KR101094159B1 - 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법 - Google Patents

전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법 Download PDF

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Abstract

3차원 공간 내 평면 각각에 배치되어 감마 방사선을 검출하는 복수의 탐지 센서와, 상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하고, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 감지 정보 생성부, 및 상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하는 방향 예측부를 포함하는 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법이 개시된다.
핵폭발. 감마(Gamma) 방사선, NA(Nuclear Alarm), 크로우바 회로(Crowbar circuit)

Description

전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법{Nuclear Alarm with high speed detective function of the nuclear explosion and orientation of it through three gamma-ray detectors and method thereof}
본 발명의 실시예들은 감마 방사선 탐지 센서를 이용하여 핵폭발의 방향을 예측할 수 있는 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법에 관한 것이다.
핵폭발이 발생할 경우, 핵폭발 중심으로부터 수 Km 반경 내에 위치한 물질은 증발되며, 수백 내지 수천 Km 떨어진 지점까지 핵폭발로 인해 발생한 강한 에너지가 전파되어 각종 전자 기기 기기의 오동작 및 동작 불능 상태가 일어나게 된다.
이러한 영향은 유사시 통신 체계 및 전력 체계를 마비시키게 되어 군의 작전통제 능력을 현저히 저하 시키게 되므로, 핵폭발에 의한 영향을 최소화 시키는 기술개발이 필수적이다.
핵폭발로 인해 발생한 에너지의 도달 순서는 감마(Gamma) 방사선, Neutron 방사선, Thermal 에너지, 핵 폭풍으로 알려져 있으며, 이러한 강한 에너지에 의해 전기, 전자 장비의 오동작 및 손상을 방지하기 위하여 최초로 도달하는 감마 방사선을 고속으로 검출하고, 검출된 신호를 기준으로 전기, 전자 장비의 주요한 부분에 인가된 주 전원을 차단하여 장비를 보호하는 기능을 가진 탐지 센서들이 상용화 되어 있다.
하지만, 탐지 센서의 방향성으로 인하여 센서 면에 수직으로 입사하는 경우에는 정상 동작을 보장할 수 있지만, 감마 방사선이 탐지 센서에 수평 또는 비스듬히 입사하는 경우에는 탐지 센서에서 출력되는 이온화 전류량이 감소하여, 핵폭발을 감지하지 못하는 경우가 있다.
또한, 설령 감지되었다고 할지라도 현재 위치에서 핵폭발이 일어난 방향에 대한 정보를 정확히 파악할 없는 문제가 있다.
따라서, 핵폭발의 영향권 내에 위치한 각 개체(비행기, 전차, 구축함 등)가 일정시간 동안 외부로부터 정보를 수집할 수 없는 상황에서, 스스로 핵폭발이 일어난 방향을 탐지할 수 있다면, 핵 영향에서 생존하기 위한 주요한 정보로 활용 될 수 있을 것으로 예상된다.
이에 따라, 본 발명의 일실시예예서는 핵폭발 발생 시 고속으로 도달하는 감마 방사선을 검출하여 핵폭발의 방향을 탐지하는 방안을 제안하고자 한다.
본 발명의 일실시예는 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서의 감지 정보에 기초하여, 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있도록 하는 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 복수의 탐지 센서를 기하학적 3차원 구조로 배치하여 전 방향에 대한 감마 방사선 검출이 가능하도록 하는 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 핵폭발에 의한 전기, 전자 장치의 열 손상 방지하기 위해 크로우바 회로(Crowbar circuit)의 구동을 위한 NA(Nuclear Alarm) 신호를 발생 함으로써, 주요 회로에 대한 전원을 일시적으로 차단시키는 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예는 핵폭발이 일어난 방향을 예측 함으로써, 임의의 시간에 동작 중인 전기, 전자 장치들이 감마 방사선에 대한 방호 역할을 수행하고, 핵에 의한 영향을 최소화 하는 대응체계를 마련할 수 있도록 하는 전 방향 감마 방사선 검출기를 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 및 그 구현 방법을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기는, 3차원 공간 내 평면 각각에 배치되어 감마 방사선을 검출하는 복수의 탐지 센서와, 상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하고, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 감지 정보 생성부, 및 상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하는 방향 예측부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 구현 방법은, 3차원 공간 내 평면 각각에 배치된 탐지 센서를 통해 감마 방사선을 검출하는 단계와, 상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하여, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하는 단계와, 상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 단계, 및 상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서의 감지 정보에 기초하여, 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 핵폭발 시 발생되는 감마 방사선을 검출하는 탐지 센서를 기하학적 3차원 구조로 구성하여 전 방향에 대한 감마 방사선 검출이 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 주요 회로에 대한 전원을 일시적으로 차단시키는 크로우바 회로(Crowbar circuit)를 구동시키는 NA(Nuclear Alarm) 신호를 발생 함으로써, 핵폭발에 의한 전기, 전자 장치의 열 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 핵폭발이 일어난 방향을 예측 함으로써, 임의의 시간에 동작 중인 전기, 전자 장치들이 감마 방사선에 대한 방호 역할을 수행하고, 핵에 의한 영향을 최소화 하는 대응체계를 마련할 수 있게 된다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 발생기의 전체적인 기능적 역할을 설명하기 위한 개념도이다.
핵폭발이 발생할 경우, 감마(Gamma) 방사선, Neutron 방사선, Thermal 에너지, 핵 폭풍과 같은 강한 핵에너지가 핵폭발 중심(110)에서 수백 내지 수천 km에 해당하는 지점까지 고속으로 전달될 수 있다.
도 1을 참조하면, 핵폭발로 발생한 핵에너지가 전달되는 영역은 어떠한 조치 에도 불구하고 핵에너지에 의해 모든 전자 장치가 손상되는 절대 위험 반경(120)과, 적절한 조치를 통해 핵에너지로부터 전자 장치를 보호할 수 있는 위험 반경(130)으로 구분될 수 있다.
본 발명의 핵폭 경보기는 핵폭발로 발생한 감마 방사선을 임계 레벨 이상 검출할 경우, NA 신호의 발생을 통해 크로우바 회로(Crowbar circuit)를 동작시켜, 주요한 회로 부분의 전원을 차단하여 구비된 전자 장치를 보호할 수 있다.
이에 따라, 위험 반경(130)에 위치한 군함(150), 전차(160) 또는 항공기(170)의 경우, 대략적인 핵폭발의 방향을 탐지할 수 있게 되며, 가용한 통신 장비를 통하여 외부로 핵폭발 위치를 송출하고, 기수의 진행방향을 핵폭발 반대 방향으로 돌려 위험 반경(130)을 회피할 수 있다.
이에 비해, 절대 위험 반경(120)에 위치한 장갑차(140)의 경우, 어떠한 조치에도 불구하고 구비된 모든 전자 장치가 손상되어 동작 불능 상태가 될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기(200)는 복수의 탐지 센서를 포함하는 방사선 검출부(210), 감지 정보 생성부(220), 방향 예측부(230), 메모리부(240), 신호 발생부(250), 콘덴서부(260), 및 임계 레벨 조정부(270)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 복수의 탐지 센서는 3차원 공간 내 평면 각각에 배치되어 감마 방사선을 검출하고, 상기 감마 방사선의 검출에 따라 전류 펄스를 출력할 수 있다.
상기 각 탐지 센서는 3차원 공간을 구성하는 YZ 평면, XZ 평면, 및 XY 평면 으로 입사되는 감마 방사선을 검출하여, 검출된 감마 방사선의 크기에 상응하는 전류 펄스(또는 전류량)를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 각 탐지 센서는 도 5의 X,Y,Z 방향 탐지 센서(510)와 같이, 감마 방사선의 검출을 위한 포토 다이오드(Photo Diode)로 구현 가능하다.
이하, 도 3을 참조하여 방사선 검출부(210)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기에서, 감마 방사선 검출을 위한 각 탐지 센서의 3차원적 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 방사선 검출부(210)는 YZ 평면에 배치된 X 방향 Gamma 검출용 Photo Diode(310), XZ 평면에 배치된 Y 방향 Gamma 검출용 Photo Diode(320), XY 평면에 배치된 Z 방향 Gamma 검출용 Photo Diode(330), X 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_x_Out)(311), Y 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_y_Out)(321), Z 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_z_Out)(331), 및 각 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 그라운드(s_com)(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
Gamma 검출용 Photo Diode(310, 320, 330)의 경우, YZ 평면, XZ 평면, 및 XY 평면에 감마 방사선이 수직으로 입사해야 이온화 전류가 많이 생성되는데, 각 평면에 수평으로 입사하거나, 또는 비스듬하게 입사하는 경우, 이온화 전류량이 현저히 줄어들게 된다.
따라서, 방사선 검출부(210)는 도 3과 같이, Gamma 검출용 Photo Diode(310)를 X 방향 검출을 위해 YZ 평면상에 배치하고, Gamma 검출용 Photo Diode(320)를 Y 방향 검출을 위해 XZ 평면상에 배치하고, Gamma 검출용 Photo Diode(330)를 Z 방향 검출을 위해 XY 평면상에 배치 함으로써, 전 방향에 대한 감마 방사선 검출을 가능하게 할 수 있다.
또한, X 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_x_Out)(311), Y 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_y_Out)(321), Z 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 출력(s_z_Out)(331)는 감마 방사선에 의한 각 Gamma 검출용 Photo Diode(310, 320, 330)에서 출력되는 이온화 전류의 출력단자를 의미하며, X, Y, Z 각 방향의 전류 출력단자를 표시할 수 있다.
또한, 각 방향 Gamma 검출용 Photo Diode 그라운드(s_com)(340)는 각 방향에 배치된 Gamma 검출용 Photo Diode(310, 320, 330)의 Anode를 공통으로 구성한 단자를 의미할 수 있다.
즉, 방사선 검출부(210)는 핵폭발 시 발생되는 감마 방사선을 검출하는 탐지 센서를 기하학적 3차원 구조로 구성 함으로써, 전 방향에 대한 감마 방사선의 검출을 가능하게 한다.
감지 정보 생성부(220)는 상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하고, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 기능을 한다.
이때, 임계 레벨 조정부(270)는 상기 각 탐지 센서와 병렬로 연결되는 저항(R) 및 콘덴서(C)로 구성되며, 상기 각 탐지 센서 별로 상기 전류 펄스에 대한 상기 임계 레벨을 조정할 수 있다.
일례로, 감지 정보 생성부(220)는 탐지 센서에서 출력되는 전류 펄스를 상기 임계 레벨 이상으로 확인할 경우, 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 하이 레벨(High)로서 생성할 수 있다.
또한, 감지 정보 생성부(220)는 탐지 센서에서 출력되는 전류 펄스를 상기 임계 레벨 미만으로 확인할 경우, 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 로우 레벨(Low)로서 생성할 수 있다.
이에 따라, 감지 정보 생성부(220)는 YZ 평면에 배치되는 X방향 검출을 위한 탐지 센서, XZ 평면에 배치되는 Y방향 검출을 위한 탐지 센서, 및 XY 평면에 배치되는 Z방향 검출을 위한 탐지 센서 각각에 대한 감지 정보를, 도 4에 도시된 바와 같이 8가지의 케이스(410 내지 480)로 생성할 수 있다.
또한, 감지 정보 생성부(220)는 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서 검출되는 감마 방사선의 크기에 따른 전류 펄스가 설정된 임계 레벨 이상일 경우, X, Y, Z 방향을 바라보는 각 탐지 센서에 대한 감지 정보를 하이(High) 레벨 또는 로우(Low) 레벨로 생성하여, 메모리부(240)에 저장시킬 수 있다.
여기서 상기 감지 정보 생성부(220)와 상기 메모리부(240)는 도 5의 아날로그 Latch(550)로 구현 가능하다.
또한, 신호 발생부(250)는 각 탐지 센서에서 생성되는 전류 펄스 중에서 적어도 하나의 전류 펄스를 임계 레벨 이상으로 확인할 경우, 전원 차단을 수행하는 크로우바 회로(crowbar circuit)(280)의 구동을 위한 제1 제어 신호(예컨대, Nuclear Alarm 신호, NA 신호)를 발생시켜, 핵폭발에 의한 전기, 전자 장치의 열 손상을 방지하도록 할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어 신호의 발생으로부터 상기 설정된 지연 시간이 경과 함에 따라, 상기 신호 발생부(250)는 상기 크로우바 회로(280)의 구동 중지를 위한 제2 제어 신호(예컨대, NEF 신호)를 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 신호 발생부(250)는 상기 NEF 신호와 함께, Reset 신호를 발생시켜 시스템을 정상화할 수 있다.
이때, 콘덴서부(260)는 상기 제1 제어 신호가 발생된 시점으로부터 상기 제2 제어 신호를 발생시키기 위한 지연 시간을 설정하는 기능을 할 수 있다. 예컨대, 콘덴서부(260)는 저항(R) 및 콘덴서(C)의 곱으로 표현되는 시정수값을 상기 지연 시간으로 설정할 수 있다.
여기서 상기 신호 발생부(250)는 도 5의 센서 신호 증폭기(520), 아날로그 OR Gate(530), Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기(540)로 구현 가능하다. 또한, 상기 콘덴서부(260)는 도 5의 Pulse Delay Time 조정용 콘덴서(570)로 구현 가능하다.
방향 예측부(230)는 상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하는 기능을 한다.
예컨대, 방향 예측부(230)는 설정된 지연 시간이 경과하여 핵폭발로 인한 에너지가 사라진 이후 상기 크로우바 회로(280)의 동작이 중지되어 주요 회로에 전원이 인가되면, 메모리부(240)에 저장된 각 탐지 센서에서의 감지 정보를 이용하여 즉각적으로 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있다.
상기 방향 예측부(230)는 상기 방향에 대한 예측시에 기초하는 감지 정보로서, 서로 선정된 각도를 유지하며 서로 접하는 평면과 관련한 탐지 센서에 대한 감지 정보를 선택할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 방향 예측부(230)를 설명한다.
도 4는 각 탐지 센서에서의 감지 정보를 이용하여 감마 방사선이 입력된 방향을 예측하는 일례를 도시한 표이다.
메모리부(240)에는 X방향 검출을 위한 탐지 센서, XZ 평면에 배치되는 Y방향 검출을 위한 탐지 센서, 및 XY 평면에 배치되는 Z방향 검출을 위한 탐지 센서 각각에 대해, 도 4와 같이 8가지의 케이스(410 내지 480)의 감지 정보가 저장될 수 있다.
일례로, 상기 방향 예측부(230)는 상기 3차원 공간 내 제1 평면에 배치된 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨로서 생성되고, 상기 제1 평면과 접하는 평면들에 배치된 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨로서 생성되는 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, 상기 제1 평면의 직각 방향으로 예측할 수 있다.
도 4에 도시된 케이스(420)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 YZ 평면에 배치된 X방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, XZ 평면 및 XY 평면에 배치된 Y방향, Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, X축 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(450)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 XZ 평면에 배치된 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, YZ 평면 및 XY 평면에 배치된 X방향, Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, Y축 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(460)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 XY 평면에 배치된 Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, XZ 평면 및 YZ 평면에 배치된 Y방향, X방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, Z축 방향으로 예측할 수 있다.
다른 일례로, 상기 방향 예측부(230)는 상기 3차원 공간 내 제1 평면과 상기 제1 평면과 접하는 임의의 평면에 배치된 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨로서 생성되고, 상기 제1 평면과 접하되 상기 임의의 평면과 다른 제2 평면에 배치된 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨로서 생성되는 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, 상기 제2 평면을 구성하는 축 사이의 중간 방향으로 예측할 수 있다.
도 4에 도시된 케이스(430)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 YZ 평면 및 XZ 평면에 배치된 X방향, Y방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, XY 평면에 배치된 Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, X축과 Y축의 중간 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(440)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 XY 평면 및 XZ 평면에 배치된 Z방향, Y방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, YZ 평면에 배치된 X방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, Y축과 Z축의 중간 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(470)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 XY 평면 및 YZ 평면에 배치된 Z방향, X방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨, XZ 평면에 배치된 Y방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, X축과 Z축의 중간 방향으로 예측할 수 있다.
다른 일례로, 상기 복수의 탐지 센서에 대한 감지 정보가 모두 로우 레벨 또는 모두 하이 레벨로서 생성되는 경우, 상기 방향 예측부(230)는 방향 검출 실패를 알릴 수 있다.
도 4에 도시된 케이스(410)와 같이, 상기 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 모두 하이 레벨일 경우(즉, 상기 각 전류 펄스가 모두 임계 레벨 이상으로 확인될 경우) 인접 거리에서의 핵폭발 발생으로 인한 방향 검출 실패를 알릴 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(480)와 같이, 상기 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 모두 로우 레벨일 경우(즉, 상기 각 전류 펄스가 모두 임계 레벨 미만으로 판단될 경우), 상기 방향 예측부(230)는 전 방향에서 감마 방사선이 기준 이하로 감지되는 정상 상태를 알릴 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서의 감지 정보에 기초하여, 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 핵폭발 시 발생되는 감마 방사선을 검 출하는 탐지 센서를 기하학적 3차원 구조로 구성하여 전 방향에 대한 감마 방사선 검출이 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 주요 회로에 대한 전원을 일시적으로 차단시키는 크로우바 회로(Crowbar circuit)를 구동시키는 NA(Nuclear Alarm) 신호를 발생 함으로써, 핵폭발에 의한 전기, 전자 장치의 열 손상을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 핵폭발이 일어난 방향을 예측 함으로써, 임의의 시간에 동작 중인 전기, 전자 장치들이 감마 방사선에 대한 방호 역할을 수행하고, 핵에 의한 영향을 최소화 하는 대응체계를 마련할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 예측된 감마 방사선의 방향에 관한 정보를 외부의 전자 장치로 전송하여 안내하거나, 예측된 방사선의 방향에 관한 정보를 이용하여 전자 장치(항공기, 장갑차 등)의 진행방향이 제어되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기(500)는 X,Y,Z 방향 탐지 센서(510), 센서 신호 증폭기(520), 아날로그 OR Gate(530), Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기(540), 아날로그 Latch(550), Built in Test(560), 및 Pulse Delay Time 조정용 콘덴서(570)를 포함하여 구성될 수 있다.
X,Y,Z 방향 탐지 센서(510)는 X,Y,Z 방향 감마 방사선을 검출하기 위한 센서들을 표시한 것으로, 포토 다이오드(Photo Diode) 역 바이어스 전압 입력 단 자(504) 단자를 통하여 역 Bias 전압을 인가 받고 감마 방사선이 입력되는 경우, X,Y,Z 방향 탐지 센서(510)는 검출된 감마 방사선의 크기에 상응하는 이온화 전류를 출력하여 센서 신호 증폭기(520)로 입력할 수 있다.
이때, X,Y,Z 방향 탐지 센서(510)는 임계 레벨 이상의 감마 방사선이 입력되는 경우에만 센서 신호 증폭기(520)에 이온화 전류를 입력할 수 있다.
각 탐지 센서(510)의 임계 레벨은 각 탐지 센서(510)에 대응하는 Z 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자(501), Y 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자(502), X 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자(503) 단자에 병렬로 연결된 R(저항), C(콘덴서)를 이용하여 결정될 수 있다.
상기 센서 신호 증폭기(520)는 VCC(전원)(505) 단자를 통해 구동 전압을 입력 받아, 각 탐지 센서(510)로부터 입력된 전류 펄스를, 아날로그 OR Gate(530)가 인식할 수 있는 전압신호로 정류하는 역할을 할 수 있다.
이때, 상기 센서 신호 증폭기(520)는 3개의 탐지 센서(510)와 각각 연결된 Amplifier들을 포함할 수 있다.
아날로그 OR Gate(530)는 전 방향을 지시하고 있는 3개의 각 탐지 센서(510) 중 어느 하나의 탐지 센서에서 기준 Level 이상의 감마 방사선이 검출되는 경우, 핵폭발로 간주하여 주요한 회로 부분을 보호하기 위해 크로우바 회로를 동작시키기 위한 NA 신호를 발생시킬 수 있다.
즉, 아날로그 OR Gate(530)는 각 탐지 센서(510)와 연결된 Amplifier들을 감시하여, 기준 Level 이상의 감마 방사선이 검출되는 경우, 주요 회로에 전원 차단 을 위해 NA 신호 출력 단자(506)번 단자에 NA 신호를 출력할 수 있으며, 설정된 지연 시간이 경과 한 후, 전원 인가 및 시스템 Reset 신호 발생을 위해 Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기(540)에도 NA 신호를 출력할 수 있다.
핵폭발에 의해 발생되는 감마 방사선은 대략 핵폭발 후 7us 정도가 지나면 전자 장비에 영향을 미치게 되며, 아날로그 OR Gate(530)는 즉각 반응하여 수 ns 이하의 시간 내에 NA 신호를 발생시켜 크로우바 회로를 구동 함으로써, 주요한 회로 부분에 전원을 차단하여 방사선에 대한 방호를 수행하게 된다.
Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기(540)는 감마 방사선이 발생한 후 지속되는 시간은 수십 us에 이르므로, NA 신호 발생 후 일정시간(대략 100us) 후에 NEF 신호 출력 단자(507)로 NEF 신호를 High로 출력할 수 있다.
또한, Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기(540)는 NA 신호의 발생으로부터 설정된 지연 시간 이후, Reset 신호를 Reset 신호 출력 단자(508)로 발생시켜 시스템을 정상화 시킬 수 있다.
이때, Pulse Delay Time 조정용 단자 1,2(509, 510)에 연결된 Pulse Delay Time 조정용 콘덴서(570)는 상기 지연 시간을 조절하는 역할을 할 수 있다.
아날로그 Latch(550)는 각 탐지 센서(510)의 감지 정보를 High, Low 신호의 형태로 임시로 저장하는 회로 부분으로, X, Y, Z 방향에 대한 탐지 센서(510)의 감지 정보를 X 방향 탐지 센서 Flag 단자(513), Y 방향 탐지 센서 Flag 단자(512), Z 방향 탐지 센서 Flag 단자(511)로 각각 출력할 수 있다.
또한, 아날로그 Latch(550)는 X, Y, Z 방향에 대한 탐지 센서(510)의 감지 정보를 이용하여 시스템이 정상화 된 후, 핵폭발이 발생한 방향을 인지할 수 있다.
각 방향의 정보는 총 8가지의 경우의 수가 존재할 수 있으며, 각 경우에 따른 대략적인 핵폭발 예측 방향은 도 4와 같이 정의될 수 있다.
참고로, 도 4에서 High는 감마 방사선 검출됨을 의미하고, Low는 감마 방사선이 기준 이하로 검출됨을 의미할 수 있다.
Built in Test(560)는 전 방향에 배치된 각 탐지 센서(510)의 동작 유무를 평상시 확인할 수 있는 테스트 기능을 제공하며, Bulit in Test 입력 단자(514) 단자를 통하여 입력할 수 있는 Test 신호로 각 탐지 센서(510)에 빛을 인가하여 동작 유무를 확인 할 수 있다.
Pulse Delay Time 조정용 콘덴서(570)는 NA 신호가 발생한 후 NEF 신호, Reset 신호가 발생하기까지의 지연 시간을 조절하는 기능을 수행하며, 회로 상의 R(저항)과 C(콘덴서)의 곱으로 표현되는 시정수 값을 지연 시간으로 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 구현 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 도 6의 설명에서는 상술한 도 2와 도 5를 함께 참조하여 도 6을 설명하여 발명의 이해를 도모한다.
단계 610에서 상기 핵폭 경보기(200)는 3차원 공간 내 각 평면에 배치된 각 탐지 센서를 통해 감마 방사선을 검출한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 방사선 검출부(210)는 Gamma 검출용 Photo Diode(310)를 X 방향 검출을 위해 YZ 평면상에 배치하고, Gamma 검출용 Photo Diode(320)를 Y 방향 검출을 위해 XZ 평면상에 배치하고, Gamma 검출용 Photo Diode(330)를 Z 방향 검출을 위해 XY 평면상에 배치 함으로써, 전 방향에 대한 감마 방사선 검출을 가능하게 할 수 있다.
즉, 방사선 검출부(210)는 핵폭발 시 발생되는 감마 방사선을 검출하는 탐지 센서를 기하학적 3차원 구조로 구성 함으로써, 전 방향에 대한 감마 방사선의 검출을 가능하게 한다.
단계 620에서 상기 핵폭 경보기(200)는 상기 감마 방사선의 검출에 따라 각 탐지 센서에서 출력되는 전류 펄스를 식별하고, 식별된 전류 펄스가 각 탐지 센서에서 설정된 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하여, 상기 확인 결과를 포함하는 각 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성한다.
예컨대, 감지 정보 생성부(220)는 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서 검출되는 감마 방사선의 크기에 따른 전류 펄스가 설정된 임계 레벨 이상일 경우, X, Y, Z 방향을 바라보는 각 탐지 센서에 대한 감지 정보를 하이(High) 레벨 또는 로우(Low) 레벨로 생성하여 메모리부(240)에 저장시킬 수 있다.
이때, 임계 레벨 조정부(270)는 상기 각 탐지 센서 별로 상기 전류 펄스에 대한 상기 임계 레벨을 조정할 수 있다.
일례로, 상기 확인 결과, 각 탐지 센서에서 생성되는 전류 펄스 중에서 적어도 하나의 전류 펄스를 임계 레벨 이상으로 확인할 경우, 신호 발생부(250)는 제1 제어 신호(예컨대, NA 신호)의 발생을 통해, 주요 회로에 대한 전원을 일시적으로 차단시키는 크로우바 회로(crowbar circuit)(280)를 동작시켜, 핵폭발에 의한 전기, 전자 장치의 열 손상을 방지할 수 있다.
상기 제1 제어 신호의 발생으로부터 설정된 지연 시간(pulse delay)이 경과 함에 따라, 상기 신호 발생부(250)는 제2 제어 신호(예컨대, NEF 신호)를 발생시켜 상기 크로우바 회로(280)의 동작을 중지시키고(즉, 전원 인가), Reset 신호를 발생시켜 시스템을 정상화시킬 수 있다.
이때, 콘덴서부(260)는 상기 제1 제어 신호가 발생된 시점으로부터 상기 제2 제어 신호를 발생시키기 위한 지연 시간을, 예컨대, 저항(R) 및 콘덴서(C)의 곱으로 표현되는 시정수값으로 설정할 수 있다.
단계 630에서 상기 핵폭 경보기(200)는 상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측한다.
즉, 방향 예측부(230)는 설정된 지연 시간이 경과하여 핵폭발로 인한 에너지가 사라진 이후 상기 크로우바 회로(280)의 동작이 중지되어 주요 회로에 전원이 인가되면, 메모리부(240)에 저장된 각 탐지 센서에서의 감지 정보를 이용하여 즉각적으로 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있다.
도 4에 도시된 케이스(420)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 YZ 평면에 배치된 X방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, XZ 평면 및 XY 평면에 배치된 Y방향, Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, X축 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(430)와 같이, 상기 방향 예측부(230)는 YZ 평면 및 XZ 평면에 배치된 X방향, Y방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 하이 레벨이고, XY 평면에 배치된 Z방향 탐지 센서에 대한 감지 정보가 로우 레벨일 경우, 상기 감마 방사선이 입력된 방향을, X축과 Y축의 중간 방향으로 예측할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 케이스(410)와 같이, 상기 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 모두 하이 레벨일 경우(즉, 상기 각 전류 펄스가 모두 임계 레벨 이상으로 확인될 경우) 인접 거리에서의 핵폭발 발생으로 인한 방향 검출 실패를 알릴 수 있다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 3차원 기하학적 구조로 구성된 각 감마 방사선 탐지 센서에서의 감지 정보에 기초하여, 감마 방사선이 입력된 방향을 탐지 함으로써, 핵폭발이 일어난 방향을 용이하게 예측할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매 체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 발생기의 전체적인 기능적 역할을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기에서, 감마 방사선 검출을 위한 각 탐지 센서의 3차원적 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 각 탐지 센서에서의 감지 정보를 이용하여 감마 방사선이 입력된 방향을 예측하는 일례를 도시한 표이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 상세 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 핵폭 경보기의 구현 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
200, 500: 핵폭 경보기
210: 방사선 검출부
220: 감지 정보 생성부
230: 방향 예측부
240: 메모리부
250: 신호 발생부
260: 콘덴서부
270: 임계 레벨 조정부
280: 크로우바 회로(crowbar circuit)
510: X,Y,Z 방향 Gamma 검출용 센서
520: 센서 신호 증폭기
530: 아날로그 OR Gate
540: Pulse Delay 및 Reset 신호 발생기
550: 아날로그 Latch
560: Built in Test
570: Pulse Delay Time 조정용 콘덴서
501: Z 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자
502: Y 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자
503: X 방향 탐지 센서 임계 레벨 조정 단자
504: 포토 다이오드(Photo Diode) 역 바이어스 전압 입력 단자
505: VCC(전원) 506: NA 신호 출력 단자
507: NEF 신호 출력 단자 508: Reset 신호 출력 단자
509, 510: Pulse Delay Time 조정용 단자 1,2
511: Z 방향 탐지 센서 Flag 단자
512: Y 방향 탐지 센서 Flag 단자
513: X 방향 탐지 센서 Flag 단자
514: Bulit in Test 입력 단자

Claims (10)

  1. 3차원 공간 내 평면 각각에 배치되어 감마 방사선을 검출하는 복수의 탐지 센서;
    상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하고, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하고, 상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 감지 정보 생성부; 및
    상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하고, 상기 복수의 탐지 센서에 대한 모든 감지 정보가 임계 레벨 미만인 로우 레벨로서 생성되는 경우, 감마 방사선이 기준 이하로 감지되는 정상 상태로 알리고 상기 복수의 탐지 센서에 대한 모든 감지 정보가 임계 레벨 이상인 하이 레벨로서 생성되는 경우, 인접 거리에서의 핵폭발 발생으로 인한 방향 검출 실패를 알리는 방향 예측부
    를 포함하는 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방향 예측부는,
    상기 방향에 대한 예측시에 기초하는 감지 정보로서, 서로 선정된 각도를 유지하며 서로 접하는 평면과 관련한 탐지 센서에 대한 감지 정보를 선택하는, 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감지 정보 생성부는,
    전류 펄스를 임계 레벨 이상으로 확인할 경우, 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 하이 레벨로서 생성하고,
    전류 펄스를 임계 레벨 미만으로 확인할 경우, 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 로우 레벨로서 생성하는, 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 공간 내 제1 평면에 배치된 탐지 센서에 대한 감지 정보가 임계 레벨 이상인 하이 레벨로서 생성되고, 상기 제1 평면과 접하는 평면들에 배치된 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 임계 레벨 미만인 로우 레벨로서 생성되는 경우,
    상기 방향 예측부는,
    상기 감마 방사선이 입력된 방향을, 상기 제1 평면의 직각 방향으로 예측하는, 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 3차원 공간 내 제1 평면과 상기 제1 평면과 접하는 임의의 평면에 배치된 각 탐지 센서에 대한 감지 정보가 임계 레벨 이상인 하이 레벨로서 생성되고, 상기 제1 평면과 접하되 상기 임의의 평면과 다른 제2 평면에 배치된 탐지 센서에 대한 감지 정보가 임계 레벨 미만인 로우 레벨로서 생성되는 경우,
    상기 방향 예측부는,
    상기 감마 방사선이 입력된 방향을, 상기 제2 평면을 구성하는 축 사이의 중간 방향으로 예측하는, 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각 탐지 센서 별로 상기 전류 펄스에 대한 상기 임계 레벨을 조정하는 임계 레벨 조정부
    를 더 포함하는 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 확인 결과, 적어도 하나의 전류 펄스를 임계 레벨 이상으로 확인할 경우,
    전원 차단을 수행하는 크로우바 회로(crowbar circuit)의 구동을 위한 제1 제어 신호를 발생시키는 신호 발생부
    를 더 포함하는 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  9. 제8항에 있어서,
    지연 시간을 설정하는 콘덴서부
    를 더 포함하고,
    상기 신호 발생부는,
    상기 제1 제어 신호의 발생으로부터 상기 설정된 지연 시간이 경과 함에 따라, 상기 크로우바 회로의 구동 중지를 위한 제2 제어 신호를 발생시키는, 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기.
  10. 3차원 공간 내 평면 각각에 배치된 탐지 센서를 통해 감마 방사선을 검출하는 단계;
    상기 감마 방사선의 검출에 따라 상기 탐지 센서에서 출력하는 전류 펄스를 식별하여, 상기 식별된 전류 펄스가 임계 레벨 이상인지 여부를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과를 포함하여 상기 탐지 센서에 대한 감지 정보를 생성하는 단계;
    상기 생성된 감지 정보에 기초하여, 상기 감마 방사선이 입력되는 방향을 예측하는 단계;
    상기 복수의 탐지 센서에 대한 모든 감지 정보가 임계 레벨 미만인 로우 레벨로서 생성되는 경우, 감마 방사선이 기준 이하로 감지되는 정상 상태로 알리는 단계; 및
    상기 복수의 탐지 센서에 대한 모든 감지 정보가 임계 레벨 이상인 하이 레벨로서 생성되는 경우, 인접 거리에서의 핵폭발 발생으로 인한 방향 검출 실패를 알리는 단계
    를 포함하는 전 방향 감마 방사선 검출을 통한 핵폭발 발생 및 방향 고속탐지 기능을 가진 핵폭 경보기 구현 방법.
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