KR100295367B1 - 진단기능을갖는고방사능물질측정용우물형중성자검출장치 - Google Patents

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홍종숙
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Abstract

본 발명은 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치에 관한 것으로, 그 목적은 고준위감마선장에서도 방사선에 의한 기기의 손상 없이 중성자를 검출하고, 시료 위치 변동에 관계없이 고른 검출효율을 나타내며, 이상 유무를 용이하게 파악할 수 있는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 시료에서 방출되는 고속 중성자를 감속하여 포획하는 다수개의 검출튜브; 상기 검출튜브와 시료가 삽입되는 선원위치 사이에 설치되는 감마선 차폐체; 상기 검출 튜브와 연결되고, 다수개의 전치증폭기연결전선에 의해 서로 연결되는 다수개의 전치증폭기; 상기 차폐체와 본체 케이스 사이에 설치되는 중성자감속체; 상기 본체 케이스 일측에 설치되어 전치증폭기의 작동상태를 확인하는 증폭기상태확인용램프; 상기 본체 케이스 일측에 설치되어 본체 케이스를 지지하는 다수개의 본체지지대를 포함하여 구성된 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치를 제공함에 있다.

Description

진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치.
본 발명은 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치에 관한 것으로, 사용후핵연료와 같이 아주 높은 감마선을 갖는 고방사능물질의 중성자를 검출기의 기능이 손상되지 않으면서 측정할 수 있는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 방사선에 의한 장해로부터 작업자를 보호하기 위한 차폐체를 설치하지 않아도 될 정도의 저방사능물질이 갖는 중성자를 측정하기 위한 우물형중성자검출장치는 현재 사용중에 있지만, 사용후핵연료와 같이 아주 높은 감마선을 갖는 물질에 대하여 적용할 수 있는 우물형중성자검출기는 현재까지 개발되지 않았다.
본 발명은 아주 높은 감마선을 구비하는 물질에 적용할 수 있도록 고려한 것으로 그 목적은 고준위감마선장에서도 방사선에 의한 기기의 손상 없이 중성자를 검출하고, 시료 위치 변동에 관계없이 고른 검출효율을 나타내며, 이상 유무를 용이하게 파악할 수 있는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 시료에서 방출되는 고속 중성자를 감속하여 포획하는 다수개의 검출튜브; 상기 검출튜브와 시료가 삽입되는 선원위치 사이에 설치되는 감마선차폐체; 상기 검출 튜브와 연결되고, 다수개의 전치증폭기연결전선에 의해 서로 연결되는 다수개의 전치증폭기; 상기 차폐체와 본체 케이스 사이에 설치되는 중성자감속체; 상기 본체 케이스 일측에 설치되어 전치증폭기의 작동상태를 확인하는 증폭기상태확인용램프; 상기 본체 케이스 일측에 설치되어 본체 케이스를 지지하는 다수개의 본체지지대를 포함하여 구성된 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치를 제공함에 있다.
도 1 은 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형 중성자검출장치의 절단 입체도
도 2 는 중성자검출장치의 전자부품 및 관련구조물 배치도
도 3 은 중성자검출장치의 신호선 배치도
도 4 는 중성자검출장치의 LED 램프-전치증폭기 연결 회로도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
(1) : 검출튜브 (2) : 감마선차폐체
(3) : 전치증폭기 (4) : 본체 케이스
(5) : 중성자감속체 (6) : 고전압용 커넥터
(7) : 증폭기전원용 커넥터 (8) : 신호용 커넥터
(9) : 증폭기 확인용 램프 (11) : 카드뮴판
(21) : 상단감마선차폐체 (22) : 중단감마선차폐체
(23) : 하단감마선차폐체 (24) : 차폐체 보호판
(31) : 전치증폭기 연결전선 (41) : 본체지지대
(51) : 고정핀 (52) : 고정판
(100): 선원위치 (101): 시료운반용기
(102): 내부제염용기 (103): 시료용기높이조절판
(200): 중성자반사체 (201): 상단중성자반사체
(202): 하단중성자반사체 (300): 신호분석기
(A): 고준위 방사성 물질 시료
고준위의 감마선을 갖고 있는 중성자원으로써 가장 대표적인 것은 사용후핵연료인데, 본 발명은 고준위 방사능 물질 취급시설인 핫셀내에서 사용후 핵연료로된 각종 시료의 중성자를 검출할 수 있도록, 설치되는 핫셀 내부의 공간을 고려하여 또한, 원격조정기(이것을 "마스터-슬레이브 텔레머니퓰레이터(master - slave telemanipulator)"라고도 함) 등을 사용하여 조작하여야 하는 점 등을 고려하여 컴퓨터 코드를 이용 기능, 검출효율 등을 최적화할 수 있도록 구성되어 있다.
도 1 은 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형 중성자검출장치의 절단 입체도를 도시한 것으로, 시료가 삽입되는 선워위치(100)에는 고준위 방사성 물질시료(A)의 상,하단에 중성자 반사체(200)가 설치되고 하단 중성자 반사체(202)의 하단에 시료용기 높이 조절판(103)이 삽입되며 시료 운반용기(101)가 삽입되는 내부제염용기(102)의 외부에 차폐체보호판(24) 및 감마선 차폐체(2)가 순차적으로 설치되고 감마선 차폐체(2)의 외부에는 중앙부 표면 일부에 카드늄판(11)이 부착된 검출튜브(1)를 상단의 전치증폭기(3)와 다수 연결된 상태에서 중성자 감속체(5)에 둘레 쌓여 있으며 중성자 감속체(5)의 외부에 본체 케이스(4)가 본체지지대(41)에 지지, 설치되고 본체 케이스(4)의 외부 일측에 고전압용 커넥터(6), 증폭기 전원용 커넥터(7), 신호용 커넥터(8) 및 증폭기 상태 확인용 램프(9)가 설치된 구조이다.
상기 검출튜브(1)는 사용후핵연료 등의 시료에서 방출된 고속중성자를 감속재로 감속한 후 포획하는 것으로, 내부 기체 혼합물은 감마선 신호로부터 중성자신호를 쉽게 분리해 낼 수 있도록 되어 있으며, 내방사성 재질로 구성된 전치증폭기(3)의 전자 부품들과 연결되어 있다.
또한, 상기 검출튜브(1)의 중앙부 표면 일부에 중성자흡수체인 카드늄(Cadmium:Cd)판(11)을 부착하여 길이방향 검출효율을 보다 고르게 하였다.
상기 차폐체(2)는 사용후핵연료 등의 시료에서 방출되는 고준위감마선을 차폐시키는 것으로, 상단감마선차폐체(21)와 하단감마선차폐체(23) 및 중단감마선차폐체(22)로 구성되어 있으며, 선원위치(100) 즉, 시료가 저장된 시료운반용기(101)가 삽입되는 위치와 상기 검출튜브(1) 사이에 설치된다. 또한 상기 시료운반용기(101)가 삽입되는 선원위치(100)와 차폐체(2) 사이에는 차폐체 보호판(24)이 설치되며, 상기 차폐체 보호판(24) 안쪽에 고준위 방사성 물질 시료(A) 등에 의해 장치내부가 오염되는 것을 중간에서 차단하고 오염시 쉽게 제염할 수 있도록 내부제염용기(102)가 부착되어 있다.
상기 차폐체(2)에서, 상단감마선차폐체(21) 및 하단감마선차폐체(23)는 핵연료 위치에서 벗어난 부분에 설치되는 것으로, 제작비용을 절감하고 무게를 줄이기 위하여 스테인레스로 구성되어 있으며, 상기 중단감마선차폐체(22)는 사용후 핵연료에서 방출되는 고준위의 감마선에 의한 중성자 검출 신호의 질적 저하를 방지하기 위하여 텅스텐으로 구성되어 있다.
상기 전치증폭기(3)는 검출된 중성자에 의해 발생되는 신호 즉, 신호분석기(300)로의 송신 전 신호를 증폭하는 것으로, 중성자를 포획하는 검출튜브(1)와 연결되어 설치되고, 다수개의 전치증폭기연결전선(31)에 의해 서로 연결된다.
상기 중성자감속체(5)는 시료에서 방출되는 고속중성자를 감속하여 검출튜브(1)에서 쉽게 포획하도록 하기 위한 것으로, 고준위감마선을 차폐하는 차폐체(2)와 스테인레스로된 본체 케이스(4) 사이에 고정핀(51)과 고정판(52)에 의해 고정되게 설치된다. 이때 상기 중성자감속체(5)는 밀도가 0.94g/㎤ 이상인 고밀도 폴리에칠렌을 설치하였다.
상기 본체케이스(4)의 외부 일측에 장착된 고전압용 커넥터(6)는 사용후핵연료 등의 시료에서 방출된 중성자를 포획하는 중성자검출튜브(1)에 약 1,700 볼트 내외의 고전압을 공급하는 것으로, 본체케이스(4) 외부에서 중성자 검출튜브(1)와 연결되도록 설치된다.
또한 신호분석기(300)로의 송신 전 신호를 증폭하는 전치증폭기(3)가 작동하는데 필요한 전원을 공급해 주는 증폭기 전원용 커넥터(7)와 검출된 중성자에 의해 발생되는 신호를 신호분석기(300)로 보내는 다수개의 신호용 커넥터(8) 및 각각의 전치증폭기(3)에 대한 작동상태 및 중성자 검출세기를 표시하는 증폭기 상태 확인용 램프(9)는 본체케이스(4) 외부일측에 설치된다.
즉, 상기 고전압용 커넥터(6), 증폭기 전원용 커넥터(7) 및 신호용 커넥터(8)는 본체케이스(4) 외부 일측에 설치되어 있으며, 상기 고전압용 커넥터(6), 증폭기 전원용 커넥터(7) 및 신호용 커넥터(8)는 증폭기 상태 확인용 램프(9) 부위에 설치되어 있다. 또한 상기 본체케이스(4)는 다수개의 본체지지대(41)에 의해 지지된다.
상기 시료운반용기(101)내에 저장되는 고준위 방사성물질시료(A)의 상단과 하단에는 시료 양쪽 끝부분에서 방출된 중성자를 보다 더 많이 검출튜브(1)에 수집될 수 있도록 중성자반사체(200)가 설치되어 있으며, 시료운반용기(101)는 시료용기 높이 조절판(103)에 의해 높이가 조절된다. 즉, 상기 시료운반용기(101)가 삽입되는 내부제염용기(102) 하단부에 다수개의 원판형상 시료용기 높이 조절판(103) 다수개를 삽입하여 시료용기의 높이를 조절한다.
상기 상단중성자반사체(201)는 시료에서 방출된 중성자가 보다 많이 검출튜브(1)쪽으로 반사되도록, 또한 중성자 감속 및 반사효율이 좋고 핫셀의 원격조정기로 탈·부착이 가능하도록 가벼운 재질의 흑연체(그라파이트)로 제작되어 있다. 또한 상단중성자반사체(201)의 전체 표면은 스테인레스로 케이싱하였다. 상기 하단중성자반사체(202)는 중성자 감속 및 반사효율이 아주 좋은 재질로 알려진 니켈로 제작되어 있다.
도 2 는 중성자검출장치의 전자부품 및 관련구조물 배치도를, 도 3 은 중성자검출장치의 신호선 배치도를, 도 4 는 중성자검출장치의 LED 램프-전치증폭기 연결 회로도를 도시한 것으로, 본 발명은 상기 전치증폭기(3)를 3 그룹으로 나누어 분리함으로써, 전치증폭기(3)의 자체 이상유무 및 전치증폭기연결전선(31)의 이상 유무를 진단할 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 상기 다수개의 전치증폭기(본 발명에서는 18개를 설치하였음)를 내부 중심을 축으로 시계방향으로 매 3 번째마다 같은 짝으로 묶어 각각 6 개씩 A, B 및 C 그룹으로 3 등분하고, 상기 분리된 신호선 즉, A, B, C 의 출력신호값을 서로 비교하여 신호용전선의 이상 유무를 외부에서 파악할 수 있도록 되어 있다.
즉, 상기와 같이 구성된 본 발명의 전치증폭기(3)에 이상이 발생하였을 시에는 각각의 전치증폭기(3)에 연결되어 본체 케이스(4) 외부에 설치된 증폭기상태확인용램프(9)는 소등되거나 정상의 경우보다 약하게 되고, 상기 다수개의 전치증폭기(3)를 서로 연결하는 전치증폭기연결전선(31)에 이상이 발생하였을 시에는 정상적인 출력신호값과 검출세기가 다른 출력신호값을 나타낸다.
이와 같이 본 발명은 검출기의 기능 손상 없이 중성자를 검출할 수 있으며, 고준위 방사성물질에 대한 측정 장비로 방사성차폐시설내에서 설치되어야 하기 때문에 차폐시설의 내부공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 설계됨과 동시에, 장치내부에서의 시료 위치 변동에 관계없이 고른 검출효율을 나타내도록 되어 있다.
또한, 고준위방사능을 갖는 사용후핵연료가 있는 차폐 시설안으로는 실험자가 출입할 수 없는 관계로 측정장치의 정상 작동 여부 또는 기능의 이상 유무를 사람이 직접 점검 또는 확인할 수 없으므로, 증폭기상태확인용 램프를 본체 케이스 외부에 설치하고, 신호선을 분리하여 처리하므로써 그 기능을 진단할 수 있도록 되어 있다.
또한, 출력신호에 대한 분석기기인 쉬프트 레지스터로 입력되는 신호는 상황에 따라 각각 분리하여 사용하거나 2 그룹씩 혼합 또는 전체를 연결하여 사용할 수 있도록 되어 있다. 특히, 사용후 핵연료 다발에 대한 실험을 할 경우, 방출되는 중성자가 너무 많기 때문에 신호선의 수를 적절히 조합하여 사용하므로써 쉬프트 레지스터의 불감시간을 줄일 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 시료가 삽입되는 선원위치(100)에는 고준위 방사성 물질시료(A)의 상,하단에 중성자 반사체(200)가 설치되고 하단 중성자 반사체(202)의 하단에 시료용기 높이 조절판(103)이 삽입되며 시료운반용기(101)가 삽입되는 내부제염용기(102)의 외부에 차폐체보호판(24) 및 감마선 차폐체(2)가 순차적으로 설치되고 감마선 차폐체(2)의 외부에는 중앙부 표면 일부에 카드늄판(11)이 부착된 검출튜브(1)를 상단의 전치증폭기(3)와 다수 연결된 상태에서 중성자 감속체(5)에 둘레 쌓여 있으며 중성자 감속체(5)의 외부에 본체 케이스(4)가 본체지지대(41)에 지지, 설치되고 본체 케이스(4)의 외부 일측에 고전압용 커넥터(6), 증폭기 전원용 커넥터(7), 신호용 커넥터(8) 및 증폭기 상태 확인용 램프(9)가 설치된 것을 특징으로 하는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성자감속체는 밀도가 0.94g/㎤ 이상인 고밀도 폴리에칠렌을 사용한 것을 특징으로 하는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수개의 전치증폭기와 연결된 검출신호선을 다수개의 그룹으로 기하학적 등분배하고, 상기 각 그룹간의 출력신호값을 서로 비교하여 기능의 정상작동여부를 진단하는 것을 특징으로 하는 진단기능을 갖는 고방사능물질 측정용 우물형중성자검출장치.
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