KR100795183B1 - 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법 - Google Patents

자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치와 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 원자력 발전소 내의 방사선을 감시하는 디지털 방사선 감시시스템 및 방법에 있어서, 방사선을 검출하는 Detector로부터 검출된 원자력 발전소 내의 방사선을 입력받아 방사선 계측을 수행하고, 동시에 방사선에 대응하는 핵종을 자동분석하여 출력하는 제어수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치와,
(a) 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 채널별 핵종정보을 구분하여 저장하고, 방사선을 검출하는 Detector로부터 검출된 방사선을 입력받아 펄스의 수를 디지털 값으로 변환하는 단계; (b) 상기 변환된 디지털 값을 분류된 채널에 저장하고, 해당 채널에 대한 방사선 계측을 수행하고 해당 채널과 기 저장된 채널별 핵종정보를 비교하여 실시간 자동 핵종분석을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 방사선 계측과 핵종분석결과에 따라 핵종별 정보를 디스플레이하고 실시간 경보상황을 외부로 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법에 관한 것이다.
원자력 발전소, 디지털방사선, 핵종분석, 기체방사선, 액체방사선

Description

자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법{Digital Radiation Monitoring control device for Auto Radionuclide Analysis and Method}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치의 핵종분석 부분의 세부 블럭 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 의한 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법을 나타내는 순서도이다.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100 : Detector 200 : 제어수단
210 : 주제어부 220 : 핵종분석 제어부
240 : Pre-Amplifier 250 : Stretcher
260 : AD Converter 270 : 전원부
300 : PIG 모니터 또는 LIQUID 모니터
본 발명은 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
더욱 상세하게는 원자력 발전소 내의 핵분열과정에서 발생하는 방사선으로부터 보호하기 위해 이중화된 2개의 제어부(CPU)와 연동알고리즘을 이용하여 소내 방사선 실시간 계측감시와 동시에 고속 자동 핵종분석을 가능하게 하여 방사능 경보상황을 외부로 알릴 수 있는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 소내 방사선 감시기술은 모두 SCA(Single Channel Analyzer)로 구성되어 있어, 하나의 에너지범위에서의 핵종분석없이 모든 방사선 검출량을 검출하여 검출값을 나타내므로 ICRP-60에서 권고하는 강화된 방사능 경보설정치를 산정할 경우 경보발생 가능성이 높아지는 문제점이 있었다.
즉, 종래의 소내 방사선 감시시스템은 국제방사선방호위원회 ICRP-60의 신권고의 방사능 경보설정치 강화 적용시, 실시간으로 방출에 대한 계산을 할 수 없으며 핵종별 효율확산인자를 고려하지 않고 단지 카운터량 만을 계산하여 방사선 감시를 수행하기 때문에 낮은 에너지 범위의 핵종에서도 방사선 경보를 발생할 확률이 높았으며, 종래기술은 핵종에 따른 확산인자를 보정하지 못하여 정밀도가 떨어졌고, 방사능 핵종에 따른 선량한도를 측정하기 위하여 기존에는 방사능 감시시스 템에서 따로 샘플을 채취하여 방사화학 실험실에서 장시간에 걸쳐 핵종을 분석하는 어려움이 있었고, 종래에 적용되었던 TWA(Triple Window Analyzer)는 Gaussian분포 성형으로 입력된 펄스(Pulse)를 3개의 채널(Channel)을 통해 방사능 핵종을 감시하지만, 실제 모니터링(Monitoring)된 방사능 에너지 대비 채널의 곡선형태가 폭이넓고 광대하게 형성되어 정확한 방사능 핵종을 분석할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 한국원자력안전기술원의 국내 원자력발전소 안전성평가 안전성에 관한 심사결과에서 ICRP-60의 방사선 기준 개정에 따른 감시계통 설정치의 검토요구와 강화된 방사능 경보설정치의 대책마련이 개선사항으로 나오게 되었고, 국내 개발업체가 전무하여 전량 외국제품에 의존하고 있는 소내 디지털방사선 감시시스템을 자동 핵종분석에 의한 동시 계측 감시 기술로 소내 방사선 감시의 정밀화 및 안정화를 추구하고 있는 실정이다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 원자력 발전소 내의 핵분열과정에서 발생하는 방사선으로부터 보호하기 위해 이중화된 2개의 제어부(CPU)와 연동알고리즘을 이용하여 소내 방사선 실시간 계측감시와 동시에 고속 자동 핵종분석을 가능하게 하여 방사능 경보상황을 외부로 알릴 수 있는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적은, 원자력 발전소 내의 방사선을 감시하는 소내 디지털방사선 감시시스템 및 방법에 있어서, Detector로부터 검출된 원자력 발전소 내의 방사선을 입력받아 방사선 계측을 수행하고, 동시에 방사선에 대응하는 핵종을 자동분석하여 출력하는 제어수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치를 제공하고,
(a) 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 채널별 핵종정보을 구분하여 저장하고, 방사선을 센싱하여 검출된 전자를 펄스로 변환하고 펄스의 수를 디지털 값으로 변환하는 단계; (b) 상기 변환된 디지털 값을 분류된 채널에 저장하고, 해당 채널에 대한 방사선 계측을 수행하고 해당 채널과 기 저장된 채널별 핵종정보를 비교하여 실시간 자동 핵종분석을 수행하는 단계; 및 (c) 상기 방사선 계측과 핵종분석결과에 따라 핵종별 정보를 디스플레이하고 실시간 경보상황을 외부로 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법을 제공함으로써 달성된다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명인 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 제어방법을 더욱 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치의 전체적인 구성을 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면,
본 발명은 방사선을 검출하는 Detector(100), Detector로부터 검출된 원자력 발전소 내의 방사선을 입력받아 방사선 계측을 수행하고, 동시에 방사선에 대응하는 핵종을 자동분석하여 방사선량 및 핵종정보, 경보상황을 출력하며 주변장치를 제어하는 제어수단(200) 및 상기 제어수단(200)을 탑재하는 PIG 모니터, LIQUID 모니터(300) 또는 RMS서버 등을 더 포함하여 구성할 수가 있다.
상기 Detector(100)는 방사선이 통과하면 원자의 여기 및 전리작용이 생긴 후 극히 짧은 시간에 원래상태로 복귀될 때 에너지의 일부를 빛(광자)으로 방출되어 광전효과를 일으켜 전자를 발생하는 형광Detector(Scintillation Detector)를 사용하거나, 방사선이 통과하면 전리작용에 의하여 이온쌍들이 형성되고 외부 전장에 의해서 집적되어 입사방사선의 에너지에 비례하는 전기적 펄스를 발생시키는 반도체Detector(Semiconductor Detector)를 사용하게 되며, 이때 발생된 전자는 상기 제어수단(200)으로 전달하게 된다.
방사선을 검출하는 상기 Detector(100)는 이에 한정되는 것은 아니며, 당업자라면 다양한 Detector를 사용할 수 있음을 자명하다.
본 발명의 특징인 상기 제어수단(200)은 PIG 모니터, LIQUID 모니터(300) 또는 RMS서버 등에 탑재되어, 상기 Detector(100)로부터 검출된 원자력 발전소 내의 방사선을 입력받아 방사선 계측을 수행하고, 동시에 방사선에 대응하는 핵종을 자동분석하여 출력하는 기능을 수행하게 되는데,
2개의 CPU로 구성하여 방사선 계측과 자동 핵종분석을 처리하는 2개 프로그램 루틴을 탑재하여 2개 프로그램간의 실시간 상호 연동알고리즘에 의해 방사선 검출과 자동 핵종분석을 수행하여 출력하는 것을 특징으로 하고 있다. 본 발명에 따른 제어수단(200)은 실시간으로 원자력 발전소 내에서 검출된 베타선 또는 감마선의 펄스를 입력받아 디지털 값으로 변환하여 방사선 계측을 수행하고 채널별로 분류하여 저장하며, 에너지 크기에 따라 기 저장된 4096채널(채널별 핵종정보)과 비교하여 핵종을 자동분석하여 외부로 출력하게 되며, 이러한 실시간 다채널 핵종분석 처리와 CPU의 과부하를 방지하여 시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 주제어부(210)와 핵종분석 제어부(220)의 2개의 CPU를 이용하여 구성된다. 즉, 현재 통상적으로 원칩제어용 CPU로 사용되는 i386 CPU 하나만을 이용하는 경우 처리용량 및 처리속도의 한계로 시스템의 안정성을 담보할 수 없다는 문제점이 있는 바, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 본원발명은 2개의 CPU를 이용하여 상호연동에 의해 실시간 방사선 검출과 자동 핵종분석을 수행하도록 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치의 세부 블럭 구성을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면,
상기 제어수단(200)은 2개의 CPU로 구성할 수가 있는데, 즉 주제어부(210)와 핵종분석 제어부(220)로 구성하고 각각의 프로그램을 탑재하여 상호연동에 의해 실시간 방사선 검출과 자동 핵종분석을 수행하게 된다.
상기 주제어부(210)는 원자력 발전소 내의 방사능 계측과 자동 핵종분석을 위한 관리자의 키입력정보에 따라 방사능 계측연산과 자동 핵종분석에 따른 데이터 관리, 주변장치제어(펌프제어, 유량제어, LCD메뉴표시제어, 표시판넬제어, 경보제어, 디스플레이 제어 등), Check Source제어, Moving제어, 실시간 유무선통신 등을 수행하며,
상기 핵종분석 제어부(220)와 실시간 상호연동하여 방사능 계측에 따른 자동 핵종분석 정보를 디스플레이하고 경보할 수 있도록 전반적인 기능을 제어하게 된다.
여기서 상술한 펌프란 방사능 계측 및 핵종분석을 위한 시료를 채취하기 위한 주변장치로서, 본 발명에 따른 제어수단(200)은 원자력 발전소 내의 기체계통과 유체계통에 연결되어 기체, 유체 시료를 채취하여 소내의 방사능 계측과 자동 핵종분석을 실시하도록 구성되며, 제어수단(200)은 펌프를 제어하여 일정한 조건(공압, 유압, 유량 등) 하에서 소내의 기체, 유체 시료를 채취하고 이를 분석하여 방사능 계측과 자동 핵종분석을 수행하도록 구성된다.
상기 핵종분석 제어부(220)는 핵종분석을 담당하게 되며, 자동 에너지 보정 및 방사성동위원소 핵종인지 기능, Dose Rate와 Count Rate의 LCD 디스플레이, Full Spectra Display 및 최대 7 Level Zoom 기능, 최대 30 Regions of Interest (ROI), High Voltage Power Supply 내장 및 공급전압의 Digital Control 등을 제어하게 된다.
특히, 상기 주제어부(210)와 실시간 상호연동하여 Detector(100)에 의해 원자력 발전소 내에서 검출된 베타선 또는 감마선의 펄스를 입력받아 디지털 값으로 변환하여 방사선 계측을 수행하고 채널별로 분류하여 저장하며, 에너지 크기에 따라 기 저장된 4096채널(채널별 핵종정보)과 비교하여 핵종을 자동분석하여 외부로 출력하는 기능을 제어하게 된다.
이때 디지털 값으로 변환되어 입력되는 채널의 데이터 값은 채널에 들어온 펄스의 수가 되며, 채널은 방사선 에너지(방사선 핵종)을 나타내고 채널의 데이터는 방사선량을 나타내게 되며,
특히, 상기 핵종분석 제어부(220)는 기체방사선 또는 액체방사선 등의 베타선 또는 감마선의 펄스 크기에 따라 방사선 에너지(방사성 핵종)에 관계되는 4096채널(채널별 핵종정보)로 분류하여 기 저장하고 있으며, 상기 Detector(100)를 통하여 입력받은 베타선 또는 감마선의 펄스 크기 및 Count량을 비교하여 방사선의 핵종을 자동분석 및 판단하게 된다.
상기 제어수단(200)은 Pre-Amplifier(240), Stretcher(250) 및 AD Converter(260)를 더 포함하여 구성되는데,
상기 Pre-Amplifier(240)는 상기 Detector(100)로부터 입력받은 펄스를 수 볼트(V)로 증폭하여 상기 Stretcher(250)로 출력하게 되며, 상기 Stretcher(250)는 상기 Pre-Amplifier(240)로부터 증폭되어 입력받은 펄스를 선별된 Peak값으로 유지하여 상기 AD Convertor(260)로 출력하게 된다.
상기 AD Converter(260)는 상기 Stretcher(250)로부터 입력받은 펄스의 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 핵종분석 제어부(220)로 출력하게 되며, 상기 핵종분석 제어부(220)는 입력된 디지털 값인 펄스를 분류된 채널 중 해당 채널에 저장시키게 되고, 채널값으로 방사선 에너지(방사선 핵종)를 자동분석하게 되고, 채널의 데이터값으로 방사선량을 판단하게 된다.
도 3은 본 발명의 다른 바람직한 일 실시예에 의한 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법을 나타내는 순서도이다. 도 3을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면,
상기 제어수단(200)에 방사선의 에너지에 관계된 펄스의 값을 디지털 값으로 변환하여 4096채널까지 구분하여 저장하게 되며, 상기 4096채널은 각각 방사선 에너지를 나타내며 채널의 데이터는 방사선량을 나타내게 된다.
이후, 원자력 발전소 내에 설치되어 방사선을 검출하는 형광검출기(Scintillation Detector)를 사용하거나, 반도체검출기(Semiconductor Detector)를 사용하여 원자력 발전소 내에서 방사선을 검출하여 발생된 전자를 전자증배관(미도시)에서 증폭하여 수 mV의 펄스로 전환하여 Pre-Amplifier(240)로 출력하게 된다(S301).
상기 Pre-Amplifier(240)는 상기 Detector(100)로부터 입력받은 펄스를 수 볼트(V)로 증폭하여 상기 Stretcher(250)로 출력하게 되며, 상기 Stretcher(250)는 상기 Pre-Amplifier(240)로부터 증폭되어 입력받은 펄스를 선별된 Peak값으로 유지하여 상기 AD Convertor(260)로 출력하게 되며, 상기 AD Converter(260)는 상기 Stretcher(250)로부터 입력받은 펄스의 값을 디지털 값으로 변환하여 상기 핵종분석 제어부(220)로 출력하게 된다(S305).
상기 핵종분석 제어부(220)는 입력된 디지털 값을 이용하여 채널과 채널의 데이터로 분류하여 4096채널 중 일치되는 해당 채널에 저장시키게 되고(S307), 해당 채널과 기 저장된 4096채널(채널별 핵종정보)과 비교하여 방사선 에너지(방사선 핵종)를 자동분석함과 동시에 채널의 데이터값으로 방사선량을 판단하게 된다(S309).
만약, 방사선 에너지(방사선 핵종)가 기준치보다 많은 방사선량인가를 판단하게 되는데(S311),
만약, 기준치보다 많은 방사선량이 아니라면, 실시간 자동 분석된 핵종결과를 디스플레이 수단을 통해 외부로 출력하게 되고(S313),
만약, 기준치보다 많은 방사선량이라면, 실시간 자동 분석된 핵종결과와 해당 방사선이 누출된 위치를 디스플레이 수단을 통해 외부로 출력하고, 동시에 경보음, 경보등 등을 통하여 위험상황을 경고하게 된다(S315).
여기에서, 상술한 본 발명에서는 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명인 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치 및 방법은, 이중화된 2개의 제어부(CPU)와 연동알고리즘을 이용하여 실시간 방사선 계측과 자동 핵종분석이 가능함으로써, 정확한 방사선 에너지 채널에 대한 핵종분석 및 확인가능하며, 소내 방사선 감시시 경보이상의 방사선값을 획득하게 되면 자동으로 방사선 핵종을 분석 및 판별하여 경보신호를 출력하고 디스플레이할 수 있는 효과가 있으며,
다른 효과로는, 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 최대 4096채널로 구분할 수 있어, 핵종의 에너지대 별 확산인자를 확인 및 보정할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 원자력 발전소 내의 방사선을 감시하는 소내 디지털방사선 감시 제어장치에 있어서,
    방사선을 검출하는 Detector로부터 원자력 발전소 내의 방사선을 입력받아 방사선 계측을 수행하고, 동시에 방사선에 대응하는 핵종을 자동분석하여 출력하는 제어수단을 포함하되,
    상기 제어수단은,
    원자력 발전소 내의 방사능 계측과 자동 핵종분석을 위한 관리자의 키입력정보에 따라 방사능 계측연산과 자동 핵종분석에 따른 데이터 관리, 주변장치제어, Check Source제어, Moving제어를 포함한 관리/제어를 수행하며, 또는 핵종분석 제어부와 실시간 상호연동하여 방사능 계측에 따른 자동 핵종분석 정보를 디스플레이하고 경보하도록 전반적인 기능을 제어하는 주제어부; 및
    상기 주제어부와 실시간 상호연동하여 Detector에 의해 원자력 발전소 내에서 검출된 베타선 또는 감마선의 펄스를 디지털 값으로 입력받아 방사선 계측을 수행하고 채널별로 분류하여 저장하며, 기 저장된 채널별 핵종정보와 비교하여 핵종을 분석하여 외부로 출력하는 핵종분석 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은
    상기 Detector로부터 입력받은 펄스를 수 볼트(V)로 증폭하여 Stretcher로 출력하는 Pre-Amplifier;
    상기 Pre-Amplifier로부터 증폭되어 입력받은 펄스를 선별된 Peak값으로 유지하여 AD Convertor로 출력하는 Stretcher; 및
    상기 Stretcher로부터 입력받은 펄스의 값을 디지털 값으로 변환하여 핵종분석 제어부로 출력하는 AD Convertor; 를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 핵종분석 제어부는
    베타선 또는 감마선의 펄스 크기에 따라 방사선 에너지(방사성 핵종)를 나타내는 4096채널로 분류하여 저장하고, 상기 입력받은 베타선 또는 감마선의 펄스 크기와 비교하여 방사선의 핵종을 자동분석 및 판단하는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은
    방사선 계측과 자동 핵종분석을 처리하는 2개 프로그램 루틴이 탑재되어, 2개 프로그램간의 실시간 상호 연동알고리즘에 의해 방사선 검출과 자동 핵종분석을 수행하여 출력하는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어장치.
  6. 원자력 발전소 내의 방사선을 감시하는 소내 디지털방사선 감시방법에 있어서,
    (a) 방사선의 에너지에 관계된 신호크기에 따라 채널별 핵종정보을 구분하여 저장하고, 방사선을 검출하는 Detector로부터 검출된 방사선을 입력받아 펄스의 수를 디지털 값으로 변환하는 단계;
    (b) 상기 변환된 디지털 값을 분류된 채널에 저장하고, 해당 채널에 대한 방사선 계측을 수행하고 해당 채널과 기 저장된 채널별 핵종정보을 비교하여 실시간 자동 핵종분석을 수행하는 단계; 및
    (c) 상기 방사선 계측과 핵종분석결과에 따라 핵종별 정보를 디스플레이하고 실시간 경보상황을 외부로 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 채널별 핵종정보은
    방사선의 에너지에 관계된 펄스의 값을 디지털 값으로 변환하여 4096채널까지 구분하고, 상기 채널은 방사선 에너지를 나타내며 채널의 데이터는 방사선량을 나타내는 것을 특징으로 하는 자동 핵종분석 소내 디지털방사선 감시 제어방법.
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