KR101192678B1

KR101192678B1 - 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치

Info

Publication number: KR101192678B1
Application number: KR1020120084709A
Authority: KR
Inventors: 박대훈
Original assignee: 이성엔지니어링주식회사
Priority date: 2012-08-02
Filing date: 2012-08-02
Publication date: 2012-10-19

Abstract

원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치가 개시된다. 본 발명은 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하여 펄스신호로 출력하는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 방사선 검출신호를 증폭 성형하여 출력하는 전치증폭기와, 상기 전치증폭기의 출력신호에서 핵종을 선별하여 펄스형태의 신호로 출력하는 다중채널분석기와 상기 검출기 내부에 구비된 내부온도센서 로 구성하고, 검출기와 전치증폭기의 신호케이블의 온도변화에 따라 광전자 증배관의 전계 생성을 위한 고전압 출력을 변화시켜 광전자 증배관의 감도를 조정함으로써 검출기 외부 온도변화에 따른 검출기의 감도를 보상할 수 있기 때문에 보다 정확한 방사선 측정을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치{TEMPERATURE COMPENSATION APPARATUS OF PREAMPLIFIER FOR RADIATION MONITORING SYSTEM IN NUCLEAR POWER PLANTS}

본 발명은 원자력발전소 방사선 감시 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 검출기(Detector)의 내부온도 및 검출기와 전치증폭기(Preamplifier) 양단의 연결 신호케이블에 대한 온도 변화에 따른 출력특성의 변화를 보상하기 위한 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소 내 방사선 감시계통 시스템은 발전소의 종사자는 물론 일반대중의 방사건과 피폭을 가능한한 최소한으로 할 수 있도록 발전소내 특정 지역 및 방사선 물질을 함유하는 게통의 방사선 준위를 측정, 감시하기 위한 설비이다.

이러한 방사선 감시계통 시스템은 크게 방사선 검출기에 의한 신호발생 부분, 전치증폭기와 계수기에 의한 신호처리 부분, 주 전산기에 의한 주제어 부분으로 나눌 수 있다.

검출기(Detector)는 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하여 펄스형태로 출력하고, 전치증폭기는 검출기로부터 검출된 방사선 검출신호를 증폭 성형하여 다중채널분석기를 통해 핵종을 선별하여 펄스 형태의 신호로 계수기에 전달하면, 계수기는 그 양을 카운트하여 주제어부로 전송하도록 구성된다.

이러한 구성 중 검출기와 전치증폭기는 주변환경에 따라 출력 특성이 변화기 때문에 방사선 계수에 영향을 미치게 된다.

이러한 전치증폭기에 대한 기술이 도 1에 개시되어 있다.

도 1은 공개실용신안공보 20-2009-5002호(명칭:울진 원자력 3발전소 방사선 감시 시스템의 전치증폭기)에 개재된 종래의 방사선 감시시스템의 전치증폭기에 관한 회로도로, 도시된 바와 같이, 본 고안을 적용한 전치증폭기는 크게 고전압 공급과 신호분석 제어보드 두 개의 회로보드로 이루어져 있다. 고전압 공급보드는 방사선 검출기(1)에 동작 고전압(±50 - 1,500 VDC)을 공급하며 방사선 검출기 내에 삽입되어 있는 LED로부터 신호를 입력받아 온도보상 제어회로(14)를 이용하여 다시 방사선 검출기에 공급 고전압을 조정한다. 또한 방사선 검출기에서 출력된 방사선 검출신호는 증폭회로(6)에 의해 증폭 및 정형되어 PIN 커넥터(7)를 통과하여 신호분석 제어회로로 전달된다. 이때 증폭회로의 이득은 16이며 입력 임피던스는 9 kΩ 또는 50 Ω으로 선택할 수 있다.

신호분석 제어회로로 전달된 방사선 검출신호는 아날로그-디지털 변환기(8)에서 변환되어 중앙제어장치 회로(9)로 입력된다. 이 중앙제어장치 회로는 신호분석 제어보드 전체를 총괄 제어하며 8 bit의 고성능 RISC 마이크로프로세서를 기반으로 구성되어 있다. 상기 중앙제어장치 회로는 보드상단 우측에 꾸며진 조작키 및 상태 LED(10)에 의해 수동으로 쉽게 조정 값을 입력할 수 있으며 또 전체회로의 상태를 LED 색깔로 표시한다. 내부의 상태 LED는 모두 4개로, 자동운전 모드 시 점등하는 LED와 온도보상회로 이상 시 점등하는 LED, 전원 이상 시 점등하는 LED 및 고전압 공급회로 이상 시 점등하는 LED로 구성되어 있다. 이때 LED의 색깔이 녹색이면 각 회로의 상태가 ‘정상’을 의미하며, LED가 적색으로 표시될 경우 각 회로가 ‘이상’ 상태임을 의미한다. 외부의 상태LED(15)는 외함(19) 정면에 위치하여 자동운전 모드 시 색깔로 전치증폭기의 이상 유무를 지시하게 된다.

상기 중앙제어장치 회로는 단일채널분석회로(9)와 연결되어 조정이 가능하며, 단일채널분석회로에서 계수할 방사선 검출신호와 전기적 노이즈 그리고 주변 환경에 의한 잡음 등을 제거할 수 있다. 단일채널분석회로를 통과한 방사선 검출신호는 디지털 회로가 함께 프로그램 돼있는 CPLD회로(13)로 입력되어 PIN 커넥터를 통과하고 계수기(4)로 송출된다. 이 CPLD회로에 디지털 회로가 설계되어 있어 사용자의 기능변경 및 향상의 수정이 회로의 재설계 없이 용이하다. 또한 계수기에서 설정치 등의 명령신호를 전송받아 다시 PIN 커넥터를 통과하여 신호분석제어보드의 EEPROM(11)에 저장되고, 이 입력 값이 중앙제어장치 회로로 전달되어 수치가 제어될 수 있도록 구성되어 있다.

그러나, 방사선 감시 시스템에서 검출기(Detector)는 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하는 섬광체 검출기(Scintillator)와 섬광체 검출기로부터의 섬광을 증폭하여 펄스형태로 변환하는 광전자 증배관(Photo Multiplyer Tube)으로 구성된다. 이때 섬광체 검출기는 온도변화에 민감하여 온도변화에 따라 방사선에 대한 그 응답의 오차를 내포하고 있다.

또한 검출기와 전치증폭기의 신호를 전달하는 신호케이블 또한 주변 온도에 따른 신호 감쇄를 발생시킨다는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 방사선 검출기 내부의 온도변화에 따른 출력특성의 오차를 보상함과 동시에 검출기와 전치증폭기를 연결하는 신호 케이블의 온도변화에 따른 출력특성의 오차를 보상하는 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하여 펄스신호로 출력하는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 방사선 검출신호를 증폭 성형하여 출력하는 전치증폭기와, 상기 전치증폭기의 출력신호에서 핵종을 선별하여 펄스형태의 신호로 출력하는 다중채널분석기와 상기 다중채널분석기의 출력신호에서 방사선의 양을 카운터하여 주제어부를 포함하여 구성된 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치는, 상기 검출기 내부에 구비된 내부온도센서와, 상기 검출기의 신호를 상기 전치증폭기로 전달하는 케이블의 온도를 측정하도록 상기 검출기 외부에 구비된 외부온도센서와, 상기 검출기 내부에 구비되고 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하는 섬광체검출기와, 상기 검출기 내부에 구비되어 상기 섬광체검출기에서 발생된 섬광을 채집 및 증폭하여 펄스 형대의 신호로 출력하는 광전자증배관과, 상기 검출기 내부에 구비되어 상기 광전자증배관으로 광펄스를 조사하도록 구성되는 광펄스 조사 발광다이오드(LED)와, 상기 전치증폭기 내부에 구비되어 상기 내부온도센서로 상기 검출기 내부의 온도를 감지하는 검출기 내부온도검출기와, 상기 전치증폭기 내부에 구비되어 상기 외부온도센서로부터 상기 검출기와 상기 전치증폭기를 연결하는 신호 케이블의 온도를 측정하는 외부온도검출기와, 상기 전치증폭기에 구비되고 상기 광펄스 조사 발광다이오드가 광펄스를 발생하도록 LED 광펄스 발생용 펄스 전압을 출력하는 광펄스발생기와, 상기 전치증폭기에 구비되어 상기 광전자증배관의 출력 신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 광펄스를 선별 검출하는 LED 펄스검출기, 및 상기 LED 펄스검출기의 펄스량에 대응하여 상기 검출기에 고전압을 발생시키는 고전압제어부를 포함하고, 상기 내부 온도검출기 및 상기 외부 온도검출기에서 감지된 온도 변화량의 합에 따라 상기 광펄스발생기의 광펄스 발생용 펄스 전압이 증감되어 상기 광펄스 조사 발광다이오드(LED)에 공급되면 상기 광전자증배관으로 LED광펄스가 발생되고, 상기 LED 펄스검출기는 상기 광전자증배관에서 출력되는 LED광펄스를 선별검출하여 상기 고전압제어부로 전송하고, 상기 고전압제어부는 전송된 광펄스의 변화량에 따라 상기 광전자증배관의 감도를 조절하도록 동작시키도록 구성한다.

이러한 LED 펄스검출기는 상기 광전자증배관에서 출력되는 펄스신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 광펄스만을 선별검출하고, 선별검출된 광펄스는 이득이 조정되어 기준전압과 진폭 비교를 통해 전압신호 변화량을 상기 고전압 제어부로 전달하고, 상기 고전압제어부는 상기 전압신호 변화량의 증가 또는 감소에 따라 상기 광전자증배관의 감도를 감쇄 또는 증가시키도록 동작한다.

또한, LED 펄스검출기는 상기 광전자증배관에서 출력되는 펄스신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 LED 광펄스만을 선별검출하는 저역통과필터(LPF)와, 상기 저역통과필터에서 검출된 LED 광펄스를 이득증가시키는 LED 펄스증폭기, 및 상기 LED 펄스증폭기에서 증폭된 LED 광펄스를 펄스 기준전압과 비교되어 펄스 기준전압 대비 초과 또는 미달 분만큼의 전압 신호 변화량을 상기 고전압 제어부로 전송하는 진폭비교기를 포함하여 구성할 수 있다.

그리고, 고전압제어부는 상기 다중채널분석기로부터 입력된 LED펄스의 변화량을 계수하기 위한 기준신호와 상기 LED 펄스 검출기로부터 입력된 LED 펄스의 변화량을 가공하여 고전압 발생 제어신호를 생성하는 적분기와, 상기 적분기에서 생성된 제어신호의 이득을 조정하여 출력하는 비례 증폭기, 및 고전압 트랜스포머와 정전압 회로를 구비하고, 상기 비례 증폭기의 출력신호를 입력받아 상기 광전자증배관의 전계 생성을 위한 고전압을 출력하는 고전압 발생기를 포함하여 구성할 수 있다.

따라서, 본 발명의 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치에 의하면 검출기 내부의 온도 변화에 따른 오차를 보상하여 정확한 방사선량을 측정할 수 있다.

그리고, 따라서, 본 발명의 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치에 의하면 검출기 외부의 온도 변화 특히 검출기(Detector)와 전치증폭기(Preamplifier) 양단의 연결 신호 케이블에 대한 온도 변화에 따른 출력특성의 변화를 보상할 수 있기 때문에 정확한 방사량을 측정할 수 있다.

도 1은 종래의 방사선 감시계통 시스템의 구성도,
도 2는 도 1의 전치증폭기의 상세 구성도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방사선 감시 시스템의 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 검출기와 전치증폭기의 상세 구성도,
그리고
도 5는 도 4의 전치증폭기의 상세 구성도이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 및/또는 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전치증폭기의 온도보상 장치의 주요 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 검출기와 전치증폭기의 상세 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 전치증폭기의 온도보상 장치는 검출기(100)로부터 검출된 방사선 검출신호를 전치증폭기(200)에서 증폭 성형하여 다중채널분석기(300)를 통해 핵종을 선별하여 펄스 형태의 신호로 방사선 계수기(400)로 전달하도록 구성하고, 검출기(100)의 내부 온도와 검출기(Detector)와 전치증폭기(Preamplifier) 양단의 연결 신호 케이블에 대한 온도 변화에 따른 검출기 내부의 광전자증배관의 감도를 감쇄 또는 증가시켜 검출기 외부의 온도변화에 따른 오차를 보정하도록 동작한다.

검출기(100)는 입력되는 방사선에 반응하여 섬광을 발생시키고 선량을 광량으로 변환하여 펄스신호로 출력하도록 구성된다.

이를 위하여 검출기(100) 외부에서 입사된 방사선(Radiation)을 선량에서 광량으로 변화시켜 섬광을 발생시키는 섬광체 검출기(101)와, 후술하는 고전압제어부(210)에서 공급되는 고전압에 의하여 전계(Electric Field)를 형성하고 섬광체 검출기(101)로부터 발생된 섬광을 채집 및 증폭하여 펼스 형태의 신호로 전치증폭기(200)에 전달하는 광전자 증배관(102)을 포함하여 구성된다.

또한, 검출기(100)는 검출기(100) 내부의 온도를 감지하는 검출기 내부 온도센서(103) 및 온도변화에 따른 오차를 보정하기 위한 광 펄스를 조사하는 광펄스 조사 발광다이오드(104)를 더 구비한다.

이러한 검출기 내부 온도센서(103)와 광펄스 조사 발광다이오드(104)의 동작에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

전치증폭기(200)는 검출기(100)의 광전자 증배관(102)으로부터 검출된 방사선 검출신호를 증폭 성형하여 출력할 수 있도록 고전압 제어부(210), LED 펄스 검출기(220), 방사선 펄스 증폭기(230), 광펄스 발생기(240), 검출기 내부 온도검출기(250), 그리고 검출기 외부 온도검출기(260)를 포함하여 구성된다.

도 5의 전치증폭기의 상세 구성도를 참고하면, 검출기 내부 온도검출기(250)는 검출기(100) 내부에 구비된 검출기 내부온도센서(103)로부터 측정된 신호를 온도신호 증폭기(251)를 통해 이득을 증폭시키고, A/D컨버터(252)를 통해 온도신호를 디지털 값으로 변환하여 다중 채널 분석기(300)에 전달하도록 구성된다.

검출기 외부 온도검출기(260)는 검출기(100)와 전치증폭기(200) 양단의 연결 신호 케이블에 대한 온도 변화를 측정할 수 있도록 검출기(100) 외부에 구비된 검출기 외부온도센서(110)로부터 측정된 신호를 온도신호 증폭기(261)를 통해 이득을 증폭시키고, A/D컨버터(262)를 통해 온도신호를 디지털 값으로 변환하여 다중 채널 분석기(300)에 전달하도록 구성된다.

광펄스 발생기(240)는 정전압 드라이버(241), 전계 효과 트랜지스터(242), D/A컨버터(243) 및 펄스 신호 발생기(244)를 포함하여 구성하고, 검출기 내부 온도검출기(250)로부터 다중 채널 분석기(300)에 입력된 검출기 내부의 온도 변화량은 광펄스 발생기(240)에 구비된 D/A컨버터(243)를 통해 아날로그 형태의 신호로 변환되어 정전압 드라이버(241)에 공급되고, 정전압 드라이버(241)는 공급된 신호의 값에 따라 정전압을 생성시킨다.

펄스 신호 발생기(244)는 후술하는 다중 채널 분석기(300)의 제어에 의해 약 50㎲의 펄스를 생성하고, 이 펄스 신호에 따라 전계 효과 트랜지스터(242)를 스위칭하여 정전압 드라이버(241)로부터 공급된 정전압을 펄스 형태로 검출기(100) 내부에 구비된 광펄스 조사 발광다이오드(104)에 공급하여 광전자 증배관(102)에 조사하도록 동작한다.

LED 펄스 검출기(220)는 검출기(100)의 출력신호를 입력받아 광펄스를 분리하고 감쇄량에 해당하는 전압신호를 발생하도록 동작된다.

검출기(100)로부터 입력받은 신호는 방사선(Radiation)에 의한 신호와 검출기(100) 내부에 구비된 광펄스 조사 발광다이오드(104)의 출력에 의한 신호가 중첩되어 있다.

이에 따라, LED 펄스 검출기(220)는 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 구비한 LED 펄스 증폭기(221)를 통해 고주파인 LED 광펄스만을 필터링하고, 100배 이득으로 증폭시킨다.

증폭된 LED 광펄스 신호는 진폭 비교기(223)에서 펄스 기준전압(222)과 비교되어 펄스 기준전압(222) 대비 초과 또는 미달 분만큼의 전압 신호를 고전압 제어부(210)로 전달하여 검출기(100)로 공급되는 고전압을 증가 또는 감소시켜 오차를 보정하도록 동작된다.

이때의 펄스 기준전압은 25℃를 기준으로 6.2V로 정한다.

상술한 기준전압에 대해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

이를 위하여 고전압 제어부(210)는 고전압 발생기(211), 비례 증폭기(212) 및 적분기(213)를 포함하여 구성하고, 적분기(213)는 다중채널분석기(300)로부터 입력된 계수 제어 신호와 LED 펄스 검출기(220)로부터 입력된 LED 펄스의 변화량을 가공하여 고전압 발생 제어신호를 생성하고, 생성된 고전압 발생 제어신호는 비례 증폭기(212)를 통해 이득 조정되어 고전압 발생기(211)에 전달된다.

고전압 트랜스포머와 정전압 회로를 구비한 고전압 발생기(211)는, 비례 증폭기(212)로부터 입력받은 고전압 발생 제어신호에 따라 검출기(100) 내부에 구비된 광전자 증배관(102)의 전계 생성을 위한 고전압을 출력한다.

방사선 펄스 증폭기(230)는 LED 펄스 검출기(220)와 함께 검출기(100)로부터 출력된 광펄스 검출 신호를 입력받아, 이를 16배 이득으로 증폭하고 다중 채널 분석기(300)로 전달한다.

다중 채널 분석기(300)는 전달받은 검출신호를 핵종별로 분석하여 펄스 형태의 신호로 방사선 계수기(400)에 전달하여 방사선량을 계수 및 지시한다.

이하, 상술한 구성의 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치의 동작에 대하여 살펴본다.

본 발명은 검출기(100) 내부에 구비되며 섬광체 검출기(101)로부터 방사선 감지에 의한 섬광을 증폭하여 펄스 신호로 출력하는 광전자 증배관(102)은 특히 온도 변화에 민감하여 온도 변화에 따라 응답 감도가 변화되어 최종적으로 방사선 계수기(400)에 측정되어 지는 방사선량의 오류를 발생시키는 문제를 해결하고, 검출기(Detector)와 전치증폭기(Preamplifier) 양단의 신호 케이블(500)의 주위 온도 변화에 따른 전송 신호의 감쇄량이 변화되어 최종적으로 방사선 계수기(400)에 측정되어 지는 방사선량의 오류를 발생시키는 문제를 해결하기 위한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 먼저 검출기(100) 내부에 구비된 온도센서(103)로부터 검출기(100) 내부의 온도를 측정하고, 측정된 온도신호는 전치증폭기(200)에 구비된 검출기 내부 온도검출기(250)의 온도신호 증폭기(251)에서 이득을 증폭시키고, A/D컨버터(252)를 통해 온도신호를 디지털 값으로 변환한 후 다중 채널 분석기(300)로 전달한다.

이와 동시에 검출기(100)와 전치증폭기(200) 양단을 연결하는 신호케이블(500) 주위의 온도를 측정하고, 측정신호를 전치증폭기(200)에 구비된 외부 온도검출기(260)의 온도신호 증폭기(261)에서 이득을 증폭시키고, A/D컨버터(262)를 통해 온도신호를 디지털 값으로 변환한 후 다중 채널 분석기(300)로 전달한다.

이러한 내외부 온도검출기(250,260)의 온도 신호를 전달받은 다중 채널 분석기(300)는 검출기(100) 내부의 온도변화 및 신호케이블(500)의 온도변화에 따른 광펄스 발생기(240)를 구동하기 위한 광펄스 발생용 펄스 형태의 전압을 발생시킨다.

구체적으로 검출기 내부 온도검출기(250)와 외부 온도검출기(260)로부터 다중 채널 분석기(300)에 입력된 검출기 내부의 온도 변화량과 검출기 외부의 온도 변화량은 광펄스 발생기(240)에 구비된 D/A컨버터(243)를 통해 아날로그 형태의 신호로 변환되어 정전압 드라이버(241)에 공급되고, 정전압 드라이버(241)는 공급된 신호의 값에 따라 정전압을 생성시킨다.

이때, 펄스 신호 발생기(244)는 다중 채널 분석기(300)의 제어에 의해 약 50㎲의 펄스를 생성하고, 이 펄스 신호에 따라 전계 효과 트랜지스터(242)를 스위칭하여 정전압 드라이버(241)로부터 공급된 정전압을 펄스 형태로 검출기(100) 내부에 구비된 광펄스 조사 발광다이오드(104)에 공급되어 광전자 증배관(102)으로 광펄스를 발생시키도록 동작된다.

이후, 방사선에 의한 광량과 광펄스 조사 발광다이오드(104)에 의한 광량이 광전자 증배관(102)을 통해 증폭되어 LED 펄스 검출기(220)에 전달되면, 저역 통과 필터(Low Pass Filter)를 구비한 LED 펄스 증폭기(221)를 통해 고주파인 LED 광펄스만을 필터링하고, 100배 이득으로 증폭시킨 다음 진폭 비교기(223)에서 펄스 기준전압(222)과 비교되어 펄스 기준전압(222) 대비 초과 또는 미달 분만큼의 전압 신호를 고전압 제어부(210)로 전달한다.

상술한 기준전압에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.

고전압 제어부(210)로 피드백 되어진 광펄스 변화량은 적분기(213)에서 다중채널분석기(300)로부터 입력된 계수 제어 신호와 LED 펄스 검출기(220)로부터 입력된 LED 펄스의 변화량을 가공하여 고전압 발생 제어신호를 생성하고, 생성된 고전압 발생 제어신호는 비례 증폭기(212)를 통해 이득 조정되어 고전압 발생기(211)에 전달되면 고전압 발생기(211)는 입력받은 고전압 발생 제어신호에 따라 검출기(100) 내부에 구비된 광전자 증배관(102)의 전계 생성을 위한 고전압 출력을 변화시켜 광전자 증배관(102)의 감도를 조정함으로써 검출기 내외부 온도변화에 따른 광전자증배관(102)의 감도를 보상하도록 동작하는 것이다.

이러한 보상의 원리는 검출기(100) 내부의 광전자 증배관(102)은 온도 및 고전압입력에 따라 감도가 변화하는 데, 온도가 높아지면 광전자 증배관의 감도도 높아지고(이득 증가), 온도가 낮아지면 감도가 낮아져 이득이 감소하게 된다. 동일하게 광전자 증배관을 구동하기 위하여 공급되어지는 고전압에 대하여도 고전압의 크기에 비례하여 그 감도가 변화된다. 이를 기초에 두고 검출기 내부의 온도보상이 이뤄지게 되는 것이다.

또한, 검출기(Detector)와 전치증폭기(Preamplifier) 양단의 신호 케이블(500)은 온도에 따라 감도가 변화하는 데, 온도가 높아지면 신호케이블의 감도도 높아지고(이득 증가), 온도가 낮아지면 감도가 낮아져 이득이 감소하게 된다.

이러한 신호케이블은 온도에 따른 감쇠량의 변화가 심하여 미네랄 케이블(Mineral insulated Cable)을 사용하여 감쇄량을 줄이기도 한다.

그러나 미네랄 케이블은 가격이 매우 높아서, 본 발명에서는 값싸고 구하기 쉬운 동축 케이블을 신호케이블로 사용하되 그 온도 감쇠량을 보정해주는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

일반적으로 동축 케이블의 온도에 대한 감쇠량은 TFC 에서는 "0.18% / ℃"이고, UL444 에서는 "4% / 10℃"로 규정하고 있다.

이 값을 LED 펄스 검출기에서 사용하는 펄스 기준 전압으로 하는 것이다.

이러한 표준에 의해 외부 온도가 증가하면 신호 케이블의 감쇠량이 증가하고 검출기 외부 온도검출기를 통해 검출된 온도에 따라 상기 동축케이블의 온도에 따른 감쇠량에 비례하여 고전압 제어부를 통해 검출기로 입력되는 고전압을 높이고 높아진 고전압 입력으로 검출기의 이득이 증가하여 온도 상승으로 인하여 감쇄된 측정 신호분을 검출기 감도의 증가로 상쇄시키는 것이다.

다시 말하면 검출기(100) 내부의 온도증가는 검출기 내부 온도검출기(250)를 통한 출력을 증가시키고, 신호 케이블(500)의 온도증가는 검출기 외부 온도검출기(260)를 통한 출력을 증가시키고, 결국 내외부 온도검출기의 온도검출 출력의 증가는 다중채널분석기(300)를 통한 D/A 컨버터(243)의 출력을 증가시켜 LED 드라이버 내부의 정전압 드라이버(241)로 공급되어 전압 출력으로 변경되어 FET(242)를 통해 전압 펄스로 변화되어 진다.

이렇게 FET(242)를 통해 생성된 전압 펄스는 검출기(100) 내부의 광펄스 조사발광다이오드(104)에 공급되어 광 펄스를 발생시키고 발생된 광 펄스는 광전자 증배관(102)을 통해 증폭된 펄스 신호로 출력된다.

검출기(100)로부터 출력된 펄스 신호는 LED 펄스 검출기(220)로 입력되어 지고 LED 펄스증폭기(221)의 저역 통과 필터를 통해 방사선에 의한 펄스를 차단하고 LED에 의해 발생된 펄스만을 검출한다.

선별된 LED 펄스는 100배 이득이 조정되고 진폭비교기(223)에서 펄스 기준전압(222)과의 진폭 비교를 통해 그 초과량을 고전압 제어부(210)로 전달하고 고전압 제어부(210)는, 적분기(213)를 통해 정상적인 방사능 검출을 위한 고전압 발생 제어 신호에서 상기 초과량 만큼 감쇄시킨 제어 신호를 통해 고전압을 감소시키는 것이다.

고전압의 감소는 광전자 증배관(102)의 감도를 낮추고 이로 인해 LED에 의한 광펄스 검출값도 감소하여 기준전압에 안정되도록 동작한다.

이러한 고전압 감소는 온도 증가에 따라 증가된 광전자 증배관의 감도를 낮추고 방사능 감지에 의한 펄스 출력을 낮춰 결국 검출기 내외부 온도 변화에 따른 방사능 감지 오차를 보상하게 되는 것이다.

온도 감소에 대해서는 상기 내용의 반대로 적용된다.

이러한 검출방법에 대하여 표 1을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

고전압 입력(V)	증폭도(Gain)
500	100
650	1,000
900	10,000
1200	100,000

광전자 증배관의 고전압 입력에 따른 증폭도 변화를 보면 표 1과 같다.

이러한 비선형적 증폭을 500~1200V 구간을 선형적으로 적용하여 근사 증폭률을 구하면, 광전자 증배관의 증폭도(Gain)는 143으로 산출된다.

광전자 증배관의 이상적인 상태를 "고전압 입력 = 1,000V, 검출기 내부 온도 = 25℃" 라 정하고, 25℃를 측정한 온도검출기 값을 광펄스 발생기에 적용하여 검출기 내부에서 조사하면, 광전자 증배관을 통해 증폭되고, 또다시 LED 펄스 증폭기에 의해 100배 이득으로 증폭되어 측정된 값은 6.2V가 된다.

상기 인자들을 적용하여 보면, 검출기 내부 온도와 신호케이블의 온도가 올라가면 온도검출기의 검출 전압이 올라가고, 온도검출기의 검출 전압이 올라가면 광펄스 발생기의 입력이 증가되어 더 높은 진폭의 펄스 신호가 생성되고, 높아진 진폭의 펄스 신호에 의해 생성된 LED 광펄스는, 온도증가로 그 이득이 증가된 광전자 증배관을 통과하면서 증폭되고, 이를 검출한 LED 펄스 검출기에서 100배 증폭되어 펄스 기준 전압인 6.2V와 비교되어, 6.2V 초과분만큼 광전자 증배관의 증폭도를 낮추기 위해 입력되는 고전압을 감소시킨다.

다음 단계에서, 광펄스가 검출기에 조사되어도, 광전자 증배관을 구동하는 고전압이 낮아져 있으므로 광전자 증배관을 통해 증폭된 광펄스 신호를 분석해 보면 6.2V 부근에서 안정화되는 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상장치는 검출기의 감도를 조정하는 온도보상회로 및 알고리즘을 구비하여, 온도 변화에 따라 그 감도를 달리하는 검출기와 감쇄율이 변화하는 신호 케이블에 의한 방사능 측정 오차를 상쇄시키도록 하였다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대하여 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

100 : 검출기 101 : 섬광체 검출기
102 : 광전자 증배관 103 : 검출기 내부 온도센서
104 : 광펄스 조사 발광다이오드 110 : 검출기 외부 온도센서
200 : 전치증폭기 210 : 고전압제어부
211 : 고전압발생기 212 : 비례증폭기
213 : 적분기 220 : LED펄스 검출기
221 : LED펄스 증폭기 222 : 펄스 기준전압
223 : 진폭비교기 230 : 방사선 펄스 증폭기
240 : 광펄스발생기 250 : 검출기 내부 온도검출기
251 : 내부온도신호증폭기 260 : 검출기 외부 온도검출기
261 : 외부온도신호증폭기 300 : 다중채널 분석기
400 : 방사선 계수기 500 : 신호 케이블

Claims

방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하여 펄스신호로 출력하는 검출기와, 상기 검출기로부터 검출된 방사선 검출신호를 증폭 성형하여 출력하는 전치증폭기와, 상기 전치증폭기의 출력신호에서 핵종을 선별하여 펄스형태의 신호로 출력하는 다중채널분석기와 상기 다중채널분석기의 출력신호에서 방사선의 양을 카운터하는 방사선계수기를 포함하여 구성한 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치에 있어서,
상기 검출기 내부에 구비된 내부온도센서;
상기 검출기와 상기 전치증폭기의 연결 신호케이블의 온도를 측정하도록 상기 검출기 외부에 구비된 외부온도센서;
상기 검출기 내부에 구비되고 방사선에 반응하여 섬광을 발생시켜 선량을 광량으로 변환하는 섬광체검출기;
상기 검출기 내부에 구비되어 상기 섬광체검출기에서 발생된 섬광을 채집 및 증폭하여 펄스 형대의 신호로 출력하는 광전자증배관;
상기 검출기 내부에 구비되어 상기 광전자증배관으로 광펄스를 조사하도록 구성되는 광펄스 조사 발광다이오드(LED);
상기 전치증폭기 내부에 구비되어 상기 내부온도센서를 이용하여 상기 검출기 내부의 온도를 감지하는 검출기 내부온도검출기;
상기 전치증폭기 내부에 구비되어 상기 외부온도센서를 이용하여 상기 검출기와 상기 전치증폭기를 연결하는 신호 케이블의 온도를 측정하는 외부온도검출기;
상기 전치증폭기에 구비되고 상기 광펄스 조사 발광다이오드가 광펄스를 발생하도록 LED 광펄스 발생용 펄스 전압을 출력하는 광펄스발생기;
상기 전치증폭기에 구비되어 상기 광전자증배관의 출력 신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 광펄스를 선별 검출하는 LED 펄스검출기; 및
상기 LED 펄스검출기의 펄스량에 대응하여 상기 검출기에 고전압을 발생시키는 고전압제어부;
를 포함하고, 상기 내부 온도검출기 및 상기 외부 온도검출기에서 감지된 온도 변화량의 합에 따라 상기 광펄스발생기의 광펄스 발생용 펄스 전압이 증감되어 상기 광펄스 조사 발광다이오드(LED)에 공급되면 상기 광전자증배관으로 LED광펄스가 발생되고, 상기 LED 펄스검출기는 상기 광전자증배관에서 출력되는 LED광펄스를 선별검출하여 상기 고전압제어부로 전송하고, 상기 고전압제어부는 전송된 광펄스의 변화량에 따라 상기 광전자증배관의 감도를 조절하도록 동작하는 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치.
제 1항에 있어서,
상기 LED 펄스검출기는 상기 광전자증배관에서 출력되는 펄스신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 광펄스만을 선별검출하고, 선별검출된 광펄스는 이득이 조정되어 기준전압과 진폭 비교를 통해 전압신호 변화량을 상기 고전압 제어부로 전달하고, 상기 고전압제어부는 상기 전압신호 변화량의 증가 또는 감소에 따라 상기 광전자증배관의 감도를 감쇄 또는 증가시키도록 동작하는 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치.
제 2항에 있어서,
상기 LED 펄스검출기는
상기 광전자증배관에서 출력되는 펄스신호에서 상기 광펄스발생기에 의해 발생된 LED 광펄스만을 선별검출하는 저역통과필터(LPF);
상기 저역통과필터에서 검출된 LED 광펄스를 이득증가시키는 LED 펄스증폭기;및
상기 LED 펄스증폭기에서 증폭된 LED 광펄스를 펄스 기준전압과 비교되어 펄스 기준전압 대비 초과 또는 미달 분만큼의 전압 신호 변화량을 상기 고전압 제어부로 전송하는 진폭비교기;
를 포함하는 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치.
제 3항에 있어서,
상기 고전압제어부는
상기 다중채널분석기로부터 입력된 LED펄스의 변화량을 계수하기 위한 기준신호와 상기 LED 펄스 검출기로부터 입력된 LED 펄스의 변화량을 가공하여 고전압 발생 제어신호를 생성하는 적분기;
상기 적분기에서 생성된 제어신호의 이득을 조정하여 출력하는 비례 증폭기;및
고전압 트랜스포머와 정전압 회로를 구비하고, 상기 비례 증폭기의 출력신호를 입력받아 상기 광전자증배관의 전계 생성을 위한 고전압을 출력하는 고전압 발생기;
를 포함하는 원자력발전소 방사선 감시 시스템용 전치증폭기의 온도보상 장치.