KR101667595B1 - 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핵 펄스를 고속으로 검출함과 동시에 방사선량을 검출할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치는, 핵 펄스 방사선에 의해 발생하는 광전류의 피크 값을 출력하는 피크 검출기와, 상기 피크 값인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와, 상기 디지털 신호에 대응하는 방사선량을 출력하는 디지털 신호 처리기와, 상기 방사선량을 화면상에 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.

Description

핵 펄스 및 방사선량 검출 장치{APPARATUS FOR DETECTING NUCLEAR PULSE AND RADIATION DOSE}

본 발명은 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치에 관한 것이다.

핵 폭팔시 발생하는 초기 핵 방사선이 전자 소자에 입사되면 강한 에너지로 인해 원자 내의 전자가 분리 되어 대량의 전자-정공 쌍(Electron/Hole Pair)이 생성되고 인가된 바이어스에 의해 전자 소자에서 원치 않는 전류의 흐름(광전류)이 발생한다. 이로 인하여 소자 내의 데이터 값이 변하는 업셋(Upset) 현상으로 오류를 일으키거나 전자소자 내의 기생 사이리스터(Thyristor)가 동작하는 래치-업(Latch-up) 현상이 발생하여 전자 소자가 손상된다. 따라서 전자 소자의 래치-업 현상을 방지하기 위해서는 핵 방사선량을 검출하여 검출 신호를 발생하는 핵 펄스 검출기가 필요하다.

한국특허 출원번호 제10-2001-0074160호

본 발명은 핵 펄스를 고속으로 검출함과 동시에 방사선량을 검출할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 명세서에 개시된 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치는, 핵 펄스 방사선이 수신됨으로써 생성되는 전자-정공 쌍과 바이어스 전압에 의해 광전류를 발생하는 PIN 다이오드와; 상기 PIN 다이오드에 연결되고, 상기 광전류를 전압으로 변환하는 제1 저항기와; 상기 PIN 다이오드와 상기 제1 저항기 사이에 연결되고, 상기 변환된 전압을 출력하는 제1 커패시터와; 상기 제1 커패시터에 연결되고, 상기 제1 커패시터를 통해 출력되는 전압이 상기 PIN 다이오드로 인가되지 못하도록 방지하는 다이오드와; 상기 제1 커패시터와 상기 다이오드 사이에 서로 직렬로 연결되고, 상기 다이오드에 의해 상기 PIN 다이오드에 의해 변환된 전압이 왜곡되는 것을 방지하는 제2 저항기 및 제3 저항기와; 상기 다이오드와 각각 병렬로 연결되고, 상기 PIN 다이오드로부터 상기 다이오드를 통해 출력된 전압에 대응하는 전하를 저장 및 유지시키는 제4 저항기 및 제2 커패시터와; 상기 다이오드, 상기 제4 저항기 및 제2 커패시터에 연결되고, 상기 제4 저항기 및 제2 커패시터에서 발생하는 직류 성분을 제거하는 커패시터와; 상기 커패시터에 연결되는 제5 저항기를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제5 저항기에서 상기 핵 펄스 방사선에 의해 발생하는 광전류의 피크 값을 출력할 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제4 저항기 및 제2 커패시터는 상기 PIN 다이오드에서 상기 다이오드를 통해 출력된 전압에 대응하는 전하를 저장 및 유지시킬 수 있다.

본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 피크 값인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와; 상기 디지털 신호에 대응하는 방사선량을 출력하는 디지털 신호 처리기와; 상기 방사선량을 화면상에 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치는, 핵 폭팔시 발생하는 방사선량을 감지하고 그 방사선량에 대응하는 피크 값을 유지시킬 수 있다. 상기 피크 값을 수 ms 유지시킴으로써 전자장비에 핵 펄스 방사선 선량을 측정할 수 있는 시스템을 쉽게 적용시킬 수 있다. 또한 국내 기술을 이용하므로 수입 대체 효과가 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치(피크 검출기)를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치로부터 출력된 신호(피크 값)를 처리하는 신호 처리 장치를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 피크 검출기의 모의 실혐 결과를 나타낸 예시도 이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피크 검출기의 실측 결과를 나타낸 도로이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본 발명은 PIN 다이오드, 저항기, 커패시터, 다이오드를 이용하여 핵 방사선량을 전압으로 변환하여 유지시켜주는 피크 검출기(Peak Detector)를 제공한다. 또한, 본 발명은 피크(Peak) 전압을 검출하고, 그 검출한 전압을 선량으로 변환하여 디스플레이 할 수 있도록 하는 장치를 제공한다.

본 발명은 PIN 다이오드에서 핵 펄스 방사선에 의해 발생하는 광전류의 피크 값을 측정하기 위해서 기존에 수십 ns이던 피크 값 유지시간을 아날로그 회로 및 다이오드를 이용하여 수 ms 이상 연장하여 피크 값 측정을 용이하게 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치를 나타낸 도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치(또는 피크 검출기)(100)는,

핵 펄스 방사선이 수신됨으로써 생성되는 전자-정공 쌍과 바이어스 전압에 의해 광전류를 발생하는 PIN 다이오드(D1)와;

상기 PIN 다이오드(D1)에 연결되고, 상기 광전류를 전압으로 변환하는 제1 저항기(R1)와;

상기 PIN 다이오드(D1)와 상기 제1 저항기(R1) 사이에 연결되고, 상기 변환된 전압을 출력하는 제1 커패시터(C1)와;

상기 제1 커패시터(C1)에 연결되고, 상기 제1 커패시터(C1)를 통해 출력되는 전압이 상기 PIN 다이오드(D1)(역방향)로 인가되지 못하도록 방지하는 다이오드(D2)와;

상기 제1 커패시터(C1)와 상기 다이오드(D2) 사이에 서로 직렬로 연결되고, 상기 다이오드(D2)에 의해 상기 PIN 다이오드(D1)에 의해 변환된 전압이 왜곡되는 것을 방지하는 제2 저항기(R2) 및 제3 저항기(R3)와;

상기 다이오드(D2)와 각각 병렬로 연결되고, 상기 PIN 다이오드(D1)로부터 상기 다이오드(D2)를 통해 출력된 전압에 대응하는 전하를 저장 및 유지시키는 제4 저항기(R4) 및 제2 커패시터(C2)와;

상기 다이오드(D2), 상기 제4 저항기(R4) 및 제2 커패시터(C2)에 연결되고, 상기 제4 저항기(R4) 및 제2 커패시터(C2)에서 발생하는 직류(DC) 성분을 제거하는 커패시터(C3)와;

상기 커패시터(C3)에 연결되는 제5 저항기(R5)로 구성된다. 상기 제5 저항기(R5)(VD_OUT)에서 핵 펄스 방사선에 의해 발생하는 광전류의 피크 값(신호)이 검출된다.

상기 제2 저항기(R2) 및 제3 저항기(R3)는 레벨 시프트로서의 역할을 수행한다.

상기 제4 저항기 및 제2 커패시터(C2)는 상기 PIN 다이오드(D1)에서 다이오드(D2)를 통해 출력된 전압에 대응하는 전하를 저장 및 유지시켜 기존의 수십 ns에서 수 ms까지 상기 피크 값을 유지(홀드)시킨다. VB와 VH에는 각각 5V의 바이어스 전원이 인가될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치로부터 출력된 신호(피크 값)를 처리하는 신호 처리 장치를 나타낸 도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 신호 처리 장치는,

본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치(또는 피크 검출기)(100)에서 출력된 신호(피크 값)인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(200)와;

상기 디지털 신호에 대응하는 방사선량을 출력하는 디지털 신호 처리기(DSP, digital signal processor)(300)와;

상기 방사선량을 화면상에 표시하는 표시부(400)으로 구성된다. 상기 표시부(400)는 7-세그먼트 또는 LCD(Liquid Crystal Display)일 수 있다.

도 3은 피크 검출기(100)의 모의 실혐 결과를 나타낸 예시도 이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 종래의 피크 검출기(100)가 적용이 안 된 PIN 다이오드의 출력 신호의 피크 값은 수십 ns 동안 짧게 유지되는 반면에, 본 발명의 피크 검출기(100)의 출력 신호의 피크 값은 종래 보다 길게 유지(홀드)되는 것을 볼 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 피크 검출기의 실측 결과를 나타낸 도로서, 전자빔 가속기에서 발생한 전자빔을 텅스텐 변환기를 적용하여 펄스방사선으로 변환한 후 상기 피크 검출기(100)에 인가하여 상기 피크 검출기(100)의 출력을 측정한 것이다. 시뮬레이션 결과와 마찬가지로 PIN 다이오드의 출력 신호의 피크 값은 수십 ns정도 유지를 하지만 본 발명의 피크 검출기(100)의 출력 신호의 피크 값은 종래 보다 길게 유지됨을 보인다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치는, 핵 폭팔시 발생하는 방사선량을 감지하고 그 방사선량에 대응하는 피크 값을 유지시킬 수 있다. 상기 피크 값을 수 ms 유지시킴으로써 전자장비에 핵 펄스 방사선 선량을 측정할 수 있는 시스템을 쉽게 적용시킬 수 있다. 또한 국내 기술을 이용하므로 수입 대체 효과가 있을 것으로 기대된다.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

1. 핵 폭팔시 발생하는 핵 펄스 및 방사선량을 검출하는 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치에 있어서, 상기 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치는,
   핵 펄스 방사선이 수신됨으로써 생성되는 전자-정공 쌍과 바이어스 전압에 의해 광전류를 발생하는 PIN 다이오드와;
   상기 PIN 다이오드에 연결되고, 상기 광전류를 전압으로 변환하는 제1 저항기와;
   상기 PIN 다이오드와 상기 제1 저항기 사이에 연결되고, 상기 변환된 전압을 출력하는 제1 커패시터와;
   상기 제1 커패시터에 연결되고, 상기 제1 커패시터를 통해 출력되는 전압이 상기 PIN 다이오드로 인가되지 못하도록 방지하는 다이오드와;
   상기 제1 커패시터와 상기 다이오드 사이에 서로 직렬로 연결되고, 상기 다이오드에 의해 상기 PIN 다이오드에 의해 변환된 전압이 왜곡되는 것을 방지하는 제2 저항기 및 제3 저항기와;
   상기 다이오드와 각각 병렬로 연결되고, 상기 PIN 다이오드로부터 상기 다이오드를 통해 출력된 전압에 대응하는 전하를 저장 및 유지시키는 제4 저항기 및 제2 커패시터와;
   상기 다이오드, 상기 제4 저항기 및 제2 커패시터에 연결되고, 상기 제4 저항기 및 제2 커패시터에서 발생하는 직류 성분을 제거하는 커패시터와;
   상기 커패시터에 연결되는 제5 저항기를 포함하며, 상기 제5 저항기에서 상기 핵 펄스 방사선에 의해 발생하는 광전류의 피크 값을 출력하는 것을 특징으로 하는 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 피크 값인 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터와;
   상기 디지털 신호에 대응하는 방사선량을 출력하는 디지털 신호 처리기와;
   상기 방사선량을 화면상에 표시하는 표시부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 핵 펄스 및 방사선량 검출 장치.

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