본 연구에서는 페이즈필드 설계법을 통한 다중 유전체로 구성된 콜리메이터 구조를 설계하였다. 제작 가능성을 고려하여 폴리프로필렌과 파라핀을 유전체 재질로 선정하였고, 측정영역의 전기장의 세기의 면적분으로 계산하여 이를 최대화하는 것 으로 설계의 목적 함수를 설정하였다. 두 가지 유전체 재질을 이용하여 설계영역 내의 중공영역이 배제된 구조를 도출하였 으며 컷오프를 통해 최종 형상을 모델링하였다. 수치해석을 통하여 설계된 다중 유전체 구조의 콜리메이터를 이용하는 경우 자유공간 내의 원형 전자기파 대비 측정영역에서 105%의 전기장 세기가 증가된 평행파를 생성하는 콜리메이터의 성능을 확인하였다. 설계된 모델의 수치해석을 통하여 콜리메이터의 역변환 가능성과 구조적 내구성의 증가를 확인하였고, X밴드 대역 전체에서의 성능을 평가하였다.

When a radiation detector is applied to the measurement of the radioactivity of high-level of radioactive materials or the rapid response to the nuclear accident, several collimators with the different inner radii should be prepared according to the level of dose rate. This makes the in-situ measurement impractical, because of the heavy weight of the collimator. In this study, an IRIS collimator was developed so as to have a function of controlling the inner radius, with the same method used in optical camera, to vary the attenuation ratio of radiation. The shutter was made to have the double tungsten layers with different phase angles to prevent the radiation from penetrating owing to the mechanical tolerance. The performance evaluation through the MCNP code was conducted by calculating the attenuation ratio according to the inner radius of the collimator. The attenuation ratio was marked on the outer scale ring of the collimator. It is expected that when a radiation detector with the IRIS collimator is used for the in-situ measurement, it can change the attenuation ratio of the incident photon to the detector without replacing the collimator.

확산형 콜리메이터는 촬영 대상을 축소 촬영하거나 넓은 관심영역을 작은 감마카메라를 사용하여 검출 하기 위해서 사용한다. 확산형 콜리메이터와 블록형 섬광체 및 픽셀형 섬광체 배열을 사용하는 감마카메라 에서 방사선원이 관심영역 주변에 위치할 때 섬광체 표면에 감마선이 대각선으로 입사하게 되면, 섬광체 깊이 방향으로 대각선으로 검출되기 때문에 공간 분해능이 저하된다. 본 연구에서는 이러한 관심영역 외곽에서의 공간 분해능을 향상하기 위한 새로운 시스템을 설계하였다. 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용하여 각 섬광 픽셀을 콜리메이터 구멍의 각도와 크기에 맞게 일치하도록 구성하면, 감마선이 섬광체의 여러 깊이에서 반응하더라도, 하나의 섬광 픽셀 위치로 영상화 할 수 있다. 즉, 대각선 방향의 여러 지점에서 검출되더라도, 감마선은 하나의 섬광 픽셀과 상호 작용하기 때문에 공간 분해능의 저하가 발생하지 않는다. Geant4 Application for Tomographic Emission (GATE) 시뮬레이션을 통해 블록형 섬광체를 사용한 감마카메라와 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용한 감마카메라를 설계하여 공간 분해능을 비교 평가하였다. 관심영역 외곽에서 발생한 감마선을 통해 획득한 영상에서 공간 분해능은 블록형 섬광체를 사용한 감마카메라에서는 4.05 mm였고, 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용한 감마카메라에서는 2.97 mm의 공간 분해능을 보였다. 사다리꼴 픽셀형 섬광체를 사용한 시스템에서 26.67% 공간 분해능이 향상됨을 확인할 수 있었다.