KR101216495B1 - NEUTRON DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHOD fOR NUCLEAR FUSION REACTOR - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법은 붕산이 첨가된 폴리에틸렌으로 형성되며, 가운데 부분에 길이 방향으로 중공이 형성된 중성자 조준기; 상기 중성자 조준기의 길이 방향 일단에 부착되며, 주변에서 오는 잡음 방사선을 차단하는 방사선 차폐부; 상기 차폐부의 내부에 제공되며, 스틸벤 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기; 상기 중성자 조준기의 길이 방향을 따라 상기 중성자 검출기의 일단에 연결되며, 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 광증배관; 상기 광증배관을 둘러싸도록 형성되며, 자기장을 차단하는 자기장 차단부; 및 상기 광증배관을 통과한 중성자 신호를 처리하는 신호처리부;를 포함하여, 원하는 방향의 중성자만 실시간으로 계수할 수 있다.The neutron diagnosis apparatus and diagnostic method for a fusion reactor according to the present invention are formed of polyethylene with boric acid, a neutron collimator having a hollow in the longitudinal direction in the center thereof; A radiation shield attached to one end in a longitudinal direction of the neutron collimator and blocking noise radiation from the surroundings; A neutron detector provided inside the shield and formed of a stilbene organic scintillator; An optical multiplier connected to one end of the neutron detector along the longitudinal direction of the neutron collimator and amplifying the neutron signal detected by the neutron detector; A magnetic field blocking unit formed to surround the photomultiplier and blocking a magnetic field; And a signal processor for processing the neutron signal passing through the photomultiplier tube, and can count only the neutrons in a desired direction in real time.

Description

핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법 {NEUTRON DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHOD fOR NUCLEAR FUSION REACTOR}Neutron diagnostic device and method for fusion reactors {NEUTRON DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHOD fOR NUCLEAR FUSION REACTOR}

본 발명은 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잡음 방사선을 차단하고 원하는 방향의 중성자만을 분류할 수 있는 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fusion neutron diagnostic device and diagnostic method, and more particularly to a fusion neutron diagnostic device and diagnostic method that can block the noise radiation and classify only the neutrons in the desired direction.

핵융합로에서의 중성자 측정은 핵융합 성능 평가와 핵융합로 운전 제어에 중요한 정보를 제공할 수 있다. 핵융합은 수소, 헬륨 등 가벼운 원소가 충동하여 무거운 원소로 바뀌는 반응으로서 반응 과정에서 발생하는 질량 결손이 에너지로 전환된다. 핵융합로에서의 중성자는 다음과 같은 핵융합 반응으로 발생된다.Neutron measurements in fusion reactors can provide important information for fusion performance assessment and fusion reactor control. Nuclear fusion is a reaction in which light elements such as hydrogen and helium are replaced by heavy elements, and mass defects generated during the reaction are converted into energy. Neutrons in the fusion reactor are generated by the following fusion reactions.

DD 반응: d+d -> 3He + n Q=3.27 MeV -> En=2.45 MeVDD reaction: d + d-> 3 He + n Q = 3.27 MeV-> En = 2.45 MeV

DT 반응: d+t -> 4He + n Q=17.6MeV -> En=14.02 MeVDT reaction: d + t-> 4 He + n Q = 17.6MeV-> En = 14.02 MeV

상기에서 DD 반응은 중수소(Deuterium)끼리의 반응이고, DT반응은 중수소와 삼중수소(Tritium)의 반응이다.In the above DD reaction is a reaction between deuterium (Deuterium), DT reaction is a reaction of deuterium and tritium (Tritium).

핵융합 성능을 추정할 수 있는 플라즈마 성능 파라미터는 플라즈마 출력, 출력 밀도, 이온 온도, 이온의 에너지와 공간 분포 등이 있는데, 이는 핵융합 반응으로부터 발생된 중성자를 정밀하게 측정하여 얻어질 수 있다.  Plasma performance parameters for estimating fusion performance include plasma output, power density, ion temperature, energy and spatial distribution of ions, which can be obtained by precise measurement of neutrons generated from the fusion reaction.

중성자는 전하가 없어 자기장에 영향을 받지 않기 때문에 핵융합로 외부에서 검출할 수 있는 장점이 있고, 이를 검출하기 위한 다양한 중성자 진단 장치가 제안되거나 개발되고 있지만, 기존의 중성자 진단 장치는 감마선과 중성자가 혼합된 방사선 신호 중에서 중성자 신호만을 실시간으로 분리하여 검출하는데 기술적 한계를 가지고 있으며 아직까지 만족할만한 정밀도를 가진 중성자 진단 장치가 없는 실정이다. Since neutrons are not affected by magnetic fields because they do not have charges, they have the advantage of being detected externally by nuclear fusion, and various neutron diagnostic devices have been proposed or developed for detecting them. There is a technical limitation in detecting only the neutron signal in real time from the radiation signal, and there is no neutron diagnosis device with satisfactory precision.

또한, 종래기술은 중성자와 감마선을 효율적으로 구별하기 위해서 대형 검출기와 다양한 신호처리장치를 이용하기 때문에 중성자 진단 장치의 구성이 매우 복잡하고 설치가 용이하지 않으며 제작비용이 많이 드는 문제점이 있다.In addition, the prior art uses a large detector and various signal processing devices in order to effectively distinguish between neutrons and gamma rays, so that the configuration of the neutron diagnosis device is very complicated, not easy to install, and expensive to manufacture.

본 발명은 핵융합로에서 발생되는 방사선 중 잡음 방사선을 차단하고 원하는 방향의 중성자만 실시간으로 분리할 수 있는 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법을 제공한다.The present invention provides a neutron diagnostic device and diagnostic method for fusion reactors that can block the noise radiation of the radiation generated in the fusion reactor and can be separated in real time only neutrons of the desired direction.

본 발명은 검출 강도가 높고 응답속도가 빠르며 신뢰성이 높을 뿐만 아니라 구성이 간단하고 소형화가 가능한 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 그를 이용한 진단 방법을 제공한다.The present invention provides a neutron diagnostic apparatus for a fusion reactor and a diagnostic method using the same, which have high detection intensity, fast response speed, high reliability, simple configuration, and small size.

본 발명은 전하분포비율의 비교를 통해 용이하게 중성자와 잡음 방사선 또는 감마선을 구별할 수 있는 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법을 제공한다.The present invention provides a neutron diagnosis apparatus and diagnostic method for a fusion reactor that can easily distinguish between neutrons and noise radiation or gamma rays by comparing the charge distribution ratio.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치는, 붕산이 첨가된 폴리에틸렌으로 형성되며, 가운데 부분에 길이 방향으로 중공이 형성된 중성자 조준기; 상기 중성자 조준기의 길이 방향 일단에 부착되며, 주변에서 오는 잡음 방사선을 차단하는 방사선 차폐부; 상기 차폐부의 내부에 제공되며, 스틸벤 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기; 상기 중성자 조준기의 길이 방향을 따라 상기 중성자 검출기의 일단에 연결되며, 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 광증배관; 상기 광증배관을 둘러싸도록 형성되며, 자기장을 차단하는 자기장 차단부; 및 상기 광증배관을 통과한 중성자 신호를 처리하는 신호처리부;를 포함할 수 있다.A neutron diagnostic device for a fusion reactor according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is formed of polyethylene with boric acid, the neutron collimator formed in the center in the longitudinal direction; A radiation shield attached to one end in a longitudinal direction of the neutron collimator and blocking noise radiation from the surroundings; A neutron detector provided inside the shield and formed of a stilbene organic scintillator; An optical multiplier connected to one end of the neutron detector along the longitudinal direction of the neutron collimator and amplifying the neutron signal detected by the neutron detector; A magnetic field blocking unit formed to surround the photomultiplier and blocking a magnetic field; And a signal processor configured to process the neutron signal passing through the photomultiplier tube.

상기와 같이 구성함으로써, 높은 방사선장 하에서도 잡음 방사선 또는 감마선을 차단하여 원하는 방향의 중성자만 분류하여 실시간으로 계수하고 에너지를 정밀하게 측정할 수 있다.By constructing as described above, the noise radiation or gamma rays are blocked even under a high radiation field to classify only neutrons in a desired direction to count in real time and accurately measure energy.

상기 중성자 조준기는 원하는 방향의 중성자만 측정하도록 소정을 길이를 가지며 중성자 검출기의 전면에 형성될 수 있다.The neutron collimator may have a predetermined length to measure only neutrons in a desired direction and may be formed on the front side of the neutron detector.

상기 방사선 차폐부는, 상기 중성자 조준기의 길이 방향으로의 일단에 제공되며, 폴리에틸렌으로 형성되어 상기 중성자 조준기를 통해 유입된 중성자를 감속시키는 감속부; 상기 감속부에 의해 둘러싸도록 원통형상을 가지며, 카드뮴으로 형성된 열중성자 흡수부; 및 상기 열중성자 흡수부에 의해 둘러싸이도록 원통형상을 가지며, 납으로 형성된 감마 차폐부;를 포함할 수 있다.The radiation shielding portion is provided at one end in the longitudinal direction of the neutron collimator, and formed of polyethylene to reduce the neutron introduced through the neutron collimator; A thermal neutron absorbing portion having a cylindrical shape so as to be surrounded by the deceleration portion and formed of cadmium; And a gamma shield having a cylindrical shape to be surrounded by the thermal neutron absorbing part and formed of lead.

상기 자기장 차단부는 상기 광증배관이 자기장의 영향을 받는 것을 차단하도록 원통형상의 연철로 형성될 수 있다.The magnetic field blocking portion may be formed of a cylindrical soft iron to block the photomultiplier tube is affected by the magnetic field.

상기 중성자 조준기는 측면에서 접근하는 중성자를 차폐할 수 있다.The neutron collimator may shield the neutrons approaching from the side.

상기 신호처리부는, 상기 광증배관에서 증폭된 중성자 신호가 보내지는 신호증폭기 및 상기 신호증폭기에서 증폭된 중성자 신호를 전달 받아 중성자 신호의 파형 신호처리를 하는 파형신호분석기를 포함할 수 있다.The signal processor may include a signal amplifier for transmitting the neutron signal amplified by the optical amplifier and a waveform signal analyzer for processing the waveform signal of the neutron signal by receiving the neutron signal amplified by the signal amplifier.

상기 파형신호분석기로는 FADC가 이용되며, 전하분포비율을 비교하여 중성자와 감마선을 구별할 수 있다.FADC is used as the waveform signal analyzer, and the neutron and gamma ray can be distinguished by comparing the charge distribution ratio.

한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 진단 장치를 이용하여 중성자를 진단하는 방법에 있어서, (a) 상기 중성자 조준기로 접근하는 잡음 방사선 및 자기장을 차폐하는 단계; (b) 상기 중성자 조준기를 통과하여 상기 중성자 검출기에서 검출된 방사선 신호를 검출하는 단계; (c) 상기 검출된 방사선 신호를 증폭하는 단계; (d) 상기 증폭된 방사선 신호의 파형을 추출하는 단계; (e) 전하분포 비율을 비교하여 중성자와 감마선을 분리하는 단계; 및 (f) 분리된 중성자를 계수하고 중성자의 에너지를 분석하는 단계;를 포함하는 핵융합로용 중성자 진단 방법을 제공할 수 있다.On the other hand, according to another field of the invention, the present invention provides a method for diagnosing neutrons using the above diagnostic device, comprising the steps of: (a) shielding the noise radiation and magnetic field approaching the neutron sight; (b) detecting the radiation signal detected by the neutron detector through the neutron collimator; (c) amplifying the detected radiation signal; (d) extracting a waveform of the amplified radiation signal; (e) comparing the charge distribution ratio to separate neutrons and gamma rays; And (f) counting the separated neutrons and analyzing the energy of the neutrons.

상기 (e) 단계는, 상기 방사선 신호 파형에 대한 입력 펄스의 폭을 설정하는 단계; 상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계; 상기 입력 펄스의 테일(tail) 값을 결정하는 단계; 상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계; 상기 전체 면적에 대한 상기 테일 면적의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계; 및 중성자와 감마선을 구별하는 단계;를 포함할 수 있다.The step (e) may include setting a width of an input pulse with respect to the radiation signal waveform; Integrating an entire area of a pulse corresponding to the width of the input pulse; Determining a tail value of the input pulse; Integrating an area of an input pulse corresponding to the tail area; Classifying a type of radiation signal using the ratio of the tail area to the total area; And distinguishing neutrons from gamma rays.

상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계는 상기 입력 펄스의 최대 폭을 가지는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분할 수 있다.Integrating the entire area of the pulse corresponding to the width of the input pulse may integrate the area of the pulse for a time interval corresponding to the time having the maximum width of the input pulse and the end time of the input pulse.

상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계는 상기 테일 값에 해당하는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분할 수 있다.Integrating the area of the input pulse corresponding to the tail area may integrate the area of the pulse for a time interval corresponding to the tail value and an end time of the input pulse.

상기 전체 면적에 대한 상기 테일 면적의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계에서 상기 전체 면적 및 상기 테일 면적은 각 방사선 신호가 가지는 전하의 비율을 비교할 수 있다.In the step of distinguishing the type of the radiation signal by using the ratio of the tail area to the total area, the total area and the tail area may compare a ratio of charges of each radiation signal.

상기 (e) 단계는 상기 파형신호분석기에서 수행될 수 있다.Step (e) may be performed in the waveform signal analyzer.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법은 잡음 방사선은 차단하고 원하는 방향의 중성자만을 선택적으로 검출하여 실시간으로 계수할 수 있으며, 이를 이용하여 핵융합로의 플라즈마 성능 평가 및 운전 제어에 활용할 수 있다.As described above, the neutron diagnosis apparatus and diagnostic method for the fusion reactor according to the present invention can block the noise radiation and selectively detect only the neutrons in the desired direction and count them in real time. It can be used for driving control.

본 발명에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치는 중성자 신호를 구분하는 신호처리부의 구성을 단순화함으로써 장치의 제작 비용을 줄이고 소형화를 구현할 수 있다.The neutron diagnosis apparatus for fusion reactors according to the present invention can simplify the configuration of the signal processing unit for distinguishing neutron signals, thereby reducing the manufacturing cost of the device and realizing miniaturization.

본 발명에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치 및 진단 방법은 중성자의 검출 강도가 높고 응답속도가 빠르며 신뢰성을 높일 수 있다.The neutron diagnosis apparatus and diagnostic method for a fusion reactor according to the present invention can increase the detection intensity of neutrons, response speed and reliability.

본 발명에 따른 핵융합로용 중성자 진단 방법은 전하분포비율의 비교를 통해 중성자와 잡음 방사선 또는 감마선을 정확하고 용이하게 분리할 수 있다.The neutron diagnosis method for fusion reactors according to the present invention can accurately and easily separate neutrons and noise radiation or gamma rays through comparison of charge distribution ratios.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치를 도시한 일부 절개 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치의 중성자 조준기의 방향에 따른 차폐 효과를 도시한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 방법 중 전하분포비율비교법을 도시한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치를 이용하여 중성자와 감마선을 측정한 파형 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하분포비율비교법에 사용되는 펄스 면적 설정을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치 및 방법에 의해서 중성자와 감마선이 구별된 상태를 보여주는 그래프이다.1 is a partially cutaway perspective view showing a neutron diagnostic device for a fusion reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing a neutron diagnosis device for a fusion reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a neutron diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph illustrating a shielding effect according to a direction of a neutron collimator of a neutron diagnostic device according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a charge distribution ratio comparison method in a neutron diagnosis method according to an embodiment of the present invention.
6 is a waveform graph of measuring neutrons and gamma rays using a neutron diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining the pulse area setting used in the charge distribution ratio comparison method according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a state in which neutrons and gamma rays are distinguished by a neutron diagnosis apparatus and method according to an embodiment of the present invention.

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. Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to or limited by the embodiments. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치를 도시한 일부 절개 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 방법을 도시한 순서도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치의 중성자 조준기의 방향에 따른 차폐 효과를 도시한 그래프, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 방법 중 전하분포비율비교법을 도시한 순서도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치를 이용하여 중성자와 감마선을 측정한 파형 그래프, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하분포비율비교법에 사용되는 펄스 면적 설정을 설명하기 위한 도면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치 및 방법에 의해서 중성자와 감마선이 구별된 상태를 보여주는 그래프이다.1 is a partially cutaway perspective view of a fusion reactor neutron diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing a fusion reactor neutron diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 4 is a flow chart illustrating a neutron diagnosis method according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a graph showing the shielding effect according to the direction of the neutron collimator of the neutron diagnostic device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 is one of the present invention Figure 6 is a flow chart illustrating a charge distribution ratio comparison method of the neutron diagnosis method according to an embodiment, Figure 6 is a waveform graph measuring the neutron and gamma rays using the neutron diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 7 is a one of the present invention 8A and 8B illustrate a pulse area setting used in a charge distribution ratio comparison method according to an embodiment. Is a graph showing the gamma rays are distinguished state.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100)는 붕산이 첨가된 폴리에틸렌으로 형성되며 가운데 부분에 길이 방향으로 중공(112)이 형성된 중성자 조준기(110), 중성자 조준기(110)의 길이 방향 일단에 부착되며 주변에서 오는 잡음 방사선을 차단하는 방사선 차폐부(120,130,140), 상기 방사선 차폐부의 내부에 제공되며 스틸벤(stilbene) 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기(150), 중성자 조준기(110)의 길이 방향을 따라 중성자 검출기(150)의 일단에 연결되며 중성자 검출기(150)에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 광증배관(160), 광증배관(160)을 둘러싸도록 형성되며 자기장을 차단하는 자기장 차단부(170) 및 광증배관(160)을 통과한 중성자 신호를 처리하는 신호처리부를 포함할 수 있다.1 and 2, the neutron diagnostic device for fusion reactor 100 according to an embodiment of the present invention is formed of polyethylene with boric acid and the neutron collimator having a hollow 112 in the longitudinal direction in the center portion ( 110, a radiation shield (120, 130, 140) attached to one end in the longitudinal direction of the neutron collimator (110), the neutron detector provided inside the radiation shield and formed of stilbene organic scintillator ( 150, the photomultiplier tube 160 and the photomultiplier tube 160 connected to one end of the neutron detector 150 along the longitudinal direction of the neutron collimator 110 to amplify the neutron signal detected by the neutron detector 150. It may include a magnetic field blocking unit 170 for blocking the magnetic field and a signal processing unit for processing the neutron signal passing through the photomultiplier tube 160.

상기와 같이 구성함으로써, 높은 방사선장 하에서도 잡음 방사선 또는 감마선을 차단하여 원하는 방향의 중성자만 분류하여 실시간으로 계수하고 에너지를 정밀하게 측정할 수 있다.By constructing as described above, the noise radiation or gamma rays are blocked even under a high radiation field to classify only neutrons in a desired direction to count in real time and accurately measure energy.

중성자 조준기(110, collimator)는 원하는 방향의 중성자만 측정하도록 소정을 길이를 가지며 중성자 검출기(100)의 전면에 형성될 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 중성자 조준기(110)는 중성자 검출기(150)의 전면에 설치되어 있다. 중성자 조준기(110)의 가운데 내부에는 그 길이 방향을 따라 중공(112)이 형성되어 있는데, 중공(110)을 통해서 검출하고자 하는 원하는 방향을 가진 중성자가 통과할 수 있다.The neutron collimator 110 may have a predetermined length to measure only neutrons in a desired direction and may be formed on the front surface of the neutron detector 100. As shown in FIGS. 1 and 2, the neutron collimator 110 is installed in front of the neutron detector 150. A hollow 112 is formed in the center of the neutron collimator 110 along its longitudinal direction, and a neutron having a desired direction to be detected may pass through the hollow 110.

본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 조준기(110)는 중공(112)의 길이 방향을 따라 중성자 조준기(110)의 전방에서 오는 중성자만 선택적으로 검출할 수 있다. 반면에 중공(112)의 길이 방향과 교차하는 방향 즉, 중성자 조준기(110)의 측면 방향에서 접근하는 중성자는 차단 또는 차폐할 수 있다. The neutron collimator 110 according to an embodiment of the present invention may selectively detect only neutrons coming from the front of the neutron collimator 110 along the longitudinal direction of the hollow 112. On the other hand, the neutrons approaching in the direction crossing the longitudinal direction of the hollow 112, that is, the lateral direction of the neutron collimator 110 may block or shield.

도 4에는 중성자 조준기(110)에 접근하는 중성자의 방향성에 따라 차폐되는 정도를 보여주는 그래프가 도시되어 있다. 도 4의 (a)는 중성자 조준기(110)의 전면 즉, 중성자 조준기(110)의 중공(112)을 통해 들어오는 2.5 MeV의 중성자에 대한 수율을 나타내고, 도 4의 (b)는 중성자 조준기(110)의 측면 방향으로 들어오는 2.5 MeV의 중성자에 대한 수율을 나타낸 그래프이다. 양자를 비교하면 도 4의 (a)의 경우에는 수율이 대략 30~100 정도가 되지만 도 4의 (b)의 경우에는 수율이 대략 1 정도임을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 중성자 조준기(110)는 원하는 방향(전면)의 중성자를 제외한 측면 등의 다른 방향에서 입사하는 중성자에 대하여 1/100 정도 차폐함을 알 수 있다.4 is a graph showing the degree of shielding according to the direction of the neutron to approach the neutron collimator 110. 4 (a) shows the yield for 2.5 MeV neutrons coming from the front of the neutron collimator 110, ie, through the hollow 112 of the neutron collimator 110, and (b) of FIG. 4 (b) shows the neutron collimator 110 The yield for the 2.5 MeV neutrons coming in the lateral direction of the). Comparing them, in the case of FIG. 4A, the yield is about 30 to 100, but in the case of FIG. 4B, the yield is about 1. That is, it can be seen that the neutron collimator 110 according to the present invention shields about 1/100 of neutrons incident from other directions such as the side surface except the neutrons in the desired direction (front side).

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 진단 장치(100)의 중성자 조준기(110)는 중성자 검출기(150)의 전면에 설치되어 방향의 정확도를 가진다. 이로 인해, 중성자 조준기(110)는 원하는 방향 즉, 전면 방향에서 오는 중성자만 선택적으로 검출할 수 있고, 원하지 않는 다른 방향 또는 측면에서 접근하는 중성자를 차폐하거나 차단할 수 있다.Therefore, the neutron collimator 110 of the neutron diagnostic device 100 according to an embodiment of the present invention is installed on the front surface of the neutron detector 150 and has an accuracy of direction. As a result, the neutron collimator 110 may selectively detect only neutrons coming from a desired direction, that is, a front direction, and may shield or block neutrons approaching from other directions or sides that are not desired.

중성자 조준기(110)는 원하는 방향의 고속 중성자만 선택적으로 검출하기 위해서 붕산이 함유된 폴리에틸렌으로 형성될 수 있다. The neutron collimator 110 may be formed of polyethylene containing boric acid to selectively detect only high-speed neutrons in a desired direction.

중성자 조준기(110)의 길이 방향 일단 또는 후단에는 방사선 차폐부(120,130,140)가 형성될 수 있다. 방사선 차폐부는 중성자 조준기(110)의 길이 방향으로의 일단 또는 중성자 조준기(110)의 후단에 제공되며 폴리에틸렌으로 형성되어 중성자 조준기(110)를 통해 유입된 중성자를 감속시키는 감속부(120), 감속부(120)에 의해 둘러싸도록 원통 형상을 가지며 카드뮴(Cd)으로 형성된 열중성자 흡수부(130) 및 열중성자 흡수부(130)에 의해 둘러싸이도록 원통형상을 가지며 납(lead)으로 형성된 감마 차폐부(140)를 포함할 수 있다.Radiation shields 120, 130, and 140 may be formed at one end or the rear end of the neutron collimator 110 in the longitudinal direction. The radiation shield is provided at one end in the longitudinal direction of the neutron collimator 110 or at the rear end of the neutron collimator 110 and formed of polyethylene to reduce the neutron introduced through the neutron collimator 110 and the deceleration portion 120. A gamma shield having a cylindrical shape to be surrounded by 120 and having a cylindrical shape to be surrounded by the thermal neutron absorbing part 130 and a thermal neutron absorbing part 130 formed of cadmium (Cd) (lead) ( 140).

여기서, 감속부(120)는 방사선 차폐부 중에서 가장 외곽에 위치하며, 중성자 검출기(150)에서 보다 높은 효율로 중성자가 검출될 수 있도록 높은 에너지를 가지는 고속의 중성자를 낮은 에너지를 가지는 중성자로 감속시키는 부분이다. Here, the deceleration unit 120 is located at the outermost portion of the radiation shield, and decelerates a high speed neutron having a high energy into a neutron having a low energy so that the neutron can be detected at a higher efficiency in the neutron detector 150. Part.

열중성자 흡수부(130)는 카드뮴으로 형성되며 열중성자를 흡수하여, 감속부(120)와 함께 주위의 잡음 방사선이 중성자 검출기(150)에 입사되는 것을 차단할 수 있다. 열중성자 흡수부(130)의 내부에 위치하며 납으로 형성된 감마 차폐부(140)는 중성자와 함께 발생하는 감마선이 중성자 검출기(150)로 입사되는 것을 방지할 수 있다. The thermal neutron absorbing part 130 may be formed of cadmium and absorb the thermal neutrons to block the noise radiation around the neutron detector 150 along with the deceleration part 120. The gamma shield 140, which is positioned inside the thermal neutron absorbing part 130 and formed of lead, may prevent the gamma rays generated together with the neutrons from entering the neutron detector 150.

이와 같이 방사선 차폐부는 내부에서부터 감마 차폐부(140), 열중성자 흡수부(130) 및 감속부(120)의 순서로 중성자 검출기(150)를 감싸는 구조를 가지기 때문에, 잡음 방사선이 중성자 검출기(150)에 검출되거나 영향을 주는 것을 최소화할 수 있다.Since the radiation shield has a structure surrounding the neutron detector 150 in the order of the gamma shield 140, the thermal neutron absorbing unit 130, and the deceleration unit 120 from the inside, the noise radiation is the neutron detector 150. Can be minimized.

한편, 감마 차폐부(140)의 내부에는 스틸벤 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기(150)가 제공될 수 있다. 중성자 검출기(150)는 중성자 조준기(110)를 통해 입사한 원하는 방향의 중성자 신호를 검출하는 부분이다. 스틸벤 유기섬광체를 이용하여 중성자 검출기(150)를 형성함으로써, 백그라운드로 작용하는 감마선을 구별하여 중성자만 측정할 수 있다. 즉, 감마선은 일차적으로 감마 차폐부(140)에 의해서 차단되지만, 감차 차폐부(140)에서 완전하게 차단되지 않은 감마선은 스틸벤 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기(150)에 의해서 분리 측정될 수도 있다.Meanwhile, the neutron detector 150 formed of a stilbene organic scintillator may be provided inside the gamma shield 140. The neutron detector 150 detects the neutron signal in the desired direction incident through the neutron collimator 110. By forming the neutron detector 150 using a stilbene organic scintillator, only neutrons can be measured by distinguishing gamma rays acting in the background. That is, although gamma rays are primarily blocked by the gamma shield 140, the gamma rays not completely blocked by the gamma shield 140 may be separately measured by the neutron detector 150 formed of stilbene organic scintillator.

중성자 검출기(150)의 일단에는 광증배관(160)이 연결되는데, 광증배관(160)은 중성자 검출기(150)에서 발생된 중성자 신호를 증폭하는 부분이다. 광증배관(160)의 외면을 연철로 형성된 자기장 차단부(170)에 의해서 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 여기서, 연철(鍊鐵)로 형성된 자기장 차단부(170)는 광증배관(160) 또는 중성자 검출기(150)가 자기장의 영향을 받는 것을 방지하거나 최소화할 수 있다.The photomultiplier tube 160 is connected to one end of the neutron detector 150, and the photomultiplier tube 160 is an amplifying portion of the neutron signal generated by the neutron detector 150. The outer surface of the photomultiplier tube 160 may be formed to be surrounded by the magnetic field blocking unit 170 formed of soft iron. Here, the magnetic field blocking unit 170 formed of soft iron may prevent or minimize the photomultiplier tube 160 or the neutron detector 150 from being affected by the magnetic field.

광증배관(160)에 연결되어 광증배관(160)을 통과한 중성자 신호를 처리하는 신호처리부는 광증배관(160)에서 증폭된 중성자 신호가 보내지는 신호증폭기(180) 및 신호증폭기(180)에서 증폭된 중성자 신호를 전달 받아 중성자 신호의 파형 신호처리를 하는 파형신호분석기(190)를 포함할 수 있다.The signal processing unit connected to the optical amplifier 160 to process the neutron signal passing through the optical amplifier 160 is amplified by the signal amplifier 180 and the signal amplifier 180 to which the neutron signal amplified by the optical amplifier 160 is sent. It may include a waveform signal analyzer 190 for receiving the received neutron signal to perform a waveform signal processing of the neutron signal.

광증배관(160)에서 증폭된 중성자 신호는 신호증폭기(180)에 의해서 한 번 증폭될 수 있다. 이와 같이 증폭된 중성자 신호는 파형신호분석기(190)에 의해서 파형 신호처리되어 중성자와 감마선이 서로 분리될 수 있다.The neutron signal amplified by the optical tube 160 may be amplified once by the signal amplifier 180. The neutron signal amplified as described above may be waveform signal processed by the waveform signal analyzer 190 to separate the neutron and gamma rays from each other.

여기서, 파형신호분석기(190)로는 FADC(Flash Analog to Digital Converter)가 이용되며, 전하분포비율을 비교하여 중성자와 감마선을 구별할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100)는 신호분석방법으로 전하분포비율비교법을 이용하여 중성자와 감마선을 구별할 수 있는데, 전하분포비율비교는 파형신호분석기 내지 FADC(190)에 의해서 쉽게 구현될 수 있다.Here, the waveform signal analyzer 190 uses a flash analog to digital converter (FADC), and the neutron and gamma ray can be distinguished by comparing the charge distribution ratio. That is, the fusion reactor neutron diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may distinguish neutrons and gamma rays by using a charge distribution ratio comparison method as a signal analysis method, and the charge distribution ratio comparison is performed by using a waveform signal analyzer to FADC. It can be easily implemented by 190.

파형신호분석기 내지 FADC(190)에 의해서 파형 신호처리가 된 파형 신호는 컴퓨터(PC)로 보내 지고, 컴퓨터(PC)에 의해서 실시간으로 중성자와 감마선이 분리 계수되고 에너지를 분석될 수 있다.The waveform signal processed by the waveform signal analyzer to the FADC 190 may be sent to a computer PC, and the neutron and gamma rays may be separated and counted in real time by the computer PC, and the energy may be analyzed.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100)를 이용한 중성자 진단 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, a neutron diagnosis method using a fusion reactor neutron diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 방법은, 상기한 진단 장치(100)를 이용하여 중성자를 진단하는 방법에 있어서, (a) 중성자 조준기(110)로 접근하는 잡음 방사선 및 자기장을 차폐하는 단계(1110), (b) 중성자 조준기(110)를 통과하여 중성자 검출기(150)에서 검출된 방사선 신호를 검출하는 단계(1120), (c) 검출된 방사선 신호를 증폭하는 단계(1200), (d) 증폭된 방사선 신호의 파형을 추출하는 단계(1300), (e) 전하분포 비율을 비교하여 중성자와 감마선을 분리하는 단계(1400) 및 (f) 분리된 중성자를 계수하고 중성자의 에너지를 분석하는 단계(1500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, in the method for diagnosing neutrons using a fusion reactor according to an embodiment of the present invention, in the method of diagnosing neutrons using the diagnosis apparatus 100, (a) the neutron collimator 110 is approached. Shielding the noisy radiation and magnetic field (1110), (b) passing the neutron collimator 110 to detect the radiation signal detected by the neutron detector 150 (1120), (c) detecting the detected radiation signal Amplifying (1200), (d) extracting the waveform of the amplified radiation signal (1300), (e) comparing the charge distribution ratio, separating the neutrons and gamma rays (1400), and (f) the separated neutrons. Counting and analyzing the energy of the neutrons (1500).

여기서, 중성자 조준기(110)로 접근 또는 입사하는 잡음 방사선 및 자기장을 차폐하는 단계(1110)는 방사선 차폐부(120,130,140) 및 자기장 차단부(170)에 의해서 각각 잡음 방사선 및 자기장을 차단할 수 있다.Here, in operation 1110 for shielding the noise radiation and the magnetic field approaching or incident to the neutron collimator 110, the radiation radiation unit 120, 130, 140 and the magnetic field blocking unit 170 may block the noise radiation and the magnetic field, respectively.

중성자 조준기(110)를 통과하여 중성자 검출기(150)에서 방사선 신호 또는 중성자 신호를 검출하는 단계(1120)와 중성자 조준기(110)로 접근하는 잡음 방사선 및 자기장을 차폐하는 단계(1110)는 반드시 서로 시간적인 선후 관계를 가지며 수행되는 것은 아니다.The step 1120 of detecting the radiation signal or the neutron signal at the neutron detector 150 through the neutron collimator 110 and shielding the noise radiation and the magnetic field approaching the neutron collimator 110 must be timed with each other. It does not have to be performed in a formal relationship.

검출된 방사선 신호 또는 중성자 신호를 증폭하는 단계(1200)는 광증배관(160) 및 신호증폭기(180)에 의해서 수행될 수 있다.The step 1200 of amplifying the detected radiation signal or neutron signal may be performed by the optical amplifier 160 and the signal amplifier 180.

증폭된 방사선 신호 또는 중성자 신호의 파형을 추출하는 단계(1300) 또는 전하분포 비율을 비교하여 중성자와 감마선을 분리하는 단계(1400)는 파형신호분석기 내지 FADC(190)에서 수행될 수 있다. Extracting the waveform of the amplified radiation signal or neutron signal (1300) or comparing the charge distribution ratio (1400) to separate the neutron and gamma rays may be performed in the waveform signal analyzer to FADC (190).

전하분포 비율을 비교하여 중성자와 감마선을 분리하는 단계(1400)가 파형신호분석기 내지 FADC(190)에서 수행될 경우에, 도 5에 도시된 바와 같이, (e) 단계(1400)는 방사선 신호 파형에 대한 입력 펄스의 폭을 설정하는 단계(1410), 상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계(1420), 상기 입력 펄스의 테일(tail) 값을 결정하는 단계(1430), 상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계(1440), 상기 전체 면적에 대한 상기 테일 면적의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계(1450) 및 중성자와 감마선을 구별하는 단계(1460)를 포함할 수 있다.When the step 1400 of separating the neutrons and gamma rays by comparing the charge distribution ratio is performed in the waveform signal analyzer to the FADC 190, as shown in FIG. 5, step (e) 1400 is a radiation signal waveform. Setting a width of an input pulse for the step 1410, integrating the total area of the pulse corresponding to the width of the input pulse 1420, and determining a tail value of the input pulse 1430. Integrating the area of the input pulse corresponding to the tail area (1440), classifying a type of radiation signal using the ratio of the tail area to the total area (1450), and distinguishing neutrons and gamma rays Step 1460 may be included.

여기서 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100)에서 얻어진 방사선 신호 파형이 도시되어 있는데, 중성자(n)와 감마(γ)로부터 만들어지는 펄스(pulse)의 파형이 다름을 알 수 있다. 도 6의 그래프에서 가로축은 시간을 나타내고 세로축은 중성자 및 감마 펄스의 진폭(height)를 나타낸다. 여기서, t0, td, tf 는 각각 파형의 최대값 시간, 파형 지연시간, 그리고 파형 끝 시간을 나타낸다.6, the radiation signal waveform obtained from the fusion reactor neutron diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is shown, the pulse (pulse) made from the neutron (n) and gamma (γ) You can see that the waveform is different. In the graph of FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the amplitude of neutron and gamma pulses. Where t 0 , t d , and t f represent the maximum value time, waveform delay time, and waveform end time of the waveform, respectively.

본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100)의 파형신호분석기 내지 FADC(190)는 전하분포비율비교법을 이용하여 중성자와 감마를 구별할 수 있다. 전하분포비율비교법은 t0를 기준으로 한 서로 다른 시간 간격 td, tf까지의 적분값(즉, 펄스 아래의 면적)을 이용한 전하(Q, dQ)를 비교하여 얻어진다. 즉 구하는 전하는 다음의 [수학식 1]과 같다.The waveform signal analyzer to FADC 190 of the fusion reactor neutron diagnosis apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may distinguish between neutrons and gamma by using a charge distribution ratio comparison method. The charge distribution ratio comparison method is obtained by comparing charges Q and dQ using integral values (that is, area under a pulse) up to different time intervals t d and t f based on t 0 . In other words, the charge to be obtained is shown in Equation 1 below.

Figure 112011032347386-pat00001
Figure 112011032347386-pat00001

중성자 펄스가 매우 느린 구성을 가지고 있기 때문에, 펄스 진폭에 상관없이 dQ/Q의 비율을 이용하여 중성자와 감마의 이벤트를 구별할 수 있다.Because neutron pulses have a very slow configuration, the ratio of dQ / Q can be used to distinguish between neutron and gamma events, regardless of pulse amplitude.

상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계(1420)는 상기 입력 펄스의 최대 폭을 가지는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분할 수 있다. 즉, 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계(1420)는 입력 펄스의 전하를 비교하기 위해서 특정 구간 사이에서 입력 펄스의 전하를 구하는 단계이다. 이를 위해서, 펄스의 전체 면적을 적분하여 [수학식 1]의 전하(Q)를 구하게 되는데, 이 때 적분구간은 입력 펄스의 최대 폭을 가지는 시간 즉, 파형의 최대값 시간(t0)과 파형 끝 시간(tf) 사이이다. 입력 펄스의 최대 면적으로부터 얻어지는 전하(Q)는 도 6에서 파형의 최대값 시간(t0)과 파형 끝 시간(tf) 사이의 면적, 또는 도 7의 (a)와 같이 입력 펄스 아래의 전체 면적으로부터 구할 수 있다.Integrating the total area of the pulse corresponding to the width of the input pulse 1420 may integrate the area of the pulse for a time interval corresponding to a time having the maximum width of the input pulse and an end time of the input pulse. Can be. That is, integrating the total area of the pulse corresponding to the width of the input pulse 1420 is a step of obtaining the charge of the input pulse between specific intervals in order to compare the charge of the input pulse. To this end, the total area of the pulse is integrated to obtain the charge Q of [Equation 1], where the integral section is the time having the maximum width of the input pulse, that is, the maximum value time of the waveform (t 0 ) and the waveform. Between end times t f . The charge Q obtained from the maximum area of the input pulse is the area between the maximum value time t 0 and the waveform end time t f of the waveform in FIG. 6, or the total under the input pulse as shown in FIG. It can obtain | require from area.

한편, 상기 입력 펄스의 테일(tail) 값을 결정하는 단계(1430)에서 테일 값은 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 파형의 최대값을 가지는 시간에서부터 소정 시간 만큼 지연된 시간값을 테일 값으로 결정할 수 있으며, 도 6의 경우에 테일 값은 파형 지연시간(td)이라 할 수 있다.Meanwhile, in step 1430, the tail value of the input pulse is determined by a tail value of a tail value delayed by a predetermined time from the time having the maximum value of the waveform as shown in FIG. In the case of FIG. 6, the tail value may be referred to as a waveform delay time t d .

상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계(1440)는 상기 테일 값에 해당하는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분할 수 있다. 여기서, 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계(1440)는 [수학식 1]의 전하(dQ)를 구하는 단계이다. 전하(dQ)는 테일 값에 해당하는 파형 지연시간(td)과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 파형 끝 시간(tf) 사이의 면적, 또는 도 7의 (b)와 같이 입력 펄스 아래의 전체 면적으로부터 구할 수 있다. 여기서, [수학식 1]의 dQ와 도 7(b)의 ΔQ는 동일한 것이다.Integrating the area of the input pulse corresponding to the tail area 1440 may integrate the area of the pulse for a time interval corresponding to the tail value and a time interval corresponding to an end time of the input pulse. Here, the step 1440 of integrating the area of the input pulse corresponding to the tail area is a step of obtaining the charge dQ of Equation (1). The charge dQ is the area between the waveform delay time t d corresponding to the tail value and the waveform end time t f corresponding to the end time of the input pulse, or below the input pulse as shown in FIG. It can be obtained from the total area of. Here, dQ in [Equation 1] and [Delta] Q in Fig. 7B are the same.

상기 전체 면적(Q)에 대한 상기 테일 면적(dQ)의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계(1450)에서 상기 전체 면적(Q) 및 상기 테일 면적(dQ)은 각 방사선 신호가 가지는 전하의 비율을 비교할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 중성자와 감마로부터 만들어지는 펄스의 파형이 다르기 때문에 전하 비율(dQ/Q)도 다르게 될 것이고, 이로부터 중성자와 감마를 구별해 낼 수 있다.In operation 1450, when the type of the radiation signal is distinguished using the ratio of the tail area dQ to the total area Q, the total area Q and the tail area dQ have the respective radiation signals. The ratio of charges can be compared. As shown in FIG. 6, since the waveforms of pulses generated from neutrons and gamma are different, the charge ratio (dQ / Q) will also be different, from which neutrons and gamma can be distinguished.

도 8에는 본 발명의 일 실시예에 따른 핵융합로용 중성자 진단 장치(100) 및 전하분포비율비교를 이용한 진단 방법을 통해서 얻어진 중성자와 감마를 구별한 감도 그래프이다. 도 8을 참조하면, 중성자 신호의 전하 비율(dQ/Q)이 감마 신호의 전하 비율(dQ/Q) 보다 크게 나타나고, 이러한 차이로부터 감마 신호와 중성자 신호를 구별할 수 있고, 원하는 방향의 중성자만 분리하여 계수할 수 있다. 최종적으로는 중성자 분리계수 또는 에너지 분석 데이터를 가지고 핵융합로의 플라즈마 성능 평가 및 운전 제어에 활용할 수 있다.
8 is a sensitivity graph distinguishing neutrons and gamma obtained through a fusion reactor neutron diagnosis apparatus 100 and a diagnostic method using a charge distribution ratio comparison according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the charge ratio (dQ / Q) of the neutron signal is greater than the charge ratio (dQ / Q) of the gamma signal, and from this difference, the gamma signal and the neutron signal can be distinguished, and only the neutron in the desired direction Can be counted separately. Finally, the neutron separation coefficient or energy analysis data can be used to evaluate plasma performance and control operation of the fusion reactor.

이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 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 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .

100: 핵융합로용 중성자 진단 장치 110: 중성자 조준기
120: 감속부 130: 열중성자 흡수부
140: 감마 차폐부 150: 중성자 검출기
160: 광증배관 180: 신호증폭기
190: FADC100: neutron diagnostic device for fusion reactor 110: neutron collimator
120: reduction unit 130: thermal neutron absorbing unit
140: gamma shield 150: neutron detector
160: optical amplifier 180: signal amplifier
190: FADC

Claims (13)

붕산이 첨가된 폴리에틸렌으로 형성되며, 가운데 부분에 길이 방향으로 중공이 형성된 중성자 조준기;
상기 중성자 조준기의 길이 방향 일단에 부착되며, 주변에서 오는 잡음 방사선을 차단하는 방사선 차폐부;
상기 차폐부의 내부에 제공되며, 스틸벤 유기섬광체로 형성된 중성자 검출기;
상기 중성자 조준기의 길이 방향을 따라 상기 중성자 검출기의 일단에 연결되며, 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 광증배관;
상기 광증배관의 외면을 둘러싸도록 형성되며, 자기장을 차단하는 자기장 차단부; 및
상기 광증배관을 통과한 중성자 신호만을 처리하는 신호처리부;를 포함하며,
상기 방사선 차폐부는,
상기 중성자 검출기가 내부에 제공되도록 원통형상을 가지며, 납으로 형성된 감마 차폐부;
상기 감마 차폐부의 외면을 둘러싸도록 원통형상을 가지며, 카드뮴으로 형성된 열중성자 흡수부; 및
상기 중성자 조준기의 길이 방향으로의 일단에 제공되되 상기 열중성자 흡수부의 외면을 둘러싸며, 폴리에틸렌으로 형성되어 상기 중성자 조준기를 통해 유입된 중성자를 감속시키는 감속부;를 포함하고,
상기 감마 차폐부는 상기 중성자 검출기의 원주방향 외면 전체를 둘러싸며 상기 광증배관의 원주방향 외면 일부를 둘러싸고,
상기 감마 차폐부와 상기 중성자 검출기 사이는 이격되도록 형성되며,
상기 자기장 차단부는 상기 광증배관이 자기장의 영향을 받는 것을 차단하도록 원통형상의 연철로 형성되어 상기 광증배관을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 장치.
A neutron collimator formed of polyethylene with boric acid, the hollow having a longitudinal direction in the center portion thereof;
A radiation shield attached to one end in a longitudinal direction of the neutron collimator and blocking noise radiation from the surroundings;
A neutron detector provided inside the shield and formed of a stilbene organic scintillator;
An optical multiplier connected to one end of the neutron detector along the longitudinal direction of the neutron collimator and amplifying the neutron signal detected by the neutron detector;
A magnetic field blocking unit formed to surround an outer surface of the photomultiplier and blocking a magnetic field; And
And a signal processor that processes only the neutron signals that have passed through the photomultiplier tube.
The radiation shield,
A gamma shield having a cylindrical shape such that the neutron detector is provided therein and formed of lead;
A thermal neutron absorbing part having a cylindrical shape to surround the outer surface of the gamma shielding part and formed of cadmium; And
A deceleration part provided at one end in the longitudinal direction of the neutron collimator and surrounding the outer surface of the thermal neutron absorbing part and formed of polyethylene to decelerate the neutron introduced through the neutron collimator;
The gamma shield surrounds the entire circumferential outer surface of the neutron detector and surrounds a portion of the circumferential outer surface of the optical multiplier,
The gamma shield is formed to be spaced apart from the neutron detector,
The magnetic field blocking unit is formed of a soft iron in a cylindrical shape to block the optical pipe from being affected by the magnetic field surrounding the optical pipe, the neutron diagnostic device for a fusion reactor.
제1항에 있어서,
상기 중성자 조준기는 원하는 방향의 중성자만 측정하도록 소정을 길이를 가지며 중성자 검출기의 전면에 형성되는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 장치.
The method of claim 1,
The neutron collimator is a neutron diagnostic device for a fusion reactor, characterized in that formed in front of the neutron detector having a predetermined length to measure only the neutron in the desired direction.
제2항에 있어서,
상기 중성자 조준기는 측면에서 접근하는 중성자를 차폐하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 장치.
The method of claim 2,
The neutron collimator neutron diagnostic device for a fusion reactor, characterized in that shielding the neutron approaching from the side.
삭제delete 삭제delete 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호처리부는,
상기 광증배관에서 증폭된 중성자 신호가 보내지는 신호증폭기 및 상기 신호증폭기에서 증폭된 중성자 신호를 전달 받아 중성자 신호의 파형 신호처리를 하는 파형신호분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 장치.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
The signal processing unit,
And a waveform signal analyzer configured to receive a neutron signal amplified by the optical amplifier and a waveform signal analyzer for receiving a neutron signal amplified by the signal amplifier and performing a waveform signal processing of the neutron signal.
제6항에 있어서,
상기 파형신호분석기로는 FADC가 이용되며, 전하분포비율을 비교하여 중성자와 감마선을 구별하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 장치.
The method according to claim 6,
FADC is used as the waveform signal analyzer, and the neutron diagnostic device for fusion reactor, characterized in that the neutron and gamma ray is distinguished by comparing the charge distribution ratio.
제7항에 따른 진단 장치를 이용하여 중성자를 진단하는 방법에 있어서,
(a) 상기 중성자 조준기로 접근하는 잡음 방사선 및 자기장을 차폐하는 단계;
(b) 상기 중성자 조준기를 통과하여 상기 중성자 검출기에서 검출된 방사선 신호를 검출하는 단계;
(c) 상기 검출된 방사선 신호를 증폭하는 단계;
(d) 상기 증폭된 방사선 신호의 파형을 추출하는 단계;
(e) 전하분포 비율을 비교하여 중성자와 감마선을 분리하는 단계; 및
(f) 분리된 중성자를 계수하고 중성자의 에너지를 분석하는 단계;를 포함하며,
상기 (e) 단계는,
상기 방사선 신호 파형에 대한 입력 펄스의 폭을 설정하는 단계;
상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계;
상기 입력 펄스의 테일(tail) 값을 결정하는 단계;
상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계;
상기 전체 면적에 대한 상기 테일 면적의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계; 및 중성자와 감마선을 구별하는 단계;를 포함하고,
상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계는 입력 펄스의 전하를 비교하기 위해 특정 구간 사이에서 입력 펄스의 전하를 구하는 단계이며,
상기 입력 펄스의 테일(tail) 값을 결정하는 단계에서 상기 방사선 신호 파형의 최대값을 가지는 시간에서부터 소정 시간 만큼 지연된 시간값을 상기 테일 값으로 결정하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 방법.
In the method for diagnosing neutrons using the diagnostic device according to claim 7,
(a) shielding noise radiation and magnetic fields approaching the neutron collimator;
(b) detecting the radiation signal detected by the neutron detector through the neutron collimator;
(c) amplifying the detected radiation signal;
(d) extracting a waveform of the amplified radiation signal;
(e) comparing the charge distribution ratio to separate neutrons and gamma rays; And
(f) counting the separated neutrons and analyzing the energy of the neutrons;
In step (e),
Setting a width of an input pulse relative to the radiation signal waveform;
Integrating an entire area of a pulse corresponding to the width of the input pulse;
Determining a tail value of the input pulse;
Integrating an area of an input pulse corresponding to the tail area;
Classifying a type of radiation signal using the ratio of the tail area to the total area; And distinguishing between neutrons and gamma rays;
Integrating the total area of the pulse corresponding to the width of the input pulse is a step of obtaining the charge of the input pulse between a specific interval in order to compare the charge of the input pulse,
And determining a tail value of the input pulse from the time having the maximum value of the radiation signal waveform as the tail value in determining the tail value of the input pulse.
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 입력 펄스의 폭에 해당하는 펄스의 전체 면적을 적분하는 단계는 상기 입력 펄스의 최대 폭을 가지는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 방법.
9. The method of claim 8,
Integrating the total area of the pulse corresponding to the width of the input pulse is characterized in that to integrate the area of the pulse for a time interval corresponding to the time having the maximum width of the input pulse and the end time of the input pulse. Neutron diagnostic method for fusion reactors.
제10항에 있어서,
상기 테일 면적에 해당하는 입력 펄스의 면적을 적분하는 단계는 상기 테일 값에 해당하는 시간과 상기 입력 펄스의 끝 시간에 해당하는 시간 간격에 대해서 상기 펄스의 면적을 적분하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 방법.
The method of claim 10,
Integrating the area of the input pulse corresponding to the tail area is integrated for the fusion furnace, characterized in that for the time interval corresponding to the tail value and the time interval corresponding to the end time of the input pulse. How to diagnose neutrons.
제11항에 있어서,
상기 전체 면적에 대한 상기 테일 면적의 비를 이용하여 방사선 신호의 종류를 구별하는 단계에서 상기 전체 면적 및 상기 테일 면적은 각 방사선 신호가 가지는 전하의 비율을 비교하는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 방법.
The method of claim 11,
In the step of distinguishing the type of the radiation signal by using the ratio of the tail area to the total area, the total area and the tail area is compared with the ratio of the charge of each radiation signal neutron diagnosis for fusion reactor Way.
제8항에 있어서,
상기 (e) 단계는 상기 파형신호분석기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 핵융합로용 중성자 진단 방법.9. The method of claim 8,
Step (e) is a neutron diagnostic method for fusion reactor, characterized in that performed in the waveform signal analyzer.
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