KR101233313B1 - 방사선원의 위치추적 장치 및 방법 - Google Patents

방사선원의 위치추적 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자연에 누출된 방사선원의 위치와 세기를 결정하기 위한 방사선원의 위치추적 장치 및 방법에 대한 것이다.
본 발명의 방사선원의 위치추적 장치는 임의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기로 구성되는 환경방사선 감시장치; 최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 실행시키는 연산부; 및 상기 결정된 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 출력부; 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명의 방사선원의 위치추적 방법은 (a) 최소 서로 다른 임의의 세 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 획득하는 단계; (b) 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 연산부에서 실행시키는 단계; 및 (c) 상기 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 임의의 지점에서 방사선의 공간선량률과 위치 정보를 획득하여 이를 토대로 방사선원의 위치와 세기 정보를 실시간 제공할 수 있다. 따라서 본 발명을 이용하는 경우에는 방사선원이 분실되거나 환경에 노출된 경우 즉각적이고 효율적인 방재 작업이 가능하다. 나아가 본 발명은 방사선원의 위치추적시 감마선 측정기와 GPS 수신기를 하나의 장치에 구현한 소형 실시간 환경방사선 감시장치를 이용함으로써, 휴대성 및 현장 적응성이 우수할 것으로 기대된다.

Description

방사선원의 위치추적 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR LOCALIZATION OF ORPHAN RADIATION SOURCE}
본 발명은 자연에 누출된 방사선원의 위치와 세기를 추적하기 위한 방사선원의 위치추적 장치 및 방법에 대한 것이다.
방사능 물질은 방사선원의 분실, 방사능 테러 또는 원자력발전소의 사고 등 원래의 의도와 다르게 외부 환경에 누출되는 경우가 있다.
이러한 방사능 물질의 누출은 산업발달에 수반되는 불가피한 현상으로 재난방지 대책 측면에서 근본적으로 발생 자체를 줄이려는 노력이 수반되어야 한다.
그러나 이러한 노력에도 방사능 물질이 외부로 누출되는 경우에는 인체 및 자연 파괴, 생태계 파괴 등을 수반하므로, 방사선의 위치와 세기를 즉각적으로 탐지하고 그 원인을 제거하여 발생 피해를 최대한 경감시키는 방향으로 방재 작업이 이루어져야 한다.
반면, 방사선은 인간의 오감으로 확인하기 어렵다. 따라서 방사능 물질은 방사선 검출기를 이용하여 방사선이 물질과의 상호작용으로 나타내는 전기적 신호를 검출하고 이를 계수하여 공간선량률로 환산하여 측정하고 있다.
그러나 상기와 같이 방사선 검출기를 사용하여 방사선의 공간선량률을 측정하는 종래의 기술은 방사선 검출기가 위치한 장소에서의 공간선량률을 측정할 뿐, 방사선원의 위치와 세기에 대한 정보는 전혀 얻을 수 없다는 한계가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 차폐에 의한 영향을 무시할 수 있는 야외의 임의의 지점에서 방사선의 공간선량률과 위치 정보를 획득하여 이를 토대로 방사선원의 위치와 세기 정보를 실시간 제공할 수 있는 방사선원의 위치추적 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 감마선 측정기와 GPS 수신기를 하나의 장치에 구현한 소형 실시간 환경방사선 감시장치를 이용함으로써, 휴대성 및 현장 적응성이 우수한 방사선원의 위치추적 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 임의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기로 구성되는 환경방사선 감시장치; 최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 실행시키는 연산부; 및 상기 결정된 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 출력부; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 장치를 제공한다.
여기에서 상기 연산부는 방사선원의 위치 정보를 통하여 방사선원의 세기 정보를 산출하고, 상기 출력부는 상기 산출된 방사선원의 세기 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 것을 특징으로 한다.
아울러 본 발명은 (a) 최소 서로 다른 임의의 세 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 획득하는 단계; (b) 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 연산부에서 실행시키는 단계; 및 (c) 상기 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 방법을 제공한다.
여기에서 상기 (b) 단계는 (1) 상기 (a) 단계에서 획득한 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 두 개씩 선택하여 복수 개의 순서쌍을 만든 다음, 각 순서쌍별로 방사선원이 존재하는 궤적을 구하는 단계; 및 (2) 상기 궤적의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 획득하는 단계; 로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 (2) 단계 이후에는 (3) 상기 방사선원의 위치 정보의 오차(ΔP)가 한계치 이내인지 판별하는 단계; (4) 상기 오차(ΔP)가 한계치 이내이면 특정 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보 측정에 따른 불확도를 고려하여 가중치를 결정하고, 상기 오차(ΔP)가 한계치 이상이면 임의의 다른 지점에 대한 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 추가하여, 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 증가시켜 방사선원이 존재하는 궤적을 구하고, 이의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 오차(ΔP)가 한계치 이내가 될 때까지 반복 실시하고, 가중치를 결정하는 단계; 및 (5) 상기 가중치를 이용하여 방사선원의 위치 정보를 보정하는 단계; 가 더 포함될 수 있다.
한편, 상기 (b) 단계의 실시 이후에는 상기 방사선원의 위치 정보로부터 방사선원의 세기를 결정하는 단계; 가 포함될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면 임의의 지점에서 방사선의 공간선량률과 위치 정보를 획득하여 이를 토대로 방사선원의 위치와 세기 정보를 실시간 제공할 수 있다.
따라서 본 발명을 이용하는 경우에는 방사선원이 분실되거나 자연 환경에 누출된 경우 즉각적이고 효율적인 방재 작업이 가능하다.
나아가 본 발명은 방사선원의 위치 추적시 감마선 측정기와 GPS 수신기를 하나의 장치에 구현한 소형 실시간 환경방사선 감시장치를 이용함으로써, 휴대성 및 현장 적응성이 우수할 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치 및 방법에서 환경방사선 감시장치의 감마선 측정기에 대한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치에서 환경방사선 감시장치의 감마선 측정기에 대한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 방사선원의 위치추적 방법에 대한 단계별 순서를 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예에 따라 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치에 대한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치 및 방법에서 환경방사선 감시장치의 감마선 측정기(100)에 대한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치에서 환경방사선 감시장치의 감마선 측정기(100)에 대한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 방사선원의 위치추적 장치는 임의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기(100)와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기(200)로 구성되는 환경방사선 감시장치; 최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 실행시키는 연산부(300); 및 상기 결정된 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 출력부(400); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 환경방사선 감시장치는 감마선 측정기(100)와 GPS 수신기(200)로 구성되는 것으로, 임의의 위치에서 방사선원의 공간선량률과 그 위치 정보를 실시간으로 측정하여 데이터 쌍으로 저장할 수 있다.
상기 환경방사선 감시장치는 소형으로 제작하여 차량뿐만 아니라 다양한 곳에 설치하여, 독립적인 소형 실시간 환경방사선 감시기로 활용 가능하다.
상기 연산부(300)는 최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 실행시키는 부분이며, 방사선원의 위치 정보를 통하여 방사선원의 세기 정보 또한 산출 가능하다.
연산부(300)에서 방사선원이 존재하는 위치의 궤적은 최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 공간선량률과 이에 대한 위치 정보를 데이터 쌍으로 하여, 이들 데이터 쌍을 중복되지 않게 두 개씩 택하여 세 개 이상의 순서쌍을 만든 다음, 순서쌍의 개수만큼 이들에 대한 아폴로니우스의 원을 구하여 얻을 수 있다.
그리고 상기 방사선원의 궤적의 교차점들의 중점을 방사선원의 위치로 결정한다.
예를 들어, 세 지점에 대한 공간선량률과 위치 정보를 획득한 경우, 상기 순서쌍과 방사선원이 존재하는 궤적은 3개가 된다.
한편, 상기와 같이 결정된 방사선원의 위치 정보는 차폐 물질, 감마선 측정기(100)의 방향, 고도 등 여러 원인에 의하여 다른 기여분이 영향을 미칠 수 있으므로, 이러한 잡음의 영향을 고려한 가중치를 적용하여 방사선원의 위치 정보를 보정할 수 있다.
상기 출력부(400)는 측정된 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 모니터 등 디스플레이 수단에 출력한다.
이때, 출력부(400)는 방사선원의 세기 정보도 함께 출력 가능하며, 앞서 계산된 방사선원의 궤적, 적용된 가중치 값 등도 지리 정보와 함께 출력 가능하다.
다음으로, 상기 감마선 측정기(100)에 대하여 상술하면 다음과 같다.
감마선 측정기(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 검출된 감마선을 전기적 신호로 변환하는 섬광검출기(110); 상기 섬광검출기(110) 후단에 위치하는 것으로, 상기 전기적 신호의 크기로부터 에너지 스펙트럼을 측정하여 에너지밴드 방법을 이용하여 공간선량률을 구하고, 임의 위치에 대한 공간선량률과 위치 정보를 데이터 쌍으로 연산부(300)로 보내는 신호처리부(120); 감마선 측정기(100)에 전원을 공급하는 배터리(130); 및 상기 섬광검출기(110)와 신호처리부(120)를 내부에 수납하는 튜브 형상의 케이스(140); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 감마선 측정기(100)는 상기 GPS 수신기(200)의 안테나를 통하여 GPS 무선신호를 수신하는 GPS 수신부(150); 가 상기 신호처리부(120)의 전단에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 섬광검출기(110)의 실시예로 3인치 길이의 NaI(T1) 섬광검출기(110)를 이용할 수 있으며, 섬광검출기(110)는 입사되는 방사선을 전기적 신호로 변환시킨다.
변환된 전기적 신호는 후단에 연결된 신호처리부(120)의 신호처리회로를 통하여 입사된 방사선에 대한 에너지 스펙트럼으로 측정되고, 이 스펙트럼으로부터 공간선량률을 구한다.
상기 NaI(T1) 섬광검출기(110)를 이용하여 측정할 수 있는 감마선의 에너지 범위는 통상 80~3000keV이며, 공간선량률의 범위는 1uR/h~3mR/h이다.
상기 케이스(140)는 지름 85mm, 길이 500mm의 원통형 튜브를 이용할 수 있으며, 방사선이 케이스(140)를 통하여 내부로 입사될 때, 케이스(140)에서 흡수되는 방사선을 최소화하도록 1.5mm 두께의 알루미늄 재질을 이용할 수 있다.
한편, 감마선 측정기(100)에는 GPS 수신기(200)의 안테나를 통하여 GPS 무선신호를 수신하는 GPS 수신부(150)가 신호처리부(120)의 전단에 위치한다.
따라서 신호처리부(120)는 위치 정보와 공간선량률에 대한 데이터 쌍을 만들어, 시리얼 통신(Ethernet 혹은 RS-232) 방식으로 데이터 쌍을 연산부(300)에 실시간 송신할 수 있다.
또한, 상기 배터리(130)는 감마선 측정기(100)에 전원을 공급하는 전원으로서, 일시적으로 전원이 공급되지 않더라도 감마선 측정기(100)가 8시간 이상 독립적으로 운행할 수 있도록 한다.
상기 감마선 측정기(100)의 섬광검출기(110)와 신호처리부(120)의 작동 과정에 대하여 상술하면 다음과 같다.
섬광검출기(110)는 고전압 발생부(132)로부터 전압이 인가되어 작동한다. 그리고 방사선이 섬광검출기(110)의 섬광 결정과 상호 작용하면 섬광 결정에서 빛이 발생하는데, 이를 섬광검출기(110)의 섬광 결정과 결합된 광전변환튜브(photo multiplier tube)에서 전기적 신호로 변환하여 출력한다.
이렇게 출력된 전기적 신호는 후단에 연결된 신호처리부(120)에서 처리된다.
상기 감마선 측정기(100)의 신호처리부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 섬광검출기(110)에서 출력되는 전기적 신호를 증폭하는 전하형 전치 증폭기(121); 상기 증폭된 신호의 피크 값을 검출하는 증폭기(122); 상기 검출된 피크 값을 디지털 값으로 변환하는 AD 변환기(123); 상기 AD 변환기(123)에서 산출된 신호의 크기를 분류하여 방사선의 공간선량률을 구하는 한편, GPS 수신부(150)에서 수신된 위치 정보를 수신하는 디지털 신호처리기(124); 상기 디지털 신호처리기(124)에서 획득한 공간선량률과 위치 정보를 연산부(300)로 내보내는 통신부(125); 로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서 상기 섬광검출기(110)에서 출력되는 전기적 신호는 전하형 전치 증폭기(121)를 통하여 증폭된 다음, 후단에 연결된 증폭기(122)에서 신호의 크기를 측정할 수 있도록 가우시안 꼴로 정형화되어 이 신호의 피크 값을 검출하며, AD 변환기(123)에서는 증폭기(122) 단계에서 검출된 신호의 피크 값을 디지털 값으로 변환시킨다.
그리고 디지털 신호처리기(124)에서는 신호의 크기를 분류하여 에너지 스펙트럼을 측정한 후, 에너지밴드 방법을 이용하여 방사선의 공간선량률을 구하며, GPS 수신부(150)로부터 위치 정보를 획득하여 공간선량률과 위치 정보에 대한 데이터 쌍을 만들어 통신부(125)를 통하여 연산부(300)로 송신한다.
본 발명에서는 공간선량률의 측정시 에너지밴드 방법을 이용한다. 즉, 측정되는 에너지 스펙트럼으로부터 K-40 에너지 피크를 기준으로 이의 변동량을 이용하여 측정 회로에 이득(gain)을 조정하는 원리를 채택하기 때문에, 온도에 따라 이득이 변화되는 불리한 특성을 가진 광전 튜브의 약점을 보완할 수 있어 항온 항습기의 운용이 불필요하다.
한편, 도 3에서 시스템 전원(134)은 외부전원(136)을 입력받아 신호처리부(120)가 필요로 하는 전원을 만들어 공급할 뿐만 아니라, 감마선 검출기가 동작하는데 필요한 고전압을 만들어 주는 고전압 발생부(132)의 기준 전압을 만들어 준다.
만약, 외부전원(136)의 공급이 차단되는 경우에는 배터리(130)를 통하여 시스템 전원(134)을 만들 수 있으며, 외부전원(136)이 공급되는 동안은 자동으로 배터리(130)에 충전이 이루어진다. 배터리(130)는 한 번 충전되면 최소 8시간 이상 동작 가능하다.
본 발명에서 상기 NaI(T1) 섬광검출기(110)는 1uR/h~3mR/h 범위의 공간선량률을 측정할 수 있다. 따라서 감마선의 공간선량률의 측정 범위를 넓힐 필요가 있는 경우를 대비하여, 본 발명에서는 상기 신호처리부(120)에 고준위의 GM 검출기(160)를 선택적으로 수납할 수 있도록 하였다.
따라서 본 발명은 공간선량률의 크기가 3mR/h 이상이면, 섬광검출기(110) 대신 GM 검출기(160)를 이용하여 방사선을 검출할 수 있다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 방사선원의 위치추적 방법에 대한 단계별 순서를 나타내는 순서도이다.
본 발명의 방사선원의 위치추적 방법은 (a) 최소 서로 다른 임의의 세 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 획득하는 단계; (b) 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 연산부(300)에서 실행시키는 단계; 및 (c) 상기 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
우선, 방사선원의 위치추적 방법은 (a) 최소 서로 다른 임의의 세 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 획득하는 단계로부터 시작된다.
상기 (a) 단계의 공간선량률과 위치 정보는 임의의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기(100)와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기(200)로 구성되는 환경방사선 감시장치에 의하여 획득 가능하며, 방사선원의 공간선량률과 위치 정보는 데이터 쌍으로 저장된다.
그리고 상기 감마선 측정기(100)는 검출된 감마선을 전기적 신호로 변환하는 섬광검출기(110); 상기 섬광검출기(110) 후단에 위치하는 것으로, 상기 전기적 신호의 크기로부터 에너지 스펙트럼을 측정하여 에너지밴드 방법을 이용하여 공간선량률을 구하고, 임의 위치에 대한 공간선량률과 위치 정보를 데이터 쌍으로 연산부(300)로 보내는 신호처리부(120); 감마선 측정기(100)에 전원을 공급하는 배터리(130); 및 상기 섬광검출기(110)와 신호처리부(120)를 내부에 수납하는 튜브 형상의 케이스(140); 로 구성 가능하다.
여기에서 상기 케이스(140)를 조립하였을 때, GPS 수신부(150)가 위치하는 부분은 GPS 수신부의 수신감도 손실을 최소화학 위하여 얇은 플라스틱 창을 만들 수 있다.
상기 (a) 단계에서는 감마선 측정기(100), 구체적으로 감마선 측정기(100)의 섬광검출기(110)가
Figure 112011000763215-pat00001
의 위치에 존재하는 방사선원의 세기
Figure 112011000763215-pat00002
에 의하여 만들어지는 공간선량률
Figure 112011000763215-pat00003
을 임의의 위치
Figure 112011000763215-pat00004
에서 측정한다. 측정된 공간선량률은
Figure 112011000763215-pat00005
이며, 공간선량률
Figure 112011000763215-pat00006
는 비례상수 k를 포함하고, r은
Figure 112011000763215-pat00007
이다.
상기 공간선량률
Figure 112011000763215-pat00008
는 측정위치
Figure 112011000763215-pat00009
에 따라
Figure 112011000763215-pat00010
로 표현할 수 있다. 여기에서 n=1, 2,…,N의 정수이다.
그리고 상기 위치 정보는 GPS 수신기(200)로부터 얻을 수 있다.
상기 (a) 단계가 종료된 후에는 (b) 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 연산부(300)에서 실행시킨다.
여기에서 상기 (b) 단계는 (1) 상기 (a) 단계에서 획득한 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 두 개씩 선택하여 복수 개의 순서쌍을 만든 다음, 각 순서쌍별로 방사선원이 존재하는 궤적을 구하는 단계; 와 (2) 상기 궤적의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 획득하는 단계; 로 구성할 수 있다.
만약 상기 (a) 단계에서 임의의 세 지점에 대한 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 획득한 경우에는 상기 (1) 단계에서는 이들 세 개의 데이터 쌍 중 중복되지 않게 두 개씩 선택하여 세 개의 순서쌍을 만들 수 있다.
상기 (1) 단계에서 방사선원이 존재하는 궤적은 아폴로니우스의 원을 이용하여 구할 수 있는데, 이에 대하여 설명하면 다음과 같다.
임의의 서로 다른 두 지점에서 측정한 공간선량률 사이의 관계는
Figure 112011000763215-pat00011
로 표현할 수 있으며, 이를
Figure 112011000763215-pat00012
와
Figure 112011000763215-pat00013
의 비율, 즉 방사선원 S로부터의 측정 위치
Figure 112011000763215-pat00014
와
Figure 112011000763215-pat00015
의 비율로 표현하면
Figure 112011000763215-pat00016
로 나타낼 수 있다.
다시 말하면,
Figure 112011000763215-pat00017
에 위치한 방사선원 S가 만드는 공간선량률
Figure 112011000763215-pat00018
와
Figure 112011000763215-pat00019
를 측정하면,
Figure 112011000763215-pat00020
와
Figure 112011000763215-pat00021
의 비율을 알 수 있는 것이다.
따라서
Figure 112011000763215-pat00022
와
Figure 112011000763215-pat00023
를 측정한 두 위치
Figure 112011000763215-pat00024
와
Figure 112011000763215-pat00025
에서
Figure 112011000763215-pat00026
와
Figure 112011000763215-pat00027
의 비율을 만족하는 궤적인 아폴로니우스의 원을 찾을 수 있으며, 이렇게 찾은 궤적 위에는 방사선원 S가 존재하는
Figure 112011000763215-pat00028
가 반드시 존재하게 된다.
즉, 상기 연산부(300)에서는 측정된 공간선량률과 측정 위치를
Figure 112011000763215-pat00029
로 저장하고, 저장된 세 개 이상의 세트 N개를 이용하여 중복되지 않도록 복수 개의 세트
Figure 112011000763215-pat00030
를 저장한다. 여기에서 이들 행렬의 개수는
Figure 112011000763215-pat00031
개이다.
여기에서 상기 복수 개의 쌍 p개 만큼의 궤적을 계산하면, (2) 단계에서 이들 궤적들이 교차하는 점들로부터 방사선원의 위치
Figure 112011000763215-pat00032
을 결정할 수 있다. 상기 방사선원의 위치
Figure 112011000763215-pat00033
에 대한 실시예로 이들 궤적들이 교차하는 점들의 중점을 선택할 수 있다.
상기 (2) 단계 이후에는 (3) 상기 방사선원의 위치 정보의 오차(ΔP)가 한계치 이내인지 판별하는 단계; (4) 상기 오차(ΔP)가 한계치 이내이면 특정 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보 측정에 따른 불확도를 고려하여 가중치를 결정하고, 상기 오차(ΔP)가 한계치 이상이면 임의의 다른 지점에 대한 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 추가하여, 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 증가시켜 방사선원이 존재하는 궤적을 구하고, 이의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 오차(ΔP)가 한계치 이내가 될 때까지 반복 실시하고, 가중치를 결정하는 단계; 및 (5) 상기 가중치를 이용하여 방사선원의 위치 정보를 보정하는 단계; 를 더 실시할 수 있다.
상기 (2) 단계에서 측정된 공간선량률은 여러 가지 이유로 불확도를 포함하고 있다. 이러한 불확도는 방사선원의 궤적에 오차를 유발하므로, 결국 측정 위치
Figure 112011000763215-pat00034
를 결정하는데 오차를 일으킨다.
따라서 연산부(300)에서는 이러한 불확도에 의한 오차를 최소화하기 위하여, 상기 (2) 단계에서 획득한 방사선원의 위치가 오차에 대한 한계치 이내이면, 측정된 공간선량률의 상대적 세기와 교차점들의 상대적 밀집 정도를 이용하여 가중치
Figure 112011000763215-pat00035
을 적용한다.
도 4에서 오차의 한계치는 5%로 하였다.
상기 가중치를 적용하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
우선,
Figure 112011000763215-pat00036
에 대한 평균(
Figure 112011000763215-pat00037
)과 표준편차(
Figure 112011000763215-pat00038
)를 구한 다음, 이에 대한 상대오차
Figure 112011000763215-pat00039
를 구하고, 정규화를 통하여
Figure 112011000763215-pat00040
를 결정한다.
즉, 특정한 측정 데이터
Figure 112011000763215-pat00041
에 잡음이 많이 포함되어 평균값과 많은 오차를 나타내는 경우에는 방사선원의 위치(세기)를 결정하는 과정에
Figure 112011000763215-pat00042
의 가중치를 작게 한다.
이 과정에서 측정 데이터가 충분히 많은 경우에는 상대 오차들의 도수분포를 이용하여 오차의 특징을 판별할 수 있다. 왜냐하면, 측정 데이터에 포함된 잡음들이 랜덤 하면 도수분포가 정규분포에 가까워지기 때문이다.
가중치가 적용된 경우, 측정위치
Figure 112011000763215-pat00043
는
Figure 112011000763215-pat00044
로 표현된다.
그러나 상기 (4) 단계에서 상기 오차(ΔP)가 한계치 이상이면 임의의 다른 지점에 대한 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 추가하여, 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 증가시켜 방사선원이 존재하는 궤적을 구하고, 이의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 오차(ΔP)가 한계치 이내가 될 때까지 반복 실시하고, 가중치를 결정하여야 한다.
상기 가중치를 적용하여 방사선원의 위치 정보를 보정한 다음에는 마지막으로, (c) 상기 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력 마무리한다.
한편, 본 발명의 방사선원의 위치추적 방법은 상기 (b) 단계의 실시 이후에, 상기 방사선원의 위치 정보로부터 방사선원의 세기를 결정하는 단계; 를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 상기 연산부(300)에서는 측정된 공간선량률을 이용하여 방사선원의 위치가 결정되면,
Figure 112011000763215-pat00045
로부터 방사선원의 세기 S를 측정한 공간선량률의 개수만큼 구할 수 있다.
그리고 이렇게 얻은 다수의
Figure 112011000763215-pat00046
는
Figure 112011000763215-pat00047
의 상대적 크기에 따라 가중치
Figure 112011000763215-pat00048
를 적용하여
Figure 112011000763215-pat00049
로 표현할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 바와 같이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이건 발명의 진정한 범위 내에 속하는 수정 및 변형을 포함한다.
100: 감마선 측정기 110: 섬광검출기
120: 신호처리부 121: 전하형 전치 증폭기
122: 증폭기 123: AD 변환기
124: 디지털 신호처리기 125: 통신부
130: 배터리 132: 고전압 발생부
134: 시스템 전원 136: 외부전원
140: 케이스 150: GPS 수신부
160: GM 검출기 200: GPS 수신기
300: 연산부 400: 출력부

Claims (11)

  1. 임의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기(100)와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기(200)로 구성되는 환경방사선 감시장치;
    최소 서로 다른 임의의 세 지점에 대한 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 실행시키는 연산부(300); 및
    상기 결정된 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 출력부(400)
    를 포함하고,
    상기 감마선 측정기(100)는,
    검출된 감마선을 전기적 신호로 변환하는 섬광검출기(110),
    상기 섬광검출기(110) 후단에 위치하는 것으로, 상기 전기적 신호의 크기로부터 에너지 스펙트럼을 측정하여 에너지밴드 방법을 이용하여 공간선량률을 구하고, 임의 위치에 대한 공간선량률과 위치 정보를 데이터 쌍으로 연산부(300)로 보내는 신호처리부(120),
    감마선 측정기(100)에 전원을 공급하는 배터리(130), 그리고
    상기 섬광검출기(110)와 신호처리부(120)를 내부에 수납하는 튜브 형상의 케이스(140)
    를 포함하는 방사선원의 위치추적 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 연산부(300)는 방사선원의 위치 정보를 통하여 방사선원의 세기 정보를 산출하고, 상기 출력부(400)는 상기 산출된 방사선원의 세기 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 감마선 측정기(100)는 상기 GPS 수신기(200)의 안테나를 통하여 GPS 무선신호를 수신하는 GPS 수신부(150); 가 상기 신호처리부(120)의 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 신호처리부(120)는
    상기 섬광검출기(110)에서 출력되는 전기적 신호를 증폭하는 전하형 전치 증폭기(121);
    상기 증폭된 신호의 피크 값을 검출하는 증폭기(122);
    상기 검출된 피크 값을 디지털 값으로 변환하는 AD 변환기(123);
    상기 AD 변환기(123)에서 산출된 신호의 크기를 분류하여 방사선의 공간선량률을 구하는 한편, GPS 수신부(150)에서 수신된 위치 정보를 수신하는 디지털 신호처리기(124); 및
    상기 디지털 신호처리기(124)에서 획득한 공간선량률과 위치 정보를 연산부(300)로 내보내는 통신부(125); 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 공간선량률의 크기가 3mR/h 이상이면, 섬광검출기(110) 대신 GM 검출기(160)를 이용하여 방사선을 검출하는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 장치.
  7. (a) 최소 서로 다른 임의의 세 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 획득하는 단계;
    (b) 상기 공간선량률과 위치 정보로부터 방사선원이 존재하는 위치의 궤적에 대한 교차점을 구하여 방사선원의 위치 정보를 결정하는 알고리즘을 연산부(300)에서 실행시키는 단계; 및
    (c) 상기 방사선원의 위치 정보를 지리정보시스템(GIS)의 데이터베이스에 적용하여 출력하는 단계
    를 포함하고,
    상기 (b) 단계는
    (1) 상기 (a) 단계에서 획득한 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 두 개씩 선택하여 복수 개의 순서쌍을 만든 다음, 각 순서쌍별로 방사선원이 존재하는 궤적을 구하는 단계; 및
    (2) 상기 궤적의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는 방사선원의 위치추적 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에서,
    상기 (2) 단계 이후에,
    (3) 상기 방사선원의 위치 정보의 오차(ΔP)가 한계치 이내인지 판별하는 단계;
    (4) 상기 오차(ΔP)가 한계치 이내이면 특정 지점에서 방사선원의 공간선량률과 위치 정보 측정에 따른 불확도를 고려하여 가중치를 결정하고, 상기 오차(ΔP)가 한계치 이상이면 임의의 다른 지점에 대한 방사선원의 공간선량률과 위치 정보를 추가하여, 공간선량률과 위치 정보의 데이터 쌍을 증가시켜 방사선원이 존재하는 궤적을 구하고, 이의 교차점으로부터 방사선원의 위치 정보를 오차(ΔP)가 한계치 이내가 될 때까지 반복 실시하고, 가중치를 결정하는 단계; 및
    (5) 상기 가중치를 이용하여 방사선원의 위치 정보를 보정하는 단계; 가 포함되는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 방법.
  10. 제7항에서,
    상기 (b) 단계의 실시 이후에, 상기 방사선원의 위치 정보로부터 방사선원의 세기를 결정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 방법.
  11. 제7항에서,
    상기 (a) 단계의 공간선량률과 위치 정보는 임의 위치에서 특정 지점에 위치한 방사선원이 방출하는 감마선을 검출하여 공간선량률을 측정하는 감마선 측정기(100)와 감마선이 검출된 위치에 대한 위치 정보를 제공하는 GPS 수신기(200)로 구성되는 환경방사선 감시장치에 의하여 획득되는 것을 특징으로 하는 방사선원의 위치추적 방법.
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