KR101625397B1 - 공정 진단용 방사성 동위원소 투입 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방사성 동위원소 추적자가 들어 있는 용기를 연구대상 시스템 내부에 투입시킨 후 강한 공기압력으로 용기를 깨뜨려 방사성 물질을 연구대상 시스템 내부에 투입할 수 있도록 하는 방사성 물질 투입 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방사성 물질 투입 장치는, 방사성 물질이 수용된 용기; 상기 용기를 특정 압력 이상의 공기압으로 파쇄하는 제1 실린더; 및 외부로부터 공기를 유입하여 상기 제1 실린더에 상기 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 제2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

공정 진단용 방사성 동위원소 투입 장치 및 방법{Process diagnosis type radiotracer injection method and apparatus}

본 발명은 방사성 동위원소 추적자를 연구대상 시스템 내부에 투입하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

방사성 동위원소의 공학적 활용 기술 차원에서 방사성 동위원소 및 그 표지 화합물들은 공정 유체의 유동 특성을 계측하고 가시화 할 수 있는 기술이다.

유동의 탐지에 이용되는 방사성 동위원소 추적자를 연구 대상 시스템 내부에 투입한 뒤 이들로부터 방출되는 감마선을 외부에서 탐지하고 이를 시간과 계측위치의 함수로 분석하게 된다.

방사성 동위원소를 추적자로 이용하는 실험은 산업공정 등에서 체제 시간분포측정, CFD 모델검증, 유속측정, 단입자 방출 컴퓨터 토모그래피(Single Particle Emission Computerized Tomography) 등은 물론 하천 확산계수 측정 및 연안 표지모래 거동탐지와 같은 환경자원탐지 등 매우 다양한 분야에 활용될 수 있다.

이러한 방사성 추적자 실험을 하기 위해서는 방사성 추적자를 투입해 주는 투입기가 필요한데, 통상 이러한 투입기는 방사성 추적자가 담긴 바이얼(vial)을 차폐된 주사기로 뽑아 게이지용 밸브 등을 통해 주입하도록 되어 있다.

연구대상 시스템의 규모에 따라 차이는 있으나, 방사성 물질을 시스템 내부에 투입하기 위하여 기존에는 주사기에 연결된 미세한 관을 이용하거나 막대기 모양의 장치를 이용하였다.

그러나 이들 기존 장치는 실험자의 방사선 피폭 가능성이 높을 뿐만 아니라 장치에 연결된 관 내부 체적의 증가로 인하여 요구되는 방사성 물질이 증가하거나 계측 데이터에 영향을 미친다.

막대기 모양의 장치의 경우에는 그 길이를 확장하는데 한계가 있어 일반적인 실험에 통용되는데 어려운 단점들이 있다.

한국 등록특허공보 제10-0669186호(등록일 : 2007년 1월 9일)

전술한 단점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 방사성 동위원소 추적자가 들어 있는 용기를 연구대상 시스템 내부에 투입하고 사전에 설정해 놓은 일정 시간이 경과하면 강한 공기압력으로 용기를 깨뜨려 방사성 동위원소를 연구대상 시스템 내부에 투입할 수 있도록 하는 공정 진단용 방사성 동위원소 투입 장치 및 방법을 제공함에 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 물질 투입 장치는, 방사성 물질이 수용된 용기; 상기 용기를 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 파쇄하는 제1 실린더; 및 외부로부터 공기를 유입하여 상기 제1 실린더에 상기 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급하는 제2 실린더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 용기가 움직이지 않도록 고정되게 안착되는 용기 고정대를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 연결하는 오리피스를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 오리피스의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 상기 제1 실린더가 작동될 수 있다.

또한, 상기 제1 실린더에 장착되고, 상기 제1 실린더의 오작동을 방지하기 위한 잠금부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 실린더는 외부로부터 공기 주입 밸브를 통해 공기를 유입하게 된다.

그리고, 상기 용기 고정대의 주변에 설치되고, 상기 용기가 파쇄된 후에 파편들이 분산되는 것을 방지하기 위한 철망으로 된 케이지(Cage)를 더 포함할 수 있다.

한편, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방사성 물질 투입 방법은, 방사성 물질이 수용된 용기가 움직이지 않도록 고정대에 안착되는 단계; 제2 실린더가 외부로부터 공기를 유입하여 제1 실린더에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급하는 단계; 및 상기 제1 실린더가 상기 제2 실린더로부터 공급받은 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 상기 용기를 파쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공급하는 단계는, 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 연결하는 오리피스를 통해 상기 제2 실린더가 상기 제1 실린더에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급할 수 있다.

또한, 상기 파쇄하는 단계는, 상기 오리피스의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 상기 제1 실린더가 작동되어, 상기 제1 실린더가 상기 제2 실린더로부터 공급받은 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 상기 용기를 파쇄할 수 있다.

또한, 상기 공급하는 단계는, 상기 제2 실린더가 외부로부터 공기 주입 밸브를 통해 공기를 유입하여 상기 제1 실린더에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급할 수 있다.

그리고, 상기 파쇄하는 단계는, 상기 용기가 파쇄된 후에 파편들이 분산되는 것을 방지하기 위해 상기 용기 고정대의 주변에 설치된 철망으로 된 케이지(Cage)에 파편들이 수집될 수 있다.

본 발명에 의하면, 감마선을 방출하는 방사성 동위원소 및 방사성 동위원소 표지 화합물들을 추적자로 활용하는 공학적 응용계측 연구에 있어서 무엇보다 중요한 실험자의 방사선 피폭 영향을 최소화함으로써 방사선 안전을 확보할 수 있다.

또한 실험에 요구되는 방사성 물질의 양을 최소량으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 방사성 물질을 순간적으로 짧은 시간 내에 투입함으로써 실험 데이터의 분석결과 해석을 용이하게 할 수 있다.

그리고, 실험과정에서 발생할 수 있는 방사성 폐기물의 양을 최소화하고 투입장치의 반복 활용을 가능하게 함으로써 제반 경비를 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사성 물질 투입 장치의 구성 예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사성 물질 투입 장치의 단면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사성 물질 투입 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공정 진단용 방사성 동위원소 투입 장치의 구성 예를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 공정 진단용 방사성 동위원소 투입 장치(100)는, 방사성 물질이 수용된 용기(110); 용기를 특정 압력 이상의 공기압으로 파쇄하는 제1 실린더(120); 및 외부로부터 공기를 유입하여 제1 실린더에 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 제2 실린더(130)를 포함한다.

여기서, 용기(110)는 방사성 물질(방사성 동위원소 추적자)을 수용하는 바이얼(Vial)을 예로 들 수 있고, 제1 실린더(120)는 소형 공압 실린더를 예로 들 수 있으며, 제2 실린더(130)는 일회용 소형 압축공기 실린더를 예로 들 수 있다.

또한, 용기가 움직이지 않도록 고정되게 안착되는 용기 고정대(140)와, 제1 실린더와 제2 실린더를 연결하는 오리피스(150), 제1 실린더에 장착되고 제1 실린더의 오작동을 방지하기 위한 잠금부(160)를 더 포함할 수 있다.

용기 고정대(140)는 용기(110)를 삽입하여 고정 안착시킬 수 있는 관통형 구조를 갖거나, 용기(110)의 밑 부분을 일부 수용하는 홈이 형성되어 홈을 통해 용기(110)를 고정 안착시킬 수도 있다.

오리피스(150)의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 제1 실린더(120)가 작동하여 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 용기(110)를 파쇄한다.

제2 실린더(130)는 외부로부터 공기 주입 밸브(170)를 통해 공기를 유입하고, 제1 실린더(120)에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급하게 된다.

그리고, 도면에 도시하지 않았지만, 용기 고정대(140)의 주변에 설치되고 용기(110)가 파쇄된 후에 파편들이 분산되는 것을 방지하기 위한 철망으로 된 케이지(Cage)를 더 포함할 수 있다.

한편, 제1 실린더(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 내부에 강력한 공기압에 의해 순식간에 전진하여 용기(110)에 부딪혀 용기(110)를 깨뜨릴 수 있는 파쇄핀(210)을 구비할 수 있다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사성 물질 투입 장치의 단면도를 나타낸 도면이다. 도 2에서, 일회용 소형 압축공기 실린더로서의 제1 실린더(120)는 외부의 공기 공급원과 연결되는 제2 실린더(130)와 오리피스(150)를 통해 연통된 구조를 갖는다.

따라서, 제1 실린더(120)는 제2 실린더(130)로부터 오리피스(150)를 통해 강력한 공기압을 제공받는다. 이때, 제1 실린더(120)의 내부 구조는 원통형으로 이루어져 있으나, 이에 한정하지 않고 다른 형태로 구현할 수 있다.

제1 실린더(120)에 구비된 파쇄핀(210)은 제1 실린더(120)의 내부 구조를 따라 원기둥 형태를 가지나, 이에 한정하지 않고 사각 기둥이나 삼각 기둥, 오각 기둥 등 제1 실린더(120)의 내부 구조에 따라 다양한 형태로 구현할 수 있다.

파쇄핀(210)은 제1 실린더(120)의 내부 구조를 따라 위치해 있으며, 잠금부(160)의 잠금 동작에 의해 용기(110)에 전진하지 않도록 걸려져 있는 상태로 있다. 여기서, 잠금부(160)는 사용자가 원격에서 스위치를 조작함에 따라 전기를 공급받아 예를 들면, 솔레노이드 장치와 같이 전자적인 동작으로 잠금 동작 또는 해제 동작을 수행하는 구조를 가질 수 있다.

제2 실린더(130)로부터 제1 실린더(120)에 강력한 공기압이 공급되면, 제1 실린더(120)의 내부에 강력한 공기압이 파쇄핀(210)을 용기(110)가 위치해 있는 방향으로 전진시키게 된다.

따라서, 제1 실린더(120)는 그 내부의 파쇄핀(210)이 전진하여 용기 고정대(140)에 고정되어 있는 용기(110)에 부딪힐 수 있는 위치에 용기(110)와 직교하도록 형성되어 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사성 물질 투입 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방사성 물질 투입 장치(100)는, 방사성 물질이 수용된 용기가 움직이지 않도록 용기 고정대에 안착된다(S310).

즉, 방사성 동위원소 추정자가 들어 있는 바이얼(Vial)이 예를 들면, 로봇팔과 같은 기계적 장치에 의해 용기 고정대(140)에 움직이지 않도록 고정 안착되는 것이다.

이어, 제2 실린더(130)가 외부로부터 공기를 유입하여 제1 실린더(120)에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급한다(S320).

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 실린더(120)와 제2 실린더(130)를 연결하는 오리피스(150)를 통해 제2 실린더(130)가 제1 실린더(110)에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급하는 것이다.

이때, 제2 실린더(130)는 외부의 공기 공급원으로부터 공기 주입 밸브(170)를 통해 공기를 유입하여 제1 실린더(120)에 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 공급할 수 있다. 제1 실린더(120)는 예를 들면, 이산화탄소(CO₂)가 액체 상태로 12g 내지 20g 중 하나의 그램(g)으로 채워지고, 실린더 부피는 10 CC 내지 50 CC 정도인 경우에, 그에 따른 압력을 20 기압 내지 100 기압 등으로 할 수 있으나, 실린더 내 보증 압력이 15 기압 정도에 해당하므로 특정 압력은 10 기압 내지 15 기압 정도라 할 수 있다.

이어, 제1 실린더(120)는 제2 실린더(130)로부터 공급받은 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 용기(110)를 파쇄한다(S330).

이때, 오리피스(150)의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 제1 실린더(120)가 작동되고, 작동된 제1 실린더(120)는 제2 실린더(130)로부터 공급받은 특정 압력 이상의 강력한 공기압으로 용기(110)를 파쇄하게 된다. 여기서, 특정 압력 이상의 강력한 공기압은 용기(110)를 깨뜨릴 수 있는 정도 이상의 강력한 공기압을 의미한다.

또한, 제1 실린더(120)의 내부 구조를 따라 잠금부(160)의 잠금 동작에 의해 용기(110)에 전진하지 않도록 걸려져 있는 상태로 있는 파쇄핀(210)이 잠금부(160)의 잠금 상태가 해제되면서 강력한 공기압에 의해 갑작스럽게 전진하게 되어 용기(110)에 세게 부딪혀 용기(110)를 파쇄하게 할 수 있다.

따라서, 용기(110)가 파쇄됨에 따라 용기(110) 내에 들어 있던 방사성 물질(방사성 동위원소 추적자)이 외부로 확산되면서 퍼지게 된다.

본 발명에 따른 방사성 물질 투입 장치(100)가 수중에 위치해 있는 경우에, 수중에서 전술한 바와 같은 동작으로 용기(110)를 파쇄하면, 용기(110) 속에 들어 있던 방사성 물질이 수중으로 확산되는 것이다.

이때, 용기(110)가 파쇄된 후에, 용기(110) 또는 용기 고정대(140)의 주변에 설치된 철망으로 된 케이지(Cage)에 파쇄된 용기(110)의 파편들이 수집됨으로써, 파쇄된 용기(110)의 파편들이 분산되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 방사성 동위원소 추적자를 연구대상 시스템 내부에 투입하는 과정에서 장치의 구성을 단순화하면서 실험자의 방사선 피폭을 최소화 할 수 있고, 짧은 시간 내에 일시적으로 투입할 수 있으며, 투입 후 장치에 잔류하는 방사성 물질을 최소화 할 수 있으며, 유체 내부에서 안정적인 기계적 작동으로 반복적 사용 및 방사성 폐기물 발생량을 최소화 할 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 방사성 동위원소 추적자가 들어 있는 용기를 연구대상 시스템 내부에 진입시킨 후 강한 공기압력으로 용기를 깨뜨려 방사성 물질을 연구대상 시스템 내부에 투입할 수 있도록 하는 방사성 물질 투입 장치 및 방법을 실현할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명은 방사성 동위원소 추적자가 들어 있는 용기를 연구대상 시스템 내부에 진입시킨 후 강한 공기압력으로 용기를 깨뜨려 방사성 물질을 연구대상 시스템 내부의 유동을 교란시키지 않으면서 투입할 수 있도록 하는 방사성 물질 투입 장치 및 방법에 적용할 수 있다.

100 : 방사성 물질 투입 장치 110 : 용기
120 : 제1 실린더 130 : 제2 실린더
140 : 용기 고정대 150 : 오리피스
160 : 잠금부 170 : 공기 주입 밸브
210 : 파쇄핀

Claims (12)

1. 방사성 물질이 수용된 용기;
   상기 용기를 특정 압력 이상의 공기압으로 파쇄하는 제1 실린더;
   외부로부터 공기를 유입하여 상기 제1 실린더에 상기 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 제2 실린더;
   상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 연결하는 오리피스를 포함하고,
   상기 오리피스의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 상기 제1 실린더가 작동되는, 방사성 물질 투입 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 용기가 움직이지 않도록 고정되게 안착되는 용기 고정대;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 실린더에 장착되고, 상기 제1 실린더의 오작동을 방지하기 위한 잠금부;
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 장치.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 실린더는 외부로부터 공기 주입 밸브를 통해 공기를 유입하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 장치.
   
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 용기 고정대의 주변에 설치되고, 상기 용기가 파쇄된 후에 파편들이 분산되는 것을 방지하기 위한 철망으로 된 케이지(Cage);
   를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 장치.
   
8. 방사성 물질이 수용된 용기가 움직이지 않도록 고정대에 안착되는 단계;
   제2 실린더가 외부로부터 공기를 유입하여 제1 실린더에 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 단계; 및
   상기 제1 실린더가 상기 제2 실린더로부터 공급받은 특정 압력 이상의 공기압으로 상기 용기를 파쇄하는 단계를 포함하고,
   상기 파쇄하는 단계는, 상기 오리피스의 직경이 조절됨에 따라 일정 시간 이후에 상기 제1 실린더가 작동되어, 상기 제1 실린더가 상기 제2 실린더로부터 공급받은 특정 압력 이상의 공기압으로 상기 용기를 파쇄하는, 방사성 물질 투입 방법.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 공급하는 단계는, 상기 제1 실린더와 상기 제2 실린더를 연결하는 오리피스를 통해 상기 제2 실린더가 상기 제1 실린더에 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 방법.
   
10. 삭제
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 공급하는 단계는, 상기 제2 실린더가 외부로부터 공기 주입 밸브를 통해 공기를 유입하여 상기 제1 실린더에 특정 압력 이상의 공기압으로 공급하는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 방법.
    
12. 청구항 8에 있어서,
    상기 파쇄하는 단계는, 상기 용기가 파쇄된 후에 파편들이 분산되는 것을 방지하기 위해 상기 용기 고정대의 주변에 설치된 철망으로 된 케이지(Cage)에 파편들이 수집되는 것을 특징으로 하는 방사성 물질 투입 방법.
    

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