KR101247210B1 - 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법 - Google Patents

우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 방법은, 우주 방사선에 포함된 하전입자를 검출하는 하전입자 검출기; 상기 하전입자 검출기가 양면에 부착되도록 육면체 형상을 가지며, 높은 에너지를 가지는 우주 방사선을 통과시키고 낮은 에너지의 중성자를 흡수하도록 폴리에틸렌으로 형성된 반사부; 상기 반사부에 의해 둘러싸이는 육면체 형상을 가지며, 상기 반사부를 통과한 우주 방사선 중성자와 핵반응하여 2차 중성자를 생성하도록 납으로 형성된 차폐부; 상기 차폐부에 의해 둘러싸이는 원통 형상을 가지며, 상기 2차 중성자를 감속하여 저에너지 중성자로 변환시키도록 폴리에틸렌으로 형성된 감속부; 상기 저에너지 중성자를 검출하는 중성자 검출기; 및 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호와 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호와 감마선에 의한 신호를 구별하는 파형신호분석기;를 포함하여, 높은 검출감도로 우주 방사선 중성자만 선별적으로 검출할 수 있다.

Description

우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법 {COSMIC-RAY NEUTRON DETECTION APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다양한 방사선이 혼합된 우주환경방사선 또는 우주 방사선 중에서 중성자만을 분류하여 고감도로 검출할 수 있는 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법에 관한 것이다.
우주환경방사선, 우주 방사선 내지 우주선에 의한 피폭선량에 대한 관심이 커지면서 고도, 위도에 따른 우주 방사선의 변화에 대한 연구가 여러 그룹에 의해서 진행되고 있다.
우주 방사선 중에서도 지표면에서 가장 많은 피폭선량을 차지하고 있는 입자로 태양 중성자를 꼽을 수 있다. 태양의 활동 주기에 따라 지구에 도달하는 우주 방사선 중성자의 양이 변하고, 이러한 상관관계에 대한 연구가 큰 관심을 받고 있다.
우주 방사선 중에서도 지표면에서 가장 많은 양을 차지하고 있는 입자로 태양 중성자를 꼽을 수 있다. 태양의 활동 주기에 따라 지구에 도달하는 우주 방사선의 양이 변하고, 이러한 상관관계에 대한 연구가 큰 관심을 받고 있다.
이에 따라 우주 방사선 중에서 태양 중성자를 측정하기 위한 다양한 측정 또는 검출 장치 내지 방법에 제안되고 있다.
종래기술에 따른 중성자 모니터 장치는 기본적으로 납(lead)에서 생성된 2차 중성자(evaporation neutron)와 감마선(gamma-ray)은 구별하여 신호를 수집하지만 납에서 생성된 2차 중성자를 계측할 때, 납에서 우주 방사선 중의 중성자와의 핵반응으로 생긴 2차 중성자와 우주 방사선의 하전입자 중 양성자와의 핵반응으로 생긴 2차 중성자를 함께 계측하기 때문에 우주 방사선 중 중성자만 선별하여 검출하기 어렵다.
또한, 종래기술은 우주 방사선 검출기가 대형이기 때문에 제작이 어렵고, 이에 따라 우주 방사선 검출기를 설치할 때 공간 제약을 받으며, 우주 방사선 중성자 검출을 위한 장치에서 감마선과 중성자를 구별하기 위해선 많은 신호장치가 필요할 뿐만 아니라 그 중성자를 분리하는 방법이 매우 복잡하고 우주 방사선 검출 장치의 제작비용이 많이 드는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 우주 방사선 중 하전입자를 계측하기 위해 동시발생신호 구별장치(fast coincidence unit), 펄스 판별기(pulse discriminator) 등 여러 신호장치가 필요하고, 우주 방사선 중성자와 하전입자를 구별하기 위해서는 별도의 추가 장치가 필요한 단점이 있다.
결과적으로 종래기술에 의한 우주 방사선 검출 장치는 우주 방사선 중 중성자가 얼마나 기여하는지 정확하게 산출하기 어렵다.
본 발명은 주변 환경에서 방출되는 자연 방사선을 차단하고 우주 방사선의 하전입자의 영향을 제거하여 우주 방사선 중성자만 검출할 수 있는 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법을 제공한다.
본 발명은 검출 강도가 높고 응답 속도가 빠르며 신뢰성이 높은 일체형의 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법을 제공한다.
본 발명은 FADC를 사용하여 우주 방사선 중성자를 간단하게 검출할 수 있고 이로 인해 소형화할 수 있는 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 우주 방사선 중성자가 기여하는 부분을 구분하여 위도 및 고도에 따른 분포와 시간적 변화를 측정할 수 있는 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법을 제공한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치는, 우주 방사선에 포함된 하전입자를 검출하는 하전입자 검출기; 상기 하전입자 검출기가 양면에 부착되도록 육면체 형상을 가지며, 높은 에너지를 가지는 우주 방사선을 통과시키고 낮은 에너지의 중성자를 흡수하도록 폴리에틸렌으로 형성된 반사부; 상기 반사부에 의해 둘러싸이는 육면체 형상을 가지며, 상기 반사부를 통과한 우주 방사선 중성자와 핵반응하여 2차 중성자를 생성하도록 납으로 형성된 차폐부; 상기 차폐부에 의해 둘러싸이는 원통 형상을 가지며, 상기 2차 중성자를 감속하여 저에너지 중성자로 변환시키도록 폴리에틸렌으로 형성된 감속부; 상기 저에너지 중성자를 검출하는 중성자 검출기; 및 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호와 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호와 감마선에 의한 신호를 구별하는 파형신호분석기;를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 다양한 방사선이 혼합된 우주 환경 방사선 또는 우주선 중에서 중성자만을 분류하여 고감도로 검출할 수 있다.
상기 하전입자 검출기는 플라스틱 신틸레이터(scintillator)로 형성될 수 있다.
상기 차폐부는 자연 방사선 중에 포함된 감마선을 차폐하고 높은 에너지를 가지는 우주 방사선 중성자와 핵반응하여 다수의 2차 중성자를 생성시킬 수 있다.
상기 반사부는 지각에서 발생하는 낮은 에너지의 중성자를 차단하고, 상기 2차 중성자 중에서 상기 중성자 검출기 밖으로 향하는 2차 중성자를 상기 중성자 검출기 쪽으로 반사시킬 수 있다.
상기 중성자 검출기는 3He 또는 BF3를 포함할 수 있다.
상기 파형신호분석기는 FADC가 이용되고, 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호는 상기 FADC의 거부신호로 작동할 수 있다.
상기 FADC는 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호와 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단할 수 있다.
상기 FADC는 우주선 중성자를 분류하고 잡음 신호를 제거할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 상기한 우주 방사선 중성자 검출 장치를 이용한 중성자 검출 방법에 있어서, (a) 상기 중성자 검출기에서 중성자 신호를 검출하는 단계; (b) 신호 증폭기를 이용하여 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 단계; (c) 상기 하전입자 검출기에서 하전입자 신호를 검출하는 단계; (d) 광증배관을 이용하여 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호를 증폭하는 단계; (e) 상기 (b) 단계 및 상기 (d) 단계를 거친 신호를 상기 파형신호분석기로 보내는 단계; (f) 상기 중성자 검출기의 신호와 상기 하전입자 검출기의 신호가 동시에 검출되는지 여부를 판단하는 단계; (g) 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호 및 감마선에 의한 신호를 구별하는 단계; 및 (h) 잡음이 분리된 상기 중성자 신호를 검출하는 단계;를 포함하는 우주 방사선 중성자 검출 방법을 제공할 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호는 상기 파형신호분석기의 거부신호로 작동할 수 있다.
상기 (f) 단계에서 상기 중성자 검출기의 중성자 신호와 상기 하전입자 검출기의 하전입자 신호가 동시에 검출되면, 상기 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것인지 여부를 판단할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법은 주변 환경에서 방출되는 자연 방사선을 차단하고 우주 방사선의 하전입자의 영향을 제거하여 우주 방사선 중성자만 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법은 우주 방사선 중성자의 검출 강도가 높고 응답 속도가 빠르며 검출 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법은 FADC를 사용하여 중성자의 신호를 처리하기 때문에 검출 장치를 소형화할 수 있고 신호 처리에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법은 측정되는 우주 방사선 중성자 계수율과 방사선 선량이 선형임을 이용하여 선량계로 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치 및 검출 방법을 사용함으로써 여러 지역에 검출 장치를 설치하는 경우 지속적이고 정밀한 방사선 선량 측정을 할 수 있고, 지역별, 고도별, 시간별 우주 방사선 선량의 데이터 베이스를 구축하여 실시간을 우주 방사선 선량을 모니터링할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치의 내부 구조를 도시한 단면 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 우주 방사선 검출 장치의 내부 구조를 도시한 종방향 및 횡방향 단면도이다.
도 3은 도 1에 따른 검출 장치에서 중성자 신호 처리를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법을 사용한 전산 모사 결과를 도시한 도면이다.
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 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치의 내부 구조를 도시한 단면 사시도, 도 2는 도 1에 따른 우주 방사선 검출 장치의 내부 구조를 도시한 종방향 및 횡방향 단면도, 도 3은 도 1에 따른 검출 장치에서 중성자 신호 처리를 설명하기 위한 블록도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법을 도시한 순서도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법을 사용한 전산 모사 결과를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 우주 방사선에 포함된 하전입자를 검출하는 하전입자 검출기(150), 하전입자 검출기(150)가 양면에 부착되도록 육면체 형상을 가지며 높은 에너지를 가지는 우주 방사선을 통과시키고 낮은 에너지의 중성자를 흡수하도록 폴리에틸렌으로 형성된 반사부(110), 반사부(110)에 의해 둘러싸이는 육면체 형상을 가지며 반사부(110)를 통과한 우주 방사선과 핵반응하여 2차 중성자를 생성하도록 납으로 형성된 차폐부(120), 차폐부(120)에 의해 둘러싸이는 원통 형상을 가지며 2차 중성자(evaporation neutron)를 감속하여 저에너지 중성자로 변환시키도록 폴리에틸렌으로 형성된 감속부(130), 저에너지 중성자를 검출하는 중성자 검출기(140) 및 하전입자 검출기(150)에서 검출된 신호와 중성자 검출기(140)에서 검출된 신호가 동시에 검출되면 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호와 감마선에 의한 신호를 구별하는 파형신호분석기(190)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 다양한 방사선이 혼합된 우주 환경 방사선 또는 우주선 중에서 중성자만을 선택적으로 구분하여 고감도로 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 중성자 검출기(140)를 이용하여 높은 에너지인 우주 방사선 중성자를 저에너지를 가지는 중성자로 변환시켜서 고감도로 검출할 수 있으며, 검출 장치(100)에 입사하는 높은 에너지를 가지는 우주 방사선은 폴리에틸렌으로 형성된 반사부(110)를 통과하여 납으로 된 차폐부(120)와의 핵반응으로 2차 중성자가 생성되며, 2차 중성자는 차폐부(120)의 내부에 위치하고 폴리에틸렌으로 형성된 감속부(130)에서 감속되면서 검출 효율이 높은 낮은 에너지 영역의 중성자로 변환되어 3He 또는 BF3와 같은 기체가 충진된 중성자 검출기(140)에 의해 검출 또는 측정될 수 있다. 이 때, 주변 환경에서 연유되는 방사선은 우주 방사선 보다 낮은 에너지를 가지는 방사선으로서 폴리에틸렌으로 형성된 반사부(110) 및 납으로 형성된 차폐부(120)에 의해서 차단될 수 있다.
우선 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 대략 육면체 형상으로 형성될 수 있는데, 그 최외곽에는 하전입자 검출기(150)가 구비될 수 있다. 하전입자 검출기(150)는 플라스틱 신틸레이터(scintillator)로 형성될 수 있다. 하전입자 검출기(150)는 우주 방사선 중 양성자 등과 같은 하전입자의 영향을 제거하기 위한 것으로, 검출 장치(100)의 상면 및 하면에 형성될 수 있다. 하전입자 검출기(150)는 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)의 상면 및 하면에 장착될 수 있는 판상의 형태를 가지는 것이 바람직하다.
상하면에 형성된 하전입자 검출기(150)의 사이에는 폴리에틸렌으로 형성된 반사부(110)가 형성될 수 있다. 반사부(110)는 대략 가운데 부분에 소정의 공간이 형성된 박스(box) 또는 육면체 형상을 가질 수 있다. 반사부(110)는 우주 방사선에 최초로 도달하는 부분이라고 할 수 있으며, 반사부(110)에는 우주 방사선 중성자 뿐만 아니라 지각 또는 주변 환경에서 발생하는 낮은 에너지를 가지는 중성자와 접촉할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 지각에서 연유하는 낮은 에너지를 가지는 중성자를 차단하고 우주 방사선 중성자만을 검출하는데, 반사부(110)에 의해서 지각에서 연유하는 낮은 에너지를 가지는 중성자가 흡수 제거될 수 있다. 반사부(110)가 검출 장치(100)의 최외곽을 형성하여 지각에서 발생하는 낮은 에너지 영역의 중성자를 차단함으로써 상대적으로 높은 에너지를 가지는 우주 방사선 중성자만 반사부(110)를 통과하여 반사부(110)의 내부로 진입할 수 있다.
반사부(110)의 내부에는 반사부(110)와 동일한 형상 즉, 대략 육면체 형상을 가지며 반사부(110)에 의해 둘러싸이도록 형성된 차폐부(120)가 제공될 수 있다. 차폐부(120)는 납(lead)으로 형성되며, 우주 방사선 중성자와의 핵반응을 일으켜서 2차 중성자(evaporation neutron)을 생성시킬 수 있다. 또한, 차폐부(120)는 감마선 내지 감마 방사선이 중성자 검출기(140) 쪽으로 진입하는 것을 차단할 수 있고, 주변 환경에서 연유되는 낮은 에너지를 가지는 방사선을 차폐할 수도 있다. 이와 같이 반사부(110)가 지각에서 발생하는 낮은 에너지를 가지는 중성자를 차단함으로써 위도 및 고도 변화에 따른 환경적인 요인을 제거할 수 있다.
한편, 우주 방사선 중 양성자와 차폐부(120)가 핵반응을 일으켜서 2차 중성자가 생성되는데, 하전입자 검출기(150)는 우주 방사선 중성자와 핵반응에 의해서 생성된 2차 중성자와 우주 방사선 하전입자 또는 양성자와 핵반응에 의해 생성된 2차 중성자를 구별할 수 있으며, 하전입자 검출기(150)를 구비함으로써 하전입자에 의해 생성된 2차 중성자가 중성자 검출기(140)에서 검출되는 것을 방지하여, 오직 우주 방사선 중성자에 의해 생성된 2차 중성자만 중성자 검출기(140)에서 검출되게 할 수 있다.
차폐부(120)는 자연 방사선 중에 포함된 감마선을 차폐하고 높은 에너지를 가지는 우주 방사선과 핵반응하여 다수의 2차 중성자를 생성시킬 수 있다.
여기서, 반사부(110)는 주변 환경 또는 지각에서 발생하는 낮은 에너지의 중성자를 차단할 뿐만 아니라, 차폐부(120)에서 생성된 2차 중성자 중에서 중성자 검출기(140)를 향하지 않고 중성자 검출기(140) 밖으로 향하는 2차 중성자가 중성자 검출기(140) 쪽으로 향하도록 2차 중성자를 반사시킬 수 있다. 이와 같이, 차폐부(120)에서 생성되었으나 중성자 검출기(140) 쪽으로 향하지 않는 2차 중성자를 반사부(110)에 의해서 중성자 검출기(140)로 다시 보냄으로써 우주 방사선 중성자의 검출 효율을 높일 수 있다.
차폐부(120)의 내부에는 원통형상을 가지고 폴리에틸렌으로 형성된 감속부(130)가 제공된다. 감속부(130)는 고속의 중성자를 검출 효율이 높은 저에너지 영역의 중성자로 감속시키는 역할을 한다. 높은 에너지를 가지는 우주 방사선 중성자를 감속하지 않고 검출하는 경우에는 중성자가 높은 에너지에 의해서 고속으로 이동하기 때문에 중성자 검출기(140)에 제대로 검출되지 않을 수 있다. 이를 방지하기 위해 폴리에틸렌으로 형성된 감속부(130)를 이용하여 높은 에너지를 가지는 고속의 중성자를 낮은 에너지를 가지는 저속의 중성자(즉, 2차 중성자)로 감속시켜서 중성자의 검출 효율을 높일 수 있다.
차폐부(120)에서 생성된 2차 중성자는 감속부(130)에 의해서 감속되어 중성자 검출기(140)에서 최종적으로 검출된다. 중성자 검출기(140)는 감속부(130)에 의해서 둘러싸이도록 그 내부에 형성되며, 3He 또는 BF3와 같은 기체로 채워질 수 있다.
본 장치의 우주 방사선 중성자 검출방법은 중성자 검출기 신호가 증폭기를 통하여 파고분석기인 FADC로 보내어지고 동시에 하전입자에 의한 신호가 FADC의 거부신호로 작동하면서 중성자 계수율 분석에서 하전입자 신호에 의한 잡음을 제거하고, 또한 신호의 크기로 중성자와 감마선도 구분하여 우주선 중성자에 의한 신호만을 분리하는 것이다.
중성자 검출기(140)에서 낮은 에너지를 가지는 우주 방사선의 2차 중성자가 검출되면, 그 검출 신호를 분석하고 처리하여 우주 방사선 중성자의 계수를 하는 과정을 거치게 된다. 이를 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)는 중성자 검출기(140)에서 검출된 신호 또는 중성자 신호를 증폭시키는 신호증폭기(180), 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호를 증폭시키는 광증배관(160), 우주 방사선 중성자 신호를 구별하고 잡음 신호를 제거하는 파형신호분석기(190) 및 파형신호분석기(190)에서 전달 받은 중성자 신호를 이용하여 중성자를 계수하는 중성자 계수기(195)를 포함할 수 있다.
여기서, 파형신호분석기(190)로는 에프에이디씨(FADC:Flash Analog to Digital Converter, 이하 "FADC"라 함)가 이용될 수 있고, 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호는 파형신호분석기(190) 내지 FADC에 거부신호(veto)로 입력되어 작동할 수 있다.
파형신호분석(190) 내지 FADC에서 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호와 중성자 검출기(140)에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단할 수 있다. 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단되며, 파형신호분석기 내지 FADC(190)는 감마선에 의한 신호 또는 잡음 신호를 제거하여 우주 방사선 중성자를 분류 또는 구분하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법에 대해서 설명한다. 도 4를 참조하면, 상기한 우주 방사선 중성자 검출 장치(100)를 이용한 중성자 검출 방법은, (a) 중성자 검출기(140)에서 중성자 신호를 검출하는 단계(1100); (b) 신호 증폭기(180)를 이용하여 중성자 검출기(140)에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 단계(1200); (c) 하전입자 검출기(150)에서 하전입자 신호를 검출하는 단계(1300); (d) 광증배관(160)을 이용하여 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호를 증폭하는 단계(1400); (e) 상기 (b) 단계(1200) 및 상기 (d) 단계(1400)를 거친 신호를 파형신호분석기(190)로 보내는 단계(1500); (f) 중성자 검출기(140)의 중성자 신호와 하전입자 검출기(150)의 하전입자 신호가 동시에 검출되는지 여부를 판단하는 단계(1600); (g) 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호 및 감마선에 의한 신호를 구별하는 단계(1800); 및 (h) 잡음이 분리된 상기 중성자 신호를 검출하는 단계(1900);를 포함할 수 있다.
상기 (e) 단계(1500)에서, 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호는 파형신호분석기(160)의 거부신호로 작동할 수 있다.
다시 말하면, 중성자 검출기(140)에 검출된 중성자 신호가 신호증폭기(180)를 거쳐서 파형신호분석기인 FADC(190)에 전달되며 하전입자 검출기(150)에서 검출된 하전입자 신호는 광증배관(160)을 통해 FADC(190)의 거부신호기로 보내지게 된다.
상기 (f) 단계(1600)에서 중성자 검출기(140)의 중성자 신호와 하전입자 검출기(150)의 하전입자 신호가 동시에 검출되면, 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것인지 여부를 판단한다(1700).
중성자 신호가 우주 방사선 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단되면, 우주 방사선 중성자가 아닌 것으로 판단하고 종료한다.
만약, 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단되지 않으면, 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호와 감마선에 의한 신호를 분리 또는 구분하여 감마선에 의한 신호를 제거할 수 있다(1800). 즉, 신호의 크기에 따라 검출하고자 하는 중성자에 의한 신호와 잡음에 의한 신호를 분리하여, 잡음에 의한 신호를 제거함으로써 중성자에 의한 신호만을 계수할 수 있다.
이와 같이, 잡음 신호가 분리된 중성자 신호는 계수기(195)로 보내어져 중성자 계수 데이터 등을 저장하고 모니터링할 수 있다(1900).
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 방법을 사용한 전산 모사 결과가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 파형신호분석기 내지FADC(190)로 들어오는 신호와 FADC(190)로 들어오는 신호 중 하전입자 또는 감마선의 영향을 제거한 신호에 차이가 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치(100) 및 검출 방법은 파형신호분석기로 FADC(190)를 사용함으로써 용이하게 중성자 신호만을 선별적으로 검출할 수 있다.
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.
100: 우주 방사선 중성자 검출 장치 110: 반사부
120: 차폐부 130: 감속부
140: 중성자 검출기 150: 하전입자 검출기
190: FADC

Claims (11)

  1. 우주 방사선에 포함된 하전입자를 검출하는 하전입자 검출기;
    상기 하전입자 검출기가 양면에 부착되도록 육면체 형상을 가지 는 반사부;
    상기 반사부에 의해 둘러싸이는 육면체 형상을 가지며, 상기 반사부를 통과한 우주 방사선 중성자와 핵반응하여 2차 중성자를 생성하도록 납으로 형성된 차폐부;
    상기 차폐부에 의해 둘러싸이는 원통 형상을 가지며, 상기 2차 중성자를 감속하여 저에너지 중성자로 변환시키도록 폴리에틸렌으로 형성된 감속부;
    상기 저에너지 중성자를 검출하는 중성자 검출기; 및
    상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호와 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호와 감마선에 의한 신호를 구별하는 파형신호분석기;를 포함하며,
    상기 반사부는 폴리에틸렌으로 형성되어 우주 방사선은 통과시키고 2차 중성자는 상기 중성자 검출기를 향하도록 반사시키고,
    상기 하전입자 검출기는 우주 방사선 중성자와 핵반응에 의해서 생성된 2차 중성자와 우주 방사선의 하전입자 중 양성자와 핵반응에 의해 생성된 2차 중성자를 구별하여, 하전입자 중 양성자에 의해 생성된 2차 중성자가 상기 중성자 검출기에서 검출되는 것을 방지하고 우주 방사선 중성자에 의해 생성된 2차 중성자만 상기 중성자 검출기에서 검출되게 하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하전입자 검출기는 플라스틱 신틸레이터(scintillator)로 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 차폐부는 자연 방사선 중에 포함된 감마선을 차폐하고 우주 방사선 중성자와 핵반응하여 다수의 2차 중성자를 생성시키는 것을 특징으로 하는 우선 방사선 중성자 검출 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사부는 지각에서 발생하는 중성자를 차단하고, 상기 2차 중성자 중에서 상기 중성자 검출기 밖으로 향하는 2차 중성자를 상기 중성자 검출기 쪽으로 반사시키는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중성자 검출기는 3He 또는 BF3를 포함하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 파형신호분석기는 에프에이디씨(FADC)가 이용되고, 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호는 상기 에프에이디씨(FADC)의 거부신호로 작동하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에프에이디씨(FADC)는 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호와 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호가 동시에 검출되면 상기 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 에프에이디씨(FADC)는 우주선 중성자를 분류하고 잡음 신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 장치.
  9. 제5항에 따른 우주 방사선 중성자 검출 장치를 이용한 중성자 검출 방법에 있어서,
    (a) 상기 중성자 검출기에서 중성자 신호를 검출하는 단계;
    (b) 신호 증폭기를 이용하여 상기 중성자 검출기에서 검출된 중성자 신호를 증폭하는 단계;
    (c) 상기 하전입자 검출기에서 하전입자 신호를 검출하는 단계;
    (d) 광증배관을 이용하여 상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호를 증폭하는 단계;
    (e) 상기 (b) 단계 및 상기 (d) 단계를 거친 신호를 상기 파형신호분석기로 보내는 단계;
    (f) 상기 중성자 검출기의 중성자 신호와 상기 하전입자 검출기의 하전입자 신호가 동시에 검출되는지 여부를 판단하는 단계;
    (g) 신호의 크기에 따라 중성자에 의한 신호 및 감마선에 의한 신호를 구별하는 단계; 및
    (h) 잡음이 분리된 상기 중성자 신호를 검출하는 단계;를 포함하며,
    상기 하전입자 신호를 검출하는 단계는 우주 방사선 중성자와 핵반응에 의해서 생성된 2차 중성자와 우주 방사선의 하전입자 중 양성자와 핵반응에 의해 생성된 2차 중성자를 구별하여, 하전입자 중 양성자에 의해 생성된 2차 중성자가 상기 중성자 검출기에서 검출되는 것을 방지하고 우주 방사선 중성자에 의해 생성된 2차 중성자만 상기 중성자 검출기에서 검출되게 하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    상기 하전입자 검출기에서 검출된 하전입자 신호는 상기 파형신호분석기의 거부신호로 작동하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서 상기 중성자 검출기의 중성자 신호와 상기 하전입자 검출기의 하전입자 신호가 동시에 검출되면, 상기 중성자 신호가 하전입자의 영향을 받은 것인지 여부를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우주 방사선 중성자 검출 방법.
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