KR100368010B1 - 원격제어 환경방사선 감시기 시스템 - Google Patents
원격제어 환경방사선 감시기 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 대기환경에서의 방사선량과 기상(온도,강우량, 풍향, 풍속)자료를 실시간으로 측정하여 원자력 비상사고로 인한 방사능오염여부를 신속히 원거리에서 확인 가능한 장치에 관한 것이다.
그 구성은 방사선을 검출하는 방사선 센서부(1)와, 기상을 측정하는 기상센서부(9,10,11)와, 아날로그 신호처리 회로부(2,3,4)와, 디지털 신호처리 회로부 (5,6,8)와, 고전압인가 및 IC구동을 위한 DC 전원공급부(14,15,16,17)와, 운용프로그램 및 측정자료 원거리 송수신을 위한 통신부(13)와, 상기 통신부(13)를 제어 및 구동을 위한 Firmware 프로그램(7)과, 사용자의 편의성을 위한 GUI(Graphic User Interface) 프로그램(18)이 내장된 마이크로프로세서와, 정전이 갑자기 일어나더라도 환경방사선 감시기가 계속적으로 작동할 수 있도록 한 전원공급부(14,15,17)와 방사선센서에 인가되는 고전압발생기(16)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템에 관한 것이다
Description
본 발명은 대기중의 방사선량과 기상자료를 실시간으로 측정하여 원자력 비상사고로 인한 방사능오염여부를 확인하기 위하여 원거리에서 신속히 자연방사성핵종과 인공방사성핵종을 구분측정 할 수 있는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 원자력시설 주변 환경감시 또는 대기권 핵실험의 조기탐지와 같은 우리 생활주변의 환경방사선을 연속적으로 감시하는데 필요한 장치 또는 시스템으로서 환경감시기술 분야에 속한다.
본 발명은 대기중의 방사선량과 기상자료를 실시간으로 측정하여 중앙컴퓨터로 송신해주는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템에 관한 것이다.
종래의 경우 대기중의 방사선량률 측정은 주로 전리함 또는 GM(Geiger Muller)방식의 방사선센서를 이용하였다. 이것은 방사선의 에너지를 구분 없이 측정하기 때문에 자연방사성핵종과 인공방사성핵종의 구분이 불가능하며, 따라서 총 선량률 만을 측정함으로써 미소한 방사능 오염을 감지하기가 어렵고, 단순히 선량률 변동의 경향만을 파악할 수 있었다. 이러한 종래의 환경방사선 감시개념은 평상시의 변동범위를 정해 두고 이 범위를 벗어나는 경우 그 원인규명을 위해서 별도로 대기부유진 시료를 직접 채취하여 실험실에서 분석해야 하는 불편한 점이 있었다.
또한, 대기중의 방사선량은 평상시 자연방사선이 크게 좌우하게 되고, 이 자연방사선은 강우와 매우 밀접한 관계를 가지기 때문에 강우시점이 매우 중요하다. 따라서 종래에는 강우에 관계된 자료를 기상청으로부터 받아 이용함으로써 방사선량의 측정시간 및 지점과 기상측정 시간 및 지점과의 시간적, 공간적 차이가 있어 선량률 상승요인을 정확히 평가하기가 어려울 뿐만 아니라 시간 소모적인 불편한 점이 있었다.
따라서 본 발명에서는 이러한 종래의 환경방사선 감시기의 개념에서 탈피하여 오늘날 급속히 발전된 전자기술과 정보통신 기술을 이용하여 고성능화, 다기능화, 고효율화 한 방사선 감시시스템을 개발하였다.
즉 종래의 전리함 또는 GM방식의 방사선센서 대신에 NaI 섬광체 방사선 센서를 이용하여 입사되는 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 512채널로 구분할 수 있는 신호처리 회로부를 개발하고, 이 신호크기로서 방출된 방사선의 핵종을 구분할 수 있도록 하였다. 또한 이 모든 data는 감시기 자체의 메모리에 저장하는 것이 아니라 정해진 시간간격에 따라 중앙 컴퓨터로 보내져서 중앙에서 저장관리 할 수 있도록 하였다. 그리고 온도, 강우, 풍향 및 풍속센서를 방사선센서와 나란히 설치하여 동일시간 동일장소에서의 기상 Data를 수집할 수 있도록 하였다.
종래의 방법에서는 변동폭이 큰 총 선량률 만을 측정함으로써 미소한 방사능 오염을 감지하기가 매우 어려운 점이 있었다. 또한 원인규명을 위한 기상자료를 인접지역의 기상대 자료를 활용해야 하기 때문에 감시결과의 해석에 정확성이 떨어지는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 본 감시기는 휴대폰단말기를 통한 측정자료를 송수신할 수 있기 때문에 전용의 통신선로가 필요가 없을 뿐만 아니라 기존 통신업체망을 그대로 이용할 수 있으며, 대기중의 방사선량과 기상자료를 실시간으로 측정하여 중앙컴퓨터로 송신해주는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기 구조 상세도
도 2는 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기 사진
도 3은 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기의 제어를 위해서
설계·제작한 프로그램의 초기 기동화면 상태
도 4는 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기로 실제 측정한
실시예를 나타낸 스펙트럼 상태
* 도면 1의 주요부분에 대한 부호의 설명
(1) NaI 섬광체 방사선 센서(NaI Scintillation Radiation Detector)
(2) 전치증폭기(Pre-Amplifier)
(3) 선형증폭기 및 피이크 검출/식별기
(Linear Amp./Peak Det./Discriminator)
(4) 아날로그 디지털 변환기(Analogue to Digital Converter, ADC)
(5) 다중파고분석기(Multi-Channel Analyzer, MCA)
(6) 마이크로프로세서(Microprocessor)
(7) 마이크로프로세서 구동 소프트웨어(Firmware for Microprocessor)
(8) 메모리(RAM and ROM)
(9) 온.습도센서(Temperatue and Humidity Sensors)
(10) 풍향.풍속센서(Wind-direction and Wind-speed Sensors)
(11) 강우량센서(Rain Gauge Sensor)
(12) 고전압 조정회로(High Voltage Adjust Circuit)
(13) 통신부(RS-232 to Radio Telecommunication Part)
(14) Li+ 밧데리(DC Battery)
(15) DC-DC컨버터(DC-DC Converter)
(16) 고전압 공급장치(High Voltage Power Supply)
(17) 밧데리 충전기(Battery Charger)
(18) 감시기기 제어 프로그램(Windows Program for Host PC)
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 방사선을 검출하는 방사선 센서부(1)와, 기상을 측정하는 기상센서부(9,10,11)와, 아날로그 신호처리 회로부(2,3,4)와, 디지털 신호처리 회로부(5,6,8)와, 고전압인가 및 IC구동을 위한 DC 전원공급부(14,15,16,17)와, 운용프로그램 및 측정자료 원거리 송수신을 위한 통신부(13)와, 상기 통신부(13)를 제어 및 구동을 위한 Firmware 프로그램(7)과, 사용자의 편의성을 위한 GUI(Graphic User Interface) 프로그램(18)이 내장된 마이크로프로세서와, 정전이 갑자기 일어나더라도 환경방사선 감시기가 계속적으로 작동할 수 있도록 한 전원공급부(14,15,17)와 방사선센서에 인가되는 고전압발생기 (16)로 구성된 원격제어 환경방사선 감시기 시스템에 관한 것으로서,
종래의 환경방사선 감시기로서는 불가능한 인공방사성핵종에 의한 선량률 기여분을 측정하여 평가할 수 있도록 하였으며, 이를 위한 다중파고분석(Multi Channel Analysis)모듈을 개발·제작하여 감시기에 탑재하였고, 측정된 자료를 실시간으로 중앙감시센터로 송신할 수 있는 원거리 무선통신(휴대폰 단말기 이용)이 가능하도록 하였다. 또한 각종 기상센서를 탑재하여 방사선 감시기가 설치된 지점의 기상정보도 동시에 수집할 수 있도록 하였다. 그리고 원격환경방사선 감시기의 제어 및 통신을 위한 소프트웨어적인 프로그램과 수집된 Data의 해석을 위한 프로그램을 Windows 95/98용으로 설계·제작하였다. 그리고 모든 하드웨어적인 장치들은 내부수납 상자에 넣어 열악한 옥외환경에 충분히 견딜 수 있도록 하였으며, 각종 기상센서를 감시기의 지지대위에 일체형으로 장착하였다.
이를 첨부도면을 참고하여 실시 예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기 구조 상세도, 도2는 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기 사진, 도3은 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기의 제어를 위해서 설계·제작한 프로그램의 초기 기동화면 상태 및 도4는 본 발명의 원격제어 환경방사선 감시기로 실제 측정한 실시예를 나타낸 스펙트럼 상태를 도시한 것이며, NaI 섬광체 방사선 센서(NaI Scintillation Radiation Detector)(1), 전치증폭기(Pre-Amplifier)(2), 선형증폭기 및 피이크 검출/식별기(Linear Amp./Peak Det./Discriminator)(3), 아날로그 디지털 변환기(Analogue to Digital Converter, ADC)(4), 다중파고분석기(Multi-Channel Analyzer, MCA)(5), 마이크로프로세서(Microprocessor)(6), 마이크로프로세서 구동 소프트웨어(Firmware for Microprocessor)(7), 메모리(RAM and ROM)(8), 온.습도센서(Temperatue and Humidity Sensors)(9), 풍향.풍속센서(Wind-direction and Wind-speed Sensors) (10), 강우량센서(Rain Gauge Sensor)(11), 고전압 조정회로(High Voltage Adjust Circuit)(12), 통신부(RS-232 to Radio Telecommunication Part)(13), Li+ 밧데리(DC Battery)(14), DC-DC컨버터(DC-DC Converter)(15), 고전압 공급장치 (High Voltage Power Supply)(16_, 밧데리 충전기(Battery Charger)(17), 감시기기 제어 프로그램(Windows Program for Host PC)(18)을 나타낸 것임을 알 수 있다.
열악한 옥외 환경에 충분히 견딜 수 있도록 도1 및 도2와 같이 보호용 Cap이 씌워진 NaI 섬광체 방사선센서(1)에 방사선이 입사하게 되면 미소의 전압신호가 발생하고 이 방사선 신호는 전치증폭기(2)로 입력되어 신호의 크기를 증폭함과 아울러 파형을 정형한 후 다시 선형증폭기 및 피이크 검출/식별기(3)로 입력되어 신호의 파형을 잡음이 없도록 정형하고 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC(4) 및 방사선의 에너지와 관계된 신호의 크기를 512가지(챈널)이상으로 분류하고, 신호의 크기에 따라 할당된 메모리에 가서 누적하여 계수(Count)하는 기능을 하는 다중파고분석기(Multi Channel Analyzer, MCA)(5)로 구성되어 있다. 이와 같이 방사선신호의 크기에 따라 분류된 계수값을 분석하는 역할과 시리얼 통신을 제어하는 기능을 담당하는 마이크로프로세서(6)를 채용하고, 이 마이크로프로세서 구동을 위한 Firmware 프로그램(7)을 Coding하여 메모리(8)에 저장하고 방사선신호의 크기 분포를 나타내는 스펙트럼 모니터링(MCA기능), 기상정보 모니터링(9,10,11), 고전압 인가상태 확인(12) 등의 기능을 하도록 하였다. 그리고 측정자료의 송신 및 중앙감시센터로부터의 제어 명령을 무선통신(휴대폰단말기)할 수 있도록 한 송수신 통신부(13)를 구성하였다. 전원공급부는 AC전원으로부터 DC전원으로 변환 후 충전기(17)와 DC밧데리(Li+ Battery)(14)를 거쳐 다시 DC-DC컨버터(15)에서 ±5V 및 ±15V를 전자회로 구동을 위해서 공급하도록 하였다. 이 충전기는 DC밧데리를 항상 충전하고 있다가 정전이 갑자기 일어나더라도 환경방사선 감시는 계속적으로 작동할 수 있도록 한 것이다. 또한 방사선센서의 고전압(750VDC) 인가를 위해서 고전압발생기(16)를 설계·제작하여 구성하였다.
감시기기 제어를 위한 프로그램(18)을 ROM에 입력하여 구동하였다. 본 발명의 실시 예로서 도 2처럼 옥외에 개발된 원격제어 환경방사선 감시기를 설치하고 인공방사성핵종인 Co-60 방사성선원을 감시기 근처에 두고 측정한 결과 도 4에서보는 바와 같이 선명하게 2개의 피이크(감마선에너지 1173keV, 1335keV)가 나타나고 있음을 알 수 있었다. 이는 미소량의 인공방사성핵종까지도 충분히 감지할 수 있다는 것이 되며, 만약 방사능오염사고가 발생한 경우 어떤핵종이 오염된 것인가를 알 수 있을 뿐만 아니라 그 계수값을 이용하여 우리 인체에 피폭이 되는 방사선량까지도 환산할 수 있도록 하였다.
본 발명은 NaI 섬광체 방사선 센서를 이용하여 입사되는 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 512채널로 구분할 수 있는 신호처리 회로부를 개발하고, 이 신호크기로서 방출된 방사선의 핵종을 구분할 수 있도록 하므로서 종래에는 불가능한 자연방사성핵종과 인공방사성핵종의 구분이 가능하게 되었고 따라서 매우 미소한 방사능오염까지도 중앙감시센터에서 확인이 가능하기 때문에 환경감시의 인력 및 비용 절감측면에서 그 효과가 매우 크다고 판단된다.
또한 우리 나라 전국적으로 설치되어 감시하고 있는 기존의 환경방사선 감시기는 핵종 구분이 불가능할 뿐만 아니라 측정자료를 유선을 통해서 중앙감시센터로 보내야 하므로 전용의 통신선로가 필요하게 되고 따라서 유지운용에 많은 어려운 점이 있었다. 그러나 본 감시기는 휴대폰단말기를 통한 측정자료를 송수신할 수 있기 때문에 전용의 통신선로가 필요가 없을 뿐만 아니라 기존 통신업체망을 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
그리고 기상 정보와 방사선량 정보를 동시에 측정할 수 있도록 구성되어 있기 때문에 기상대의 협조를 통해 인근지역의 기상정보를 얻어서 원인규명을 하는 번거러움과 부정확성을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 비상시 풍향과 풍속을 정확히 알게 되므로 주민들의 비상대피 등과 같은 신속한 비상대응을 도모할 수 있는 효과가 있다고 판단된다.
원자력시설 주변에서 방사성물질에 대한 환경감시는 국민의 건강보호 및 환경보전 측면에서 원자력 시설이 가동되고 있는 한 지속적으로 이루어져야 할 국가사업중의 하나이다. 또한 원자력 시설의 비상사고에 대비해서도 원자력시설 주변에 대한 환경감시는 신속하고 정밀할 필요가 있다. 이러한 점에서 본 발명에서 제시하는 원격제어 환경방사선 감시기는 원자력시설 주변에 대한 환경감시의 신속성과 정밀성을 확보하는데 크게 기여를 할 것으로 기대된다.
Claims (5)
- 삭제
- 원격제어 환경방사선 감시기시스템에 있어서, 방사선을 감지하는 NaI 섬광체 방사선센서(1)로부터의 신호를 받아 신호의 크기를 증폭하고 파형을 정형하는 전치증폭기(2)와 그 후단에 연결된 신호의 파형을 잡음이 없도록 다시 정형하고 증폭하는 선형증폭기 및 피이크 검출/식별기(3)와 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 ADC(4) 및 신호의 크기를 분류해서 계수하는 다중파고분석기(5)와 방사선신호의 크기에 따라 분류된 계수값을 분석하고 시리얼 통신을 제어하고 Firmware 프로그램(7)과 기상센서 제어회로부(9,10,11)가 탑재한 마이크로프로세서(6)와, 측정자료의 송신 및 중앙감시센터로부터의 제어 명령을 무선통신(휴대폰단말기)할 수 있도록 한 송수신 통신부(13)와 AC전원으로부터 DC전원으로 변환 후 충전기(17)와 DC밧데리(Li+ Battery)(14)를 거쳐 다시 DC-DC컨버터(15)에서 ±5V 및 ±15V를 전자회로 구동을 위해서 공급하여 정전이 갑자기 일어나더라도 환경방사선 감시는 계속적으로 작동할 수 있도록 한 전원공급부와, 방사선센서의 고전압(750VDC) 인가를 하는 고전압발생기(16)로 구성된 것을 특징으로 하는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 다중파고분석기(MCA)(5)는 방사능 종류를 구분하기 위하여 방사선신호의 크기별로 분류함을 특징으로 하는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 통신부(13)은 무선통신(휴대폰 단말기) 또는 인공위성 통신을 이용하여 중앙감시센터의 주컴퓨터로 측정자료를 실시간으로 보내고 또한 중앙감시센터에서 원격으로 현장의 감시기를 제어하기 위한 명령들의 송수신함을 특징으로 하는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 마이크로프로세서는 방사선신호의 크기에 따라 분류된 계수값을 분석하는 역할과 시리얼 통신을 제어하는 역할을 하고,기상정보와 방사선량 정보를 동시에 동일 지점에서 하나의 마이크로프로세서에 의해서 측정하며, 고전압 인가상태 확인(12)함을 특징으로 하는 원격제어 환경방사선 감시기 시스템.
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| KR10-2000-0028580A KR100368010B1 (ko) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 원격제어 환경방사선 감시기 시스템 |
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20000063231A KR20000063231A (ko) | 2000-11-06 |
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| KR10-2000-0028580A KR100368010B1 (ko) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 원격제어 환경방사선 감시기 시스템 |
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- 2000-05-26 KR KR10-2000-0028580A patent/KR100368010B1/ko active IP Right Grant
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