KR100686446B1 - 핵물질 분포 탐지를 위한 중성자 측정 방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵물질 분포 탐지를 위한 중성자 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명 장치는 임의의 일 축 방향으로 길게 설치되는 중성자 검출 모듈, 상기 중성자 검출 모듈을 상기 일 축과 소정의 각도를 이루는 타 축 방향으로 선형 이동시킬 수 있는 검출 모듈 이송 장치, 중성자 검출 모듈로부터 인출된 신호선과 접속되며 상기 신호선을 통해 입력된 신호를 분석하여 표시신호를 발생시키는 분포 결정 장치, 상기 분포결정 장치의 표시 신호를 받아 중성자 검출 상황을 2차원적으로 표시할 수 있는 분포 표시 장치를 구비하여 이루어진다.

따라서, 핫셀과 같은 고준위 방사선구역 내에서 핵물질 분포를 2차원적으로 탐지할 수 있으며, 내구적, 안정적으로 탐지 작업을 수행할 수 있다.

Description

핵물질 분포 탐지를 위한 중성자 측정 방법과 그 장치{Method of measuring neutron for detecting the distribution of nuclear material and device for the same}

도1은 본 발명 장치의 일 실시예에서의 구성을 개략적으로 블럭화하여 나타내는 구성 개념도이다.

도2는 본 발명 장치의 일 실시예 가운데 검출 모듈과 모듈 이송 장치를 위주로 나타내는 도면이다.

도3은 본 발명 장치의 일 실시예를 이루는 분포 표시장치에 표시되는 2차원 핵물질 분포 화상을 나타내는 사진이다.

본 발명은 고준위 방사선 구역 내에서 중성자를 측정하기 위한 방법과 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고준위 방사선 구역 내에서 방사성 물질의 분포 탐지를 위해 일정 공간에 대해 2차원 위치별 중성자 검출 상태를 실시간으로 측정할 수 있는 중성자 측정 방법과 그 장치에 관한 것이다.

기존의 고준위 중성자 검출기는 원자로의 출력을 측정하기 위한 원자로 노심의 중성자 속 또는 중성자 에너지를 측정하기 위해 개발되어 사용 중에 있지만, 핫셀(Hot-cell)과 같은 고준위 방사선 구역에서 공간 내의 핵물질 분포를 탐지하기 위해 중성자를 측정하는 장치는 아직 상용화되지 못하고 있다. 이러한 고준위 방사선 구역에서 방사선을 측정하는 장치 개발에 있어 기술적 문제점의 하나는 구역 내에서의 작업을 위한 여러 가지 타 장비와 구조물이 설치된 관계로 구역 전반에 대한 방사성 물질의 분포를 측정할 수 있는 장치 전반을 그 구역 내에 설치하기가 쉽지 않으며, 그 크기가 제한될 수밖에 없다는 것이다.

또한, 고준위 방사선 구역에서 일반적인 중성자 검출기를 사용할 경우 검출기 성능의 저하가 심각한 문제가 된다. 그러므로 정확한 방사성 물질 성분을 측정하기 위해서 기존에는 시료를 채취하여 실험실에서 오프라인으로 분석하는 방법을 취하고 있다. 즉, 기존의 동위원소 분석을 위한 감마선 분석 방법을 고준위 방사선구역 내에 적용할 경우 감마선 검출기는 내부 전기전자 소자 등이 고방사선 환경에서 방사선에 의한 피로도 증가로 인하여 성능을 발휘할 수 없는 한계가 있다. 이러한 이유로 고준위 방사선구역 내에서 핵물질의 실시간 측정은 어려움이 많다.

본 발명의 목적은 핫셀과 같은 고준위 방사선구역 내에서 핵물질 분포를 2차원적 방법으로 실시간으로 측정할 수 있는 방법 및 내구적, 안정적으로 그 방법을 실시할 수 있게 하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 또한, 비교적 저비용의 간단한 구성으로 높은 정확도를 가지고 핵물질 분포를 2차원적으로 탐지하고 영상화할 수 있는 측정 방법 및 이를 위한 중성자 측정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 장치는, 임의의 일 축 방향으로 길게 설치되는 중성자 검출 모듈, 상기 중성자 검출 모듈을 상기 일 축과 소정의 각도를 이루는 타 축 방향으로 선형 이동시킬 수 있는 검출 모듈 이송 장치, 중성자 검출 모듈로부터 인출된 신호선과 접속되며 상기 신호선을 통해 입력된 신호를 분석하여 표시신호를 발생시키는 분포 결정 장치, 상기 분포결정 장치의 표시 신호를 받아 중성자 검출 상황을 2차원적으로 표시할 수 있는 분포 표시 장치를 구비하여 이루어진다.

본 발명 장치에서 중성자 검출 모듈은 일 축 방향으로 길게 형성되며 양단이 밀봉된 검출 튜브, 검출 튜브를 감싸는 중성자 감속재, 검출 튜브에 내장되어 검출 튜브 내에 투사된 중성자와 반응을 일으키는 검출 매체, 검출 튜브 길이 방향을 따라 튜브와 절연된 상태로 내부에 길게 형성된 검출 도선, 검출 튜브의 양단부에 설치되며 검출 도선과 전기적으로 접속되는 신호 수용부를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명에서 분포결정 장치는 검출 튜브 양단부의 신호 수용부에서 각각 인출되는 신호선으로부터 전기 신호를 받아 소정의 분석 툴(tool)을 통해 중성자가 검출된 일 축 방향에서의 위치를 결정할 수 있고, 여기에 검출 모듈 이송 장치의 현재 위치 정보를 부가하여 중성자가 검출된 2차원 평면상의 위치를 결정할 수 있다.

분포 표시 장치는 브라운관이나 액정표시장치 등으로 이루어지는 모니터 화면이 되는 것이 통상적이나 프린터와 같은 장치로 용지에 중성자 검출 상태 분포 혹은 핵물질 분포를 표시할 수도 있다.

본 발명의 방법은 고준위 방사선 영역에 적어도 평면상의 제1 방향으로 이동 가능한 이송 장치에 상기 제1 방향과 소정 각도를 이루는 제2 방향으로 길게 형성된 중성자 검출 모듈을 설치하는 단계, 이송 장치를 제1 방향으로 이동시키면서 중성자 검출을 실시함과 동시에 검출 모듈에서 발생한 검출 신호를 신호선을 통해 분포결정 장치로 전송하는 단계, 분포결정 장치 내부 연산을 통해 평면상의 2차원적 중성자 검출 상태 분포를 결정하고 그 분포 상태를 표시하는 영상 신호를 분포 표시장치에 전달하는 단계, 분포 표시장치에서 영상 신호를 표시하는 단계를 구비하여 이루어진다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명 장치의 일 실시예에서의 구성을 개략적으로 블럭화하여 나타내는 구성 개념도이다.

도2는 본 발명 장치의 일 실시예 가운데 검출 모듈과 모듈 이송 장치를 위주로 나타내는 사진이다. 여기서 검출 모듈(10)이 고정되는 벨트 이송 장치(25) 및 간략화한 대상 공간(200)이 표시되고, 신호선과 외측 공간의 분포결정장치 및 분포표시장치는 생략된다. 도2는 도 1에 나타낸 것을 현실화 한 것으로 제품은 대략 평면도상 정사각형으로 제작하였으며 대상 공간(200)을 이루는 사방 벽은 아크릴로 제작하여 낮은 위치에서도 검출기 내부를 확인할 수 있도록 제작하였다.

도3은 본 발명 장치의 일 실시예를 이루는 분포 표시장치에 표시되는 2차원 핵물질 분포 화상을 나타낸다.

도1 및 도2를 참조하여 설명하면, 본 실시예에는 검출 모듈(10), 검출 모듈을 이동시키는 이송 장치(20), 검출 모듈(10)의 신호를 받는 분포결정장치(40), 분포결정장치(40)의 처리결과를 받는 분포표시장치(50)가 도시된다. 도면상 일점 쇄선을 통해 구분한 검출 모듈(10)은 일 축 방향으로 길게 형성되며 양단이 밀봉된 검출 튜브(11)를 가진다. 검출 튜브(11)는 알미늄 같은 금속으로 얇게 벽체를 형성하여 형성할 수 있다. 검출 튜브(11) 내부에는 일정 굵기의 금속 도선(미도시)이 벽체와 이격을 유지한 상태로 설치된다. 가령, 금속 도선의 양단이 절연체 홀더(미도시)에 끼워진 상태로 절연체 홀더가 검출 튜브(11) 양단을 밀봉하는 형태를 가질 수 있다. 금속 도선의 양단을 홀더를 통과하여 검출 튜브 양단으로부터 일부가 노출되고 노출된 일부는 전치 증폭기(15)에 연결된다. 전치 증폭기(15)는 신호 수용부의 일종으로 생각할 수 있으며, 금속 도선을 통해 수용된 전기 신호를 증폭시키거나, 가령 전류 신호를 전압 신호로 변환시키는 변환기의 역할을 할 수도 있다. 이런 작용을 위해 전치 증폭기(15)에는 외부로부터 별도의 전원선이 연결될 수 있다. 증폭이나 변환을 위해 전치 증폭기(15)는 내부에 부품 소자들을 가질 수 있다. 이때, 부품 소자들은 내방사선 특성을 가지는 소자들로 이루어지는 것이 바람직하며, 외부는 많은 부분이 감마선과 같은 방사선을 차폐하는 차폐체로 커버되는 것이 바람직하다.

한편, 중성자는 전하를 가지지 않으며, 핵의 구성 성분인 기본 핵자이다. 그러므로 기존의 전자기적인 특성을 이용하는 전하입자 검출기술을 이용할 수 없다. 검출기에서 중성자를 검출 혹은 측정하는 형태는 이하에 제시되는 몇 가지로 나뉠 수 있다.

먼저, 중성자가 수소이온과 같은 가벼운 전하입자와 충돌하고, 충돌로 생성된 전하입자의 되튐현상(Recoil Process)에서 얻어진 전하입자의 에너지를 입사된 중성자 에너지로 환산할 수 있다.

두번째로, 중성자가 핵반응 하여 생성된 전하입자를 이용하여 발생된 전하입자의 에너지에서 중성자 에너지를 결정하는 핵반응(Nuclear Reaction)방법이 있다.

다음으로, 잘 알려진 핵자료를 이용하여 표적물에 중성자를 입사시켜 표적물질을 방사화한 후 감마선을 측정하여 입사된 중성자의 에너지를 결정하는 방사화법(Activation Analysis)이 있다.

되튐현상을 이용하는 방법은 주로 가벼운 핵자를 성분으로 하는 검출기 구성 물질을 이용한다. 물리적으로 구성 물질 상호간의 구속력이 약한 상태에 있는 물질의 경우 효과적이다. 가장 가벼운 핵자인 수소를 다량 함유한 유기화합물을 주로 사용한다. 이러한 검출기로는 플라스틱 계열의 섬광검출기와 액체형의 섬광검출기가 주로 사용되고 있다.

핵반응을 이용하는 방법은 핵반응 단면적인 큰 물질을 이용하는 것이 효과적이다. 핵반응 단면적이 큰 물질로는 He-3, B-10, Li-6 등이 있으며, 이러한 물질을 다량으로 포함하는 순수물질 또는 화합물을 사용한다. 또한 우라늄235(U-235)와 같이 중성자에 대하여 붕괴가 잘 일어나는 핵물질을 이용하기도 한다.

방사화법은 핵자료가 잘 알려진 물질에 대해 가능한 데, 이러한 물질은 매우 제한적이다. 또한 방사화한 후 중성자 정보를 오프라인(Off-Line) 분석을 통하여 알게 된다. 이 방법은 방사화학 성분분석이나 원자로나 가속기 등 장비의 모니터링 등에 주로 사용한다.

본 실시예에서 사용한 He-3 가스를 봉입한 중성자 검출기는 중성자를 흡수하고 핵반응에 의해 1개의 양성자와 삼중수소를 방출하며 더불어 750keV의 에너지를 방출한다. 중성자가 검출기 벽을 통과하여 He-3 가스와 핵반응을 하면 양성자와 삼중수소가 생성되는데 이는 검출기 내부에서 백투백(back-to-back) 방향으로 나오기 때문에 둘 중 하나는 계측할 수 있게 된다.

또한 He-3 가스를 사용하는 중성자 검출기는 안정성, 효율성, 감마선에 대한 불감성 등의 이유로 능동, 피동형 중성자 계측에 적절하다. 가령, 직경 2.5㎝, 4기압의 He-3 중성자 검출기는 열중성자에 대한 반응확률은 77% 이나 1 MeV 감마선에 대한 반응확률은 0.01%로 열중성자에 대해서는 효율이 높고 감마선에 대해서는 반응 확률이 현저히 낮다. 또 중성자 반응에 의해 기체 검출기에 전달되는 에너지는 평균 750 keV 이고 감마선 반응에 의한 전자에 의해 전달되는 에너지는 24 keV로서 그 비가 30:1 정도로 중성자에 의해 전달되는 에너지가 감마선에 의한 것보다 훨씬 크다. 따라서, 검출기 내의 감마선에 의한 신호는 통상적으로 매우 미약하여 중성자에 의한 신호와 비교할 때 심각한 노이즈를 생성하지는 않는다.

검출 튜브(11) 내에는 중성자와 핵반응을 일으켜 신호를 생성할 수 있는 검출 매체가 채워진다. 전치 증폭기(15)를 포함하거나 혹은 포함하지 않은 상태의 검출 튜브(11)로 둘러싸인 부분을 통상 검출기라 할 수 있다. 일반적으로 대용량과 고 방사선 환경에서 방사성 핵물질을 측정하고자 한다면, 검출 매체로 고체보다는 기체 형태를 이용하는 검출기가 경제적이다. 측정 효율이 중요한 요소라면 고체 형태의 검출 매체를 사용하는 검출기가 유리하다.

그러나, 핵반응 단면적이 큰 핵을 포함하는 것으로서 중성자에 반응하는 물질은 화학적으로 불안정하여 고체형태의 결정을 만들기가 어렵고 대부분 불화리튬(LiF) 등과 같이 화학적으로 안정된 물질을 이용한다. 한편, 이러한 화학적으로 안정한 물질은 상대적으로 큰 형태의 안정된 결정구조로 성형이 어려운 단점이 있어 보통 검출기의 표면이나 검출기 내부의 전극에 코팅한 형태로 사용한다. 그러므로 고압의 기체 형태의 검출기를 사용한 시스템에 비해 전체적인 시스템 측면의 중성자 효율은 떨어진다.

현재 중성자 검출기에서 검출 매체로 사용하고 있는 물질로는 질량수3의 헬륨(He-3), 질량수 10의 붕소(B-10), 분열 핵자(Fission nuclei) 등이 있다. 이들 매체를 사용하는 검출기 이외에 주로 사용하는 검출기로는 수소 되튐 섬광검출기 등이 있다. 이러한 검출기는 검출기를 구성하는 화합물 밀도가 상대적으로 작으므로 상대적인 검출 효율이 낮으며, 섬광체가 다량의 방사선에 노출될 경우 경화 등 물질 변형 성질이 있어 특성이 변하는 단점이 있다.

중성자 검출기에 가장 많이 사용하는 기체는 가격이 저렴한 B-10을 이용한 BF₃ 기체이나 이 기체는 중성자 에너지에 따른 핵반응의 선형 특성이 좋지 않아 환경 방사선의 중성자 선량 모니터링 용으로 주로 사용된다.

본 실시예에서 검출 매체로는 질량수 3인 헬륨(He-3) 기체를 사용한다. He-3 가스가 열중성자 흡수 단면적(cross section)이 5,330barn으로 매우 크고, 중성자에 대한 선형특성이 우수한 장점이 있기 때문이다. 검출기의 외측은 검출 튜브(11)로 투입되는 중성자의 검출 매체와의 반응성을 높이기 위해 중성자 감속재(13)가 설치된다.

중성자 감속재(13)는 중성자의 에너지를 낮추어 중성자 검출기의 반응 효율을 최대화할 목적으로 이용한다. 중성자 감속재로(13)는 물리적으로 두 가지 상이한 과정을 이용하고 있다. 중성자 감속재로는 첫째, 중성자와 거의 동일한 질량을 가지고 있는 수소를 다량 함유한 물질과의 충돌로 운동 에너지를 분산시키는 분산형 감속재와 둘째, 카드뮴(Cd) 등 같이 핵 구조적 특성상 공명핵반응을 통하여 특정한 에너지의 중성자를 잘 흡수하는 물질을 이용하는 흡수형 감속재가 있다.

분산형 감속재의 경우 다량의 수소 자체는 기체이기 때문에 밀도를 증가시켜 효율을 증대할 수 있는 폴리에칠렌(polyethylene) 등이 사용된다. 고순도의 고밀도 폴리에칠렌(HDPE)의 경우, 중성자가 충돌없이 이동할 수 있는 평균 거리(mean free path)는 2㎜ 정도로 기체를 사용할 경우보다 짧아 경제적으로 시스템을 제작할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 중성자 감속재로는 수소 원자의 밀도가 높은 고순도 고밀도 폴리에칠렌(HDPE)을 설치하였다.

본 실시예에서와 같은 He-3 기체 검출기는 중성자가 통과하는 감속재의 두께에 따라서 중성자와의 핵반응 효율이 달라진다. 즉, 투입되는 중성자의 에너지 혹은 속도가 증가함에 따라 급속히 검출효율이 감소한다. 검출기의 두께가 두꺼울수록 검출효율은 일반적으로 증가하지만 2인치 이상의 두께에서는 낮은 에너지의 중성자 혹은 열중성자의 경우 검출효율이 포화되는 경향이 있으므로 2 내지 2.5인치 정도가 적당하다.

중성자의 검출효율을 증가시킬 목적으로 He-3 기체 내부압력을 증가시켜 사용하며, 4～7 기압 정도의 압력이 주로 사용된다. 그러나, 압력이 증가하면 중성자 검출 효율은 증가하지만, 이에 따라서 감마선에 대한 반응도 상승하여 중성자 검출기의 노이즈(noise)가 증가하게 된다. 중성자의 효율이 중요시되는 시스템을 설계할 경우 부차적인 감마선 제거 시스템이 추가로 필요하게 되므로 전체 시스템이 고가의 시스템이 될 우려가 있다. 결국, 기체 내부 압력의 적정한 선정이 중요하다. 또한, 중성자 검출시스템에 사용되는 재료는 순도가 높고 방사화시 반감기가 짧은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 중성자에 의한 재료의 방사화는 지속적으로 시스템 전체의 노이즈로 작용하여 측정의 정확도에 영향을 미치기 때문이다.

본 실시예에서 중성자 감속재(13)를 통과한 열중성자가 검출 튜브(11)에 입사하여 He-3 가스와 핵반응하면 양성자와 3중 수소 및 에너지가 방출되며, 이들은 반응 영역에 인접한 검출 튜브(11) 내의 금속 도선 부위에 전하를 축적시키는 역할을 하게 된다. 금속의 특성상 국부적으로 축적된 전하는 즉시로 도선을 따라 검출 튜브(11) 양단으로 흐르는 전류를 생성한다. 이들 전류는 검출 튜브 양단의 전치 증폭기(15)에서 증폭되고 전압 신호로 변환된다. 전압 신호는 외부와 연결된 신호선(30)을 통해 분포 결정 장치(40)로 전달된다.

검출기는 본 실시예에서 사각 점선으로 도시한 핫셀(100) 내에 있는 것으로 하면, 신호선은 검출기를 핫셀(100) 외부의 분포 결정 장치(40)로 연결시킨다. 분포 결정 장치(40)는 하나의 검출기에 연결된 양단의 전치 증폭기(15)로부터 전달되는 두 경로의 신호를 분석하여 해당 신호를 발생시킨 중성자가 검출되는 위치를 결정하게 된다. 위치 결정에는 두 전치 증폭기(15)에 도달하는 신호의 시간차 혹은 경로 거리 및 그에 따른 저항 차이에 따른 신호의 세기 차이를 분석하는 방법이 사용될 수 있다. 이런 방법은 통상 분포 결정 장치(40)에 내장된 분석 프로그램화에 따라 실시간으로 수행될 수 있다.

한편, 검출기의 적어도 일부분은 핫셀(100) 내에서 이동 가능하게 설치된 크레인에 결합되거나, 레일 혹은 벨트 장치 등에 이동 가능하게 결합된다. 검출기의 튜브가 가령 x축으로 길게 형성된다며, 핫셀(100) 내에서의 검출기의 이동은 x축과 0을 초과하고 90도에 이르는 일정 각도, 본 실시에에서는 90도 각도를 이루는 y축 방향으로 이루어진다.

검출기 이동은 크레인이나 벨트 장치 등에 설치되는 정밀한 스텝 모터(20) 등을 이용하여 이루어질 수 있다. 검출기의 y축상 변위는 센서를 통해 혹은 스텝 모터(20)에서 분포 결정 장치로 연결되는 별개의 신호선을 통해 분포 표시 장치가 인식할 수도 있다. 역으로, 검출기의 y축 이동량은 분포 표시 장치에서 스탭 모터(20)로 연결된 신호선(30') 혹은 전원선에 의해 조절될 수도 있다. 가령, 분포 표시 장치(50)의 프로그램에 의해 검출기가 y축에서 일정 속도로 이동하도록 하면서 검출기의 중성자 검출 신호를 받아들이면 분포 표시 장치(50)는 해당 시점에서의 y축 변위를 알 수 있다. 또한, 이 y축 변위에서 프로그램이 임의로 정한 미세 시간 동안 유입된 신호를 분석하면 분포 표시 장치는 이 y축 변위에서의 중성자가 검출되는 x축 변위 및 각 변위에서의 중성자 검출 신호의 세기나 빈도 등 원하는 정보를 얻을 수 수 있다.

검출기의 y축 이동(스캔:scan)을 계속하면서 분포 표시 장치(50)는 중성자 검출 신호 정보를 축적하면 핫셀(100) 내에서 검출기가 지나간 2차원 영역 내 각 위치에서의 중성자 검출 신호 세기나 빈도가 결정되고, 축적된 신호 정보는 분포 표시 장치(50)에 전달되어 2차원 영상으로 모니터 화면에 각 위치별 중성자 검출 상태가 표시된다. 가령, 중성자 검출이 많은 곳에서는 모니터 화면이 밝게 표시될 수 있다. 중성자 검출이 많은 곳은 핵물질이 많은 곳으로 볼 수 있으므로 이 밝기 분포 영상은 곧 검출기가 스캔한 해당 구역의 핵물질 분포를 나타내는 것으로 볼 수 있다.

측정의 정확성을 높이기 위해 본 발명 장치의 이런 화면 표시는 분포 결정 장치(40)의 신호 정보 처리에 의해 검출기가 복수 회 핫셀(100) 내의 측정 대상 구역을 스캔하고 스캔을 통해 얻은 결과를 평균적으로 나타내도록 이루어질 수 있다.

한편, 검출기의 y축 방향 스캔에는 일정 시간이 소요되므로 이러한 표시 영상은 엄밀하게는 특정 순간의 대상 공간 전체에 대한 핵물질 분포를 실시간으로 보여주는 것은 아니지만 대상 공간 내의 핵물질 분포가 매우 빠르게 변화하는 것이 아니고, 반복적인 스캔을 통해 평균적인 신호 정보를 표시장치가 나타낸다면 표시장치의 핵물질 분표 표시 영상은 대상 공간의 2차원적 핵물질 분포를 실시간으로 나타내고 있다고 생각할 수 있다.

아울러, 본 발명 장치에는 분포 결정 장치(40) 및 분포 표시 장치(50)의 일부 기능들을 이용하여 혹은 이들 장치와 별도로 신호선(30)을 통해 받은 신호를 통해 얻은 핵물질의 분포 상태가 이상이 있을 경우, 인공 지능을 이용한 무인 경보 시스템의 일환으로서 경보를 발생시키는 경보 시스템(미도시)이 구비될 수 있다. 가령, 실시간 핵물질 분포에서 나타나는 특정 영역의 핵물질 분포량 분석 데이타 수치가 일정한 정상 범위를 초과할 경우, 혹은 핵물질의 분포 패턴이 내부적인 정규 분포 범위를 벗어날 경우에 이를 인식하여 작업자에게 경고하는 경보 시스템을 더 구비하여 이루어질 수 있다. 경보 시스템에서 알람은 분포 표시 장치의 화면에 핵물질 분포 상태와 함께 나타날 수 있고, 별도의 음향 경보 장치나 경보 램프 작동 등으로 나타날 수도 있다. 이런 경보 시스템에 의해 작업자가 항상 분포 표시 장치의 모니터 화면을 첵크할 필요가 없고, 경보 발생시에 즉시로 조치를 할 수 있게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상의 설명에서 기술한 대로 본 발명은 동위원소 분석을 위한 감마선 분석방법을 고준위 방사선 구역에서 수행할 경우 기존의 감마선 검출기를 사용하는 측정방법으로는 고방사선에 의한 피로도 증가로 성능을 발휘할 수 없는 한계를 극복하기 위한 것으로, 고방사선 구역에서 직접적으로 핵물질의 공간분포를 측정하기 위한 방법 및 장치를 이용하면 기존의 감마선 측정 방법을 대체할 수 있다.

본 발명에 따르면 핫셀과 같은 고준위 방사선구역 내에서 핵물질 분포를 2차원적으로 탐지할 수 있으며, 내구적, 안정적으로 탐지 작업을 수행할 수 있다.

본 발명에 따르면 또한, 비교적 저비용의 간단한 구성으로 높은 정확도를 가지고 핵물질 분포를 2차원적으로 탐지하고 영상화할 수 있다.

Claims (9)

1. 임의의 일 축 방향으로 길게 설치되는 중성자 검출 모듈,

   상기 중성자 검출 모듈을 상기 일 축과 소정의 각도를 이루는 타 축 방향으로 선형 이동시킬 수 있는 검출 모듈 이송 장치,

   상기 중성자 검출 모듈로부터 인출된 신호선과 접속되며 상기 신호선을 통해 입력된 신호를 분석하여 표시신호를 발생시키는 분포 결정 장치,

   상기 분포결정 장치의 표시 신호를 받아 중성자 검출 상황을 2차원적으로 표시할 수 있는 분포 표시 장치를 구비하며,

   상기 중성자 검출 모듈과 상기 검출 모듈 이송 장치는 측정 대상 방사선 구역 내에 설치되는 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 중성자 검출 모듈은,

   일 축 방향으로 길게 형성되며 양단이 밀봉된 검출 튜브,

   상기 검출 튜브를 감싸는 중성자 감속재,

   상기 검출 튜브에 내장되어 검출 튜브 내에 투사된 중성자와 반응을 일으키는 검출 매체,

   상기 검출 튜브 길이 방향을 따라 상기 검출 튜브와 절연된 상태로 내부에 길게 형성된 검출 도선,

   상기 검출 튜브의 양단부에 설치되며 검출 도선과 전기적으로 접속되는 신호 수용부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 신호 수용부는 상기 검출 도선으로부터 받은 전기 신호를 증폭하여 상기 신호선을 통해 출력하는 신호 증폭기인 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 분포 결정 장치는 상기 검출 튜브 양단부의 신호 수용부에서 각각 인출되는 상기 신호선으로부터 전기 신호를 받아 소정의 분석 툴(tool)을 통해 중성자가 검출된 상기 일 축 방향에서의 위치를 결정할 수 있고, 결정된 그 결과 정보에 상기 검출 모듈 이송 장치의 위치 정보를 부가하여 중성자가 검출된 2차원 평면상의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 분포 표시 장치는 상기 분포 결정 장치로부터 받은 신호를 실시간으로 표시하는 모니터 또는 프린터인 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 검출 모듈 이송 장치는 고준위 방사선 영역에 설치된 크레인, 벨트, 레일 장치 가운데 하나이며 스텝 모터에 의해 상기 타 축 방향 선형 이동을 실시하는 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 분포 표시 장치 및 상기 분포 결정 장치의 일부 기능을 이용하여 혹은 상기 분포 표시 장치 및 상기 분포 결정 장치와 별도로 핵물질 분포 상태 분석 결과가 정상 범위를 이탈할 때 이를 경고할 경보 시스템이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,

   상기 검출 모듈 이송 장치는 상기 타 축 방향으로 움직인 변위 정보를 상기 분포 결정 장치와 공유할 수 있도록 상기 분포 결정 장치에 별도의 신호선으로 연결됨을 특징으로 하는 중성자 측정 장치.
9. 고준위 방사선 영역에 적어도 평면상의 제1 방향으로 이동 가능한 이송 장치에 상기 제1 방향과 소정 각도를 이루는 제2 방향으로 길게 형성된 중성자 검출 모듈을 설치하는 단계,

   상기 이송 장치를 상기 제1 방향으로 이동시키면서 중성자 검출을 실시함과 동시에 상기 검출 모듈에서 발생한 검출 신호를 신호선을 통해 신호 분석 툴을 가져 신호 분석을 실시하는 분포결정 장치로 전송하는 단계,

   상기 분포결정 장치 내부의 상기 신호 분석을 통해 평면상의 2차원적 중성자 검출 상태 분포를 결정하고 그 분포 상태를 표시하는 영상 신호를 분포 표시장치에 전달하는 단계,

   상기 영상 신호를 상기 분포 표시장치에서 표시하는 단계를 구비하여 이루어지는 핵물질 분포 탐지를 위한 중성자 측정 방법.

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