습니다

그러나 국 내 라돈 리 과 계는

실내공간에 극 인 라돈 리 규 이 미 합니다-

ldquo 다 이용시 등 실내공 질 리법 과 보건법 에 는 라돈rdquo ldquo rdquo 4pCil 이

리토 권고 고 있 나 과시 조 에 규 미 합니다

공공시 보다 염도가 높 주택에는 이 어 있지 않습니다

라돈 험 에 인식과 보가 부족합니다-

라돈 장 염도 과 평가 법이 미 립 어 있습니다-

고 험 지역 건축 에 리 체계가 부재합니다-

국내외 증 는 생 사능 라돈에 심과 여 근 부 처 향과

동향 다 과 같습니다

경상품 인증원에 는 월 건축자재 내에 존재 는 사능에- 2006 2

경상품 인증과 여 회 를 개 습니다

경부에 는 월 실내 공 라돈 리 책회 가 있었습니다- 2006 11

경부에 는 월 지 에 존재 는 라돈 우라늄 알 등 사- 2007 1

질에 조사 결과에 검토 책회 가 있었습니다

이에 른 결과 곧 경부에 는 라돈 해 부 국민 건강 보 를 라돈 리 「

종합 책 립 것입니다」

이러 책 공 행 해 도 국내에 라돈 계 시스

개 는 것 아주 요 고 시 다고 볼 있습니다

국내에 는 미국 조 를 아직 권고 만 채택 고 있지만 그 동안 다양 매

체를 통해 천연 사능과 다양 보도 월 뉴스데스크에 라돈 2006 11 MBC

과 획 뉴스가 분여간 후7 우리 주변 자연 사능에 사회 인 심

이 증 고 있 며 이에 경부 생 공해과에 는 모니 링 법 조 법 등 실내 라

돈 종합 책 에 있 며 경 건축자재 인증에 라돈 출량 용 것

입니다 국 는 다양 소 품에 존재 는 자연 사능 양도 역 규 상

어 가고 있습니다 재 여 지 강 요 도 고 있습니다

- 암 사능우라늄 라돈 는 지 다량검출 국민일보middot [ 2001-04-04]hellip

울 지 철역 폐암 라돈 검출 동아일보- [ 2001-09-06]全

일부 지 사 질 검출 곳 곳 국민일보- 150 12 [ 2002-02-07]hellip

부산 울산 경남 부산 지 라돈 경보 조 일보- [ middot middot ] [ 2003-11-23]

지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

마시는 지 에 사 질 검출- [SBS 2005-09-12]

실내 라돈 요 과 험 뉴스데스크- ldquo rdquo [MBC 2006-11]

부 지 간 국내 국 개 가 내 라돈 농도를 조사 결과1999 2001 3 2190

울 조사 상 도가5 148 Bqm3를 고 강원도 충청도 경우 도가 10

148 Bqm3를 과 것 나타났습니다

그 이 는 강원 충청도에 거쳐 토양 우라늄 함량이 높 이며 거주자 습-

과 계가 있습니다 근 우리나라는 주거 공간이 첨단 지능 면 차

폐 어 가고 있 며 실내공 조 는 에어 등 이용 여 습도를 조 므

창 열어 는 경우가 어지고 있습니다 특히 도시 거주자 경우 주변

염과 소 향 창 여는 횟 가 어들고 있습니다

아 트 경우 라돈 생원 주 건축 자재이며 건축자재에 함량과 이 인Ra

험지 는 다 과 같습니다 여 험 지 란 높 안 좋 것이며 라돈 모

핵종인 라듐 함량 뿐 아니라 출 등 고 지 이며 험 지 가 일 연간 1

허용 사 량 약 도가 해당 건축자재 부 인 다는 것 미합니다 이30

이 고 개인 거주시간이 많다면 그 험도는 증가 것입니다 라 각 생

원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

라돈 생원에 른 출1

암 질에 규 가 국 차 강 고 있는 추 입니다 만일 규 가 장차(

74 Bqm3 다면 국 가 이상이 이에 해당 며 차 폐 는 것 고20

면 그 상 욱 늘어날 것임 규 라는 것 개 과 함께 므 욱 다양)

고 어 어 이 개 다면 규 강 시 는 앞당겨 질 도 있습니다

이에 국내에 도 개 과 용이 시 합니다

고품격 행복 고 건강 생 있는 거주 공간 추구 는 국내 경우에도

곧 닥 규 에 해 뿐만 아니라 부분 염 질 어 본 개 인 ALARA(As

합리 이룰 있는 가능 낮 에 충실Low As Reasonably Achievable )

해 도 우리가 용 암 질 어 있다면 가능 낮추는 것이

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

라돈 험 에 인식과 보가 부족합니다-

라돈 장 염도 과 평가 법이 미 립 어 있습니다-

고 험 지역 건축 에 리 체계가 부재합니다-

국내외 증 는 생 사능 라돈에 심과 여 근 부 처 향과

동향 다 과 같습니다

경상품 인증원에 는 월 건축자재 내에 존재 는 사능에- 2006 2

경상품 인증과 여 회 를 개 습니다

경부에 는 월 실내 공 라돈 리 책회 가 있었습니다- 2006 11

경부에 는 월 지 에 존재 는 라돈 우라늄 알 등 사- 2007 1

질에 조사 결과에 검토 책회 가 있었습니다

이에 른 결과 곧 경부에 는 라돈 해 부 국민 건강 보 를 라돈 리 「

종합 책 립 것입니다」

이러 책 공 행 해 도 국내에 라돈 계 시스

개 는 것 아주 요 고 시 다고 볼 있습니다

국내에 는 미국 조 를 아직 권고 만 채택 고 있지만 그 동안 다양 매

체를 통해 천연 사능과 다양 보도 월 뉴스데스크에 라돈 2006 11 MBC

과 획 뉴스가 분여간 후7 우리 주변 자연 사능에 사회 인 심

이 증 고 있 며 이에 경부 생 공해과에 는 모니 링 법 조 법 등 실내 라

돈 종합 책 에 있 며 경 건축자재 인증에 라돈 출량 용 것

입니다 국 는 다양 소 품에 존재 는 자연 사능 양도 역 규 상

어 가고 있습니다 재 여 지 강 요 도 고 있습니다

- 암 사능우라늄 라돈 는 지 다량검출 국민일보middot [ 2001-04-04]hellip

울 지 철역 폐암 라돈 검출 동아일보- [ 2001-09-06]全

일부 지 사 질 검출 곳 곳 국민일보- 150 12 [ 2002-02-07]hellip

부산 울산 경남 부산 지 라돈 경보 조 일보- [ middot middot ] [ 2003-11-23]

지 철역 곳 라돈농도 과- 12 [YTN 2004-05-17]

라돈 암 자 사망 도 높인다- [SBS TV 2004-12-22]

마시는 지 에 사 질 검출- [SBS 2005-09-12]

실내 라돈 요 과 험 뉴스데스크- ldquo rdquo [MBC 2006-11]

부 지 간 국내 국 개 가 내 라돈 농도를 조사 결과1999 2001 3 2190

울 조사 상 도가5 148 Bqm3를 고 강원도 충청도 경우 도가 10

148 Bqm3를 과 것 나타났습니다

그 이 는 강원 충청도에 거쳐 토양 우라늄 함량이 높 이며 거주자 습-

과 계가 있습니다 근 우리나라는 주거 공간이 첨단 지능 면 차

폐 어 가고 있 며 실내공 조 는 에어 등 이용 여 습도를 조 므

창 열어 는 경우가 어지고 있습니다 특히 도시 거주자 경우 주변

염과 소 향 창 여는 횟 가 어들고 있습니다

아 트 경우 라돈 생원 주 건축 자재이며 건축자재에 함량과 이 인Ra

험지 는 다 과 같습니다 여 험 지 란 높 안 좋 것이며 라돈 모

핵종인 라듐 함량 뿐 아니라 출 등 고 지 이며 험 지 가 일 연간 1

허용 사 량 약 도가 해당 건축자재 부 인 다는 것 미합니다 이30

이 고 개인 거주시간이 많다면 그 험도는 증가 것입니다 라 각 생

원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

라돈 생원에 른 출1

암 질에 규 가 국 차 강 고 있는 추 입니다 만일 규 가 장차(

74 Bqm3 다면 국 가 이상이 이에 해당 며 차 폐 는 것 고20

면 그 상 욱 늘어날 것임 규 라는 것 개 과 함께 므 욱 다양)

고 어 어 이 개 다면 규 강 시 는 앞당겨 질 도 있습니다

이에 국내에 도 개 과 용이 시 합니다

고품격 행복 고 건강 생 있는 거주 공간 추구 는 국내 경우에도

곧 닥 규 에 해 뿐만 아니라 부분 염 질 어 본 개 인 ALARA(As

합리 이룰 있는 가능 낮 에 충실Low As Reasonably Achievable )

해 도 우리가 용 암 질 어 있다면 가능 낮추는 것이

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

창 열어 는 경우가 어지고 있습니다 특히 도시 거주자 경우 주변

염과 소 향 창 여는 횟 가 어들고 있습니다

아 트 경우 라돈 생원 주 건축 자재이며 건축자재에 함량과 이 인Ra

험지 는 다 과 같습니다 여 험 지 란 높 안 좋 것이며 라돈 모

핵종인 라듐 함량 뿐 아니라 출 등 고 지 이며 험 지 가 일 연간 1

허용 사 량 약 도가 해당 건축자재 부 인 다는 것 미합니다 이30

이 고 개인 거주시간이 많다면 그 험도는 증가 것입니다 라 각 생

원 철 히 리 여 라돈 농도를 감소시 야 것입니다

라돈 생원에 른 출1

암 질에 규 가 국 차 강 고 있는 추 입니다 만일 규 가 장차(

74 Bqm3 다면 국 가 이상이 이에 해당 며 차 폐 는 것 고20

면 그 상 욱 늘어날 것임 규 라는 것 개 과 함께 므 욱 다양)

고 어 어 이 개 다면 규 강 시 는 앞당겨 질 도 있습니다

이에 국내에 도 개 과 용이 시 합니다

고품격 행복 고 건강 생 있는 거주 공간 추구 는 국내 경우에도

곧 닥 규 에 해 뿐만 아니라 부분 염 질 어 본 개 인 ALARA(As

합리 이룰 있는 가능 낮 에 충실Low As Reasonably Achievable )

해 도 우리가 용 암 질 어 있다면 가능 낮추는 것이

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

요합니다 즉 라돈 농도에 가이드 가 얼마이든 실내 라돈 농도를 낮추 50

면 폐암에 사망 낮출 있게 다 이를 통해 건강 거주공간 보 50

있 것입니다

국내외 이슈 고 있는 나인 실내 라돈 농도(guide line 4 pCi l 를)

게 실시간 모니 링 있는 범용 실내 라돈 시스 개 이

시 합니다

이러 시스 다양 실내 공간 실시간 모니 링과 건 시스 에 부착 여 실

내 공 라돈 실시간 검출 는 것이 요합니다

미국 보고에 르면 미국 내 주거용 상업용US Department of Energy(DOE)

건 이 미국 체 에 지 소 량 약 사용 고 있 며13 그 이상이 건50

내 에 사용 고 있습니다 국내에 도 작 부 신축공동주택에ventilation system

는 시 이 었습니다 그러나 에 지를 다량 소 는 시 그 효

이용이 가장 요합니다 우리나라는 에 해당 는 에 2005 48744 TOE

지를 입 사용 며 이를 용 산 면 조 입니다 미국 경우 68 11

는 불가능 겠지만 진국 지향 는 우리나라도 략 조원 용이 건 10

에 사용 것입니다 라 건강 실내공 질 보를 해 극 모니 링 통해

량 만 낮출 있어도 연간 조원 용 감 효과가 있 며 이는10 1 CO2 출

감에도 일조를 것입니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

이상 내용 요약 여 품 개 요 리 면

국내외 주변 경에 존재 는 라돈에

심과 증

실내 라돈 농도 를(guide line 4 pCil)

게 실시간 모니 링 있는

범용 실내 라돈 시스

개 요

다양 실내 공간 실시간 모니 링

건 시스 에 부착 실내 공

라돈 실시간 검출

생 경 개 에 용

라돈 어 보에 용

효 시스 운 통 에 지

약과 출 감 에 여CO2

량 감 시 연간 조원10 1rarr

에 지 감 효과

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

나 연구개 국내외 황

해외 개 동향(1) 시장

재 미국 럽 등 해외에 는 지속 라돈에 인체 향에 평가-

라돈 감 책에 연구개 이 이루어지고 있 며 이 여 계 장

소 에 고 연구가 히 이루어지고 있습니다

이러 연구개 과 국민 상 라돈 감 보를 강 고 라돈 감 인식-

라돈 계 과 복구 책 를 추구 고 있습니다

- 같 업들이 핵심 보 고GE ORTEC EBERLINE SAPHYMO

있는 업들 재 국내에 는 이상 입에 존 고 있는 실 입니다90

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

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Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 미국 특 라돈 스 황1

국내 개 동향(2) 시장

- 라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 이 챔버 체를 이

용 사 도체를 이용 가 있 며 이 원천 보 는

것이 시 합니다

능동 라돈범용계 는 상용 없 나 국내 진국-

미만 평가합니다30

원자 분야 검사 분야 는 료 분야에 용 는 사 계 연구개 이-

일부 이 지고 있 나 라돈 주 는 범용 개 합니다

동 검출 가 개 어 있 나 신뢰도 용에 계가 있 며 이러- Passive

검출 는 검출 간이 소 개월 이상이 소요 어 장 평가 라돈 농도 변2

에는 사용이 불가능 합니다

다 연구개 상 차별

차별(1)

라돈 검출 를 롯 사 량 계 는 이상이 입에 존 고 있 며 이 라90

돈 계 에 이르고 있 며 라돈 계 국산 를 통 입 체 효과10

원천 보가 요합니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

라돈 모니 링 계 부분 국내에 보 며 는 량

입에 존 여 조립 고 있는 상태입니다 라돈 는 도체를 이용 체

를 이용 사 이 챔버 등이 있 며 증 는 생 사능에 심과

불어 이들에 원천 보가 요 황입니다

그림 외국에 생산 는 라돈 계 특징2

일 사능 계 일 인 합 이나 염 검출 보다 감도가 높아야 므

사 계 는 고가이며 특 분야에만 용 고 있습니다 그러나 주변 과 과

첨단 불어 많 분야에 새롭고 검출 법 요구 고 있습니다 이에 핵

는 사능 검출해야 는 일 원자 이나 사 이용 분야가 아니 라도 많 분야에

요구 망이며 불어 핵과 경과 보건 분야에 용과 이 니다

외국에 는 냉 이 종식 이후 군사 에 다양 게 용 었 사 계 포함

핵 다양 분야에 용 고 있 며 그 지속 증가 고 있습니다

특히 경과 보건 분야 용 범 가 속도 증가 고 있습니다

우리나라는 핵 가 원자 분야에만 사용 고 있습니다 그러나 미국90

일본 가 분야에 용 고 있습니다 이에 국에 도 사90 60

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

과 다양 분야에 용 해 사 사 동 원소 이용진 법 이lsquo rsquo 2002

월 어 국가 사 진 종합 계획12 RT(Radiation Technlolgy )

립 여 실천 고 있습니다 이를 해 는 사 이 범용 용 어야 므

개 사 계 용 망 매우 습니다 ( )

라돈 에 실내 라돈 평가는 이 에 논 듯이

건 공조 효 용과 연계 어 사용 다면 그 용 가 경 효과는 소 연

간 억에 천억에 이를 있 것입니다

주 보 황(2)

명 또는 특허명( ) 인증번 개 간 지원 구분 특허 신 등( )

라돈 체 농도의

검출 법 그 장치

200704~

200901환경부 특허 등록

A PROCESS OF DETECTION

FOR A RADON GAS-DENSITY

AND THE DEVICE

200704~

200901환경부 특허 출원

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

장 연구개 목 내용2

가 연구 종목

연구개 종 목(1)

03 cpm(pCiL) 20 Bqm3이상 감도를 갖는 미 신 증폭회 를

갖는 실내 라돈 시스 개

- Amplitude gt 1 V Selectivity gt 1V Sensitivity gt 20 Bqm3

- 주변 경에 데이 안 (plusmn01 pCil h)

감도- 03 cpm(pCil)

- ( lt 3kg)

- Working Voltage(45 V)

- (plusmn01 pCil 회) (plusmn005 pCi20 )

연구개 격(2)

나 연도별 연구개 목 평가 법

구분 연구개 목 연구개 내용 고

차연도1

실험용 라돈∙

챔버 개

라돈 소스 주입 법 개∙

라돈 챔버내 일∙ 농도 지 법 개주

Flow Proportional∙

계Detector

Spark Continuous∙ Flow Radon Detecting

계Unit

∙Proportional Continuous Flow Radon

계Detecting Unit

라돈 검출용 SSB Si diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB Si diode∙ 주( 1)

도체 검출 능 평가 개∙탁

차연도2

Flow Proportional∙

개Detector

작Flow Proportional Detector∙

검출 능 평가 개∙주

라돈 검출용 PIN diode∙

사 검출 계 작

알 용 작SSB PIN diode∙ 주( 2)

검출 능 평가 개∙

차연도3

∙Continuous Flow Radon Detector

장 용 법 개

∙ 도체 검출 장

용 개

∙신 처리 회 개

검출 소 개∙

장 능 평가∙

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

주( 1) 차 도1 (2007 )

알 용 작SSB Si diode∙

구조 도체 공 계- SSB Si diode

구조 계Schottky Ohmic MS

상 계SSB Si diode

Description Silicon Surface Barrier (SSB) detector

도체 (Semiconductor)

인 도 실리 도체n-type

(111) crystal plane

항 2 k cmΩ

께 50 mμ

검출 역 6 mmϕ

쇼트키

고진공 증착9999

약 300 Å

알루미늄 고진공 증착9999

약 300 Å

라믹FR4 or

작 공 개- SSB Si diode

면 처리 속 극 작 공 개Si

알 용 시작품 작- SSB Si diode

알 에 지 5 ~ 7 MeV

계- Si PIN diode

알 용 도체 구조 계-

주( 2) 차 도2 (2008 )

알 용 작SSB Si PIN diode∙

노이즈 작 안 개- SSB diode

노이즈 가드 구조 극 작

도체 공 계- Si PIN diode

알 용 도체 공 변diode

알 용 시작품 작- Si PIN diode

도체 공 이용 작planar Si diode

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 작 법3 SSB Si diode

개 목 품 외국 품과 사양2

Description Sun Nuclear Model 1027 개 목 품

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA12V VDC 150 ~

200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 PhotodiodeSilicon Surface Barrier

or PIN Photodiode

간격

1 hour

(4 8 24 hour interval

available by special order)

1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 연구용 챔버4

그림 5 Continuous Flow Proportional Detector

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 용 소 트웨어6

그림 라돈 검출용7 Silicon Surface Barrier radiation sensor

그림 소 라돈 검출8

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

다 연도별 추진체계

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

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Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

장 연구개 결과 용계획3

가 연구개 결과 토

실험용 라돈 챔버 개(1)

그림 라돈9 Chamber

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

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NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 주입 시스10

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB-W44

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

λ

λ

λ

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 원 부 사능 분포11

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB-W44

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

4

100 ( min)ℓ 200 ( min)ℓ 500 ( min)ℓ 1000 ( min)ℓ 5000 ( min)ℓ 10000 ( min)ℓ

0 22167 22167 22167 22167 22167 22167

10 12847 7399 1435 116 006 003

20 7500 2537 146 031 006 003

30 4432 937 066 030 006 003

40 2672 410 061 030 006 003

50 1662 237 061 030 006 003

60 1083 179 061 030 006 003

70 750 161 061 030 006 003

80 560 154 061 030 006 003

90 450 152 061 030 006 003

100 387 152 061 030 006 003

110 351 152 061 030 006 003

120 331 151 061 030 006 003

130 319 151 061 030 006 003

140 312 151 061 030 006 003

150 308 151 061 030 006 003

160 306 151 061 030 006 003

170 305 151 061 030 006 003

180 304 151 061 030 006 003

190 303 151 061 030 006 003

200 303 151 061 030 006 003

210 303 151 061 030 006 003

220 303 151 061 030 006 003

230 303 151 061 030 006 003

240 303 151 061 030 006 003

250 303 151 061 030 006 003

260 303 151 061 030 006 003

270 303 151 061 030 006 003

280 303 151 061 030 006 003

290 303 151 061 030 006 003

300 303 151 061 030 006 003

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

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Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 다른 속 입 쳄버 내 라돈 사능 분포12 (pCiliter)

00

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2526 27 2829 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 47 48

00

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Temp(C)

Hum ()

Act(pCil)

Act+BKG

그림 습도에 른 쳄버 내부 라돈 농도 변13 middot

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

계(2) Flow Proportional Detector

특1) Spark Counter

시 는 높아 양극에 충격 도 압 도 다 이- Spark V

충격 도 단 신 시간 10-7

이고 그 간격sed 10-4

도이다sec

첫 실험 모델 속 극 고 직경 이어를 양극 다- 01 mm

극 사이 간격 이다 양극 이어 사이 거리는15 - 20 mm 4 mm

다 공 압이 이상일 나 가 실히 생 며 이 47 kV 57 kV

상일 는 다른 자 등 인해 즉각 가 생 다 보통 속 종spark

에 라 1 cm2

면 에 시간 당 에 개 알 입자를 출 다고 알003 3

있다 이는 내부 면 이 300 cm2인 검출 그라운드는 시간 당 개 이상 알10

입자를 출 다는 것이다 이에 다른 태 검출 를 작 다 spark

번째 모델에 는 속 직경 이어 집합체 꾸었다 이어 사- 01 mm

이 간격 며 극 사이 간격 다2 mm 15 - 20 mm

극 사이 작동 압 에 다 이 모델에 는 극 면47 55 kV

이상 감소시 며 검출 그라운드 역시 시간당 감소 시 다100 01

모델에 검출 효 높아 약 도 평가 가- -particles 90 α

그러나 양극과 극 사이 부 가 작아 라돈 검출 효 매우 낮다 이에 다

번째 모델 조 다

번째 검출 에 는 양극과 극 그리고 추가 극이 존재 다 모든 극- 01

직경 이어 만들어 있 며 양극과 극 사이 거리는 이다mm 15-2 mm

양극 이어 간격 이다 추가 극 극 에 며 그 거리는2 mm 80 mm

이다 양극과 극 사이 작동 압 이고 극과 추가 극 사이 47 - 55 kV

작동 압 이다 추가 극 극과 추가 극 사이 공간과 양극과57 - 65 kV

극 사이 공간 사이에 에 해 생겨난 자 이동 집 해-particlesα

도입 었다 이러 태 검출 는 라돈 검출 효 이 상당히 높아 약 도 90

효 갖는다

본 실험에 는- 5x104 사 원 사용 다Bq Ra-226

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 검출 실험실 모델14 spark

검출 단 극 사이에 고 압이 요구 는 것과 습도- Spark spark

향 등 작동 신뢰 이 떨어진다는 것이지만 검출 가장 큰 장 단 spark

자 구조이다

검출 가장 큰 장 양극과 극 사이에 요구 는 압이 상 Flow proportional

낮다는 것이다

본 장 에 자 명 본 개 과 를 통해 출원 인 특허 내용 부 에 명 다 [ 1]

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

각 장 시 품 작2) Flow Proportional Detector

그림 15 Low Voltage Power Supply High Voltage Power Supply

그림 16 Proportional Detectors Amplifier and Discriminator

그림 17 Flow Proportional Detector

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

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products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

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부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

- 작 검출 를 이용 여 다양 조건 실내공간에 라돈 농도를 해 보았다

상 작동함 인 며 조건에 라 변 는 결과를 통해 상값 가지는-

것 보아 이상 없이 이 가능함 인 다

를 이용 결과5 Flow Proportional Detector

α

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

α

α

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

라돈 검출 에 스트lt gt

회1 Display

가 스트용 장( ) Function generator

십 안 인 주 를 생0~

시킬 있는 신 생

회 에 인 신 를Display

입 시 동작 상태를 인 장

나 입 후 출 상태 검토( )

구 입 후 그 트 동작1Hz ~ Hz

상태를 인 결과 상 인 를 시count

라 회 는 상 Display

동작 고 있 인

증폭 회2 (Pre-Amplifier Amplifier Discriminator)

가 스트용 장( ) Oscilloscope

자회 출 신

해 사용 는 장

증폭회 출 찰

나 출 신( )

출 인 결과 잡 입이

없이 상 출 고 있

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

증폭회 스 이 회3

가 스트용 장( ) High Volt Power Supply(Model

3002D-CANVERRA )社

고 압 생 시킬DC 0V ~ plusmn3000V(MAX)

있는 고 압 공 이 장 는 잡 입이

없이 큰 생 시킬 있

에 안 인 고 압 인가 장 임

나 증폭 회 회 동작 상태( ) Display

스트 장 를 인가 결과 별다른 잡 입 없이DC - 3000V

안 동작

결4

가 증폭 회 증폭 상 동작( ) (OP AMP )

입 신 가 안 일 경우 출 신 역시 큰 잡 생 없이

안 출 는 것 단 다

나 스 이 회 상 동작( )

를 이용 여 시험 결과 안 동작 고 있Function generator

인 다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

를 이용 챔버 내 라돈 이동경 악CFD(Airpak3)

챔버 내 입 고 출 는 부분에 공 를 나타내는 향speed plane cut(X )

입부분과 출부분 그에 른 입 출시 라돈40LPM 30LPM speed vector middot

농도를 나타낸다

그림 18 Speed at input and output(X)

그림 19 Vector at input(X)

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 20 Radon concentration at input(X)

그림 모델링 실 라돈 챔버21

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

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Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

챔버 내 간지 에 부근 공 를 나타내는 향speed vector plane cut(X )

작동 인해 공 산이 잘 이루어지고 있 알 있다 입부분

른 인해 부분에 어느 도 를 보이고 있다speed bottom speed

그림 22 Speed at middle(X)

그림 23 Vector at midd

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

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부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

챔버 입부분 부 가장 리 떨어진 지 에 공 그에 른 라돈농도를speed

나타내는 향 공 는 미미함 알 있고 라돈 농도는 입부분plane cut(X ) speed

른 인해 부분이 다른 곳에 해 높 라돈농도를 보이고 있다speed right-bottom

그림 24 Speed at inside corner(X)

그림 25 Radon concentration at inside corner(X)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Y

향 입부분이 챔버 내 용 에 해 높 량 보이고 있 에 라돈 농) 40LPM

도가 입부분 심 여 부채 상 그리며 퍼지는 모습 보인다

그림 26 Speed at input(Y)

그림 27 Vector at input(Y)

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 28 Radon concentration at input(Y)

챔버 에 고 있는 에 해 챔버 내 라돈이 산 는 모습 보여주는top-middle

향 심부분 아래쪽 볼 상 보인다plane cut(Y )

그림 29 Speed at middle(Y)

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

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부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 30 Vector at middle(Y)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 심부분 심 가 높 를 보이지만cut(Y ) speed vector

단 히 챔버 내 라돈 합시키는 역 고 에 는 합 공 가 일 량 output

나가는 것 알 있다(30LPM)

그림 31 Speed at output(Y)

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

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Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

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using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 32 Vector at output(Y)

그림 33 Radon concentration at output(Y)

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

챔버 내 입 는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane cut(Z

향 라돈이 입 는 부분 라돈농도가 높 를 나타내는 것) speed vector

인 있고 경우 가운데 지 높 부분 에 함임 알 있다 speed

그림 34 Speed at input(Z)

그림 35 Vector at input(Z)

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 36 Radon concentration at input(Z)

챔버 나가는 부분에 공 라돈농도를 나타내는speed vector plane

향 부분 에 해 라돈이 합 고 있 과 지 에 일 농cut(Z ) top-middle output

도 라돈이 나가고 있 알 있다

그림 37 Speed at output(Z)

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

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Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 38 Vector at output(Z)

그림 39 Radon concentration at output(Z)

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

알 를 이용 라돈 계 계 작(3) PIN-Type

알 용 계 작1) SSB Si diode

라돈 용 도체 는 라돈 과 그 자핵종 붕 시(Rn-222) (Po-218 Po-214)

출 는 알 에 지 를 함 써 라돈 농도(549 MeV 600 MeV) 769 MeV)

산 있다 알 용 도체 사 검출 는 SSB (Silicon Surface Barrier)

검출 가 이다 라돈 검출 해 도체 사 를PIN photodiode SSB

를 이용 여 알 에 지 손실 일 있는TRIM (Transport Ions in Matter) code

입사창 께를 계 고 가지 법 이용 여 다양 도(Incident window) SSB

체 사 를 작 다

모든 도체 공 국원자 연구원 크린룸 시 에 실시 다 인1000 class (p

도 결 면 가지고 있는 실리 웨이퍼를 사용 다phosphorous) n-type (111)

실리 웨이퍼는 인 크 께 항 가지고 있다 실리4 500 m 2 k cm μ Ω

웨이퍼는 를 이용 여 단 여 사용 다Disco Dad2H6T dicing saw 10 mm x 10 mm

단 웨이퍼는 에 척공 과 에칭공 행 다 사용wet station wet station

그림 에 나타내었다 웨이퍼에 잔존 는 속 질과 질 없애 해 황산과 질산40

후 도에 척 실시 다 얇 실리 산 막 거 해 산41 100

루 라이드 증 를 합 뒤 산 막 거 다110

그림 척 에칭용40 wet station

가지 다른 에칭공 과 증착공 행 다 첫 번째는 용액과 CP4 thermal

를 이용 법이며 번째는 용액과 법이evaporator BOE (Buffered oxide etch) sputter

다 용액 CP4 HF HNO3 CH3 를 합 뒤 천천히 도 도에 실COOH 142 0

시 다 실리 산 막이 거 후 크린룸에 루 도 어 도 자연 산 막이 생 30Å

도 다 이 산 막 웨이퍼를 보 고 체 역 므 요 다 999

과 알루미늄 를 사용 여 증착 다 고thermal evaporator ohmic contact

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

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L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

알루미늄 여 가 다 증착시 진공도는schottky contact schottky diode 10-6

Torr

를 지 며 증착속도는 께는 이다 과 가드링 구조35 s 300 planar typeÅ Å

를 작 다 이를 그림 에 나타내었다schottky diode 41

그림 41 라돈 검출용 왼쪽 과 가드링 구조 른쪽planar type( ) Schottky diode ( ) Schottky diode

과 가드링 구조 를 다 는Planar type schottky diode

를 사용 여 역 압 지 다 에칭공 행Keithley model 4200-SCS 200 V

다이 드 에칭공 행 지 않 다이 드 도 그림 에 나타내었다 에칭42

공 지 않 다이 드는 역 압이 커짐에 라 커짐 볼 있 며 에칭 행 다이

드 가드링 구조 다이 드는 역 압이 커짐에 라 가 변 가 없 보이고 있

다 에칭 행 지 않았지만 가드링 구조를 가지면 를 게 있 알

있다 는 사 에 지 스펙트 스 에 노이즈 나여 (Spectroscopy)

일 좋다

라돈 붕 시 생 는 알 해 원 사용 여 알 에Pu-238

다 이는 진공에 며 그림 에 나타내었다 사용 장 는 43

사 이다 과 마찬가지 에칭 여부과 계없이 가드링 구조ORTEC Soloist

다이 드가 다이 드보다 에 지 분해능이 향상 알 있다 에칭planar type planar

경우 가 작 에도 불구 고 에 지 분해능이 가드링구조보다 었는데type

이는 차이 인 캐 시 스 가 크 이다 에active area (Capacitance) planar type

지 분해능 에 해 가드링 구조 다이 드는 이다55 MeV 636 41

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

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Product Chambers USA James F Burkhart

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Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

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A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

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L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 과 가드링 구조42 Planar type schottky diode

그림 과 가드링 구조 알43 Planar type schottky diode

라돈 공 에 함 공 에 알 과 를 사용TRIM code

여 계산 를 다 원 간격 에 Pu-238 2mm 5 mm 13 mm

지 변 시키며 다 이를 그림 에 나타내었다 를 사용 여 44 TRIM code

계산 를 그림 에 나타내었다 계산 값이 잘 맞는 것 알 있 며45

거리에 라 에 지 분해능이 볼 있다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 원과 거리에 른 알 스펙트럼 변44

그림 를 이용 공 에 알 평균 에 지45 TRIM code

번째 는 용액과 증착 를 사용 다 이는schottky diode BOE sputter schottky diode

검출 역 크 를 다르게 여 라돈 검출에 분해능 차이를 보 것active area ( )

이다 용액 농도 BOE 40 NH4 를 합 뒤 에칭 다 증F 49 HF 61 sputter

착 를 사용 여 크 를 지름 에 씩 변 시키며 증착active area 8 mm 1 mm 1mm

다 이를 그림 에 나타내었다 46

그림 가 다른46 Active area schottky diode

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

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Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

에 른 에 지 분해능 그림 에 나타내었다 에 른 에Active area 47 Active area

지 분해능과 알 카운트 상 그래 를 그림 에 나타내었다 가 커짐48 Active area

에 라 에 지 분해능 좋아지는 면 카운트 는 어진다 에 지 분해능 가 차 1

이 나지만 카운트 는 같 시간 에 가 차이가 남 볼 있다 라돈 에 있어 6

에 지 분해능보다 카운트 가 큰 것이 리 므 가 큰 것 사용 도 다active area

그림 에 른 알47 Active area

그림 에 른 에 지 분해능과 카운트 상 계48 Active area

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

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다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

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품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

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NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

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Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

라돈 검출용 사 검출 계 작2) PIN diode

라돈검출 알 를 계 작 다 일 인 는PIN-type PIN-type

족 원소인 에 족 원소 족 원소 주입 여 작 게 다 이4 Si wafer 3 (p ) 5 (n ) p

에 압 걸어주고 에 압 걸어주어 공 뒤 외부 에 공- n +

에 자 에 해 싱 게 다 도체 를 그림 에 나타내- PIN-type 49

었다

그림 도체 모식도49 PIN-type

알 를 계 시 고 사항 도체 항에 른PIN-type Si wafer

공 범 알 입사창인 께에 른 알depletion region( ) p+

거리이다 이는 공 알 에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 p+

께에 라 알 거리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 웨이퍼

항에 른 공 다 과 같 공식에 해 계산 있다 웨이퍼 항 45 k cmΩbull

일 압에 른 공 께를 계산 다 그래 를 그림 에7 k cm fitting 50Ωbull

나타내었다 웨이퍼인 경우 약 일 공 이 알 있다 7 k cm 70V 350 m Ω μbull

그림 압에 른 공50 PIN-type

알 입사창인 께에 른 알 에 지 손실과 거리를 계산 다p+

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

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USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

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NRPB-W44

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Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

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measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

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measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

알 ( He2+

이 원 이 원 에 지 손실과 거리를 계산 있는)

를 이용 여 계산 다 에TRIM(Transportation of Ions in Matter) code 55 MeV

지 알 이 입사창 과 시뮬 이 결과를 그림 에 나타내었다 라 05 m 51 μ

미 는 께 산 막 과20 05 m BFÅ μ 2를 알 이 직 통과 게 다 55

알 에 지 손실 약 나타났 며 알 에 지에 른 거리는 약MeV 53 keV

이다 이를 그림 에 나타내었다 고 항 웨이퍼 경우 이상 를 걸어주었40 m 52 5V biasμ

알 에 지 스펙트럼 있 알 있다

그림 드를 이용 입사창에 른 에 지 손실과 거리 계산51 TRIM

그림 알 에 지에 른 알 거리 계산52 PIN-type

알 계 시 를 소 해 가드링 구조에PIN-type

시뮬에 행 다 가드링 웨이퍼 면 르는 를 차단 해 active area

주 를 러싸는 구조이다 시뮬 이 도체 소자 시뮬 이 인 를 Silvaco TCAD

사용 며 가드링과 사이 간격 일 경우 압 active area 15 m 50 m -μ μ

특 보았다 이를 그림 에 나타내었다 시뮬 이 결과 간격이 일 53 54 15 mμ

특 이 일 보다 좋 알 있 나 크게 차이가 나지 않 도 알 있다50 m μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 가드링과 간격이 일 압 특53 active area 15 m TCAD -μ

그림 가드링과 간격이 일 압 특54 active area 50 m TCAD -μ

시뮬 이 결과를 탕 알 를 계 다 포PIN-type floating guard-ring

함 개 가드링 었 며 고 압 인가 시 에 생 있는 를 없애2 p+ edge spark

구조 계 다 가드링 사이 거리에 라 특 이 크게 차edge protection

이가 나지 않 과 를 게 해 첫 번째 가드링과 거리는active area active area 4

첫 번째 가드링과 거리는 다 가드링 크 는 다m 16 m 9 m μ μ μ

라돈 검출 체 크 는PIN-type 10 mm2이다 계 라돈 검출용 AutoCAD

도체 개략도를 그림 에 나타내었다PIN-type 55

그림 계 라돈 검출용 사55 PIN-type

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

계 라돈 작 해 안 도체 공 라인 이용 다 웨PIN-type Si

이퍼는 를 사용 다 공 는 그림 에 같 과45 k cm 7 k cm 56-1 56-4Ω Ωbull bull

이용 여 작 며 구조를 그림 에 나타내었다 공 이 난 PIN-type 57

웨이퍼는 를 이용 여 잘라낸 후 에 자인dicing saw 10 mm X 10 mm PCB

에 안착 후 이용 뒤 키징 마 리 다 키징 후wire bonding

라돈 검출 를 그림 에 나타내었다PIN-type 58

그림 라돈 검출용 도체 작과56-1 PIN-type (14)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

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다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

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를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 검출용 도체 작과56-2 PIN-type (24)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

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과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

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품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

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라돈 쳄버내 일 농도 지 법

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Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

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검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

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100

알 용 SSB

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는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 검출용 도체 작과56-3 PIN-type (34)

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

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감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

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크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

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리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 라돈 검출용 도체 작과56-4 PIN-type (44)

그림 라돈 검출용 도체 구조도57 PIN-type

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 키징 후 라돈 검출용58 PIN-type

라돈 검출용 동작 특 고 를PIN-type Keithley 6517A

이용 여 다 역 압에 른 특 다 작 45 k cmΩbull

라돈 검출용 작 라돈 압 특PIN-type 7 k cm PIN-type -Ωbull

그림 에 나타내었다 일 도체 가 인 면59 PIN-type A~ pA μ

작 라돈 검출용 는 역 압 에 약 미 가 름 알PIN-type 200V 65 nA

있었 며 이는 향상 에 지 스펙트럼 얻 있는데 여를 다 고 항 웨이퍼

작 라돈 가 알 있다PIN-type

그림 작 라돈 검출용 압 특59 PIN-type

라돈 검출 알 에 지 스펙트럼 다 사용 장 는 알 스펙트럼

용 를 사용 다 사용 알 원 알 출 는 원Soloist 55 MeV Am-241

이다 원이 없 그라운드 그림 에 나타내었다 진공에 알 에 지 60

스펙트럼 압 인가 지 않았 인가 나 어 다 이를 그림 과 61

에 나타내었다 진공일 알 분해능 채 나타내었다 그림 는62 6 FWHM 62

압과 자 노이즈를 검 해 를 어 다 일 는 공40V pulser 40V

이 어 부 나 는 낮 에 지 십 이 검출 알 있Am-241 ( ~ keV) X-

었다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

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사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

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입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

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시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

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직 만 신 처리 장 보내 법이다

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본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

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트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

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그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

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알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

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결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 작 라돈 사 원이 없 스펙트럼60 PIN-type background

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼61 PIN-type 55 MeV

그림 진공에 작 라돈 알 스펙트럼62 PIN-type 55 MeV

라돈 검출 실 공 가 존재 는 곳에 해야 므 공 에 원 10mm

띄운 상태에 알 에 지 스펙트럼 다 이를 그림 에 나타내었다 그림 63 64 63

는 압 걸지 않 상태에 며 분해능이 진공일 보다 해짐 알 있 broad

다 그림 는 압 걸어 상태에 것이며 역시 마찬가지 낮 에 지 64 40V

이 검출 알 있다X-

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

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에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

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에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

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는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

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라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

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식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

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경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 공 알63 (no bias)

그림 공 알 인가64 (40V )

작 실 라돈 검출에 보 여 연구원에 라PIN-type

듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여 다 토양시료 사능 Ra-226 56Bqg

이며 이 라돈 출 이다 붕 도를 그림 에 나타내었다 토양 25 Ra-226 65 1g

시료를 를 이용 여 샘 를 뒤 부glass -fiber 019L air-tight shielding

에 후 에 지 스펙트럼 다 스펙트럼 그림 에 나타내었다 라case 66

듐 부 붕 는 에Rn-222 (55 MeV) Po-218(605 MeV) Po-214(769 MeV)

지 크를 있다 그림 에 에 지 크가 크게 나타나는 이 는 라돈 66 Po-218

에 붕 시 가 를 가지게 며 이는 입사창에Po-218 Po-218 88 + PIN-type

압 걸어주어 라돈 면에 이 어 크게 나타난다- PIN-type

그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

목 는 이며 작 라돈 감도는03 cpm(pCiL) PIN-type 0305 cpm(pCiL)

계산 어 목 에 부합함 알 있다

다이 드를 이용 여 라돈 해 소 챔버를 계 다 계는 를PIN Maxwell

사용 여 장 계산 여 효 인 라돈 도 다 첫 번째 챔버는 타입 plat

모식도를 그림 에 나타내었다 계산 장 그림 에 나타내었다 번째 챔67 68

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

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리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

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그림 붕 도65 Ra-226

그림 토양 시료 부 알 에 지 스펙트럼66

크를 이용 여 검출 목 를 계산 다 계획 상 검출 에Po-218

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그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

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아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

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는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

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좋 것 알 있다

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는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

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그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

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실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

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일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

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계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

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개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

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품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

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품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

버는 타입 모식도 계산 장 그림 에 나타내었다semi-circle 69 70 PIN

에 인가 고 소 챔버는 여 장 시뮬 이 다 타diode - 50 V 0V plat

입인 경우 이 다이 드 쪽에 는 격히 감소함 알 있다 E-field line PIN

타입인 경우 역이 고르게 어 쪽에 생semi-circle E-field line

쉽게 있다Po-218

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도67 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이68 plat

그림 타입 소 라돈 챔버 계 모식도69 semi-circle

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

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르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

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캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

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입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

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도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

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보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

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과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

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다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

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슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

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품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

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차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 타입 소 라돈 챔버 장 시뮬 이70 semi-circle

계 작3) Low noise preamplifier

사 검출 에 있어 신 는 본질 사 에 해 생 이다 이(charge)

에 른 감 장 는 사 검출 에 있어 인 장(charge sensitive device)

가 다 사 검출 시스 에 있어 자회 부 역 사 에 해 생 미

신 를 뽑아 충분히 높 신 증폭 는 것이다 이 역폭 가진 회 를

이용 여 신 잡 를 얻 있어야 다SN (signal to noise )

회 에 신 변질 막아야 다

이 외부 노이즈는 충분히 차단 있 나 내부 노이즈 즉 자장 부품에 인

노이즈는 쉽게 차단시킬 가 없다 이 내부 노이즈를 이 해 는 원천 인 노이즈를 알

아야 다 내부 노이즈는 Thermal noise Input current noise Shot noise Low frequency

캐 시 손실에 노이즈 나 있다noise (1f noise) Excess noise

는 도체에 도에 운 체 불규 움직임에 것이고 이Thermal noise

에 른 작 펄스가 나타나게 다 이 는 주 범 에 항상 나타나 Thermal noise

에 라고도 다 지만 높 주 범 에 도체 양 단 사이에 캐 시white noise

를 병 연결 는 이 노이즈를 있다

는 도체 입Input current noise JFET(Junction Field Effect Transistor) gate

에 요동에 해 생 다 이는 입 단 항에 생 게 다 이 노이

를 이 해 는 가 를 택해야 다 는 에JFET Shot noise JFET drain

르는 트랜지스 에 르는 요동에 노이즈이다 히 말해 collector

는 트랜지스 를 통과 는 부 생 다 이Shot noise JFET potential barrier

를 일 있는 법 없 며 도체 소자를 찾아야 회 부 매Shot noise

칭 시 야 다 노이즈는 모든 소자에 생 는 노이즈이며 Low frequency noise (1f)

주 에 역 여 생 다 이 노이즈는 태 도체 소자에 많이 생 MOSFET

에 태 도체 소자를 사용 여 감 신 처리장 를 구 는 것이 JFET

좋 것 알 있다

는 일종 노이즈이며 에 첩 어 나타난다 가 르Excess noise 1f Thermal noise

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

는 항에 인 는 노이즈이며 특히 카본 항에 많이 생 게 다 이 노이즈

를 이 해 는 속 름 태 항 속 이어 항 사용 다 캐 시

손실에 노이즈는 노이즈 신 처리장 에 있어 고 해야 다 과 연결 는 JFET

캐 시 연 질 손실이 것 사용해야 다 손실이 커 링 캐

시 는 폴리스틸 폴리 것이다 지만 마일라 름 mica

캐 시 는 높 손실 보이고 있다

감 노이즈 신 처리를 계 작 해 는 특 검출 JFET

입 단과 연결 항과 캐 시 이 과 이 손실 검출 를JFET

고 해야만 다

도체 소신 를 처리 를 계 다 감PIN diode pre-amp

노이즈 신 처리는 가지 연결 법이 있다 법과 이 있 며 DC coupling AC coupling DC

검출 가 히 만 사용 있다 검출coupling AC coupling

신 처리부를 캐 시 연결 는 법이며 이는 검출 이어스 압 차단 고

직 만 신 처리 장 보내 법이다

도체 를 구 해PIN diode preamplifier single-ended type

본 인 감 신 처리 장 를 계 다 이를 그림 에 나타(Hybrid-type) 71

내었다 작 를 그림 에 나타내었다 이 회 구 입 단에 preamplifier 72 JFET

트랜지스 트랜지스 를 사용 다 낮 노이즈 동작 시키 해pnp npn

는 압 높게 여 는 안 다 이는 특 상 압과JFET drain JFET drain gate

가 상 작용 며 이에 른 노이즈가 증가 이다 입 단 용량 12

입 용량에 이며 이다 노이즈를 고pF 2pF rising time 20 ns fall time 1ms

여 는 름 항 사용 며 손실에R1 10M R2 100 M metal

노이즈를 고 여 과 는 폴리에틸 캐 시 를 사용C1 C2 1000 pF 1500 pF

다 감도는 이며 2VpC

계 용 맞는 를 계 다 증PIN diode preamplifier shaping amplifier shaping

폭 이며 회 도 작 회 를 그림 과 에 나타gain 4 shaping time 1 us 73 74

내었다 증폭 는 조 스 조 shaping gain potential meter polarity pole zero

를 용 다 출 는 이다potential meter impedance 51 Ω

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 감 노이즈 회 도71 preamplifier

그림 작 감 노이즈72 preamplifier

그림 용 회 도73 PIN diode shaping amplifier

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 용 회74 PIN diode shaping amplifier

회 에 능평가를 실행 다 사 에 지일 작 소신 증폭 660 keV

실 스 상 펄스 모양 그림 에 나타내었다 를 연결75 shaping amplifier

펄스 모양 그림 에 나타내었다 작 는 외국76 preamplifier shaping amplifier

품과 동등 능 보이고 있다

그림 작 펄스 모양75 preamplifier

그림 작 결합 작 펄스 모양76 preamplifier shaping amplifier

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

시 품 작4)

그림 시 품 사진77

개 목 만족 여부-

DescriptionSun Nuclear Model

1027개 목 품 목 달 도

원 외부 원 사용120V 외부 원사용220V

소 량 12V VDC 200 mA 12V VDC 150 ~ 200mA

범 01 to 999 pCil 01 to 999 pCil

동작 도 7 ~ 35 5 ~ 40

도 plusmn25 plusmn30

검출 Photodiode SSB or PIN Photodiode

간격 1 hour1 4 8 24 hour

intervals

감도 004 cpmpCil 03 cpmpCil

시부 3-digit display LCD 3-digit display LCD

게 900 g 약 1 kg

크 203 x 119 x 64 (cm) 25 x 15 x 10 (cm)

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

품 부사항-

Power Lamp①

라돈 경보 시등 농도 이상일 경우 멸 재 ( )②

종료 시등 시간 종료시 멸 재 ( )③

리 시등 리 상태에 라 가지 색상 멸 3 ④

창 데이 시 모드 자동변경 소모를 임LCD Sleep ( )⑤

버튼 재 가능Time Set Interval ( 1s 5s 10s 1m 5m 10m 1h 8h )⑥

시간 버튼 후 재 지 경과 시간 인 재 ( )⑦

재ESCReset( )⑧

재Enter( )⑨

스 리 택 가능Power Adaptor ⑩

를 이용 잠 능Key Enable Key ⑪

Data Connector⑫

12VDC Connector⑬

그림 시 품 외부78

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

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에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

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도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

그림 시 품 내부79

나 연구개 결과 요약

국내 에 는 개 라돈 장 검 에 용 있는 데

이 분 이 가능 도 계 실험용 라돈 챔버를 구축 다 추후 타 여러 가지

라돈 장 들 상 해볼 있 뿐만 아니라 여러 생원들 부 출 는 라돈

양 게 함 써 건 건축시에 보를 공 는데 사용 있다

본 연구 간에 작 라돈 검출용 는 계 에 본Flow Proportional Detector

었고 도 습도 같 인자 향 지 않 면 게 주변 공 라돈

체 농도를 검출 는 것 목 다 다른 목 주변 공 라돈 농도를

실시간 연속 검출 는 것이다 즉 라돈 지 시간 계 등에 라

생 있는 습도 인자 향과는 상 없이 있다는 장 갖고 있다

라돈검출 알 를 계 작 다 알 를PIN-type PIN-type

계 시 고 사항 도체 항에 른 공 범Si wafer depletion region( )

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

에 지 범 보다 커야 스펙트럼 얻 있 며 께에 라 알 거 p+

리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

알 입사창인 께에 른 알 거리이다 이는 공 알p+

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리는 짧아지며 에 지 손실이 생 이다 작 실 라돈 검출에 PIN-type

보 여 연구원에 라듐 농도가 높 토양 시료를 이용 여

결과 계획 상 검출 에 목 는 이며 작 라돈03 cpm(pCiL) PIN-type

감도는 계산 어 목 에 부합함 알 있었다0305 cpm(pCiL) PIN

개 시 장 를 사용 며 당 약 개 를 만들photodiode 4 wafer wafer 50 PIN photodiode

있다 여개 특 과 알 결과 모 동일 결 200 PIN photodiode I-V

과를 얻 있었다 검출 는 장 를 사용 여 작 며 결과 동 SSB 1 wafer

일 결과를 얻 있었다 검출 공 국내 도체 생산 PIN photodiode SSB

라인 안 거 라고 볼 있다100

계 생산 공 는 회사는 일본 사이다 개PIN photodiode Hamamatsu photonics

사 회사 품 단가는 약 만원 도이다 엔 원PIN photodiode 10 (100 =1000 )

개 시 재료 생산개 를 면 개 는PIN photodiode PIN photodiode

개당 약 만원 도이다 량 생산 시 공 단가에 마스크 작 는 외 있 며6

회 공 시 공 를 림 해 개당 가격 충분히 낮출 있 것1 wafer

다 이는 검출 도 마찬가지이다 SSB

개 알 를 토 실용 가능 라돈 계 를 작 며 개PIN-Type

품 계획 상 개 목 품에 부합 도 작이 었다 개 라돈 검출 passive

슷 모델 사 이다 이 품에 시 고 있는 라돈검출 감Sun Nuclear 1027CR

도는 이며 개 는 다소 우 거나 슷 다 이03 pCiL PIN photodiode 0307 pCiL

품 라돈 검출 는 이며 도 폴리 를 이용 여 챔버를 구 고 있PIN photodiode

며 약 이 걸 있어 라돈에 출 는 를 집속시키고 있다+9V Po-218 PIN photodiode

라돈 공 름이 좋아야 며 외부 차단이 어야 다 경우 1027RC

챔버내 공 름 여 공간이 매우 소 면 개 라돈 검출 는 이를 장 여 공

름 원 게 다 압 걸어주어 집속 높 며 이는 장 +12V

경에 맞춰 챔버 크 압 변경 있도 다

다 연도별 연구개 목 달 도

차 도(1) 1

목 연구개 행내용 달 도()

라돈 주입 법source

개라돈쳄버구축 주입시스 개 100

라돈 쳄버내 일 농도 지 법

개일 라돈 농도 지 법 개 90

Spark Continuous Flow Radon

계Detecting Unit특 연구Spark Counter 100

Proportional Continuous Flow

계Radon Detecting Unit

Prototype of Two Cylinder Proportional

개Radon Detector100

알 용 작SSB Si diodeSSB(silicon surface barrier) Radiation

개Detector100

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

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100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

차 도2) 2

목 연구개 행내용 달 도()

Flow Proportional

작Detector

검출 는 개 검출 구middot

번째 검출 에는 알 입자 생원 포함-

샘 가 첫 번째 검출 들어 계- air

이 고 연속 번째 검출 에 계

100

알 용 SSB

작PIN diode

는 족 원소인 에 족 원소middotPIN-type 4 Si wafer 3 (p )

족 원소 를 주입 여 작5 (n )

- 소 가드링 구조에 시뮬 이 행

없애 구조 계-spark edge protection

100

검출 능 평가

회 상 인middotDisplay

사용-Function generator

증폭회 상 인middot

사용-Oscilloscope

증폭회 스 이 회 상 인middot

-High Voltage Power Supply

사용(Model3002D-CANVERRA Inc)

인가 여 잡 입없이 안 인 동작-3000V

100

차 도3) 3

목 연구개 행내용 달 도()

신 처리 회 개고 압 회 소신 증폭회 를 롯 flash

를 내장ADC(Analog to Digital Converter)100

검출 소 개 가능 게 작(lt 1 kg) 100

장 능 평가실 토양시료를 이용

계 능 평가100

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

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용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

라 연도별 연구 과 논 특허 등 ( )

논(1)

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

(2)

제 회2008 5

한 실내환경학회

연차학술대회

서울

한20080926

실내환경학회

A Study of Detection

Method for Comtinuous

Radon Concentration in

Indoor Air using Natural

Radioactive Isotope

Chan Ki Kim Do Hyun Kim

Sun Hong Kim Seung Yeon Cho

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

특 허(3)

구분 특허 명 명자 등 출원 번( ) 등 출원 일( )

국내 라돈 체 농도 검출 법 그 장 조승연 10-2008-0009920 20091130

국내

이어 집 극 이 챔버 내 합

가압 체를 이용 감도가 향상 철

께 용 사 법

조승연

용균

10-0866888 20081029

국내 사 검출용 이 챔버

조승연

용균

10-0821370 20080403

국외

A Process of Detection for a Radon

Gas-Density

and the Device

조승연PCTKR20080009

6120080219

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

마 분야 여도

면(1)

라돈 검출 보를 통 경 사 용 산-

라돈 어 보-

경 면(2)

맑고 안 실내 공 보를 통 생 경 개-

다 이용시 등 실내공 질 리법 라돈에 권고- ldquo rdquo (4pCil 지)

강 있는 이 며 생 경 사능 리 책 립

경 산업 면(3)

존 라돈 계 사 계 에 입 체 효과를 통 고부가가 창출-

라돈 검출 원천 보를 통 사 계 국산 입 체 경 용가(

는 연간 억원 규모 상 며 매 이상 장 여 에는 억원1000 30 2020 7600

지 조 억원 장이 상 다 근거 월 일 국경 신2030 2 5600 ( 2002 10 25

사))

효 시스 운 통 에 지 약과- CO2 출 감 에 여 량(

감 시 연간 조원 에 지 감 효과10 1 )

근 경상품인증 해 건축 자재 내 농도 는 라돈 출량- U Th Ra

이 요시 고 있 므 개 용 통해 경상품 인증에 여

일자리창출 면(4)

실내 경 리 분야 분야에 지- Building Integrated Energy Saving system

식인 용 직 인원 용

사 계 과 계 시스 엔지니어링 분 등 생분야에 인-

자원 용 여

사 용 신소재 개 용 면에 연구인 용가능-

연구개 결과 용계획

라돈 챔버를 구축 며 자체 라돈 장 에 검 시

험과 라돈 출 스트등에 용 계획이며 외 라돈 출 시험 뢰 시 분

용도 용이 가능 것 사료 다

는 도 습도에 향 지 않고 라돈 농도를 연속Flow Proportional Detector

있는 장 이며 재 시 품 작 단계 추후 소 를

통해 상용 도 가능 것 상 다

용 라돈 계 는 품 지 가능 상황 능 외국 타 품PIN-type

과 동일 평가 에 라 상용 가 가능 이다 참여

업 주 삼 니 에 이 통해 사업 략 워 극 인 마 국내(( ) )

경 업체 건축업체 사 업체 등 요처에 공 계획이다

감도 내구 향상과 품 소 작업 통해 높이고 다PIN-type

른 품과는 다르게 가 랫동안 나 있도 여 라돈 감장 후

상시 모니 링 시 사용 있도 계획이다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

장 참고 헌4

EPA (1997) National radon proficiency program Guidance on quality assurance

USA EPA 402-R-95-012

UNSCEAR (1977) Sources and Effects of Ionizing Radiation United Nations Scientific

Committee on the Effects of Atomic Radiation 1977 Report to the General

Assembly United Nations New York

NEHA (1999) Final Guidance for the Certification of Radon and Radon Decay

Product Chambers USA James F Burkhart

DOE (1999) Design Criteria and Operational Characteristics of RadonThoron

Chambers USA A George

NRPB (2002) Results of the 2002 NRPB intercomparison of passive radon detecots

NRPB-W44

UNSCEAR (2000) SOURCES AND EFFECTS OF IONIZING RADIATION United

Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation UNSCEAR 2000

Report to the General Assembly with scientific annexes Volume I SOURCES

Annex B Exposures from natural radiation sources

S Rottger A Paul A Honig U Keyser (2001) On-line low-and medium-level

measurements of the radon activity concentration Nucl Instr and Meth A466

475-481

A Paul A Honig D Forkel-Wirth A Mueller A Marcos (2002) Traceable

measurements of the activity concentration in air Nucl Phys A 701 334c

I Busch H Greupner U Keyser (2002) Absolute measurement of the activity of 222Rn

using a proportional counter Nucl Instr and Meth A481 330-338

L Zikovsky (1995) Determination of Radon-222 in gases by alpha counting of its decay

products deposited on the inside walls of a proportional counter Rad Meas Vol 24 (3)

315-317

부lt gt

논[ ] - 2008

논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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3 국가과 지에 요 내용 외

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부lt gt

논[ ] - 2008

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논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

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특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

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논[ ] - 2009

논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

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차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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3 국가과 지에 요 내용 외

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논[ ] - 2010

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

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이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

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차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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는 공개 여 는 아니 니다

특허[ ] - 2008-1

특허[ ] - 2008-2

특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

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차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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특허[ ] - 2008-2

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특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

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차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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특허[ ] - 2008-3

특허 등 일자[ ] - 2010 ( )

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

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이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

합니다

3 국가과 지에 요 내용 외

는 공개 여 는 아니 니다

이 보고 는 경부에 시행 사업 차 핵심 경1

개 사업 연구보고 입니다

이 보고 내용 에는 드시 경부에 시행2

차 핵심 경 개 사업 연구개 결과임 야

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3 국가과 지에 요 내용 외

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