KR100650325B1 - Real time neutron/gamma probe system for spent fuel verification in pond area - Google Patents
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Abstract
Description
도1은 본 발명의 중성자/감마 검증시스템의 구성도1 is a block diagram of a neutron / gamma verification system of the present invention
도2는 본 발명의 중성자/감마 검출부와 신호처리부 상세도 Figure 2 is a detailed view of the neutron / gamma detection unit and the signal processor of the present invention
도3은 본 발명의 검출부 외형 사진Figure 3 is a picture of the detector of the present invention
도4는 선량율에 따른 광케이블 전류신호 도표4 is a diagram of the optical cable current signal according to the dose rate
도5는 감마선량률에 따른 OFS의 전류신호 도표5 is a diagram of the current signal of OFS according to the gamma dose rate
도6은 중성자/감마 혼합장에서 중성자 플럭스 변화에 따른 OFS의 전류신호 도표6 is a diagram of current signal of OFS according to neutron flux change in neutron / gamma mixed field
<도면의 부호 설명><Description of the symbols in the drawing>
감마용광섬유섬광체(5-1), 중성자용광섬유섬광체(5-2), SUS튜브(5-3), 무게추(5-4), 모터콘트롤러 및 신호처리부(6), 다중광튜브(6-1), 수중저장조(9), 핵연료번들(BUNDLE)(10),Gamma optical fiber scintillator (5-1), neutron optical fiber scintillator (5-2), SUS tube (5-3), weight (5-4), motor controller and signal processor (6), multiple optical tube (6) -1), underwater storage tanks (9), BUNDLE (10),
본 발명은 수중저장고의 사용후 핵연료 검증 및 접근하기 어려운 고준위 방 사선 구역의 중성자/감마 측정을 위한 장비에 관한 것으로, 본 시스템 구성은 모터 구동부, 검출부 그리고 신호처리부로 구성된 수중저장고의 사용후 핵연료 검증을 하기 위한 실시간 중성자/감마 검출 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to equipment for verifying spent fuel in an underwater reservoir and neutron / gamma measurement in a high-level radiation area that is difficult to access. The system configuration is a spent fuel verification of an underwater reservoir consisting of a motor driver, a detector and a signal processor. A neutron / gamma detection system for real time.
일반적으로 수중저장고의 사용후 핵연료 검증과 같이, 고준위 방사선을 측정하는 경우, 내 방사선 장비의 사용이 필수이며, 특히, 높은 온도 및 습도에 잘 견디어야 한다. In general, when measuring high-level radiation, such as spent fuel verification in an underwater pool, the use of internal radiation equipment is essential, especially with high temperature and humidity.
현재 사용 후 핵연료 검증에 사용되고 있는 방사선 검출기로는 가스 및 반도체형 등 다양한 종류가 있으나, 검출기와 electronics가 연결되어 있어서 상대적으로 방사선에 약한 electronics부분을 보호하기 위한 두꺼운 차폐체가 필요하며, 이러한 차폐체로 인하여 아주 좁은 공간의 사용 후 핵연료 검증에 사용할 수 없었으며, 무게가 무거워 사용자가 조작하기 어려운 단점이 있었다. 또한 감마/중성자를 동시에 측정하여야 하는 경우 두 종류의 검출기를 사용하여야 하므로 부피도 커지고 비용도 많이 든다. There are various types of radiation detectors currently used for verifying spent fuel, such as gas and semiconductor types, but since the detector and the electronics are connected, a thick shield for protecting the relatively weak parts of electronics is required. It could not be used for nuclear fuel verification after using a very narrow space, and had a disadvantage that it was difficult for a user to operate due to its heavy weight. In addition, when the gamma / neutron is to be measured at the same time, two types of detectors must be used, which is bulky and expensive.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 광섬유섬광체 (Optical Fiber Scintillator : OFS) 와 광케이블(Passive fiber cable)을 연결하여 중성자 및 감마선을 동시에 측정할 수 있는 일체형 검증장비를 구성하여, 약 1.5cm 틈새의 사용후 핵연료 번들사이로 검출부를 삽입하여 수중저장고 최상층부터 최하층까지의 사용후 핵연료의 진위 여부를 검증할 수 있는 중성자/감마 검출 시스템을 제공하 고, 또한 고준위 방사선 구역에서 발생하는 광케이블의 잡음 신호를 제거함으로써 특정지점의 방사선 측정 신뢰도를 향상시킨 시스템을 제공하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제인 것이다.In order to solve the above problems, the present invention comprises an integrated verification equipment that can measure neutron and gamma rays simultaneously by connecting an optical fiber scintillator (OFS) and an optical cable (Passive fiber cable), about 1.5cm It provides a neutron / gamma detection system that can verify the authenticity of spent fuel from the uppermost layer to the lowest layer in the underwater reservoir by inserting a detector between the spent fuel bundles of the gaps, and also the noise signal of the optical cable generated in the high-level radiation zone. It is a technical task of the present invention to provide a system that improves the reliability of radiometric measurement at a specific point by eliminating.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 모터 구동부, 검출부 그리고 신호처리부로 구성되며, 모터 구동부는 검출부를 사용후 핵연료에 근접시키기 위한 장치로 모터와 모터 컨드롤러가 저장고의 브리지에 장착되고, 방사선 검출부는 광섬유섬광체 (Optical fiber scintillator : 이하, 'OFS'라 한다)와 빛의 전송기능을 담당하는 광케이블(Passive fiber cable : 이하, 'PFC' 라 한다) 그리고 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 다중광튜브('Photo Multiplier tube, 이하, PMT' 라 한다)로 구성되어 있으며, 신호처리부는 PMT 1, 2, 3로부터 발생한 전류신호를 측정하기 위한 전류계 및 실시간 감마/중성자 정보를 그래프로 보여주고 시스템을 제어하기 위한 프로그램으로 구성된 수중저장고 사용후 핵연료 검증을 위한 중성자/감마 검출 시스템에 관한 것이다.In order to achieve the above object, the present invention is composed of a motor drive unit, a detection unit and a signal processing unit, the motor drive unit is a device for approaching the spent fuel to the spent fuel is mounted on the bridge of the motor and the motor controller, The radiation detector consists of an optical fiber scintillator (hereinafter referred to as "OFS"), an optical cable (hereinafter referred to as "PFC") that is responsible for the transmission of light, and a multiple that converts light into an electrical signal. It consists of an optical tube ('Photo Multiplier tube', hereinafter referred to as PMT '), and the signal processor displays a graph of ammeter and real-time gamma / neutron information for measuring the current signal generated from
본 발명은 수중저장고의 사용 후 핵연료 검증 및 접근하기 어려운 고준위 방사선 구역의 중성자/감마 측정을 위한 장비를 구성하였다. 본 발명은 약 1.5cm 틈새의 사용후 핵연료 번들사이로 검출부를 삽입하여 수중저장고 최상층부터 최하층까지의 사용후 핵연료의 진위 여부를 검증할 수 있는 장치를 고안하였다. 또한 기 존의 검증장비와 달리 중성자/감마 검출부를 일체형으로 제작하여 쉽고 빠른 검증이 가능하도록 하였으며, 검출부를 상하 좌우로 안전하게 움직일 수 있도록 구동부를 고안하였다. The present invention has constructed equipment for spent nuclear fuel validation and neutron / gamma measurements in inaccessible, high-level radiation zones. The present invention devised a device capable of verifying the authenticity of spent fuel from the uppermost layer to the lowest layer in the underwater reservoir by inserting a detection unit between spent fuel bundles of about 1.5 cm gap. In addition, unlike the existing verification equipment, the neutron / gamma detection unit is manufactured in one piece to enable easy and quick verification, and the driving unit is designed to move the detection unit safely up, down, left and right.
도 1은 본 발명의 중성자/감마 검증시스템의 구성도 이다. 본 시스템 구성은 구동부, 검출부 그리고 신호처리부로 구성되어 있다.1 is a block diagram of a neutron / gamma verification system of the present invention. This system consists of a driver, a detector, and a signal processor.
구동부는 검출부를 사용 후 핵연료에 근접시키기 위한 장치로 수중저장고 브리지에 장착된 지지대와 스테핑 모터 및 랙기어로 구성되어 있다. 랙기어는 스테핑 모터에 의해 검출부의 상하등속운동을 가능하게 하며, 지지대는 롤러를 부착하여 브리지의 좌우로 움직임이 용이 하도록 하였다. The drive unit is a device for approaching the spent fuel to the spent fuel and consists of a support, a stepping motor and a rack gear mounted in the underwater reservoir bridge. The rack gear allows the vertical motion of the detector to be moved up and down by the stepping motor, and the support is attached to the roller to facilitate the left and right movement of the bridge.
도 2는 중성자/감마 검출부와 신호처리부의 구성도이다. 방사선 검출부는 광섬유섬광체 (Optical fiber scintillator : OFS)와 빛의 전송기능을 담당하는 광케이블(Passive fiber cable : PFC) 그리고 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 PMT로 구성되어 있으며, 신호처리부는 PMT1, 2, 3로부터 발생한 전류신호를 측정하기 위한 전류계 및 실시간 정보를 그래프로 보여주고 시스템을 제어하기 위한 프로그램으로 구성되어 있다. 2 is a configuration diagram of a neutron / gamma detection unit and a signal processing unit. The radiation detector consists of an optical fiber scintillator (OFS), an optical fiber (PFC) that is responsible for the transmission of light, and a PMT that converts light into an electrical signal. The signal processor consists of PMT1, 2, It consists of ammeter for measuring current signal generated from 3 and program for controlling system and showing real time information in graph.
본 발명은 장비의 유연성 및 작은 사이즈로 인하여 기존의 장비로 측정이 어려운 지점에 대한 방사선 정보를 제공해 줄 수 있으며 또한 중성자 및 감마용 OFS를 사용하여 중성자/감마 혼합장에서 각각의 방사선에 대한 정보를 얻을 수 있도록 구성하였다. The present invention can provide the radiation information for the point difficult to measure with the existing equipment due to the flexibility and small size of the equipment, and also the information on each radiation in the neutron / gamma mixture field using the neutron and gamma OFS It was configured to obtain.
고준위 방사선장의 경우 PFC에서도 신호가 발생하는데, 특정지점의 방사선 세기를 알고자 할 때 잡음으로 작용하여 측정 신뢰도를 떨어뜨린다. 따라서 PFC에서 발생한 신호를 제거하기 위하여 PFC3를 도 2와 같이 수평으로 연결하였다. In the case of a high-level radiation field, a signal is also generated in the PFC, which acts as a noise when trying to know the radiation intensity at a specific point, which reduces the measurement reliability. Therefore, PFC3 is horizontally connected as shown in FIG. 2 to remove a signal generated from the PFC.
PMT1과 PMT2의 전류값에서 PMT3값을 제거함으로써 PFC로부터 발생하는 잡음 신호를 제거하였으며, 감마용 OFS와 중성자용 OFS에서 발생한 신호만 선별하여 측정 신뢰도를 향상 시킬 수 있었다. By removing PMT3 from the current values of PMT1 and PMT2, the noise signal generated from PFC was removed, and only the signals generated from the gamma OFS and the neutron OFS could be selected to improve the measurement reliability.
사용후 핵연료 검증과 같이 극심한 환경에 사용하기 위하여 직경 1 mm, 길이 수 mm의 중성자 및 감마용 OFS를 사용하며, PFC는 직경 1mm, 길이 15 m이상의 유연성 있는 내방사선 케이블을 사용한다. 중성자와 감마선 검출을 위하여 각각 Li-7과 Li-6가 함유된 같은 크기의 OFS를 사용하며,For use in extreme environments such as spent fuel verification, neutrons with diameters of 1 mm and several mm in length and OFS for gamma are used. PFC uses flexible radiation cables with diameters of 1 mm and 15 m in length. For detection of neutrons and gamma rays, the same size OFS containing Li-7 and Li-6, respectively, is used.
OFS와 PFC 접촉부분에서의 빛의 손실을 최소화 하기위하여 단면을 매끄럽게 처리하여 광학그리스(optical grease)를 사용한다. 외부로부터 들어가는 빛을 차폐하기 위하여 OFS와 PFC 부분을 검은색의 수축튜브에 넣어 처리 한다. 물속에서 최하층까지 검출부를 삽입하기 위하여 어느 정도 하중이 필요하므로 납을 이용한 무게추를 제작하였으며, 물속에서 검출부의 오염을 방지하고 외부 충격으로부터 보호하기 위하여 직경 10mm의 플랙시블(flexible)한 에스유에스튜브(SUS tube)안에 검출부를 삽입하였다. In order to minimize the loss of light at the OFS and PFC contacts, optical grease is used by smoothing the cross section. In order to shield the light from the outside, OFS and PFC parts are put into black shrink tube and processed. Since some load is required to insert the detection part from the bottom to the bottom of the water, a weight weight was made using lead, and a flexible S-use tube with a diameter of 10 mm was used to prevent contamination of the detection part and to protect it from external impact. The detection part was inserted in the (SUS tube).
에스유에스튜브(SUS tube) 외부는 오염방지를 위하여 검은색의 방수 수축튜브로 처리하였다. 도 3은 완성된 검출부의 모습을 촬영한 사진이다. The outside of the SUS tube was treated with a black waterproof shrink tube to prevent contamination. 3 is a photograph of a state of the completed detection unit.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following Examples.
실시예Example
수중저장고(8)의 상부 일측에 위치한 수중저장고브리지(1)의 상부에 설치된 지지대(2)를 검출하고자 하는 위치에 고정시킨 다음, 지지대의 일측면 상부에 설치된 모터(4)를 작동시켜, 모터(4)의 축에 연결된 랙기어(8)를 하강시켜, 랙기어(8)에 연결된 광케이블과 납으로 구성된 검출부를 수중저장고(9)에 저장된 사용후 핵연료번들 사이로 위치하여, The support 2 installed on the upper portion of the
감마선은 감마용광섬유섬광체(5-1)에서 중성자는 중성자용광섬유섬광체(5-2)에서 선별 검출하면 3개의 다중광튜브(6-1)중 2개는 상기 감마용광섬유섬광체(5-1)와, 중성자용광섬유섬광체(5-2)에 각각 연결되어 발생한 신호를 전기적신호로 전환시켜 신호처리부로 이송하면, When gamma rays are detected by gamma optical fiber scintillator 5-1 and neutrons are detected by neutron optical fiber scintillator 5-2, two of the three multiple optical tubes 6-1 are gamma optical fiber scintillator 5-1. ) And the signals generated by being connected to the neutron fiber scintillator 5-2 are converted into electrical signals and transferred to the signal processor,
신호처리부는 다중광튜브(PMT1, 2, 3)(6-1)로부터 이송한 전류신호를 프로그램을 이용하여 전류계로 측정하고, 분석한 실시간 정보를 그래프로 나타내거나 모니터에 나타내어 수중저장고에 저장된 사용후 핵연료의 중성자/감마를 실시간으로 검출하였다.The signal processor measures current signals transferred from multiple optical tubes (PMT1, 2, 3) (6-1) with an ammeter using a program, and displays the analyzed real-time information in a graph or on a monitor and stored in the underwater storage. The neutron / gamma of the post-fuel was detected in real time.
실험예 1Experimental Example 1
도4은 선량에 따른 5m 길이의 PFC 신호특성을 측정한 결과를 보여준다. 세 개의 PFC에서 발생한 전류신호들이 선량율에 따라 일치하였으며, 따라서 감산에 의 하여 PFC의 신호를 제거하여 OFS에서 발생한 신호만 검출할 수 있음을 확인하였다. Figure 4 shows the results of measuring the PFC signal characteristics of 5m length according to the dose. The current signals generated in the three PFCs were matched according to the dose rate. Therefore, it was confirmed that only signals generated in the OFS can be detected by subtracting the PFC signals by subtraction.
도5와 6는 감마선장 및 중성자/감마 혼합선장에서 실험한 결과를 보여준다. 5 and 6 show the results of experiments in the gamma captain and the neutron / gamma mixed captain.
도4는 감마선장에 노출된 중성자용 OFS와 감마용 OFS의 전류신호이다. 감마선량에 따라 중성자 OFS와 감마용 OFS의 전류값이 증가함을 알 수 있다. 4 is a current signal of the neutron OFS and the gamma OFS exposed to the gamma ray. It can be seen that the current values of the neutron OFS and the gamma OFS increase with the gamma dose.
도5는 중성자/감마 혼합장에서 중성자 플럭스변화에 따른 전류신호를 보여준다. 중성자용 OFS는 중성자플럭스 변화에 따라 선형적인 변화를 보이는 반면 감마용 OFS는 일정한 값을 유지하였다. 따라서 중성자/감마 혼합장에서 감산법을 사용하여 중성자와 감마에 대한 정보를 각각 획득할 수 있다. Figure 5 shows the current signal according to the neutron flux change in the neutron / gamma mixture field. The neutron OFS showed a linear change with the neutron flux, while the gamma OFS remained constant. Therefore, in the neutron / gamma mixed field, information on neutrons and gamma can be obtained using the subtraction method.
실험결과 감마용 OFS는 감마선에 의한 전류 신호만을 발생하며, 중성자 OFS의 경우 중성자와 감마선에 의한 신호를 발생시킴을 확인하였다. 따라서 중성자/감마 혼합장에서 감마선에 의한 신호는 PMT1에서 PMT3를 뺀 값이 되며, PMT2에서 PMT1를 뺀 신호는 중성자에 의한 전류라 할 수 있다. Experimental results show that the OFS generates only the current signal by gamma rays and the neutron OFS generates signals by neutrons and gamma rays. Therefore, the signal by gamma rays in the neutron / gamma mixed field is the value obtained by subtracting PMT3 from PMT1, and the signal by subtracting PMT1 from PMT2 may be referred to as a current by neutrons.
세 개의 PMT에 필요한 전압을 공급하고 PMT의 gain을 편리하게 조절할 수 있도록 회로를 구성하였으며, 신호 입출력제어와 결과 처리를 위하여 그래피칼프로그램툴(graphical program tool)을 사용한 프로그램을 개발하였다. The circuit was configured to supply the voltages needed for the three PMTs and to adjust the gain of the PMTs conveniently. A program using a graphical program tool was developed for signal input / output control and result processing.
이하, 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
구조를 살펴보면, 도1,도2, 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 중성자/감마 검출시스템은 구동부와, 상기 구동부에 연결되어 상하로 이동되어 검출하는 검출부 와, 상기 구동부의 일측에 설치되며, 검출부에 연결되어 검출부에서 검출된 신호를 처리하는 신호처리부로 구성되며,1, 2, and 3, the neutron / gamma detection system of the present invention includes a driver, a detector connected to the driver and moved up and down to be detected, and installed on one side of the driver. A signal processing unit connected to the detection unit and processing a signal detected by the detection unit,
상기 구동부는 수중저장고(9)의 상부 일측에 설치된 수중저장고브리지(1)와, 상기 수중저장고브리지(1)의 상부에 위치되며 이동 롤러(3)가 구비되는 지지대(2)와, 상기 지지대의 일측면 상부에 설치된 모터(4)와, 상기 모터(4)의 축에 연결되어 상하로 작동되는 랙기어(8)와, 검출부를 랙기어(8) 상부에 고정시시키기 위한 클립장치(미도시 상부 렉기어에 장착)로 된 구조이며,The driving unit is an underwater reservoir bridge (1) installed on the upper side of the underwater reservoir (9), a support (2) located on the upper portion of the underwater reservoir bridge (1) and provided with a moving roller (3), and the
상기 검출부는 도1내지 도3에 도시된바와 같이, 구동부의 랙기어(8)에 고정되어 랙기어(8)의 상하 이동에 의해 상하 이동되며, 1 to 3, the detection unit is fixed to the rack gear 8 of the drive unit is moved up and down by the vertical movement of the rack gear 8,
감마선을 검출하는 감마용광섬유섬광체(5-1)와, 중성자를 검출하는 중성자용광섬유섬광체(5-2)가 SUS튜브(5-3)내에 구비된 광케이블(Passive fiber cable : PFC)과, 상기 광케이블(Passive fiber cable : PFC)의 끝단부에 설치된 무게추(5-4)와,The optical fiber scintillator 5-1 for detecting gamma rays, the optical fiber scintillator 5-2 for detecting the neutrons are provided in the SUS tube 5-3, and a passive fiber cable (PFC); A weight (5-4) installed at the end of a passive fiber cable (PFC),
상기 광케이블의 상부와 신호처리부에 연결되며 빛을 전기적인 신호로 바꾸어 주는 다중광튜브(6-1)로 구성되어 있고,It is composed of a multiple optical tube (6-1) connected to the upper portion of the optical cable and the signal processing unit and converts light into an electrical signal,
상기 신호처리부는 다중광튜브(PMT1, 2, 3)(6-1)로부터 발생한 전류신호를 측정하기 위한 전류계 및 실시간 정보를 그래프로 보여주고 시스템을 제어하기 위한 프로그램으로 구성된 중성자/감마 검출시스템의 구조인 것이다.The signal processing unit of the neutron / gamma detection system consisting of a program for controlling the system and displaying a current meter and real-time information for measuring the current signal generated from the multiple light tube (PMT1, 2, 3) (6-1) It is a structure.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 사람의 접근이 어려우며 구조가 복잡한 곳의 핵물질 비파괴 검증 및 실시간 선량측정을 가능하게 해준다. 따라서 핵물질 검증등 안전조치분야 및 원자로 내부의 방사선 mapping 등에 유용하게 사용될 수 있다. 또한 PM tube 등 전자회로 부분이 방사선 구역과 멀리 떨어져 있어서 방사선에 의한 손상이 없으며, 센서부분만 교체하면 되므로 보다 저렴하여 경제인 효과가있는 것이다.As described above, the present invention enables non-destructive verification and real-time dosimetry of nuclear materials in places where human access is difficult and complicated in structure. Therefore, it can be usefully used for safety measures such as nuclear material verification and radiation mapping in nuclear reactor. In addition, since the electronic circuit part such as PM tube is far from the radiation area, there is no damage caused by radiation, and since only the sensor part needs to be replaced, it is cheaper and economical.
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