KR101695318B1 - 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템 - Google Patents

에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템 Download PDF

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한승훈
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Abstract

본 발명의 중성자 센서 시스템은 중성자센서(10)에서 발생된 고속 중성자가 통과하는 경로에 구비된 경수(중수)로 고속 중성자의 에너지를 낮춰 저 레벨 에너지의 열중성자나 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환시킨 후 토양으로 조사시켜주는 중성자 에너지 조절장치(20)를 포함함으로써 중성자의 에너지 조절이 이루어지고, 특히 매설 지뢰(100-1)의 매설깊이에 맞춘 경수(중수)의 높이 조절로 토양의 깊이와 종류 및 수분 함량이 다른 경우에도 적합한 특징을 갖는다.

Description

에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템{Controllable Neutron Sensor System}
본 발명은 중성자 센서에 관한 것으로, 특히 중성자의 에너지 조절이 가능한 지뢰탐지용 중성자 센서 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 중성자 센서는 지표 아래에 매설되어 있는 지뢰와 같은 폭발성 물질을 탐지하기 위한 목적으로 많이 사용되고 있다.
중성자를 이용한 지뢰 탐지의 원리는 다음과 같다.
1) 중성자 발생원에서 고속 중성자를 발생시킨다. 2) 중성자 감속 장치를 이용하여 고속 중성자를 열중성자로 감속 시킨다. 3) 열중성자와 지뢰가 반응하여 방사선을 방출한다. 4) 방사선을 측정하여 물질(지뢰) 유무를 탐지한다.
그러므로, 지뢰 탐지용 중성자 센서는 다음의 조건을 충족하여야 한다.
첫째, 토양에 입사된 중성자는 토양을 통과할 때 토양의 성분 원소들과 반응하여 감속하므로 토양의 성분 원소들과 반응 확률이 줄어들 정도로 중성자의 에너지가 높아야 한다. 둘째, 중성자가 지뢰에 도달하여 반응하는 확률을 높이기 위해서는 토양의 깊이가 깊을수록 토양에 입사되는 중성자의 에너지가 높아야 한다.
국내특허공개공보 10-1999-0085466(1999.12.06)
하지만, 지뢰 탐지용 중성자 센서에 적용된 중성자 감속 장치는 지뢰가 매설된 토양의 깊이(매설깊이, 종류, 수분 함량)에 따라 중성자의 에너지를 조절하지 못함으로써 지뢰가 토양에 깊게 묻혀있거나 수분함량이 높은 토양에 묻혀있을 경우 지뢰 탐지 효율이 낮을 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 경수(중수)를 이용한 중성자의 에너지 감속이 이루어지고, 특히 경수(중수)의 수위(높이) 조절을 통해 고속 중성자가 저 레벨 에너지이나 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환됨으로써 매설 지뢰가 묻힌 토양의 깊이와 종류 및 수분 함량 등의 차이에서도 유용하게 사용되는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템은 고속 중성자를 발생하는 중성자센서; 상기 고속 중성자가 통과하는 경로에 중성자 용매가 위치되도록 상기 중성자센서와 결합되고, 상기 중성자 용매로 상기 고속 중성자의 에너지를 낮춰 저 레벨 에너지의 열중성자나 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환시키며, 상기 열중성자를 토양으로 조사시켜주는 중성자 에너지 조절장치; 를 포함한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로서, 상기 중성자 용매는 경수 또는 중수이다.
바람직한 실시예로서, 상기 중성자 에너지 조절장치는 상기 중성자 용매가 담겨져 상기 중성자센서와 결합된 탱크, 상기 중성자 용매를 상기 탱크로 주입하거나 상기 탱크에서 배출해주는 서큘레이터. 상기 탱크내의 상기 중성자 용매의 수위를 검출하는 탱크수위센서를 포함한다. 상기 서큘레이터는 냉각수 칠러이다. 상기 탱크수위센서는 상기 탱크의 내부에 설치되고, 상기 중성자 용매의 수위를 측정한 후 환산하여 중성자 에너지를 조절하기 위한 센서이다. 상기 탱크와 상기 서큘레이터는 상기 중성자 용매를 상기 탱크로 공급하는 공급라인, 상기 중성자 용매를 상기 탱크에서 배출하는 복귀라인으로 연결된다. 상기 공급라인은 상기 중성자 용매의 흐름을 차단하도록 개폐되는 공급밸브를 구비하고, 상기 복귀라인은 상기 중성자 용매의 흐름을 차단하도록 개폐되는 배출밸브를 구비한다.
바람직한 다른 실시예로서, 상기 중성자 에너지 조절장치는 상기 중성자 용매가 담겨져 상기 중성자센서와 결합된 탱크, 상기 중성자 용매를 상기 탱크로 주입하거나 상기 탱크에서 배출해주는 서큘레이터. 상기 탱크내의 상기 중성자 용매의 수위를 검출하는 탱크수위센서, 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 서큘레이터의 가동을 제어하며, 상기 서큘레이터의 가동과 중지에 상기 탱크수위센서의 검출 값을 이용한다.
이러한 본 발명의 중성자센서 시스템은 중성자센서에서 발생된 중성자가 통과되는 경로에 경수(중수)를 구비한 중성자 에너지 조절장치와 함께 구성됨으로써 중성자의 에너지 조절이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 중성자센서 시스템은 중성자 에너지 조절장치의 경수(중수)의 양 조절로 고속 중성자의 에너지 조절이 이루어짐으로써 간단하게 중성자 에너지 조절이 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 중성자센서 시스템은 중성자 에너지 조절장치에 의한 폭넓은 중성자 에너지 조절이 가능함으로써 지뢰가 매설된 토양의 깊이와 종류 및 수분 함량이 다른 경우라도 적합하게 사용되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 중성자 에너지 조절장치가 중성자 센서에서 발생된 고속 중성자를 저 레벨 에너지로 낮춰주는 작동 상태이며, 도 3은 본 발명에 따른 중성자 에너지 조절장치가 중성자 센서에서 발생된 고속 중성자를 고 레벨 에너지로 낮춰주는 작동 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 중성자 센서 시스템은 고속 중성자를 발생하는 중성자센서(10), 고속 중성자의 에너지를 저 레벨 에너지나 고 레벨 에너지로 낮춰주는 중성자 에너지 조절장치(20)로 구성된다.
상기 중성자센서(10)는 중성자 발생원을 구비하고, 동작 시 고속 중성자를 발생한다. 이는, 통상적인 중성자센서와 동일하다. 상기 중성자 에너지 조절장치(20)의 구성요소는 탱크(30), 중성자 용매(30-1), 탱크(30)와 연계된 서큘레이터(40), 탱크수위센서(60)를 포함한다.
구체적으로, 상기 탱크(30)는 중성자센서(10)에 결합되어 중성자가 통과하는 경로를 형성하고, 서큘레이터(40)에서 공급되는 중성자 용매(30-1)의 수위가 조절된다.
구체적으로, 상기 중성자 용매(30-1)는 서큘레이터(40)로 펌핑되어 탱크(30)에 유입되거나 탱크(30)에서 배출되고, 중성자센서(10)에서 발생된 고속 중성자를 저에너지에서 고 에너지 레벨의 열중성자로 전환시켜준다. 이를 위해, 상기 중성자 용매(30-1)는 경수나 중수를 사용한다.
구체적으로, 상기 서큘레이터(40)는 유체를 순환시키는 다양한 종류가 적용되며, 특히 냉각수 칠러가 적용될 수 있다. 일례로, 상기 서큘레이터(40)는 공급라인(50-1)과 복귀라인(50-2)으로 탱크(30)와 연결되고, 공급라인(50-1)으로 중성자 용매(30-1)를 탱크(30)로 공급하며, 복귀라인(50-2)으로 중성자 용매(30-1)를 탱크(30)에서 배출시켜준다. 특히, 상기 서큘레이터(40)는 탱크수위센서(60)와 연계됨으로써 탱크(30)에 주입되는 중성자 용매(30-1)의 수위 조절이 이루어질 수 있고, 수위조절단계로 구분된 동작모드를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 공급라인(50-1)은 공급밸브(50-1A)를 구비하고, 상기 복귀라인(50-2)은 배출밸브(50-2A)를 구비한다. 상기 공급밸브(50-1A)와 상기 배출밸브(50-2A)의 각각은 서큘레이터(40)의 작동과 연계되어 개폐되는 ON/OFF 밸브나 PWM(Pulse Width Modulation)타입 비례제어밸브일 수 있다. 하지만, 상기 공급밸브(50-1A)와 상기 배출밸브(50-2A)의 각각은 지뢰탐지를 수행하는 작업자가 직접 개폐하는 콕 밸브일 수 있다.
구체적으로, 상기 탱크수위센서(60)는 탱크(30)의 내부로 주입된 중성자 용매(30-1)의 질량을 측정하여 환산함으로써 탱크(30)에서의 수위를 측정한다. 이를 위해, 상기 탱크수위센서(60)는 높이 센서를 적용하고, 상기 높이 센서의 검출값은 서큘레이터(40)의 작동을 위한 정보로 제공되며, 외부 확인이 가능하도록 표시될 수 있다.
한편, 상기 중성자 에너지 조절장치(20)의 구성요소는 컨트롤러(70)를 더 포함함으로써 중성자 용매(30-1)의 순환과 수위조절이 자동으로 수행될 수 있다. 이를 위해, 상기 컨트롤러(70)는 서큘레이터(40), 공급밸브(50-1A), 배출밸브(50-2A), 탱크수위센서(60)와 연계되도록 전기회로를 형성하고, 탱크(30)의 수위조절단계로 구분된 동작모드를 구비한다.
일례로, 상기 컨트롤러(70)는 탱크(30)로 중성자 용매(30-1)를 공급하는 용매주입을 수행할 경우 공급밸브(50-1A)를 열고, 배출밸브(50-2A)를 닫으며, 서큘레이터(40)를 가동시키고, 용매주입의 중단 여부를 탱크수위센서(60)에서 검출된 중성자 용매(30-1)의 높이 검출값을 피드백 받아 판단한다. 또한, 상기 컨트롤러(70)는 탱크(30)에서 중성자 용매(30-1)를 배출하는 용매배출을 수행할 경우 배출밸브(50-2A)를 열고, 공급밸브(50-1A)를 닫으며, 서큘레이터(40)를 가동시키고, 용매배출의 중단 여부를 탱크수위센서(60)에서 검출된 중성자 용매(30-1)의 높이 검출값을 피드백 받아 판단한다.
한편, 도 2는 중성자 센서 시스템이 저 레벨 에너지의 열중성자로 지뢰를 탐지하는 상태를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 공급밸브(50-1A)의 개방과 배출밸브(50-2A)의 폐쇄 상태에서 서큘레이터(40)가 가동되고, 중성자 용매(30-1)는 공급라인(50-1)을 통해 탱크(30)로 주입된다. 그러면, 탱크수위센서(60)는 탱크(30)로 유입된 중성자 용매(30-1)의 높이가 수위 L-1인지를 지속적으로 계산한다. 그 결과, 탱크수위센서(60)에서 수위 L-1의 검출값이 계산되면, 서큘레이터(40)는 가동이 중지된다. 이로써, 중성자 에너지 조절장치(20)에 의한 중성자 용매(30-1)의 용매주입과정은 종료된다. 상기 용매주입은 서큘레이터(40)나 컨트롤러(70)로 제어되거나 또는 사용자에 의해 제어될 수 있다.
이어, 중성자센서(10)는 고속 중성자를 발생하고, 고속 중성자는 탱크(30)에 수위 L-1로 채워져 비교적 많은 유량 상태인 중성자 용매(30-1)를 통과하는 과정에서 경수 또는 중수와 충돌 빈도가 높아진다, 그 결과, 고속 중성자의 에너지는 중성자 용매(30-1)를 통과한 후 저 레벨 에너지로 낮춰진 열중성자로 전환되어져 토양(100)에 낮은 깊이 h로 묻힌 매설 지뢰(100-1)를 향해 조사된다. 그러므로, 중성자는 불필요하게 높은 에너지로 토양(100)에 조사되지 않게 된다.
한편, 도 3은 중성자 센서 시스템이 열중성자의 에너지를 저 레벨에서 고 레벨로 높여 토양에 깊숙이 묻힌 지뢰를 탐지하는 상태를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 중성자 용매(30-1)는 수위 L-1에서 상대적으로 낮아진 수위 L-2로 전환된다. 이를 위해, 개방되었던 공급밸브(50-1A)는 폐쇄되고 동시에 폐쇄되었던 배출밸브(50-2A)는 개방된 상태로 전환되고, 공급밸브(50-1A)의 폐쇄와 배출밸브(50-2A)의 개방 상태에서 서큘레이터(40)가 가동된다. 그러면, 중성자 용매(30-1)는 복귀라인(50-2)을 통해 탱크(30)에서 빠져나오고 동시에 탱크수위센서(60)는 탱크(30)로 유입된 중성자 용매(30-1)의 높이가 수위 L-1에서 상대적으로 낮은 수위 L-2로 감소되는지를 지속적으로 계산한다. 그 결과, 탱크수위센서(60)에서 수위 L-2의 검출값이 계산되면, 서큘레이터(40)는 가동이 중지된다. 이로써, 중성자 에너지 조절장치(20)에 의한 중성자 용매(30-1)의 용매배출과정은 종료된다. 상기 용매배출은 서큘레이터(40)나 컨트롤러(70)로 제어되거나 또는 사용자에 의해 제어될 수 있다.
이어, 중성자센서(10)는 고속 중성자를 발생하고, 고속 중성자는 탱크(30)에 수위 L-2로 채워져 비교적 적은 유량 상태인 중성자 용매(30-1)를 통과하는 과정에서 경수 또는 중수와 충돌 빈도가 상대적으로 낮아진다, 그 결과, 고속 중성자의 에너지는 중성자 용매(30-1)를 통과한 후 저 레벨 에너지에 비해 상대적으로 높은 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환되어져 토양(100)에 깊은 깊이 H로 묻힌 매설 지뢰(100-1)를 향해 조사된다. 그러므로, 중성자는 토양(100)을 통과할 때 토양 성분 원소들과 반응하여 감속하더라도 매설 지뢰(100-1)에 도달될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 중성자 센서 시스템은 중성자센서(10)에서 발생된 고속 중성자가 통과하는 경로에 구비된 경수(중수)로 고속 중성자의 에너지를 낮춰 저 레벨 에너지의 열중성자나 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환시킨 후 토양으로 조사시켜주는 중성자 에너지 조절장치(20)를 포함함으로써 중성자의 에너지 조절이 이루어지고, 특히 매설 지뢰(100-1)의 매설깊이에 맞춘 경수(중수)의 높이 조절로 토양의 깊이와 종류 및 수분 함량이 다른 경우에도 적합하게 된다.
10 : 중성자센서 20 : 중성자 에너지 조절장치
30 : 탱크 30-1 : 중성자 용매
40 : 서큘레이터 50-1 : 공급라인
50-1A : 공급밸브 50-2 : 복귀라인
50-2A : 배출밸브 60 : 탱크수위센서
70 : 컨트롤러
100 : 토양 100-1 : 매설 지뢰

Claims (8)

  1. 고속 중성자를 발생하는 중성자센서;
    상기 고속 중성자가 통과하는 경로에 중성자 용매가 위치되도록 상기 중성자센서와 결합되고, 상기 중성자 용매로 상기 고속 중성자의 에너지를 낮춰 저 레벨 에너지의 열중성자나 고 레벨 에너지의 열중성자로 전환시키며, 상기 열중성자를 토양으로 조사시켜주는 중성자 에너지 조절장치;를 포함하고,
    상기 중성자 에너지 조절장치는 상기 중성자 용매가 담겨져 상기 중성자센서와 결합된 탱크, 상기 중성자 용매를 상기 탱크로 주입하거나 상기 탱크에서 배출해주는 서큘레이터, 상기 탱크내의 상기 중성자 용매의 수위를 검출하는 탱크수위센서를 포함
    한 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 중성자 용매는 경수 또는 중수인 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 서큘레이터는 냉각수 칠러인 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크수위센서는 상기 탱크의 내부에 설치되고, 상기 중성자 용매의 질량을 측정하여 환산하여 수위로 계산하는 높이 센서인 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 탱크와 상기 서큘레이터는 상기 중성자 용매를 상기 탱크로 공급하는 공급라인, 상기 중성자 용매를 상기 탱크에서 배출하는 복귀라인으로 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 공급라인은 상기 중성자 용매의 흐름을 차단하도록 개폐되는 공급밸브를 구비하고, 상기 복귀라인은 상기 중성자 용매의 흐름을 차단하도록 개폐되는 배출밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 중성자 에너지 조절장치는 컨트롤러를 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 서큘레이터의 가동을 제어하며, 상기 서큘레이터의 가동과 중지에 상기 탱크수위센서의 검출 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 에너지 조절 가능한 중성자 센서 시스템.
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KR19990085466A (ko) 1998-05-19 1999-12-06 이종훈 양성자 가속기를 이용해 발생시킨 감마선과 질소핵의 광핵공명반응을 이용한 지뢰 및 폭발물 탐지기술과 그 장치
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