KR101712005B1

KR101712005B1 - 현장형 수질 방사능 감시 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101712005B1
Application number: KR1020140049603A
Authority: KR
Inventors: 이운장
Original assignee: 주식회사 오리온이엔씨
Priority date: 2014-04-24
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2017-03-03
Also published as: KR20150123107A

Abstract

본 발명은 현장형 수질 방사능 감시장치에 관한 것이다. 그러한 수질 방사능 감시장치는 수원(水源;W)에서 승하강이 가능하도록 물속에서 잠겨서 수중 방사능을 측정하는 계측부(1)와; 이 계측부(1)로부터 계측된 데이터가 저장되고 오염 여부가 분석되는 중간 스테이션(3)과; 중간 스테이션(3)으로부터 유무선 방식에 의하여 전송된 방사능 데이터를 처리하는 원격 관리센터(5)를 포함한다.

Description

현장형 수질 방사능 감시 방법 및 장치{Method and system for in-situ on-line radiation monitoring in water}

본 발명은 수질 방사능 감시장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수자원에 직접 설치해서 수질 방사능 농도를 자동으로 측정하고, 실시간 방사능 측정 결과를 원거리의 관리센터로 전송하여 현장의 수질 방사능을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 수질 방사능 감시장치에 관한 것이다.

1987년 구 소련연방 체르노빌 원전 사고 후 25년이 지나면서 사고 원전으로부터 발생되는 고 위험성 방사성 물질의 양은 각 핵종의 특성에 따라 절대적으로 줄어들고 있다.

그러나, 세슘 농도는 계속해서 증가하는 것으로 보고되고 있으며, 또한 생체의 내부로 유입되면 치명적인 위험성을 갖고 있는 세슘이 계속해서 사고원전 주변국의 환경에 의학적 및 생태학적 폐해를 주고 있다.

더욱이, 지난 2011년 3월 11일에 발생한 일본 대지진의 여파로 후쿠시마 제1원자력발전소에서 유출된 방사능 물질 중 일부 휘발성 물질이 기류를 타고 한반도로 날아왔다. 특히, 2011년 3월 28일 서울과 춘천에 내린 비에는 방사성 물질인 요오드(I-131)와 세슘(Cs-137)이 검출되었다.

따라서, 이러한 방사능 위험에 대처할 필요성이 높아지고 있는 추세이다.

그러나, 취/정수장, 하천, 호수와 같은 수원(水源)의 물에 대한 방사능을 측정하기 위해서는 방사능 측정기를 수원 등의 현장으로 이동하여 직접 측정하여야 하는 바, 현재의 방사능 분석장비는 부피 및 중량이 커서 이동이 불편하고 현실적으로 현장에 활용하기에는 문제점이 있다.

이와 같이 방사능 분석기의 부피 및 중량이 커서 이동성이 떨어지고 현장 활용성이 낮기 때문에 측정하고자 하는 지점의 수질 방사능을 직접 측정하기 어려운 문제점이 있다.

또한 실시간 측정이 불가능하여 현장의 방사능 오염에 대하여 신속하게 대처할 수 없는 문제점이 있다.

특허출원 제10-2012-7011841호(명칭:오염공기 수집시스템, 오염공기 수집 장치 및 그 방법)

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 식수원인 수자원에서 방사능 오염 여부를 실시간으로 모니터링하고 지속적으로 방사능 정보를 제공함으로써 원격지에서도 현장의 방사능 농도를 실시간으로 파악할 수 있는 수질 방사능 감시장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예는 수원(水源;W)에서 승하강이 가능하게 물속에 잠겨서 수중 방사능을 측정하는 계측부(1)와;

이 계측부(1)로부터 계측된 데이터가 저장되고 오염 여부가 분석되며, 계측부(1)를 수중에서 승하강시키는 중간 스테이션(3)과;

중간 스테이션(3)으로부터 유무선 방식에 의하여 전송된 방사능 데이터를 처리하는 원격 관리센터(5)를 포함하는 수질 방사능 감시장치를 제공한다.

상기한 본 발명의 실시예에 따른 현장형 수질 방사능 감시장치는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 관리가 간편하므로 해당 수원의 물속에 잠겨서 오염정도를 용이하게 측정할 수 있으며, 방사능 오염여부를 실시간으로 모니터링함으로써 국내외 원전사고로 인한 수자원의 방사능 오염정도를 감시할 수 있다.

둘째, 방사능 측정유닛을 부구(floating deck)에 연결하고, 일정한 깊이만큼 수중에 늘어뜨리고, 필요에 따라서 상하로 이동시켜서 해당 수심의 방사능을 용이하게 측정할 수 있는 장점이 있다.

셋째, 방사능을 정량적으로 측정할 수 있고, 측정된 데이터를 유선 혹은 무선방식으로 송신함으로써 원거리에서도 현장 상황을 실시간으로 감시할 수 있는 장점이 있다.

넷째, 방사능 측정을 최대 1시간 단위로 측정해서 실시간으로 원격지로 송신함으로써, 수자원의 방사능 오염시 신속한 대응조치를 취할 수 있어서 식수원의 방사능 오염으로부터 국민의 보건을 안전하게 지킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수질 방사능 감시장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 측정부의 구조를 개략적으로 보여주는 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 중간 스테이션의 구조를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 수질 방사능 측정장치로부터 전송된 수질방사능 데이터를 처리하는 원격 관리센터를 개략적으로 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 수질 방사능 감시장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 수질 방사능 감시장치(1)는 수원(水源;W)의 방사능을 측정하는 계측부(1)와; 이 계측부(1)로부터 계측된 데이터가 저장되고 오염 여부가 분석되는 중간 스테이션(3)과; 중간 스테이션(3)으로부터 유무선 방식에 의하여 전송된 방사능 데이터를 처리하는 원격 관리센터(5)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 수질 방사능 감시장치에 있어서, 상기 계측부(1)는 수원의 방사능 물질을 감지하는 기능을 한다. 즉, 방사능 물질이나, 이러한 방사능 물질에서 발생되는 요오드(I-131), 세슘(Cs-137), 엑스선, 감마선, 알파선을 감지한다.

보다 상세하게 설명하면, 계측부(1)는 수면을 부유하는 부구(floating deck, 浮具;11)와; 부구(11)에 의하여 수중에 승하강이 가능하게 배치되어 수중의 방사능 물질을 측정하는 방사능 측정유닛(17)과; 부구(11)에 장착되어 방사능 측정유닛(17)에 연결된 와이어(W)를 감거나 풀어서 승하강시키는 구동부(7)와; 수원에 배치되는 가이드바(Guide bar;19)와; 일단은 부구(11)에 연결되고 타단은 가이드바(19)에 이동가능하게 연결되는 연결바(20)와; 방사능 측정유닛(17)에 전원을 공급하는 전원부(9)와; 중간 스테이션(3)과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있는 케이블(Cable;C)을 포함한다.

이러한 구조를 갖는 계측부에 있어서, 부구(11)는 적절한 부력에 의하여 수면에 부유할 수 있는 구조체로서 통상적인 구조의 부구를 의미한다.

그리고, 방사능 측정유닛(17)은 요오드(I-131), 세슘(Cs-137), 엑스선, 감마선, 알파선 등을 감지할 수 있다. 이러한 방사능 측정유닛(17)은 기체충전형, 전리함형, 비례계수관형, GM관형 등 다양하게 적용할 수 있다.

이러한 방사능 측정유닛(17)의 일 예로서 기체 충전형 유닛의 경우 가스가 충전되는 튜브(14)와, 튜브(14)에 배치된 전극(18)을 포함한다.

상기 튜브(14)에 충전되는 기체는 He, Ne, Ar 등의 충전기체 또는 메탄, 이소부탄, 할로겐가스(염소, 브롬 등) 등이 충전된다. 따라서, 다양한 기체를 충전함으로써 여러 종류의 방사능을 측정할 수 있다.

그리고, 전극(18)은 튜브(14)의 일측에 배치되는 케소드(Cathode)와 에노드(Anode)로 이루어진다.

이러한 전극(18)은 방사능 물질의 엑스선, 감마선, 알파선이 튜브의 내부에 충진된 혼합가스와 반응할 때 섬광을 발생시킨다.

그리고, 섬광의 발생시 펄스 신호가 발생하므로 이 펄스신호를 분석함으로써 방사능 오염 정도를 판단할 수 있다.

상기한 방사능 측정유닛은 Co, Xe, Sr, Ra, U, I, Ir과 같은 방사성 물질도 측정할 수 있다.

구동부(7)는 부구(11)의 하부에 장착되는 모터(Motor:13)와; 모터(13)의 회전축에 연결되어 와이어(W)를 감거나 푸는 권취축(15)을 포함한다.

이때, 모터(13)는 바람직하게는 회전각, 회전수를 조절할 수 있는 스테핑 모터(Stepping motor)이다. 그리고, 이 모터(13)는 중간 스테이션(3)의 제어부에 의하여 조절됨으로써 권취축(15)에 감겨진 와이어(W)가 소정 횟수만큼 감겨지거나 풀어진다.

따라서, 와이어(W)를 풀거나 감는 경우, 방사능 측정유닛(17)이 수중에서 상승하거나 하강함으로써 목표로 하는 깊이에서 방사능을 측정할 수 있다.

그리고, 다른 실시예로서 부구(11)에 수위감지센서(S)를 장착하고, 이 수위감지센서(S)를 중간 스테이션(3)의 제어부에 연결할 수 있다. 따라서, 수원의 수위가 변동되는 경우, 수위감지센서(S)가 이를 감지하고, 신호를 중간 스테이션(3)의 제어부에 전송하게 된다. 그리고, 제어부는 입력된 수위값을 연산하여 모터(13)에 신호를 전송함으로써 와이어(W)를 감거나 풀어서 방사능 측정유닛(17)이 자동으로 수위의 증감에 따라 승하강할 수 있다.

따라서, 방사능 측정유닛(17)은 수위가 변동되는 경우에도, 설정된 수심에서 방사능을 안정적으로 측정할 수 있다.

또한, 가뭄의 경우, 수원의 수위가 거의 없는 경우, 방사능 측정 유닛(17)이 수원의 바닥에 닿음으로써 오작동이나 파손될 수 있음으로 수위감지센서(S)가 이를 감지하여 중간 스테이션(3)의 제어부에 신호를 전송하게 된다. 그리고, 중간 스테이션(S)의 경보유닛을 통하여 경보음을 발생시킴으로써 관리자에게 안내할 수 있다. 물론, SNS를 통해 전달할 수도 있다.

그리고, 이러한 방사능 측정유닛(17)은 물의 흐름 등에 의하여 떠내려갈 수도 있음으로 이를 방지하기 위하여 가이드바(19) 및 연결바(20)가 배치된다.

이러한 가이드바(19)는 하단은 강이나 호수와 같은 수원의 바닥면에 고정되고 상단은 수면에 돌출될 수 있다. 따라서, 가이드바(19)는 일정한 위치에 고정될 수 있다.

그리고, 연결바(20)는 이러한 가이드바(19)와 부구(11)를 서로 연결함으로써 부구(11)가 승하강 하는 경우 가이드바(19)를 따라서 승하강될 수 있도록 한다.

즉, 연결바(20)의 일단은 부구(11)에 연결되고 타단은 고리(21)가 장착되며, 이 고리(21)는 가이드바(19)에 삽입된다. 이때, 고리(21)는 가이드바(19)에 삽입된 상태에서 상하로 이동할 수 있는 정도의 내경을 갖는다.

따라서, 물이 흐르거나 수위가 변동되는 경우에도 부구(11)는 연결바(20)에 의하여 가이드바(19)에 연결된 상태이므로 표류하지 않고 제 위치를 유지할 수 있어서 일정한 지점의 방사능을 안정적으로 감시할 수 있다.

그리고, 이러한 계측부(1)는 수원의 면적에 따라 적절한 갯수가 배치될 수 있다. 즉, 1개의 계측부(1)가 배치될 수도 있고, 2개 이상의 계측부(1)가 배치될 수도 있다.

한편, 케이블(C)은 방사능 측정유닛(17)과 수원지에 인접한 중간 스테이션(3)을 연결함으로써 방사능 오염 정보를 송수신할 수 있다.

이러한 중간 스테이션(3)은 계측부(1)로부터 전송된 데이터를 디지털 신호로 변환하여 처리하게 된다.

상기 중간 스테이션(3)는 계측부(1)로부터 수신된 아날로그 데이터를 디지털로 변환하는 신호변환기(32)와; 방사능 데이터를 분석하여 오염여부를 판단하는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)의 분석결과를 원격 관리센터(5)에 송수신하는 출력부(46)를 포함한다.

이러한 구조의 중간 스테이션(3)에 있어서, 신호변환기(32)는 계측부(1)에서 전송된 아날로그 신호를 컴퓨터, 노트북, 스마트폰, 일반 휴대폰, PDA, 별도의 통신기능을 가지는 계측기 또는 제어 기기 등과 같은 정보처리기능을 가진 장치가 인식할 수 있는 디지털신호로 변환해주는 수단 또는 장치를 포함하는 포괄적인 개념을 의미한다.

상기와 같은 신호변환기(32)는 통상의 디지털신호처리(DSP, digital signal processing)기능을 가진 DSP칩과 같은 장치 또는 수단을 채용하면 바람직하다.

이와 같이 계측부(1)에 의하여 검출된 방사능 데이터가 신호 변환기(32)에 의하여 디지털정보로 변환되면, 이 디지털정보는 중간 스테이션(3)의 제어부(30)로 전송된다.

상기 제어부(30)는 계측부(1)가 감지한 펄스 신호를 전달받아 수중의 방사능 오염 정도를 판단하고, 데이터를 저장유닛(40)에 저장하며, 수위감지센서(S)와 연동하여 방사능 측정유닛(17)을 승하강시킬 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 상기 제어부(30)는 방사능 데이터가 입력되는 입력부(34)와; 입력된 방사능 농도 데이터를 정량적으로 분석하는 로거유닛(Logger unit;38)과; 상기 로거유닛(38)에 의하여 처리된 데이터를 저장하는 저장유닛(40)과; 방사능 농도가 기준치를 초과하였을 경우 경보를 발생하는 경보유닛(42)과; 저장된 데이터의 시간에 따른 이력관리를 하는 시간 이력관리 유닛과; 상기 유닛들과 신호를 송수신함으로써 제어하고, 데이터의 기준치 초과 여부를 판단하고, 데이터의 저장을 지시하는 컨트롤러(programmable Logic controller; PLC,36)를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 제어부에 있어서, 상기 로거유닛(38)은 초기 상태에서는 자체 테스트 모드를 수행하여 정상작동 유무를 확인하고, 이상이 없는 경우 데이터를 처리할 수 있는 계측모드로 전환된다.

이 계측모드에서, 로거유닛(38)은 계측부(1)로부터 계측된 방사선 데이터를 정량적으로 분석한다.

또한, 로거유닛(38)은 수원 주위의 환경 데이터를 측정하여 방사능 기저값(Background limit)을 설정한다.

그리고, 데이터 분석결과는 상기 컨트롤러(36)로 전송되고, 컨트롤러(36)는 데이터를 저장유닛(40)에 제공하여 저장하고, 컨트롤러 자체의 판단 프로그램에 의하여 기준치 초과 여부를 판단한다.

보다 상세하게 설명하면, 저장유닛(40)은 로거유닛(38)에 의하여 제공된 데이터를 시간 혹은 일별로 저장한다. 이때, 데이터 저장 형식은 다양한 포멧(Format)이 가능하나, 바람직하게는 텍스트 파일(Text) 형식으로 저장된다.

그리고, 이러한 데이터의 저장은 로거유닛(38)의 데이터 측정주기와 동일한 주기로 저장되는 것이 바람직하다.

또한, 수위에 따라서 방사능 측정유닛(17)이 승하강하는 바, 이때 모터(13)의 권취축(15)의 회전수 및 방사능 측정유닛(17)의 승하강 높이간의 관계 데이터가 저장될 수 있다.

상기 컨트롤러(36)는 로거유닛(38)으로부터 제공된 데이터를 연산하여 방사능 농도가 허용 기준치를 초과했는지 여부를 결정한다.

보다 상세하게 설명하면, 컨트롤러(36)는 로거유닛(38)으로부터 제공된 데이터를 미리 설치된 오염도 판단 프로그램에 의하여 연산함으로써 기준치 초과 여부를 판단한다. 이때, 방사능 기준치는 미리 입력된다.

따라서, 컨트롤러(36)는 기 설정된 기준치와, 로거유닛(38)으로부터 수신된 실제 방사능 농도 데이터를 서로 비교한다.

비교 결과, 실제 방사능 농도 데이터가 기준치를 초과하였다고 판단되면, 컨트롤러는 상기 경보유닛(42)에 신호를 전송한다.

또한, 컨트롤러(36)는 수위감지센서(S)로 부터 전송된 신호에 의하여 수심을 파악하고, 수위값을 연산하여 모터(13)에 신호를 전송함으로써 와이어(W)를 감거나 풀어서 방사능 측정유닛(17)이 자동으로 수위의 증감에 따라 승하강할 수 있도록 한다. 따라서, 방사능 측정유닛(17)은 수위가 변동되는 경우에도, 설정된 수심에서 방사능을 안정적으로 측정할 수 있다.

또한, 가뭄의 경우, 수원의 수위가 거의 없는 경우, 방사능 측정 유닛(17)이 수원의 바닥에 닿음으로써 오작동이나 파손될 수 있는 바, 수위감지센서(S)로 부터 전송된 신호에 의하여 컨트롤러(36)는 모터(13)의 구동을 정지시키고, 경보유닛을 통하여 경보음을 발생시킴으로써 관리자에게 안내할 수 있다. 물론, SNS를 통해 전달할 수도 있다.

이러한 경보유닛(42)은 기준치가 초과되거나, 수심이 일정 깊이 이하인 경우 경보를 발생한다. 이때, 경보는 다양한 형태로 발생될 수 있는 바, 스피커를 통한 경보음, 경광등을 통한 발광, 모니터상에서의 경고메시지 출력 등 다양한 형태로 발생될 수 있다.

관리자는 이러한 경보에 의하여 시료의 방사능 농도가 기준치를 초과하였음을 인식할 수 있다.

그리고, 상기 시간 이력관리유닛(44)은 저장유닛(40)과 연동함으로써 계측된 방사능량의 시간에 따른 변화를 관리한다. 즉, 계측부(1)에 의하여 계측된 초기 방사능 데이터를 시간별로 관리함으로써 방사능의 변화정도를 파악할 있도록 한다.

상기 출력부(46)는 제어부(30)에 의하여 분석된 데이터를 안테나에 의하여 원격 관리센터(5)로 전송할 수 있다. 이때, 전송방식은 유선 혹은 무선방식이 가능하며, 무선 송신수단으로는 Bluetooth, Zigbee 모듈 등과 같은 근거리 정보통신수단이나, 4G, LTE, UWB, WiFi, WCDMA, USN, IrDA 모듈 등도 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, 중간 스테이션(3)은 방사능 측정유닛(17)으로부터 전송된 방사능 데이터를 분석하여 오염정도를 판단한 후 원격 관리센터(5) 등에 전송할 수 있다.

이때, 중간 스테이션(3)은 1개소 뿐만 아니라 호수나 강가를 따라 복수개가 배치될 수도 있다.

이와 같이 방사능 오염정보는 원격 관리센터(5)에 유무선 방식으로 전송됨으로써 원격지에서도 현장의 수질 방사능 상황을 실시간으로 파악할 수 있다.

이때, 데이터가 전송되는 대상은 원격 관리센터(5)에만 한정되는 것은 아니고, 그외의 이동 통신 수단에도 도달될 수 있다. 예를 들면, 핸드폰, 스마트폰, PDA 등 유비쿼터스 환경을 제공하는 이동 통신기기를 모두 포함할 수 있다.

1: 계측부
3: 중간 스테이션
5: 원격 관리센터
7: 구동부
11: 부구
17: 방사능 측정유닛

Claims

수원(水源;W)에서 승하강이 가능하도록 물 속에 잠겨서 수중 방사능을 측정하는 계측부(1)와;
이 계측부(1)로부터 계측된 데이터가 저장되고 오염 여부가 분석되며, 계측부(1)를 수중에서 승하강시키는 중간 스테이션(3)과;
중간 스테이션(3)으로부터 유무선 방식에 의하여 전송된 방사능 데이터를 처리하는 원격 관리센터(5)를 포함하며,
계측부(1)는 수면을 부유하는 부구(11)와; 부구(11)에 의하여 수중에서 승하강이 가능하게 배치되어 수중의 방사능 물질을 측정하는 방사능 측정유닛(17)과; 부구(11)에 장착되어 방사능 측정유닛(17)에 연결된 와이어(W)를 감거나 풀어서 승,하강시키는 구동부(7)와; 수원에 배치되는 가이드바(Guide bar;19)와;
일단은 부구(11)에 연결되고 타단은 가이드바(19)에 이동가능하게 연결되는 연결바(20)와; 방사능 측정유닛(17)에 전원을 공급하는 전원부(9)와; 중간 스테이션(3)과 연결되어 데이터를 송수신할 수 있는 케이블(Cable;C)과; 부구(11)에 장착되어 수위를 감지하여 중간 스테이션(3)에 신호를 전송하는 수위감지센서(S)를 포함하며,
상기 중간 스테이션(3)은 계측부(1)로부터 수신된 아날로그 데이터를 디지털로 변환하는 신호변환기(32)와; 방사능 데이터를 분석하여 오염여부를 판단하고, 수위감지센서(S)로부터 전송된 신호에 의하여 수심을 파악하고 구동부(7)의 모터(13)를 구동시켜서 방사능 측정유닛을 승하강시키는 제어부(30)와; 상기 제어부(30)의 분석결과를 원격 관리센터(5)에 송수신하는 출력부(46)를 포함하며,
상기 제어부(30)는 계측부(1)로부터 방사능 데이터가 입력되는 입력부(34)와; 입력된 방사능 농도 데이터를 정량적으로 분석하는 로거유닛(Logger unit;38)과; 상기 로거유닛(38)에 의하여 처리된 데이터를 저장하는 저장유닛(40)과; 방사능 농도가 기준치를 초과하였을 경우 경보를 발생하는 경보유닛(42)과; 저장된 데이터의 시간에 따른 이력관리를 하는 시간 이력관리유닛(44)와; 상기 유닛들과 신호를 송수신함으로써 제어하고, 데이터의 기준치 초과 여부를 판단하고, 데이터의 저장을 지시하는 컨트롤러(PLC;programmable Logic controller;36)를 포함하며,
상기 컨트롤러(36)는 수위감지센서(S)로부터 전송된 신호에 의하여 수심을 파악하고 구동부(7)의 모터(13)를 구동시켜서 방사능 측정유닛(17)을 승하강시키며,
연결바(20)는 일단은 부구(11)에 연결되고 타단은 가이드바(19)에 삽입된 상태에서 상하로 이동할 수 있는 고리(21)가 장착되는 수질 방사능 감시장치.
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제 1항에 있어서,
컨트롤러(36)는 수심이 일정 깊이 이하인 경우는 모터(13)의 구동을 정지시키고 상기 경보유닛(42)에 신호를 전달하여 경보를 발생시키는 수질 방사능 감시장치.