스크린 프린팅 공법을 통한 방사선 무연 차폐 시트에 관한 연구

The Study on Filling Factor of Radiation Shielding Lead-free Sheet Via Screen Printing Method

Abstract

많은 선행 연구에서는 무연 차폐재를 제작하기 위하여 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 방사선 차폐 능력과 경량화에 대한 가능성을 제시하고 있다. 하지만, 이는 바인더 및 미세 기공에 대한 구현이 어렵기에 제품화 공정에 필요한 정보를 충분히 제공하지 못하는 실정이다. 이에 본 연구에서는 제품화 공정에 요구되는 겔 페이스트에 대한 정보를 사전에 제공하기 위하여 스크린 프린팅 공법을 활용하여 충전율에 따른 방사선 차폐 능력에 대한 결과를 제시하였다. 본 연구에서는 방사선 차폐 능력을 평가하기 위해 IEC 61331-1: 2014와 KS A 4025에 부합하도록 실험 환경을 설계하였으며, 방사선 조사 조건은 KS A 4021 규격을 준용하여 총 여과 2.0 mmAl로 여과된 100 kVp를 이용하였다. 본 연구 결과, TVL를 기준으로 Pb $1270{\mu}m$, $BaSO_4$ $3035{\mu}m$, $Bi_2O_3$ $1849{\mu}m$, $WO_3$ $2631{\mu}m$에서 근사한 값으로 분석되었다. 또한, 충전율은 $BaSO_4$ 38.6%, $Bi_2O_3$ 27.1%, $WO_3$ 30.15%로 분석되었다. 하지만, 차후 저온고압 성형을 적용한다면 충전율을 높이면서도 기공률을 낮춤으로서 방사선 차폐 능력의 개선이 충분히 가능할 것으로 기대된다.

In many previous studies, monte carlo simulation is used to produce lead-free shielding sheet, and the possibility of radiation shielding capability and weight reduction is presented. But it is difficult to simulation for binder and micro-pores because of In fact it does not provide sufficient information necessary for the commercialization process. Therefore, in this paper, the results of radiation shielding capability corresponding to filling factor was presented by using the screen printing method to provide information on gel-paste required for the commercialization process. In this study, the geometric setup for evaluate of radiation shielding ability was designed to comply with IEC 61331-1:2014 and KS A 4025. In addition, radiation irradiation conditions were 100 kVp filtered with 2.0 mmAl total filtration was applied according to KS A 4021 standard. In this study, Pb $1270{\mu}m$, $BaSO_4$ $3035{\mu}m$, $Bi_2O_3$ $1849{\mu}m$ and $WO_3$ $2631{\mu}m$ were analyzed based on ten value layer. Additionally, the filling factor was analyzed as $BaSO_4$ 38.6%, $Bi_2O_3$ 27.1%, $WO_3$ 30.15%. However, in the case of applying low-temperature high-pressure molding in the future, it is expected that the radiation shielding capability can be sufficiently improved by reducing the porosity while increasing the filling factor.

Fig. 1. Fabrication process of lead-free shielding sheet via screen printing method.

Fig. 2. Schematic diagram of geometrical setup for evaluation of radiation shielding capability.

Fig. 3. Fabricated specimen for evaluation of radiation shielding capability.

Fig. 4. Radiation transmission efficiency as a function of thickness.

Table 1. Calculated of physical properties