자연계에 존재하는 물질 중에 함유된 우라늄이나 토륨이 납으로 자연 붕괴되는 과정에서 라듐이 발생하게 되고, 이 라듐이 붕괴할 때 라돈이 생성된다. 무색, 무취, 무미의 성질을 갖고 있으며 공기보다 9배 무거운 비활성 기체이다. 라돈의 수많은 동위원소 중 라돈 222의 반감기는 3.82일로 다른 동위원소에 비해 긴 반감기를 가지며 일정한 시간 동안 대기 중에 머무를 수 있기 때문에 멀리까지 이동 가능하고 실내에 축적되기 쉽다. 라돈 222는 라돈의 동위원소 중 가장 많은 비율을 차지하고 있어 검출 기준의 대상이 된다. 라돈은 토양에서 80~90%가 발생하여 토양 내 공극 사이로 확산 이동하거나 건물 지반 및 광석에서 방출된다. 배출된 라돈은 오래된 건물의 균열, 연결부위, 배수관 등 틈을 이용하여 실내로 유입된다. 또한 계절의 변화인 온도, 습도 등의 변화로 인해 라돈 농도는 변화가 생길 수 있다. 라돈 가스가 사람의 호흡을 통해 체내로 들어가게 되면 대부분은 날숨에 포함되어 인체에 해롭지 않지만 실내 라돈 농도가 높아져 라돈 농도가 체내에서 오래 머무르는 경우 체내에서 라돈이 붕괴할 확률이 높아지며 체내에서 붕괴한 라돈은 자핵종과 알파입자로 분리된다. 붕괴 초기 자핵종은 대전된 상태로 폐포에 달라붙기 쉽고 알파입자는 높은 운동 에너지를 가지고 있어 체조직에 상해를 입힌다. 또한 폐포에 달라붙은 자핵종들은 연속적으로 붕괴하며 알파입자를 방출해 체조직에 상해를 입히고 이로 인한 DNA의 돌연변이로 인해 폐암으로 변화하게 된다. 사람이 연간 노출되는 방사선의 80%가 자연방사선에 의한 것이고 그 중 대부분이 라돈이다. 실내 라돈 농도를 적절하게 통제할 수 있다면 폐암의 발생확률을 30%로 억제할 수 있다고 통계를 통해 알려져 있다. 미국 EPA가 발간한 라돈에 대한 시민 안내서(A Citizen''s Guide to Radon)에 따르면 권고 기준 라돈 농도인 370Bq/m3에서 일정하게 유지되는 실내공간에서 흡연자가 생활하는 경우 약 62%의 폐암이 발생할 수 있다고 한다. 또한 2010년 세계 보건기구(WHO)의 보고서에 따르면 흡연 다음으로 가장 큰 폐암 발병원인으로 라돈을 지목하고 있다. 미국에서 연간 폐암 사망자의 10%이상이 라돈으로 인해 사망한 것으로 보고되는 등 라돈은 우리 생활에 있어 아주 밀접한 관계가 있고 위험한 물질로 인간이 반드시 주의해야 하는 물질 중 하나이다.
라돈은 사람의 감각으로는 존재를 파악할 수 없어 검출기를 통해 라돈의 존재를 확인이 가능하며 다양한 라돈 검출기들이 개발되어 왔다. 차콜 캐니스터, 충전막 전리함, 알파비적 검출기 등의 수동형 라돈 검출기 제품들이 있지만 이들은 라돈 가스 수집에 최소 3일 이상이 소요되며 실시간으로 농도를 확인할 수 없고 검출기를 분석할 수 있는 전문기관의 도움이 반드시 필요한 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 실시간으로 라돈의 농도를 확인할 수 있는 능동형 라돈 검출기들이 개발되었다. Sarad社의 RTM 2200, RTM 1688-2, DOSEman, Durrige社의 RAD7, Airthings社의 Canary, Safety Siren社의 Siren PRO3, 국내 FTLAB社의 RD200, FRD400, FRD1600등 다양한 일반용, 전문용 제품들이 있지만 전문용의 경우 최소 100만원에서 최대 2,000만원으로 가격이 비싸며 보급형이라고 하더라도 20만원 이상의 가격으로 판매하고 있다. 또한 기존에 개발된 보급형 라돈 검출기는 USB나 블루투스를 이용해서 근거리 통신으로 데이터를 확인하거나 추출할 수 있었다. 무선통신 기능이 없어 반드시 라돈 검출기가 설치된 곳에 사용자가 직접 가서 확인해야하는 불편한 점이 있었다.
본 논문에서는 라돈 검출기의 핵심인 라돈 측정 센서(핀 포토다이오드, CMOS, CCD)에 대한 연구와 센서를 응용한 측정 시스템을 구현한다. 구현한 시스템은 초정밀 라돈 검출기와 선형회귀 분석으로 정확도를 확보하였다. 또한 공인인증시험소에서 성능 평가를 실시하여 검출기의 가치를 증명하였다. 라돈 검출기에는 유선통신(USB)와 무선통신(CDMA, WiFi) 기능을 구현하여 측정 현장에 측정자가 없이 라돈 측정 결과를 파악할 수 있는 통신 시스템 구현하여 라돈 검출기를 모니터링 할 수 있는 운영시스템에 대해 논의한다.

When uranium or thorium decays in nature, radium is generated. When radium decays, radon and ionizing radiation are generated. Radon is a chemically stable noble gas which is colorless, odorless, tasteless and nine times heavier than air. There are many known isotopes of radon. Because radon-222 has a half-life of 3.82 days, which is longer than the half-lives of other isotopes, it can stay in air for a relatively long time, and is able to move very far and prone to accumulating indoors. Radon-222 is used to measure radon concentration as it accounts for the largest proportion of isotopes. 80~90% of radon gas produced from soil can easily pass through openings, cracks, gaps, drains or thin concrete and enter an indoor building. Radon concentration can change according to season, temperature, humidity and so on.
Most of the radon that is inhaled does not harm body tissue as it escapes from the body in the exhalation process. But if people are in a highly concentrated indoor area, radon stays in the body for a longer time and the probability of decay is increased. Radon is converted to progeny and alpha particles whose energy is 5.5MeV. At the beginning, radon progeny can stick to alveoli easily in a charged state and alpha particles can cause tissue damage due to their high kinetic energy. The radon progeny which stick to an alveolus decay sequentially and give off alpha particles which harm body tissue when they crash. Damaged DNA can cause mutations, causing lung cancer. About 80% of radiation which people are exposed to annually is natural radiation and most of it comes from radon. Statistically, the probability for the occurrence of lung cancer can be decreased by 30% if indoor radon concentration is controlled. According to the book “A Citizen’s Guide to Radon,” published by the United States Environmental Protection Agency(EPA), the risk of lung cancer is about 62% higher than the mean when smokers live in an indoor space where the radon concentration is fixed at 370Bq/m3, which is the recommended standard for radon concentration. A 2010 World Health Organization(WHO) report said that radon was the second-leading cause of lung cancer next to smoking. It is estimated that more than 10% of lung cancer deaths that occur in the US are radon-related. Healthwise, radon is one of the materials that we must be aware of in life.
People need radon detector devices to identify its presence, since radon cannot be detected by the human senses. Various types of detectors have been developed in the past. Passive radon detectors such as charcoal canisters, electret ion chambers, alpha track detectors and so on need at least three days to collect radon. These detectors cannot display radon concentration data in real time and users need the assistance of specialized institutions to analyze their results. To solve these problems, continuous radon detectors, which can display radon concentration in real time, have been developed. There are many continuous radon detectors on the market, such as Sarad’s RTM 2200, TRM 1688-2 and DOSEman; Durrige’s RAD7; Airthings’ Canary; Safety Siren’s Siren PRO3; and domestic firm FTLAB’s RD200, FRD400 and FRD1600. Professional and precise radon measuring apparatuses cost from 1 to 20 million won. For general use, detectors cost at least 200,000 won, which is a little high for the general public. And radon detectors mostly provide or display radon concentration data through USB connections or wireless local area communication like Bluetooth, making it inconvenient if users in distant locations want to monitor radon data.
This research encompasses a study on the radon sensor(PIN photodiode, CMOS and CCD), a key part of radon detectors, and the conception of a measuring system using the sensor, whose accuracy was ensured by an ultra-precision radon detector and linear regression analysis. In addition, the performance evaluated by the authorized testing laboratory to proved its value. The study also discusses the development of an operating system which can monitor the radon detector through wired(USB) and wireless communication(CDMA and Wi-Fi), and the establishment of a system that can remotely measure radon levels without requiring a person to monitor them on-site.