A Study of Gamma-ray Irradiation Effects on Commercially Available Single-mode Optical Fiber

국내외 상용 단일모드 광섬유의 감마선 영향 분석 연구

Optical fibers are going to be used for telecommunication, image fibers, sensors under irradiation in nuclear power plants and various irradiation facilities. Especially, Temperature detection sensors using Raman light scattering, temperature or strain sensors using fiber gratings, magnet-optical sensors using photo-magnetic effect, are already commercialized. However, When fibers are exposed to ionizing radiation, color centers are formed in fibers which reduces their light transmission, and it is limited in applying under radiation environments. In this study, $Co^{60}$ gamma-ray induced optical attenuation on Ge-doped single mode(SM) fiber has been measured. Gamma-ray is irradiated for 4hours at the dose rate of 0.5kGy/hr, 2kGy/hr, 8kGy/hr. Consequently, gamma-ray induced loss based on radiation effects in Ge-doped SM fiber occur precisely. Furthermore, dose rate effect that the higher dose rate in the same total dose, the more increase loss of optical fiber and annealing effect that the higher the loss after irradiation, the more increase the recovery rate of the loss are observed in the fiber. This results plan to make use of bases in the study of the radiation-hardened optical fiber.

광섬유는 신호를 전달하는 통신용 섬유, 물체를 관찰하기 위한 이미지 섬유, 각종 센서용 광섬유로서 원자력분야에서 사용된다. 특히 센서용 섬유로서 라만 산란광을 이용한 온도감지 섬유와 광섬유 브래그 격자을 이용한 온도/스트레인 섬유, 광자기효과를 이용한 광회전센서 섬유 등은 이미 실용화되어 있다. 그러나 광섬유에 방사선을 조사하면 색중심(color center)이 생성되어 광의 투과성이 크게 저하되고, 방사선 환경에서 적용의 제한이 있다. 본 논문에서는 고준위 방사선환경에 대한 광섬유 센서의 적용을 위한 연구로서 Ge가 함유된 일반단일모드 광섬유에 대한 감마선 조사에 따른 전송손실 특성 평가를 수행하였다. 시험에 사용된 방사선원은 $Co^{60}$ 감마선원으로, 총 4시간동안 0.5kGy/hr, 2kGy/hr, 8kGy/hr의 선량률(dose rate)로 조사하였다. 그 결과 감마선조사에 의한 단일모드 광섬유의 전송손실이 뚜렷하게 나타났고, 동일 누적선량에서 선량률이 클수록 전송손실이 증가하는 선량률 효과와 조사 후 광섬유의 전송손실이 클수록 손실 회복율이 증가하는 열화(annealing) 특성을 보였다. 본 시험결과는 향후 광섬유의 내방사화 연구의 기초자료로 활용할 계획이다.