KR101899117B1 - 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템은 수중 현장에서 액체 샘플링 호스와 액체 흡입펌프를 이용하여 오염수를 수집하고, 상기 오염수를 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거하며, 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 전처리 모듈, 그리고 상기 전처리 모듈에서 발생한 수소기체를 기체유로를 통해 수집하고 상기 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 상기 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출하는 검출모듈을 포함한다.
본 발명에 따르면, 측정 대상 오염수를 전기분해를 이용하여 수중의 삼중수소만을 추출하고, 물에 직접 닿아도 손상이 거의 없는 플라스틱 섬광체 기반의 검출부에 직접 유입함으로써, 비정의 영향을 최소화하여 검출 능력을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 삼중 수소와 같은 극저에너지 베타선을 현장에서 실시간으로 측정할 수 있으며, 원전 해체 부지의 환경 방사선 감시 및 복원 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.

Description

수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법{INTEGRATED SYSTEM FOR MONITORING β-RAYS ON UNDERWATER FIELD AND METHOD THEREOF}
본 발명은 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 방사선으로 오염된 수중 현장에서 베타선을 검출하고 분석할 수 있는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
기존에 베타 방출 핵종의 분석법은 대부분 시료 채집 후 실험실로 이동하여, 실험실에서 분석을 수행한다. 이때, 실험실에서는 감마선을 방출하는 핵종의 경우는 주로 고순도 게르마늄 (High purity germanium; HPGe) 검출기를 활용하여 방사능을 분석하며, 순수 베타 방출 핵종의 경우에는 물리적,화학적 전처리 과정을 거쳐 시료를 단일 핵종화 시킨 후 액체 섬광 계수기 (Liquid scintillation counter; LSC)를 활용하여 분석한다.
이와 같은, 종래의 실험실에서의 분석법은 시료 채집 후 실험실까지 오는 과정에서의 시간 소요가 크며, 특히 깊이 분포 측정을 위한 시료 채집의 경우 채집 과정 중 시료가 교란될 수 있는 위험성이 매우 높다. 또한 순수 베타 방출 핵종의 경우 특히 물리적, 화학적 전처리 과정이 매우 복잡하며 시간과 인력을 많이 요한다는 단점이 있다.
그러므로 이러한 단점을 극복하고자 현장에서 신속하게 방사능을 분석하는 방법이 연구되었으며, 현장에서 분석하는 방법에는 NaI(Tl) 섬광체 기반의 검출기를 사용하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법으로는 베타선과 함께 감마선을 수반하는 핵종을 분석할 수 있으나 깊이에 따른 방사능 분포 측정이 불가능하다. 특히, 순수 베타 방출 핵종의 경우에는 베타선의 비정이 짧기 때문에 검출부의 보호재를 투과할 수 없어 현장에서의 검출 자체가 불가능하다.
따라서, 현장에서 원하는 핵종에 맞는 전처리 과정을 통하여 효과적으로 방사선을 검출할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 국내등록특허 제 10-0665508호(2007.01.09 공고)에 개시되어 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 방사선으로 오염된 수중 현장에서 베타선을 검출하고 분석할 수 있는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템 및 그 방법을 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템은 수중 현장에서 액체 샘플링 호스와 액체 흡입펌프를 이용하여 오염수를 수집하고, 상기 오염수를 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거하며, 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 전처리 모듈, 그리고 상기 전처리 모듈에서 발생한 수소기체를 기체유로를 통해 수집하고 상기 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 상기 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출하는 검출 모듈을 포함한다.
상기 전처리 모듈은, 상기 수소 기체가 발생되면 수분 제거 트랩을 통해 상기 수소 기체에 포함된 수증기를 제거하여 상기 기체 유로로 배출할 수 있다.
상기 전처리 모듈은, 상기 액체 샘플링 호스와 액체 흡입 펌프 사이에 순수한 물을 담고 있는 제1 프레임과 상기 오염 제거 필터와 상기 전기 분해 셀 사이에 오염 물질이 제거가 된 오염수를 담고 있는 제2 프레임을 더 포함할 수 있다.
상기 전처리 모듈은, 상기 수중 현장의 장소가 변경되거나 상기 수중 현장에서의 베타선 검출이 완료되면, 상기 제1 프레임에 저장된 순수한 물을 이용하여 상기 액체 흡입 펌프, 상기 오염 제거 필터, 제2 프레임 및 상기 전기 분해 셀 사이에 각각 연결된 복수의 통로가 순차적으로 개폐되어, 오염된 내부를 단계적으로 정화될 수 있다.
상기 전처리 모듈은, 상기 수중 현장의 불순물에 의한 오염 상태 또는 취수 방법의 용이성에 따라 오염수를 상기 액체 샘플링 호스를 통해 연속적으로 수집하거나 상기 제1 프레임에 오염수를 담아 수집할 수 있다.
상기 전처리 모듈은, 상기 전기 분해 셀에 원동기의 전원을 연결하여 충전이 가능한 배터리를 장착하여 전원을 공급하며, 상기 제2 프레임에 상기 오염수가 기준량 이상으로 채워지면, 상기 제2 프레임에 저장된 물을 이용하여 전기 분해 셀에 공급하는 동시에 사용자에 의해 상기 액체 샘플 호스와 연결된 밸브와 상기 제2 프레임에 연결되는 밸브가 폐쇄되고 제1 프레임에 연결된 밸브가 개방되면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물에 의해 내부 오염이 제거될 수 있다.
상기 검출 모듈은 스테인레스강을 포함하는 금속성 재질로 구성되어 있으며, 상기 플라스틱 섬광체가 장착될 수 있는 슬롯이 구비된 기체 유로, 상기 기체 유로를 통해 수소 기체가 유입되면, 상기 수소기체로부터 방출된 베타선을 이용하여 빛을 발생시키는 플라스틱 섬광체, 그리고 상기 발생된 빛을 전기적 신호로 변환시키는 광전자증배관을 포함할 수 있다.
상기 검출 모듈은, 상기 광전자증배관을 통해 출력된 전기적 신호에 포함된 펄스 개수를 카운트하여 방사선의 양을 측정하는 전기 신호 처리부를 더 포함하며, 상기 전기 신호 처리부는 프리암프, 메인암프, 다중채널파고분석기, 고전압공급기 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전처리 모듈과 검출 모듈을 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템을 이용한 베타선 모니터링 방법에 있어서, 상기 전처리 모듈은 수중 현장에서 액체 샘플링 호스와 액체 흡입펌프를 이용하여 오염수를 수집하고, 상기 오염수를 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거하는 단계, 오염 물질이 제거된 상기 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 단계, 그리고 상기 검출 모듈은 상기 전처리 모듈에서 발생한 수소기체를 기체유로를 통해 수집하고 상기 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 상기 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 측정 대상 오염수를 전기분해를 이용하여 수중의 삼중수소만을 추출하고, 물에 직접 닿아도 손상이 거의 없는 플라스틱 섬광체 기반의 검출부에 직접 유입함으로써, 비정의 영향을 최소화하여 검출 능력을 향상시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 삼중 수소와 같은 극저에너지 베타선을 현장에서 실시간으로 측정할 수 있으며, 원전 해체 부지의 환경 방사선 감시 및 복원 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템에 관한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 베타선 모니터링 방법을 나타낸 순서도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 전처리 모듈을 도시한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 검출 모듈을 도시한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 방법에 대해서 몬테칼로 전산모사를 통한 결과를 나타낸 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하에서는 도 1을 통해 전처리 모듈과 검출 모듈을 포함하는 베타선 모니터링 통합 시스템에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템에 관한 구성도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템은 전처리 모듈(100)과 검출 모듈(200)을 포함한다.
전처리 모듈(100)은 수중 현장에서 측정하고자 하는 대상물인 오염수를 액체 샘플링 호스와 액체 흡입 펌프를 이용하여 수집하고, 적어도 하나의 필터를 이용하여 오염 물질을 제거한다. 그리고 전처리 모듈(100)은 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 검출 모듈(200)과 연결된 기체 유로로 배출한다.
여기서, 오염수란 방사선 분석 대상이 되는 물로, 방사선으로 오염되었다고 추정되는 물을 나타내고, 필터를 통해 오염 물질을 제거하는 것은 방사선에 오염된 물에 포함된 불순물을 제거하는 것을 나타낸다.
즉, 오염 물질이 제거된 오염수는 불순물이 제거된 방사선에 오염된 물을 나타낸다.
그리고 전처리 모듈(100)은 액체 샘플링 호스와 액체 흡입 펌프 사이에 제1 프레임과 오염 제거 필터와 전기 분해 셀 사이의 제2 프레임 그리고 수분 제거 트랩과 수소 기체가 배출되는 기체 유로 사이에 제3 프레임을 더 포함할 수 있다.
여기서 프레임은 각각 용기를 나타낸다. 즉, 제1 프레임은 순수한 물을 저장하고 있거나 오염수를 저장할 수 있는 용기를 나타내고, 제2 프레임은 전기 분해 셀로 유입되기 전에 오염 물질이 제거된 오염수를 저장하는 용기를 나타내며, 제3 프레임은 유량 센서, 습도 센서의 장착이 가능한 용기를 나타낸다.
이때, 제1 프레임에 저장된 순수한 물은 방사선에 오염된 물과 상대적인 개념으로 방사선에 오염되지 않는 깨끗한 물을 나타낸다.
다음으로 검출 모듈(200)은 전처리 모듈(100)에서 발생한 수소기체를 기체 유로를 통해 수집하고 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출한다.
여기서, 기체 유로는 스테인레스강을 포함하는 금속성 재질로 구성될 수 있으며, 플라스틱 섬광체가 들어 갈 수 있는 슬롯을 구비될 수 있다. 그리고, 플라스틱 섬광체는 유기 섬광체 중에 하나로 C, H, O가 주 성분으로 광전효과 발생 확률이 낮고, 물에 직접 닿아도 손상이 거의 없는 특징이 있다.
또한 검출 모듈(200)은 광전자증배광과 연동된 전기 신호 처리부를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전기 신호 처리부는 프리암프, 메인암프, 다중채널파고분석기, 고전압공급기 중에서 적어도 하나를 포함한다.
이하에서는 베타선 모니터링 통합 시스템이 오염수를 수집하고 수집된 오염수를 전기 분해하여 삼중 수소를 포함하는 기체로 추출하고, 추출된 기체를 통해 베타선을 검출하는 과정에 대해서 살펴본다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 베타선 모니터링 방법을 나타낸 순서도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 전처리 모듈을 도시한 예시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 통합 시스템의 검출 모듈을 도시한 예시도이다.
먼저, 도 2에 나타낸 것처럼, 본 발명의 실시예에 따른 전처리 모듈(100)은 수중 현장에서 오염수를 수집하고, 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거한다(S210).
도 3에서와 같이 전처리 모듈(100)은 액체 샘플링 호스(110)와 액체 흡입 펌프(140)를 통해 측정 대상인 오염수를 실시간으로 수집하거나 제1 프레임(120)에 오염수를 담아 수집할 수 있다. 이와 같은 수집 방법은 수중 현장의 불순물에 의한 오염 상태 또는 오염수의 취수 방법의 용이한 정도에 따라 사용자에 의해 용이하게 선택될 수 있다.
예를 들어, 수중 현장에 불순물에 의한 오염 상태가 심각한 경우, 액체 샘플링 호스(110)를 이용하면 불순물이 과도하게 유입되기 때문에 전처리 모듈(100)의 필터가 손상될 가능성이 있다. 그러므로 사용자에 의해 상대적으로 불순물이 적은 오염수를 제1 프레임(120)에 담아 전처리 모듈(100)에 장착되는 것으로 오염수를 수집할 수 있다.
그리고 전처리 모듈(100)은 액체 흡입 펌프(140) 전에 카본 필터(130)를 통해 오염수의 불순물을 제거하고, 액체 흡입 펌프(140)를 거친 후에 오염 제거 필터(150)를 통해 한번 더 오염수의 불순물을 제거한다. 여기서, 오염 제거 필터(150)는 DI Filter(Deionized filter)를 포함하며, 전처리 모듈(100)은 오염 제거 필터(150)를 통해 오염수 내부의 유기물 및 이온을 제거할 수 있다.
즉, 전처리 모듈(100)은 다음 단계의 전기 분해 셀(170)의 수명과 성능 저하를 방지하기 위해 오염 제거 필터(150)를 통해 오염 물질이 제거되어 정수된 오염수만을 걸러낼 수 있다.
그리고 전처리 모듈(100)은 오염 물질이 제거된 오염수를 제2 프레임(160)에 담아 전기 분해 셀(170)로 공급한다.
다음으로 전처리 모듈(100)은 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 하여 수소 기체를 발생시켜 기체 유로로 배출한다(S220).
전처리 모듈(100)은 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 셀에 공급하고, 전기 분해를 통해 수소 기체를 발생시킨다. 이때, 전처리 모듈(100)은 전기 분해 셀에 전원을 공급하는 배터리를 더 포함할 수 있고, 배터리는 외부 전원이 없이도 장시간 동작할 수 있으며, 원동기의 전원을 연결하여 충전이 가능하다.
한편, 전기 분해를 통해 발생된 수소 기체는 수증기가 포함되어 있기 때문에, 타핵종 교란을 최소화하기 위해 전처리 모듈(100)은 전기 분해 셀을 통해 수소 기체를 발생시키면, 기체유로(210)로 배출되기 전에 수분 제거 트랩(180)를 통해 수소 기체에 포함된 수증기를 제거할 수 있다.
이와 같이 전처리 모듈(100)은 수분 제거 트랩(180)을 거친 수소 기체를 유량 센서 및 습도 센서의 장착이 가능한 제3 프레임을 통해 해당 수소 기체에 대한 데이터를 측정하고 검출 모듈(200)로 배출되는 수소 기체의 양을 조절할 수 있다. 즉, 수소 발생 양을 충분히 한 상태에서 사용자에 의해 니들 밸브(needle valve)가 개폐됨으로써, 버려지는 수소량을 조절될 수 있으며, 이를 통해 최종 공급 수소량(예를 들어 7ccm)을 설정할 수 있다.
다음으로 검출 모듈(200)은 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출한다(S230).
도 4에서 나타낸 바와 같이, 검출 모듈(200)은 기체 유로(210), 플라스틱 섬광체(220), 광전자증배관(230-1,230-2)를 포함하며, 전기 신호 처리부(240)를 더 포함할 수 있다.
기체유로(210)는 스테인레스강을 포함하는 금속성 재질로 구성되어 있으며, 플라스틱 섬광체(210)가 장착될 수 있는 슬롯이 구비되어 있으며, 플라스틱 섬광체(220)는 기체 유로(210)의 슬롯에 장착되어 수소 기체가 기체 유로(210)에 유입되면, 수소기체로부터 방출된 베타선을 이용하여 빛을 발생시킨다.
그리고 광전자증배관(230-1,230-2)는 발생되는 빛을 전기적 신호로 변환시킨다.
광전자증배관과 연동된 전기 신호 처리부(240)는 광전자증배관(230-1,230-2)을 통해 출력된 전기적 신호에 포함된 펄스 개수를 카운트하여 방사선의 양을 측정한다.
한편, 전처리 모듈(100)은 오염수를 채집하는 수중 현장의 장소가 변경되거나 수중 현장에서의 베타선 검출이 완료되면, 사용자의 조작 시에 전처리 모듈(100)의 내부가 단계적으로 정화될 수 있다.
보다 상세하게는, 전처리 모듈(100)은 제1 프레임에 저장된 순수한 물을 이용하여 해당 제1 프레임(120)에 있는 밸브가 개방되면 액체 흡입 펌프(140)를 이용하여 각 구성을 연결하는 통로로 순수한 물이 흐르도록 함으로써, 내부를 정화한다.
도 3에서와 같이, 전처리 모듈(100)의 각각의 구성 사이에 연결된 복수의 통로는 각 밸브(valve:V 이하에서는 V로 지칭함)가 장착되어 개폐가 가능하다. 여기서는 설명의 편의상 사용자가 직접 개폐하는 핸드 밸브 중에서 유량을 조절하거나 차단할 수 있는 글로브 밸브로 도시하였으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 추후에 용이하게 밸브의 종류를 변경하거나 전자 제어 장치나 기계 제어 장치에 의해서 복수의 밸브의 개폐가 가능하도록 변경 및 설계 가능하다.
예를 들어, 사용자가 V1과 V4를 폐쇄하고 V2와 V3을 개방하면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물이 카본 필터(130)와 액체 흡입 펌프(140)를 거치면서 V3 방향으로 흘러 감에 따라 카본 필터(130)와 액체 흡입 펌프(140)가 정화된다.
다음으로 사용자가 V1, V3 및 V5를 폐쇄하고 V2, V4 및 V6을 개방하면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물이 오염 제거 필터(150)를 거쳐 V6 방향으로 배출됨으로써, 오염 제거 필터(150)가 정화된다.
그리고 사용자가 V1, V3, V6 및 V8를 폐쇄하고 V2, V4, V5 및 V7을 개방하면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물이 제2 프레임(160)을 거쳐 V7 방향으로 배출됨으로써, 제2 프레임(160)이 정화된다.
마지막으로, 사용자가 V1, V3, V6 및 V7를 폐쇄하고 다른 밸브는 모두 개방하여 제1 프레임(120)에 저장된 순수한 물이 전기 분해 셀(170)을 거쳐 개방된 복수의 밸브(V9, V10, V11, V12)로 배출됨으로써, 전기 분해 셀(170)이 정화된다.
이와 같이 사용자에 의해 밸브의 개폐되는 순서에 따라서 단계적으로 전처리 모듈(100)의 내부가 정화될 수 있으며, 반드시 이와 같은 순서로 전처리 모듈(100) 내부를 정화하는 것은 아니고 필요에 따라 특정 순서를 생략할 수 있다.
또한, 전처리 모듈(100)은 제2 프레임(160)에 오염 물질이 제거된 오염수가 기준량 이상으로 채워지면, 제2 프레임(160)에 저장된 물을 이용하여 전기 분해 셀(170)에 공급하는 동시에 사용자에 의해 액체 샘플 호스(110)와 연결된 밸브(V1)와 제2 프레임에 연결되는 밸브(V5)가 폐쇄되고 제1 프레임(120)에 연결된 밸브(V2)가 개방되면, 제1 프레임(120)에 저장된 순수한 물에 의해 내부 오염이 제거될 수 있다.
즉, 전처리 모듈(100)은 오염수를 전기 분해 하여 수소를 발생시키는 과정과 전처리 모듈(100)의 일부 내부가 정화되는 과정을 병렬적으로 수행할 수 있다.
이하에서는 도 5를 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 방법에 의해서 기체 형태의 삼중 수소를 계측하는 방법과 기존의 방법인 액체 상태의 삼중 수소를 계측하는 방법을 비교한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 베타선 모니터링 방법에 대해서 몬테칼로 전산모사를 통한 결과를 나타낸 그래프이다.
여기서, 몬테칼로 전산모사(MonteCarlo Simulation)는 컴퓨터를 이용하여 순수 과학 이론에 대한 실험 계산을 수행하고 결과를 수치화하는 것을 나타낸다.
도 5에서 나타낸 바와 같이 몬테칼로 전산모사 결과 기체 형태로 존재하는 삼중수소의 경우인 그래프 (a)가 액체 형태로 존재하는 삼중 수소의 경우인 그래프 (b)와 비교했을 때, 계측 후 스펙트럼이 더 고르게 나타나며, 자체흡수 효과에 의한 통계적 요동이 감소한다. 또한 기하적인 계측 효율은 수소기체의 경우 12.6%, 물 상태의 경우 0.0000253으로 약 5000배 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.
즉, 삼중수소로 오염된 물이 전기분해를 통해 순수한 수소만 선택적으로 발생시키기 때문에, 이 과정에서 수소기체와 일부 수증기가 혼합될 수는 있지만 결과적으로 방사능 분석에 교란을 줄 수 있는 타 핵종 (Na, K, Cs, Sr,I 등)은 이 과정에서 걸러지므로 순수하게 삼중수소의 방사능을 분석할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명에 따르면, 측정 대상 오염수를 전기분해를 이용하여 수중의 삼중수소만을 추출하고, 물에 직접 닿아도 손상이 거의 없는 플라스틱 섬광체 기반의 검출부에 직접 유입함으로써, 비정의 영향을 최소화하여 검출 능력을 향상시킨다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 삼중 수소와 같은 극저에너지 베타선을 현장에서 실시간으로 측정할 수 있으며, 원전 해체 부지의 환경 방사선 감시 및 복원 분야에서 효과적으로 활용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 전처리 모듈 110: 액체 샘플링 호스
120: 제1 프레임 130: 카본 필터
140: 액체 흡입 펌프 150: 오염 제거 필터
160: 제2 프레임 170: 전기 분해 셀
180: 수분 제거 트랩 190: 제3 프레임
200: 검출 모듈 210: 기체 유로
220: 플라스틱 섬광체 230: 광전자증배관(230-1,230-2)
240: 전기 신호 처리부

Claims (16)

  1. 수중 현장에서 액체 샘플링 호스와 액체 흡입펌프를 이용하여 오염수를 수집하고, 상기 오염수를 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거하며, 오염 물질이 제거된 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 전처리 모듈, 그리고
    상기 전처리 모듈에서 발생한 수소기체를 기체유로를 통해 수집하고 상기 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 상기 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출하는 검출 모듈을 포함하며,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 액체 샘플링 호스와 액체 흡입 펌프 사이에 순수한 물을 담고 있는 제1 프레임과 상기 오염 제거 필터와 상기 전기 분해 셀 사이에 오염 물질이 제거가 된 오염수를 담고 있는 제2 프레임을 더 포함하며,
    상기 수중 현장의 장소가 변경되거나 상기 수중 현장에서의 베타선 검출이 완료되면, 상기 제1 프레임에 저장된 순수한 물을 이용하여 상기 액체 흡입 펌프, 상기 오염 제거 필터, 제2 프레임 및 상기 전기 분해 셀 사이에 각각 연결된 복수의 통로가 순차적으로 개폐되어, 오염된 내부를 단계적으로 정화시키고,
    상기 제2 프레임에 상기 오염수가 기준량 이상으로 채워지면, 상기 제2 프레임에 저장된 물을 이용하여 전기 분해 셀에 공급하는 동시에 상기 액체 샘플링 호스와 연결된 밸브와 상기 제2프레임에 연결되는 밸브가 폐쇄되고 제1 프레임에 연결된 밸브가 개방되면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물에 의해 내부 오염이 제거되는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 수소 기체가 발생되면 수분 제거 트랩을 통해 상기 수소 기체에 포함된 수증기를 제거하여 상기 기체 유로로 배출하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 수중 현장의 불순물에 의한 오염 상태 또는 취수 방법의 용이성에 따라 오염수를 상기 액체 샘플링 호스를 통해 연속적으로 수집하거나 상기 제1 프레임에 오염수를 담아 수집하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 전기 분해 셀에 원동기의 전원을 연결하여 충전이 가능한 배터리를 장착하여 전원을 공급하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 검출 모듈은,
    스테인레스강을 포함하는 금속성 재질로 구성되어 있으며, 상기 플라스틱 섬광체가 장착될 수 있는 슬롯이 구비된 기체 유로,
    상기 기체 유로를 통해 수소 기체가 유입되면, 상기 수소기체로부터 방출된 베타선을 이용하여 빛을 발생시키는 플라스틱 섬광체, 그리고
    상기 발생된 빛을 전기적 신호로 변환시키는 광전자증배관을 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 검출 모듈은,
    상기 광전자증배관을 통해 출력된 전기적 신호에 포함된 펄스 개수를 카운트하여 방사선의 양을 측정하는 전기 신호 처리부를 더 포함하며,
    상기 전기 신호 처리부는 프리암프, 메인암프, 다중채널파고분석기, 고전압공급기 중에서 적어도 하나를 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템.
  9. 전처리 모듈과 검출 모듈을 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 통합 시스템을 이용한 베타선 모니터링 방법에 있어서,
    상기 전처리 모듈은 수중 현장에서 액체 샘플링 호스와 액체 흡입펌프를 이용하여 오염수를 수집하고, 상기 오염수를 오염 제거 필터에 통과시켜 오염 물질을 제거하는 단계,
    오염 물질이 제거된 상기 오염수를 전기 분해 셀에 넣고 전기 분해를 통해 수소기체를 발생시켜 상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 단계, 그리고
    상기 검출 모듈은 상기 전처리 모듈에서 발생한 수소기체를 기체유로를 통해 수집하고 상기 기체 유로 양측에 각각 구비되는 한쌍의 광전자증배광(PMT)와 한쌍의 플라스틱 섬광체를 이용하여 상기 수소기체에 포함되어 있는 삼중 수소가 방출하는 베타선를 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 액체 샘플링 호스와 액체 흡입 펌프 사이에 오염되지 않은 순수한 물을 담고 있는 제1 프레임과 상기 오염 제거 필터와 상기 전기 분해 셀 사이에 오염 물질이 제거가 된 오염수를 담고 있는 제2 프레임을 더 포함하며,
    상기 수중 현장의 장소가 변경되거나 상기 수중 현장에서의 베타선 검출이 완료되면, 상기 제1 프레임에 저장된 순수한 물을 이용하여 상기 액체 흡입 펌프, 상기 오염 제거 필터, 제2 프레임 및 상기 전기 분해 셀 사이에 각각 연결된 복수의 통로가 순차적으로 개폐되어 오염된 내부를 정화시키고,
    상기 제2 프레임에 상기 오염수가 기준량 이상으로 채워지면, 상기 제2 프레임에 저장된 물을 이용하여 전기 분해 셀에 공급하는 동시에 상기 액체 샘플링 호스와 연결된 밸브와 상기 제2 프레임에 연결되는 밸브가 폐쇄되고 제1 프레임에 연결된 밸브가 개방되면, 제1 프레임에 저장된 순수한 물에 의해 내부 오염이 제거되는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 수소기체를 기체 유로로 배출하는 단계는,
    상기 수소 기체가 발생되면 수분 제거 트랩을 통해 상기 수소 기체에 포함된 수증기를 제거하여 상기 기체 유로로 배출하는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 수중 현장의 불순물에 의한 오염 상태 또는 취수 방법의 용이성에 따라 오염수를 상기 액체 샘플링 호스를 통해 연속적으로 수집하거나 상기 제1 프레임에 오염수를 담아 수집하는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전처리 모듈은,
    상기 전기 분해 셀에 원동기의 전원을 연결하여 충전이 가능한 배터리를 장착하여 전원을 공급하는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 검출 모듈은,
    스테인레스강을 포함하는 금속성 재질로 구성되어 있으며, 상기 플라스틱 섬광체가 장착될 수 있는 슬롯이 구비된 기체 유로,
    상기 기체 유로를 통해 수소 기체가 유입되면, 상기 수소기체로부터 방출된 베타선을 이용하여 빛을 발생시키는 플라스틱 섬광체, 그리고
    상기 발생된 빛을 전기적 신호로 변환시키는 광전자증배관을 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 검출 모듈은,
    상기 광전자증배관을 통해 출력된 전기적 신호에 포함된 펄스 개수를 카운트하여 방사선의 양을 측정하는 전기 신호 처리부를 더 포함하며,
    상기 전기 신호 처리부는 프리암프, 메인암프, 다중채널파고분석기, 고전압공급기 중에서 적어도 하나를 포함하는 수중 현장 베타선 모니터링 방법.
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