롤투롤 스퍼터링 증착을 통한 납(Pb) 대체용 방사선 차폐필름 개발

Research on Radiation Shielding Film for Replacement of Lead(Pb) through Roll-to-Roll SputteringDeposition

현재 의료방사선 분야에서 차폐를 목적으로 주로 사용되고 있는 납(Pb)소재는 방사선 차폐 기능은 뛰어나지만 납 자체가 가지고 있는 인체 유해성과 무거운 무게에 의한 불편함 때문에 지속적으로 직, 간접적으로 방사선 피폭 위험을 차단함과 동시에 납 소재를 대체할 수 있는 인체 친화적인이며 가벼우면서 사용편의성을 가진 차폐소재의 연구는 지속적으로 진행되어지고 있다. 본 연구에서는 일반적으로 사용되는 PET (polyethylene terephthalate) 필름과 실제 방사선 방호복 사용되는 원단소재를 기재로 하여 방사선을 차폐할 수 있는 금속물질인 비스무트, 텅스텐, 주석을 스퍼터링 진공증착 방식을 통한 다층박막을 구현하여 차페 필름을 제작하여 방사선 차폐소재로의 적용가능성을 평가하였다. 차폐필름을 제작하기 위한 인가전압, 롤 구동속력, 가스공급량을 제어하면서 차폐물질별 최적화된 조건을 확립하여 방사선 차폐필름 제작하였다. 모재와 차폐금속박막간 밀착력 확인은 Cross-cut 100/100으로 확인하였고 시간에 따른 박막의 변화를 측정하기 위해 내열탕 테스트 1시간을 통하여 박막의 안정성을 확인하였다. 최종적으로 구현된 차폐필름의 차폐성능은 한국방사선진흥협회를 통한 실제 방사선 차폐성능을 측정한 결과 시험조건(역넓은 빔, 관전압 50 kV, 반가층 1.828 mmAl)을 설정하여 감쇠비 16.4 (초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.018 mGy/s)와 감쇠비 4.31 (초기값 0.300 mGy/s, 측정값 0.069 mGy/s)의 결과를 얻었다. 추후 제품화를 위한 공정효율성을 확보하여 가벼우면서 차폐성능을 보유한 필름 및 원단을 활용하여 방사선 방호복이나 차폐기능을 가진 건축자재로의 필름적용을 위한 초석을 마련하였다.

Lead(Pb), which is currently mainly used for shielding purposes in the medical radiation, has excellent radiation shielding functions, but is continuously exposed to radiation directly or indirectly due to the harmfulness of lead itself to the human body and the inconvenience caused by its heavy weight. Research on shielding materials that are human-friendly, lightweight, and convenient to use that can block risks and replace lead is continuously being conducted. In this study, based on the commonly used polyethylene terephthalate (PET) film and the fabric material used in actual radiation protective clothing, a multi-layer thin film was realized through sputtering and vacuum deposition of bismuth, tungsten, and tin, which are metal materials that can shield radiation. Thus, a shielding film was produced and its applicability as a radiation shielding material was evaluated. The radiation shielding film was manufactured by establishing the optimized conditions for each shielding material while controlling the applied voltage, roll driving speed, and gas supply amount to manufacture the shielding film. The adhesion between the parent material and the shielding metal thin film was confirmed by Cross-cut 100/100, and the stability of the thin film was confirmed through a hot water test for 1 hour to measure the change of the thin film over time. The shielding performance of the finally realized shielding film was measured by the Korea association for radiation application (KARA), and the test conditions (inverse wide beam, tube voltage 50 kV, half layer 1.828 mmAl) were set to obtain an attenuation ratio of 16.4 (initial value 0.300 mGy/s, measured value 0.018 mGy/s) and damping ratio 4.31 (initial value 0.300 mGy/s, measured value 0.069 mGy/s) were obtained. by securing process efficiency for future commercialization, light and shielding films and fabrics were used to lay the foundation for the application of films to radiation protective clothing or construction materials with shielding functions.