KR101522103B1 - 원자력 발전소의 전 운전영역에서 방출되는 중성자를 노외에서 측정하는 계측기 및 그 계측 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원자력 발전소의 전 운전영역에서 방출되는 중성자를 노외에서 측정하는 계측기 및 그 계측 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 중성자 계측기는, 원자력 발전소에서 방출되는 중성자에 대한 정보를 전류 형태로 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 감지된 정보를 기초로, 방출되는 중성자의 빈도수를 연산하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 전달되는 정보에 기초하여 원자력 발전소의 구동 전 영역에 대하여 중성자의 빈도수를 분석하는 분석부;를 포함하고, 상기 연산부는, 중성자 조사 회수를 직접 계수하는 펄스(pulse count) 모드를 수행하는 제 1 연산부; 및 포아송(Poisson) 이산확률분포의 특징을 이용하여 중성자 방출 빈도수를 측정하는 캠벨(Campbell fluctuation) 모드를 수행하는 제 2 연산부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 중성자 계측 방법은, 원자력 발전소의 구동이 시작되면, 상기 원자력 발전소에서 방출되는 중성자를 감지하는 단계; 상기 감지된 신호를 기초로, 펄스(pulse count) 모드 및 캠벨(Campbell fluctuation) 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산하는 단계; 빈도수가 0 내지 제 1 기준빈도수까지의 영역에서는 상기 펄스 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하고, 상기 제 1 기준빈도수를 초과하는 영역에서는 상기 캠벨 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하여, 그래프를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 전 영역의 그래프를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 서로 다른 측정방법을 이용하여 측정되는 중성자 방출 빈도수를 구간별로 적합한 모드를 사용하여 측정하고, 이를 오프셋 없이 통합함으로써, 보다 정확한 중성자 방출 빈도수 그래프를 획득할 수 있다.

Description

원자력 발전소의 전 운전영역에서 방출되는 중성자를 노외에서 측정하는 계측기 및 그 계측 방법{An　emitted neutron　measuring instrument at　external-core　of nuclear reactor　vessel for whole reacting range　and measuring method thereof}

본 발명은 원자력 발전소의 전 운전영역에서 방출되는 중성자를 노외에서 측정하는 계측기 및 그 계측 방법에 관한 것이다.

원자력 발전소에서 방사선량의 상시 모니터링 및 계측은 매우 중요한 요소이다. 원자로 외부에 설치되어 있는 노외 중성자 검출기는 기동채널, 안전채널, 제어채널로 구성되어 방사선을 검출 또는 계측하는 장치이다. 각 채널 종단은 특정 가스가 봉입된 챔버(chamber)로 구성되어 있으며, 챔버의 전극에는 높은 전압이 인가된다. 그리고 가속된 방사선이 챔버를 통과하면 내부에 봉입된 가스가 충격에너지에 의해 이온화되며, 극성을 가지는 이온들이 높은 전압이 인가된 전극 쪽으로 이동하여 챔버 내에 미소전류가 흐르게 된다. 이때 발생한 미소전류를 측정함으로써 방사선량을 모니터링하거나 계측한다.

중성자 측정을 위한 핵반응에 관련된 수식을 정리하면 다음과 같다.

n+6Li -> 4He+3H+4.79 MeV

n+10B -> 7Li*+4He7->Li+4He+0.48MeV+2.3MeV(93%)

-> 7Li+4He+2.8MeV( 7%)

n+155Gd -> Gd* -> γ ray spectrum->electron spectrum

n+157Gd -> Gd* -> γ ray spectrum->electron spectrum

n+235U -> fission fragments + ~160 MeV

n+239Pu -> fission fragments + ~160 MeV

중성자는 전하를 가지고 있지 않고 결정격자를 쉽게 통과하는 성질이 있으므로 간접적인 방법으로 측정을 하게 된다. 예를 들면 중성자가 결정격자와 충돌하거나 입자와 충돌할 때 발생하는 여러 가지 핵반응 중 발생되는 부산물이나 방출되는 에너지, 이온화된 플라즈마 형태의 원자나 분자를 검출할 수 있다.

표준형의 구형 웨스팅 하우스(westing house) 노외 중성자속 감시 계통은 8개의 분리된 채널로 구성되어 있으며 그 중 4개의 채널이 안전채널이다. 안전 채널은 수직으로 설치된 3개의 핵분열함으로 구성되어 있으며, 축 방향 출력 분포를 정확하게 측정한다. 4개의 안전 채널은 두 가지 범위의 출력을 감시할 수 있다. 첫 번째 범위는 1%에서 200%까지의 선형출력이고, 두 번째 범위의 출력은 광역으로 알려진 2*10E(-8)%에서 200%까지의 지수 출력이다.

한국공개특허 제10-2013-0035370호에는 중성자를 발생하는 중성자 선원, 열중성자 혹은 고속중성자를 검출할 수 있는 검출기, 검출기 펄스신호를 1차 증폭처리하기 위한 전치증폭기, 상기 전치증폭기 신호의 펄스성형을 위한 주증폭기, 상기 주증폭기에서 출력되는 펄스신호를 펄스의 높이에 따라 분류, 수집 및 기억시킬 수 있는 다중채널분석기, 상기 다중채널분석 결과를 나타낼 수 있는 출력장치를 포함하는 중성자 계측 시스템이 개시된다.

이러한 중성자 계측 시스템의 경우, 펄스신호만을 측정하여 방사선을 검출 또는 계측하므로, 중성자의 방출 빈도수가 높아지는 영역에서는 펄스파의 중첩현상으로 인하여 측정이 부정확하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 구간별로 서로 다른 측정방법을 이용하여, 중성자 방출 빈도수를 보다 정확하게 계측할 수 있는 계측기를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 중성자 계측기는, 원자력 발전소에서 방출되는 중성자에 대한 정보를 전류 형태로 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 감지된 정보를 기초로, 방출되는 중성자의 빈도수를 연산하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 전달되는 정보에 기초하여 원자력 발전소의 구동 전 영역에 대하여 중성자의 빈도수를 분석하는 분석부;를 포함하고, 상기 연산부는, 중성자 조사 회수를 직접 계수하는 펄스(pulse count) 모드를 수행하는 제 1 연산부; 및 포아송(Poisson) 이산확률분포의 특징을 이용하여 중성자 방출 빈도수를 측정하는 캠벨(Campbell fluctuation) 모드를 수행하는 제 2 연산부;를 포함할 수 있다.

상기 연산부는, 상기 감지부에서 측정된 전류의 실효치(RMS) 값에 기초하여, 중성자 방출 빈도수를 측정하는 직류(DC current) 모드를 수행하는 제 3 연산부;를 더 포함할 수 있다.

상기 감지부는, 감지된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고, 상기 연산부는, 상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 변환된 디지털 신호를 기초로 하여, 펄스 모드 및 캠벨 모드를 동시에 수행할 수 있다.

상기 분석부는, 상기 제 1 연산부, 제 2 연산부 및 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 그래프를 생성하고, 상기 제 1 연산부 및 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 생성된 그래프가 서로 교차하는 제 1 교차점을 기준으로, 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 상기 제 1 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하고, 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 상기 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택할 수 있다.

상기 제 2 연산부 및 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 생성된 그래프가 서로 교차하는 제 2 교차점을 기준으로, 상기 제 2 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 상기 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하고, 상기 제 2 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 상기 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택할 수 있다.

상기 연산부는 디지털 신호 처리방법을 이용하여, 상기 감지부에서 감지된 신호를 웨이블릿 분해(wavelet decomposition)하고, 분해된 상세 레벨 (detail level) 신호에서 미리 설정된 기준값을 초과하는 신호만 추출하여, 노이즈를 제거할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 중성자 계측 방법은, 원자력 발전소의 구동이 시작되면, 원자력 발전소에서 방출되는 중성자를 감지하는 단계; 상기 감지된 신호를 기초로, 펄스(pulse count) 모드 및 캠벨(Campbell fluctuation) 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산하는 단계; 빈도수가 0 내지 제 1 기준빈도수까지의 영역에서는 상기 펄스 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하고, 상기 제 1 기준빈도수를 초과하는 영역에서는 상기 캠벨 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하여, 그래프를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 전 영역의 그래프를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 중성자 계측 방법은, 상기 감지된 신호를 기초로, 직류(DC current) 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산하는 단계;를 더 포함하고, 상기 그래프를 생성하는 단계는, 상기 제 1 기준빈도수를 초과하고 제 2 기준빈도수 이하인 영역에서 상기 캠벨 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하고, 상기 제 2 기준빈도수를 초과하는 영역에서는 상기 직류 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하여, 그래프를 생성할 수 있다.

상기 제 1 기준빈도수는 10^6 count/sec 이고, 상기 제 2 기준빈도수는 10^10 count/sec 일 수 있다.

본 발명에 따르면, 서로 다른 측정방법을 이용하여 측정되는 중성자 방출 빈도수를 구간별로 적합한 모드를 사용하여 측정하고, 이를 오프셋 없이 통합함으로써, 보다 정확한 중성자 방출 빈도수 그래프를 획득할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 계측기 및 원자력 발전소의 블록도.
도 2는 이론적인 붕소 에너지 스펙트럼을 나타내는 도면.
도 3은 실제 BF3 가스의 에너지 스펙트럼을 예시적으로 나타내는 도면.
도 4는 캠벨 모드 회로를 예시적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연산부의 블록도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따라 획득된 중성자 계측 그래프.
도 7은 초기 기동 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면.
도 8은 중간 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면.
도 9는 정상 구동 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 계측 방법을 나타내는 플로차트.

이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 계측기 및 원자력 발전소의 블록도이다.

본 발명의 실시 예에 따른 원자력 발전소(10)에는, 상기 원자력 발전소(10)에서 방출되는 중성자를 측정하기 위한 계측기(100)가 연결될 수 있다.

상기 계측기(100)는, 상기 원자력 발전소(10)에서 방출되는 중성자에 대한 정보를 감지하는 감지부(110)와, 상기 감지부(110)에서 감지된 정보를 기초로 소정의 연산을 수행하는 연산부(120)와, 상기 연산부(120)에서 연산된 정보를 기초로 원자력 발전소의 전 영역에서의 중성자 방출 정보를 분석하기 위한 분석부(130)와, 상기 분석부(130)에서 분석된 정보를 출력하기 위한 출력부(140)를 포함할 수 있다.

상기 감지부(110)는 상기 원자력 발전소(10)에서 방출되는 중성자에 대한 정보를 전류 형태로 감지할 수 있다. 상기 감지부(110)는 A/D컨버터(analog to digital converter)를 포함할 수 있다. 상기 감지부(110)는 상기 A/D컨버터를 통하여 감지된 정보를 디지털 신호로 변환한 후에 상기 연산부(120)로 전달할 수 있다.

상기 연산부(120)는, 기능별로 제 1 연산부(122), 제 2 연산부(124), 및 제 3 연산부(126)로 구별할 수 있다. 상기 제 1 연산부(122) 내지 제 3 연산부(126)는 기능적으로 구별한 것에 불과하며, 별도의 부품으로 마련되어야 하는 것은 아님을 밝혀둔다.

상기 제 1 연산부(122)는, 상기 감지부(110)에서 감지된 정보를 펄스(pulse count) 모드에 따라서 연산하여, 중성자 방출 정보를 획득한다.

상기 제 2 연산부(124)는, 상기 감지부(110)에서 감지된 정보를 캠벨(Campbell fluctuation) 모드에 따라서 연산하여, 중성자 방출 정보를 획득한다.

상기 제 3 연산부(126)는, 상기 감지부(110)에서 감지된 정보를 직류(DC current) 모드에 따라서 연산하여, 중성자 방출 정보를 획득한다.

여기서, 각 모드에 대한 설명은 후술하기로 한다.

상기 분석부(130)는 상기 연산부(120)에서 획득된 중성자 방출 정보를 영역별로 선택하여, 전 영역에서의 중성자 방출 정보를 분석할 수 있다. 분석된 정보는 통합된 하나의 그래프로 나타내어 질 수 있다.

상기 출력부(140)는 상기 분석부(130)에서 분석된 정보를 사용자에게 출력한다. 예를 들어, 상기 출력부(140)는 하나의 그래프를 사용자에게 출력할 수 있다.

이하 각 모드에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 펄스(pulse count) 모드는, 중성자 조사 회수를 직접 계수하는 방법으로 200,000 count/sec 까지 유효한 방법이다. 여기된 B-10 원자핵은 리튬과 헬륨 (α입자)으로 붕괴 되면서 2.78MeV의 에너지를 방출한다.

n+10B->7Li*+4He7->Li+4He+0.48MeV+2.3MeV(93%)

->7Li+4He +2.8MeV( 7%)

이 에너지는 대부분 두 입자의 운동에너지로 변환된다. 2,000볼트의 전압이 텅스텐 필라멘트에 공급되어 양극을 형성한다.

이 전극은 자유전자를 끌어당기고 리튬과 헬륨이온은 음극으로 가속된다. 이 때 이 하전 입자(리튬과 헬륨)들은 BF3 가스와 충돌하여 전자를 이탈시키면서 에너지를 소모하게 된다.

도 2는 이론적인 붕소 에너지 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도 3은 실제 BF3 가스의 에너지 스펙트럼을 예시적으로 나타내는 도면이다. 도 2 및 3을 참조하면, 순수하게 방출되는 에너지에 의해 형성되는 스펙트럼은 도 2와 같이 관측되며 감지부(110) 크기에 의해 생기는 벽효과(wall effect)에 의해 실제 감지부(110)의 에너지 스펙트럼(energy spectrum)은 도 3과 같이 정체기(plateau)를 형성한다. 벽효과는 반응부산물의 반응영역이 감지부(110)의 크기에 비해 클 경우 반응물이 벽에 부딪혀 에너지가 감지부(110)의 벽에 먼저 전달될 경우에 생긴다.

두 개의 에너지 스펙트럼에서 낮은 에너지 영역의 에너지 분포는 감마선(gamma ray), 알파 입자(alpha particle) 등에 의한 노이즈로서 이상적인 경우 두 개의 영역이 겹치지 않지만 실제의 경우 상당 부분 스펙트럼이 겹치게 되고 펄스 높이(pulse height)에 의해 두 개의 영역을 구분해야 한다.

한편, 중성자 조사에 의해 형성된 전하량은 통상 0.1pC - 0.3pC으로 이것을 콘덴서에 충전시켜 전압으로 변환한다. 이 전하량은 바로 Q=CV에 의해 펄스 높이(pulse height)로 변환되며 통상의 BF3 감지시 발생되는 펄스 높이 스펙트럼(pulse height spectrum)에는 고속 중성자(fast neutron), 감마선(gamma ray), 알파 붕괴(alpha decay)가 포함되어 있다. 고속 중성자(fast neutron)와, 감마선 스펙트럼(gamma ray spectrum)은 펄스 높이(pulse height)가 매우 낮아 적정한 한계 레벨(threshold level, 또는 기준값)을 정하여 두 개의 스펙트럼을 분리할 필요가 있다.

다음으로, 캠벨(Campbell fluctuation) 모드는, 캠벨에 의해 증명된 포아송(Poisson) 이산확뷸분포의 특징으로 고차 발생빈도의 경우 평균값과

이 발생빈도에 비례함을 이용한 것이다.

도 4는 캠벨 모드 회로를 예시적으로 나타내는 도면이고, 아래의 수식과 같이 설명될 수 있다.

캠벨 모드는, 펄스 모드가 예를 들어, 초당 200,000회를 넘어서서 펄스가 서로 중첩하여 구분이 불가능할 때 사용할 수 있다. 이 때의 직류 평균전압과 실효치(RMS, root-mean-square) 값을 측정하여 계수율(count rate)로 변환할 수 있다. 빈도수가 소정의 범위 내에서는 빈도수가 실효치의 제곱에 비례하므로, 이러한 특징을 이용하여 측정할 수 있다. 캠벨 이론에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

마지막으로, 직류(DC current) 모드는, 직접 DC current를 측정하는 방법으로, 예를 들면, 상기 감지부(110)에서 감지된 전류의 실효치(RMS) 값을 측정하는 방법으로 수행될 수 있다. 빈도수가 소정의 범위를 초과하는 범위에서는 빈도수가 실효치에 비례하므로, 이러한 특징을 이용하여 측정할 수 있다. 직류 모드에서는, 전치 증폭기(pre-amp) 없이 전류 값을 로그(logarithm)로 환산하여 측정할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 연산부의 블록도이다.

도 5를 참조하여 정리하면, 상기 연산부(120)는, 상기에서 설명한 바와 같이 펄스에 의한 직접 계수, 캠벨 모드에서의 변동(fluctuation) 측정, 고출력 영역에서의 직접 직류(DC current) 측정 방법으로 측정할 수 있다. 각 측정 방법을 기준으로 상기 연산부(120)는, 펄스 모드로 측정하는 제 1 연산부(122)와, 캠벨 모드로 측정하는 제 2 연산부(124)와, 직류 모드로 측정하는 제 3 연산부(126)를 포함하는 것으로 이해될 수 있으며, 도 5에 나타나는 바와 같이, 각각의 연산부는 반드시 분리될 필요는 없고, 동일한 구성요소를 공용하는 것도 가능하다. 상기 제 1 연산부(122)는, 전치 증폭기(pre-amp) 및/또는 전하-전압 변환기(charge-voltage converter)를 포함할 수 있다.

상기 제 1 연산부(122)는 비교적 빈도수가 낮은 제 1 영역, 예를 들면, 초기 기동 영역에서 측정하기에 적합하다. 초기 기동 영역의 경우, 발생 빈도가 낮아 펄스 모드로 정확하게 측정하는 것이 가능하다. 상기 초기 제 1 영역은 0 에서 제 1 기준빈도수까지의 영역으로 정의될 수 있다. 상기 제 1 기준빈도수는 예를 들어, 10^6 count/sec 일 수 있다.

상기 제 2 연산부(124)는 빈도수가 높은 제 2 영역에서 측정하기에 적합하다. 예를 들면, 상기 초기 기동 영역을 초과한 영역에서 측정하기에 적합하다. 한편, 상기 초기 기동 영역 및 후술할 정상 구동 영역 사이의 영역으로, 빈도수가 점차 증가하는 상태의 중간 영역이 정의될 수 있다. 상기 제 2 연산부(124)는, 상기 중간 영역 및 정상 구동 영역에서 측정하기에 적합하다. 상기 중간 영역의 경우 빈도수가 실효치(RMS)의 제곱값에 비례하는 것이 알려져 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 상기 중간 영역은 제 1 기준빈도수를 초과하고 후술할 제 2 기준빈도수 미만인 영역으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 중간 영역은 10^6 ~ 10^10 count/sec 인 영역일 수 있다.

상기 제 3 연산부(126)는 빈도수가 높은 제 3 영역, 예를 들면 정상 구동 영역에서 측정하기에 적합하다. 여기서, 정상 구동 영역이란, 원자력 발전소가 초기 기동 영역을 떠나 빈도수가 충분히 증가한 뒤, 안정적인 동작 상태에 진입해 있는 영역을 의미한다. 정상 구동 영역의 경우, 발생 빈도수가 매우 높아 펄스 모드로 측정하는 것이 어렵다. 발생 빈도수가 충분히 높고, 소정의 진폭을 가지며 일정하게 유지되는 영역에서 실효치(RMS)를 이용하여 발생 빈도를 측정하는 것의 신뢰성은 이미 알려져 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다. 상기 정상 구동 영역은 제 2 기준빈도수를 초과하는 영역으로 정의될 수 있다. 상기 제 2 기준빈도수는 예를 들어, 10^10 count/sec일 수 있다.

상기 제 1 연산부(122), 제 2 연산부(124) 및 제 3 연산부(126)에서 연산된 빈도수는, 상기 분석부(130)로 전달되어 합성될 수 있다. 상기 초기 기동 영역에서는 상기 제 1 연산부(122)에서 연산된 빈도수가 사용될 수 있다. 상기 중간 영역에서는 상기 제 2 연산부(124)에서 연산된 빈도수가 사용될 수 있다. 상기 정상 구동 영역에서는 상기 제 2 연산부(124) 또는 제 3 연산부(126)에서 연산된 빈도수가 사용될 수 있다. 이와 같은 방법으로 상기 분석부(130)는 상기 원자력 발전소의 전 구동 영역에 대한 중성자 하나의 완성된 그래프를 산출할 수 있다.

한편, 이 경우, 각 영역별로 측정 방법이 상이하게 되므로, 불연속점이 생길 수 있다. 이러한 불연속점은 위에서 산출된 전 영역의 그래프를 여러가지 선형/비선형 커브 피팅 방법을 이용하여 연속적으로 표현할 수 있다.

상기 감지부(110)에서 감지되는 신호를 아날로그 신호 처리방법으로 처리하게 될 경우, 빈도수의 범위에 따라서, 모드를 전환하면서 상기 제 1 연산부(122), 제 2 연산부(124) 및 제 3 연산부(126)로 접점을 스위칭(switching)하여야 하는 불편함이 있게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상기 연산부(120) 및 분석부(130)는 디지털 신호 처리기(DSP, digital signal processing)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 감지부(110)에서 감지되는 신호를 디지털 신호를 변환한 뒤에 상기 제 1 연산부(122), 제 2 연산부(124) 및 제 3 연산부(126)에 전달하고, 각각의 연산부에서 영역의 구별 없이 빈도수를 연산하는 것이 가능하다.

그리고 아래와 같이 상기 분석부(130)는 각각의 연산부에서 연산된 빈도수를 하나의 그래프 상에 합성할 수 있다.

먼저, 상기 제 1 연산부(122)에서 연산된 펄스 모드에 따른 빈도수 그래프와, 제 2 연산부(124)에서 연산된 캠벨 모드에 따른 빈도수 그래프가 교차하는 제 1 교차점을 추출할 수 있다. 그리고 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 상기 펄스 모드에 따른 빈도수 그래프를 선택하고, 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 캠벨 모드에 따른 빈도수 그래프를 선택할 수 있다.

마찬가지로, 상기 제 2 연산부(124)에서 연산된 캠벨 모드에 따른 빈도수 그래프와, 제 3 연산부(126)에서 연산된 직류 모드에 따른 빈도수 그래프가 교차하는 제 2 교차점을 추출할 수 있다. 그리고 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 높고 제 2 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 캠벨 모드에 따른 빈도수 그래프를 선택하고, 상기 제 2 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 직류 모드에 따른 빈도수 그래프를 선택할 수 있다.

이러한 방법으로 전 영역 그래프를 획득할 수 있으며(도 6 참조), 이 경우 전 영역 그래프에는 불연속점이 생기지 않게 되므로, 별도의 피팅 작업이 불필요하게 하다. 물론, 앞서 살명한 바와 같이 모드 전환에 따라 접점을 스위칭하는 작업도 불필요하게 된다.

한편, 이하에서는 상기 신호 연산 및 분석 방법에 선행하여, 신호의 잡음을 제거하기 위하여 선행되는 신호처리 방법에 대하여 설명하기로 한다.

도 7은 초기 기동 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면이고, 도 8은 중간 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면이고, 도 9는 정상 구동 영역에서 감지된 신호를 나타내는 도면이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 중성자 충돌 신호와, 배경잡음, 감마선 충돌 신호가 서로 혼합하여 복잡한 형태로 신호가 감지되는 것을 알 수 있다. 상기 연산부(120)가 디지털 신호 처리기로 구성되는 경우, 아래와 같은 방법으로 잡음 등을 제거하는 것이 가능하다.

상기 감지부(110)로부터 이러한 신호가 전달되면, 상기 연산부(120)는 디지털 신호 처리방법(DSP, digital signal process)을 이용하여 원 신호를 웨이블릿(wavelet)으로 분해하고, 상세 레벨 계수(detail level coefficient)를 통계 분석하는 방법으로 펄스 높이(pulse height)가 낮은 배경 잡음 등의 노이즈(noise)을 분리해낼 수 있다.

도 4는 감지된 신호를 5단계(level) 웨이블릿 분해(wavelet decomposition)한 것을 예시적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 원 신호(S)에서는 지수 감소(exponential decay)가 포함되어 있어서 히스토그램(histogram)에 레벨을 설정할 특이한 점을 발견하기 어렵다. 그러나 상세 레벨(detail level) 1에서는 0에 몰려있는 데이터를 제외하면 10과 20 사이에 갭(gap)이 있으므로, 기준값을 10 내지 20의 값으로 설정하고, 상기 기준값을 기준으로 초과하는 신호만 분리하는 방법으로, 중성자에 의한 신호를 분리해 낼 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 계측 방법을 나타내는 플로차트이다.

먼저, 원자력 발전소의 구동이 시작되면, 상기 감지부(110)에서 중성자 방출 신호를 감지한다(S100).

상기 감지부(110)에서 감지된 신호는 상기 연산부(120)로 전달되고, 상기 제 1 연산부(122)에서는 펄스 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산한다(S110). 그리고 상기 제 2 연산부(124)에서는 캠벨 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산한다(S120). 그리고 상기 제 3 연산부(126)에서는 직류 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산한다(S130).

단계 S110 내지 S130에서 연산된 결과는 상기 분석부(140)로 전달된다. 그리고 상기 분석부(140)에서는, 먼저 영역을 결정하고, 상기 설정된 영역별로 상기 제 1 연산부 내지 제 3 연산부(122)(124)(126)에서 연산된 정보 중 어떠한 정보를 사용할지 선택한다(S140). 여기서 상기 영역은 각 연산부(122)(124)(126)에서 연산된 정보를 나타낸 그래프 들 사이의 교차점에 의해 결정될 수 있으며, 앞서 설명한 내용과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

그리고 상기 분석부(140)는 선택된 정보에 의해 전 영역 그래프를 생성한다(S150). 상기 분석부(140)에서 생성된 그래프는 상기 출력부(150)로 전달되고, 사용자에게 출력될 수 있다(S160).

본 발명에 따르면, 서로 다른 측정방법을 이용하여 측정되는 중성자 방출 빈도수를 구간별로 적합한 모드를 사용하여 측정하고, 이를 오프셋 없이 통합함으로써, 보다 정확한 중성자 방출 빈도수 그래프를 획득할 수 있다.

이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시 예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

1. 원자력 발전소에서 방출되는 중성자에 대한 정보를 전류 형태로 감지하는 감지부;
   상기 감지부에서 감지된 정보를 기초로, 방출되는 중성자의 빈도수를 연산하는 연산부; 및
   상기 연산부로부터 전달되는 정보에 기초하여 원자력 발전소의 구동 전 영역에 대하여 중성자의 빈도수를 분석하는 분석부;를 포함하고,
   상기 연산부는,
   중성자 조사 회수를 직접 계수하는 펄스(pulse count) 모드를 수행하는 제 1 연산부;
   포아송(Poisson) 이산확률분포의 특징을 이용하여 중성자 방출 빈도수를 측정하는 캠벨(Campbell fluctuation) 모드를 수행하는 제 2 연산부; 및
   상기 감지부에서 측정된 전류의 실효치(RMS) 값에 기초하여, 중성자 방출 빈도수를 측정하는 직류(DC current) 모드를 수행하는 제 3 연산부를 포함하고,
   상기 감지부는, 감지된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터를 포함하고,
   상기 연산부는, 상기 아날로그-디지털 컨버터를 통해 변환된 디지털 신호를 기초로 하여, 펄스 모드 및 캠벨 모드를 동시에 수행하며,
   상기 분석부는, 상기 제 1 연산부, 제 2 연산부 및 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 그래프를 생성하고,
   상기 제 1 연산부 및 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 생성된 그래프가 서로 교차하는 제 1 교차점을 기준으로, 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 상기 제 1 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하고, 상기 제 1 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 상기 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하는 것을 특징으로 하는 중성자 계측기.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 연산부 및 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 각각 생성된 그래프가 서로 교차하는 제 2 교차점을 기준으로, 상기 제 2 교차점의 빈도수보다 낮은 영역에서는 상기 제 2 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하고, 상기 제 2 교차점의 빈도수보다 높은 영역에서는 상기 제 3 연산부에서 측정된 정보를 기초로 생성된 그래프를 선택하는 것을 특징으로 하는 중성자 계측기.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연산부는 디지털 신호 처리방법을 이용하여, 상기 감지부에서 감지된 신호를 웨이블릿 분해(wavelet decomposition)하고, 분해된 상세 레벨 (detail level) 신호에서 미리 설정된 기준값을 초과하는 신호만 추출하여, 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 중성자 계측기.
   
7. 원자력 발전소의 구동이 시작되면, 상기 원자력 발전소에서 방출되는 중성자를 감지하는 단계;
   상기 감지된 신호를 기초로, 펄스(pulse count) 모드 및 캠벨(Campbell fluctuation) 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산하는 단계;
   빈도수가 0 내지 제 1 기준빈도수까지의 영역에서는 상기 펄스 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하고, 상기 제 1 기준빈도수를 초과하는 영역에서는 상기 캠벨 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하여, 그래프를 생성하는 단계; 및
   상기 생성된 전 영역의 그래프를 출력하는 단계;를 포함하는 중성자 계측 방법.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 감지된 신호를 기초로, 직류(DC current) 모드로 중성자 방출 빈도수를 연산하는 단계;를 더 포함하고,
   상기 그래프를 생성하는 단계는,
   상기 제 1 기준빈도수를 초과하고 제 2 기준빈도수 이하인 영역에서 상기 캠벨 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하고, 상기 제 2 기준빈도수를 초과하는 영역에서는 상기 직류 모드를 통해 연산된 빈도수를 선택하여, 그래프를 생성하는 것을 특징으로 하는 중성자 계측 방법.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 제 1 기준빈도수는 10^6 count/sec 이고, 상기 제 2 기준빈도수는 10^10 count/sec 인 것을 특징으로 하는 중성자 계측 방법.
   

Images