KR101975787B1

KR101975787B1 - 방사성 핵종을 검출하는 방법, 이를 이용한 방사성 핵종 검출공정, 및 이를 위한 방사선 검출장치

Info

Publication number: KR101975787B1
Application number: KR1020170105717A
Authority: KR
Inventors: 문명국; 이주현; 임기서; 전병일; 이남호; 김종열
Original assignee: 한국원자력연구원
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2019-05-09
Also published as: US20200041661A1; US11035963B2; CN109964150B; JP2019530877A; CN109964150A; KR20180063811A; JP6732120B2

Abstract

본 발명은 방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서, 방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계; 및 백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하는 단계;를 포함하고, 상기 카운트비는, 임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의되는, 방사성 핵종을 검출하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법을 채용할 경우, 새로운 판별식 및 알고리즘을 도입하여, 실제 대상물에서 나오는 방사선이 그리 크지 않다 하더라도 이의 핵종을 매우 효과적으로 용이하게 판별해 낼 수 있다. 특히 본 발명은 기존의 시스템에 새로운 장치나 부품을 도입하거나 할 필요가 전혀 없이, 본 발명에서 제시하는 새로운 판별식 및 알고리즘만을 기존의 장치에 도입하면 바로 적용할 수 있는 바, 기존의 방사선 검출 시스템과의 호환성이 극대화될 수 있다.
또한, 상기 검출 방법을 채용할 경우, 방사성 핵종을 용이하게 검출해 낼 수 있기 때문에, 화물, 방사선 폐기물, 음식물 등 수없이 다양한 대상물로 널리 확장시켜 활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

방사성 핵종을 검출하는 방법, 이를 이용한 방사성 핵종 검출공정, 및 이를 위한 방사선 검출장치{A METHOD FOR DETECTING A RADIONUCLIDE, A PROCESS FOR DETECTING A RADIONUCLIDE USING THE SAME, AND A RADIATION DETECTING DEVECE FOR THE SAME}

본 발명은 방사성 핵종을 검출하는 방법, 상기 검출방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정, 및 이를 위한 방사선 검출장치에 관한 것이다.

어떠한 대상물에서 방사선이 나오는지를 측정하는 방사선 측정은, 원자력 시설이나 의료 시설 등과 같은 분야뿐 아니라, 공항, 항만 등을 출입하는 화물에서도 이루어지는 등 다양한 분야에서 널리 이루어지고 있다. 한 예시로서, 출입문에 설치되어 그 출입문을 통과하는 차량의 방사선 유무를 검사하는 기술이 한국등록특허 제1581004호("출입차량 방사선 감시 시스템", 이하 선행문헌 1)에 개시되어 있다. 선행문헌 1에 개시된 시스템에서는, 특정 파장의 광선을 받으면 섬광을 발생시키는 플라스틱 섬광체를 포함하여 이루어짐으로써, 대상물에서 나오는 방사선에 의하여 섬광체에서 발생되는 섬광 신호를 분석하여 방사선 유무를 측정하도록 되어있다.

섬광체에 대하여 좀더 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. NaI(TL)과 같은 무기 섬광체는 입사 방사선의 에너지에 비례한 특정 강도의 광자를 발생시켜 입사 방사선의 에너지를 측정할 수 있다. 따라서, 무기 섬광체는 주로 입사 방사선의 에너지와 세기를 바탕으로 하여 핵종분석에 주로 사용되고 있다. 한편 PVT(Polyvinyltoluene)과 같은 유기 섬광체는 밀도가 낮고 광전효과에 의한 입사방사선과의 상호작용일 일어날 확률이 낮아 입사 방사선의 에너지를 측정하기 어렵다는 약점이 있어, 유기 섬광체는 입사 방사선의 세기만 주로 측정한다. 그러나 플라스틱 유기 섬광체는 무기 섬광체에 비해 제조가 쉽고 m² 크기 이상의 대형으로 제작이 가능하기 때문에 화물 내부의 방사선 유무를 측정하는 용도로 널리 사용되고 있다. 상술한 선행문헌 1의 방사선 측정 시스템에서도 플라스틱 섬광체, 즉 유기 섬광체를 사용하는 것으로 기재되는 바와 같이, 일반적으로 공항 또는 항만의 출입구에 설치되는 화물 방사선 검색 시스템은 25 L 내지 65 L 체적을 갖는 PVT 플라스틱 섬광체가 사용된다.

그런데, 이러한 방사선 검색 시스템에서는 단순히 방사선의 유무뿐만 아니라 인공방사선의 유무 즉, 인공방사선의 핵종을 판단할 수 있는 기능도 요구된다. 앞서 설명한 바와 같이 무기 섬광체를 사용하는 방사선 검출기를 사용한다면 방사선의 에너지 및 세기를 측정하여 핵종분석을 할 수 있기 때문에 인공방사선 유무의 판단이 용이하겠으나, 유기 섬광체를 사용하는 방사선 검출기를 사용하는 경우 방사선의 세기만을 주로 측정하기 때문에 인공방사선과 자연방사선을 구분해야 한다.

현재까지 자연방사선과 인공방사선의 구분은 첫째로 플라스틱 섬광체로 측정한 에너지 스펙트럼 데이터를 백그라운드 스펙트럼 데이터와 직접 비교하는 방법, 둘째로 플라스틱 섬광체로 측정한 에너지 스펙트럼의 각 에너지에 가중치 값을 줘서 결정하는 방법 등이 있다. 첫째 방법 즉 스펙트럼 데이터를 직접 비교하는 방법은 한국공개특허 제2016-0060208호("플라스틱 섬광체를 이용한 방사성 핵종 분별 방법 및 장치", 이하 선행문헌 2)에 상세히 개시되어 있으며, 둘째 방법 즉 에너지 가중치 적용 방법은 한국공개특허 제2010-0033175호("플라스틱 섬광체 기반 방사선 검출기 및 이를 이용한 방사성 핵종 검출 방법", 이하 선행문헌 3)에 상세히 개시되어 있다.

그러나 실제 화물 방사선 검색시스템을 통과하는 차량의 속도(최대 18km/h) 및 길이(최대 15m)를 고려하면 차량 통과시간이 짧게는 3 초, 길게는 10 초 이내이기 때문에, 상당한 세기의 방사선이 검출되지 않는 한 상술한 두 방법 모두 현실적으로 사용하기 어려울 수 있다. 또한, 여러 방사선 선원이 함께 있는 경우에는 더욱 더 판정하기 어려운 환경이 될 수 있다.

본 발명의 목적은 방사성 핵종을 검출하는 방법, 상기 검출방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정, 및 이를 위한 방사선 검출장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본원의 제 1 측면은,

방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서,

방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계; 및

백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하는 단계;

를 포함하고,

상기 카운트비는,

임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의되는,

방사성 핵종을 검출하는 방법을 제공한다.

또한, 본원의 제 2 측면은,

방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계;

대상물 카운트비로부터 에너지에 따른 규격화 값으로 나타나는 대상물 규격화 카운트비를 산출하되, 상기 규격화 값은 임의의 에너지값에 있어서 대상물 카운트비값 및 백그라운드 카운트비값의 비율로 정의되는, 규격화 카운트비 산출 단계; 및

상기 대상물 규격화 카운트비에 있어서 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계;

를 포함하고,

상기 카운트비는,

방사성 핵종을 검출하는 방법을 제공한다.

또한, 본원의 제 3 측면은,

방사선 검출기 및 상기 본원의 제 1 측면에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정에 있어서,

상기 방사선 검출기로 대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 방사선 검출기로 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 에너지 스펙트럼 데이터 측정단계;

대상물 에너지 스펙트럼 데이터의 카운트가 검출기준값 이상이면, 상기 카운트비 산출단계, 카운트비 비교단계가 순차적으로 수행되어, 방사성 핵종이 검출되는, 방사성 핵종 검출단계;

를 포함하는

방사성 핵종 검출공정을 제공한다.

또한, 본원의 제 4 측면은,

방사선 검출기 및 상기 본원의 제 2 측면에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정에 있어서,

대상물 에너지 스펙트럼 데이터의 카운트가 검출기준값 이상이면, 상기 카운트비 산출단계, 규격화 카운트비 산출 단계, 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계가 순차적으로 수행되어, 방사성 핵종이 검출되는, 방사성 핵종 검출단계;

를 포함하는

방사성 핵종 검출공정을 제공한다.

또한, 본원의 제 5 측면은,

대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 방사선 검출기;

상기 방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 수행하는 산출부; 및

백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하여 방사성 핵종을 구분하는 판정부;

를 포함하고,

상기 카운트비는,

방사선 검출장치를 제공한다.

본 발명에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법을 채용할 경우, 새로운 판별식 및 알고리즘을 도입하여, 실제 대상물에서 나오는 방사선이 그리 크지 않다 하더라도 이의 핵종을 매우 효과적으로 용이하게 판별해 낼 수 있다. 특히 본 발명은 기존의 시스템에 새로운 장치나 부품을 도입하거나 할 필요가 전혀 없이, 본 발명에서 제시하는 새로운 판별식 및 알고리즘만을 기존의 장치에 도입하면 바로 적용할 수 있는 바, 기존의 방사선 검출 시스템과의 호환성이 극대화될 수 있다.

또한, 상기 검출 방법을 채용할 경우, 방사성 핵종을 용이하게 검출해 낼 수 있기 때문에, 화물, 방사선 폐기물, 음식물 등 수없이 다양한 대상물로 널리 확장시켜 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 있어서, 방사성 핵종을 검출하는 방법을 나타낸 개략도이고,
도 2는 플라스틱 섬광체를 사용하는 방사선 검출기에 의해 측정된 다양한 선원에 대한 에너지 스펙트럼 데이터 측정 결과를 나타낸 그래프이고,
도 3은 특정 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 본 발명의 로우카운트합 및 하이카운트합을 구하는 방법을 설명한 그래프이고,
도 4는 본 발명에 있어서, 다양한 선원에 대한 에너지값에 따른 카운트비를 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명에 있어서, 다양한 선원에 대한 에너지값에 따른 규격화 카운트비를 나타낸 그래프이고,
도 6은 본 발명에 있어서, 방사성 핵종 검출공정을 나타낸 개략도이고,
도 7은 본 발명에 있어서, 방사선 검출장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.

본원의 제 1 측면은,

백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하는 단계;

를 포함하고,

상기 카운트비는,

방사성 핵종을 검출하는 방법을 제공한다.

이하, 본원의 제 1 측면에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법을 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명에 있어서 방사성 핵종을 검출하는 이유는 자연방사선 및 인공방사선을 구분하기 위함으로써 이들 용어는 하기와 같이 정의된다. 일정 수준 이하 크기의 방사선은 인체에 유의미한 악영향을 끼치지 않으며, 일반적으로 자연계에 존재하는 물건들에도 이러한 정도의 미세한 방사선은 방출되고 있다는 것이 잘 알려져 있는데 이러한 방사선을 자연방사선이라 한다. 한편, 세슘(Cs-137), 코발트(Co-60) 등과 같은 인공적인 방사성 물질의 경우, 자연방사선에 비해 좀더 센 방사선을 방출하며, 이 방사선 양이 많아지면 인체에 악영향을 끼칠 수도 있다. 즉 이러한 인공적인 방사성 물질로부터 방출되는 방사선을 인공방사선이라 한다. 따라서, 본 발명의 방사성 핵종을 검출하는 방법은 인체에 유해한 인공방사선을 검출하고자 수행되는 것일 수 있다.

또한, 방사성 핵종을 검출한다는 것은 아무것도 없는 상태(이를 일반적으로 "백그라운드 상태"라고 한다)에서 측정된 자연방사선과 비교하여, 특정 방사성 물질에서 발생되는 방사선이라고 추정될 수 있는 방사선 즉 특정 방사선의 핵종을 판별하는 것이다. 따라서 방사성 핵종의 검출을 위해서는, 방사선 검출기를 이용한 에너지 스펙트럼 데이터를 구하는 것이 가장 기본적인 단계가 된다.

한편, 본 발명의 방사성 핵종을 검출하는 방법은, 새로운 장치나 부품을 도입하는 것이 아니라 기존의 방사선 검출기 및 검출 시스템을 그대로 활용하되, 새로운 판별식 및 알고리즘을 도입하는 것이다. 이러한 관점에서, 본 발명에서는 방사선 검출기 자체나 방사선 검출기에서 에너지 스펙트럼 데이터를 얻어내는 방식 자체는 기존과 마찬가지이므로, 이에 대한 설명은 간략하게만 서술한다.

방사선 검출기에서 에너지 스펙트럼 데이터를 얻어내는 방식을 간략하게 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 상기 방사선 검출기가 플라스틱 섬광체를 이용한 방사선 검출기일 경우 먼저 플라스틱 섬광체에 대상물에서 나오는 방사선을 쬐어 주면, 플라스틱 섬광체에서 섬광 신호가 발생된다. 이 섬광 신호를 전기 신호로 바꾸고, 크기를 증폭하고, 노이즈를 제거하여 분석 가능한 신호로 변환한다. 이렇게 변환된 신호는 펄스 형태로 나타나는데, 이 펄스를 카운트하여 전압값의 크기에 따라 구분하여 저장한다. 이렇게 각 전압값의 펄스를 카운트하여 할당된 버퍼에서 일정시간 누적 관리되는 각각의 과정을 각각 에너지라고 한다. 이러한 과정을 통해, 에너지값에 따른 카운트값으로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 구할 수 있다. 앞서도 설명한 바와 같이 플라스틱 섬광체를 사용하는 방사선 검출기에서는 모두 이러한 방법으로 에너지 스펙트럼 데이터를 구하고 있으므로(상술한 선행문헌 1 내지 3 모두에 이러한 방법으로 구한 에너지 스펙트럼 그래프가 개시된다), 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.

이러한 에너지 스펙트럼 데이터는 방사선을 발생시키는 근원(선원)이 되는 물질의 핵종에 따라 달라진다. 따라서 이상적으로 생각할 때, 미리 어떤 핵종에서 어떤 형태의 에너지 스펙트럼 데이터가 나오는지를 알고 있다면, 측정된 에너지 스펙트럼 데이터로부터 대상물에 포함되어 있는 선원의 핵종을 판별할 수 있을 것이다.

다만, 도 2에 나타낸 바와 같이 에너지에 따른 에너지 스펙트럼 데이터로만 구별할 경우 각각의 방사성 핵종에 따른 에너지 스펙트럼 데이터가 서로 겹쳐져서 나타나기 때문에 그 구별이 쉽지 않음을 알 수 있다.

따라서, 본원에서는 하기 기술할 바와 같이 새로운 판별식 및 알고리즘을 도입하여 방사성 핵종을 용이하게 검출하고자 한다.

이에, 상기 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서 우선, 단계 1은 방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계(S100)이다.

이때, 상기 카운트비는 임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의될 수 있다.

도 3은 특정 에너지 스펙트럼 데이터를 사용한 본 발명의 로우카운트합 및 하이카운트합을 구하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 나타난 에너지 스펙트럼 데이터는 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터이나, 다른 선원에 대한 스펙트럼 등 임의의 에너지 스펙트럼 데이터에 대하여 이하 설명되는 방법이 모두 그대로 적용될 수 있다.

도 3에 임의의 에너지값이 화살표 지점으로 표시되어 있다. 상기 임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하 또는 미만의 에너지를 로우에너지, 상기 임의의 에너지값 초과 또는 이상의 에너지를 하이에너지라 한다. 본 발명에서는, 먼저 로우에너지 내의 카운트값들을 모두 합한 로우카운트합 및 하이에너지 내의 카운트값들을 모두 합한 하이에너지합이 구해진다.

상술한 바와 같이 임의의 에너지값을 기준으로 하여 로우카운트합 및 하이카운트합을 구할 수 있으며, 로우카운트합을 하이카운트합으로 나눈 비율을 카운트비로 정의한다.

예를 들어, 도 3a를 참조하면 임의의 에너지값은 약 320 keV로서 그 이하 또는 미만의 에너지인 로우에너지 영역의 각 에너지값에 대한 카운트값들을 모두 합하여 로우카운트합을 산출한다. 또한, 상기 임의의 에너지값 즉 320 keV의 초과 또는 이상의 에너지인 하이에너지 영역의 각 에너지값에 대한 카운트값들을 모두 합하여 하이카운트합을 산출한다. 그 후에 상기 산출된 로우카운트합을 하이카운트합으로 나누어 카운트비를 산출한다. 같은 방식으로 도 3b의 경우에는 임의의 에너지값이 약 680 keV가 되며, 상기와 같은 방식으로 카운트비를 산출하는 것이다.

또한, 상기 방사선 검출기의 종류는 기체 전리 작용을 이용한 검출기, 고체 전리 작용을 이용한 검출기(반도체 검출기), 또는 여기작용을 이용한 검출기일 수 있으며 바람직하게 여기작용을 이용한 검출기일 수 있다.

상기 기체 전리 작용을 이용한 검출기는 전리함, 비례 계수관(Proportional Counter), 소멸가스(Quenching gas), 또는 GM 계수관(Geiger Muller Counter)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 고체 전리 작용을 이용한 검출기(반도체 검출기)는 P-N 접합형 검출기, 표면장벽형 검출기, Li 드리프트형(p-i-n형) 검출기, 또는 고순도반도체형 검출기일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 여기작용을 이용한 검출기는 신틸레이터내의 어떤 발광물질이 방사선이 입사하면 이 물질의 원자나 분자가 여기 후 기저 상태로 돌아갈 때 적당한 파장의 빛을 내며, 이 빛이 실리콘 그리스나 루사이트(Lusite) 파이프를 통해　광전자 증배관으로 들어가 Sb-Sc가 증착된 광전면에서 전자로 변화시켜 이것을 다이노드(dynode)로 증폭하여 전기적인 신호를 얻는 검출기로서 상기 신틸레이터는 무기결정형, 유기결정형, 액체형, 또는 플라스틱형일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 단계 2는 백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하는 단계(S200)이다.

상기 비교하는 단계는 상기 백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하여 카운트비가 동일한 에너지값을 찾는 단계를 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 비교하는 단계에서 찾아진 동일한 에너지값과 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값을 비교하여 대상물에서 검출된 방사성 핵종을 구별하는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.

이때, 상기 비교하는 단계에서 찾아진 동일한 에너지값과 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값은 항상 동일한 값으로 나타나지 않을 수 있으며, 상기 비교하는 단계에서 찾아진 동일한 에너지값이 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값과 비교하여 약 20%의 오차범위 내이면 같은 방사성 핵종인 것으로 판단한다.

한편, 상기 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값은 방사성 핵종별로 상기 본원의 제 1 측면에 따라 수행되어 기 저장된 에너지값을 의미한다.

또한, 본원의 제 2 측면은,

를 포함하고,

상기 카운트비는,

방사성 핵종을 검출하는 방법을 제공한다.

즉, 상기 본원의 제 1 측면과 동일하게 본원의 제 2 측면 또한 방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계를 포함한다.

다만, 본원의 제 2 측면에서는 이후 규격화 카운트비 산출 단계 및 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계를 포함하는 점에서 본원의 제 1 측면과 차이가 있다.

이하, 본원의 제 2 측면에 대하여 상기 본원의 제 1 측면과 상이한 구성에 대하여 상세히 설명한다.

우선, 본원의 제 1 측면과 같이 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행한 이후, 대상물 카운트비로부터 에너지에 따른 규격화 값으로 나타나는 대상물 규격화 카운트비를 산출한다.

이때, 상기 규격화 값은 임의의 에너지값에 있어서 대상물 카운트비값 및 백그라운드 카운트비값의 비율로 정의된다. 이하, 대상물 카운트비값을 백그라운드 카운트비값으로 나눈 값을 제1규격화 값이라 하고, 백그라운드 카운트비값을 대상물 카운트비값으로 나눈 값을 제2규격화 값이라 한다.

이때, 상기 에너지값을 찾는 단계의 값 1은, 상기 제1규격화 또는 제2규격화 에너지비 데이터 산출 단계의 대상물 에너지비 데이터 대신 백그라운드 에너지비 데이터로부터 얻어지는 백그라운드 제1규격화 또는 제2규격화 에너지비 데이터에서, 에너지에 따라 일정한 값으로 얻어지는 제1규격화 또는 제2규격화 값으로서의 1을 의미한다.

또한, 상기 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면의 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서, 상기 카운트비 산출을 수행하는 단계는 에너지 값을 변화시켜 가며 수행되는 것일 수 있으며, 상기 카운트비는 미리 결정된 임의의 에너지 구간 즉, 미리결정된 하한 에너지값 내지 상한 에너지값 내에서 정의되는 것일 수 있다.

이때, 하한 에너지값은 일반적으로 0 또는 1로 결정될 수 있다. 상기 에너지값은 이산적인 값(discrete value)으로서 말하자면 인덱스에 해당하는 것이다. 이때, 일반적으로 인덱스를 넘버링함에 있어서 0에서 시작하는 경우 또는 1에서 시작하는 경우가 모두 널리 사용되고 있으며, 따라서 인덱스 넘버링을 0에서 시작한다면 상기 하한 에너지값은 0이 될 수 있고, 인덱스 넘버링을 1에서 시작한다면 상기 하한 에너지값은 1이 될 수 있다.

또한 상한 에너지값은 물론 실제 에너지값들 중 최고값으로 결정될 수도 있다. 다만, 도 2에 나타낸 바와 같이 에너지값이 1 내지 400일 때는 카운트값이 100 내지 10,000 정도의 상대적으로 엄청나게 큰 값이 나오는 반면, 에너지값이 커지면 커질수록 카운트값이 점점 작아지는 것이 일반적인 경향임을 알 수 있다. 즉 도 2를 참조할 때, 에너지값이 약 1,000 이상이 되면 카운트 값이 1 내지 10 정도밖에 되지 않아, 상술한 바와 같은 로우카운트합값이나 하이카운트합값을 구함에 있어서 큰 영향을 끼치지 못한다. 이러한 점을 고려하여, 상기 상한 에너지값은 일반적으로 카운트값이 10 근처 또는 그 이하로 떨어지는 지점의 에너지값으로 적절히 결정될 수 있다. 본 발명의 예시에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이 에너지값의 전체 범위가 1 내지 2,400 정도이므로 상기 상한 에너지값을 1,000 정도로 결정할 수 있다. 한편, 에너지값의 전체 범위가 예를 들어 1 내지 512인 경우 / 1 내지 1,024인 경우 등 다양한 경우가 있으며, 이러한 경우에는 상기 상한 에너지값은 256 / 512 등과 같이 적절하게 달리 결정될 수 있다.

다시 한 번 정리하자면, 상한 에너지값을 결정하는 이유는, 실질적으로 하이카운트합값을 산출함에 있어서 합해도 최종 결과값에 큰 영향을 끼치지 못하는 작은 값들이 나오는 에너지들을 제거하여 계산 부하를 줄이기 위함이다. 따라서 상한 에너지값은 상술한 바와 같은 사항들을 고려하여, 카운트 값이 10 이하로 떨어지는 부근지점의 에너지값으로 적절히 결정되면 된다.

이 경우, 상기 임의의 에너지값을 상기 하한 에너지값에서 상기 상한 에너지값까지 변화시켜 가면서, 각각의 에너지값에 대하여 카운트비가 구해진다. 구체적인 예를 들자면, 도 3a는 임의의 에너지값이 320인 경우를 나타내고 있으며, 미리 결정된 임의의 에너지 구간이 1 내지 800일 때 로우카운트합 = (에너지값이 1일 때의 카운트값 + 에너지값이 2일 때의 카운트값 + … + 에너지값이 320일 때의 카운트값)이 되며, 또한 하이카운트합 = (에너지값이 321일 때의 카운트값 + 에너지값이 322일 때의 카운트값 + … + 에너지값이 800일 때의 카운트값)이 되고, 이로부터 에너지값이 320일 때의 카운트비값 = (로우카운트합 / 하이카운트합) 값을 구할 수 있다. 도 3b는 에너지값이 680인 경우를 나타내고 있으며, 마찬가지로 로우카운트합 = (에너지값이 1일 때의 카운트값 + 에너지값이 2일 때의 카운트값 + … + 에너지값이 680일 때의 카운트값)이 되며, 또한 하이카운트합 = (에너지값이 681일 때의 카운트값 + 에너지값이 682일 때의 카운트값 + … + 에너지값이 800일 때의 카운트값)이 되고, 이로부터 에너지값이 680일 때의 카운트비값 = (로우카운트합 / 하이카운트합) 값을 구할 수 있다. 이러한 방식으로, 하한 에너지값이 1이고 상한 에너지값이 800이라고 할 때, 에너지값이 1일 때의 카운트비값을 구하고, 에너지값이 2일 때의 카운트비값을 구하고, …, 에너지값이 800일 때의 카운트비값을 구할 수 있다.

즉, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 카운트비 산출을 한 후, 에너지에 대한 백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 하나의 그래프 상에 나타내면 각각의 방사성 핵종에 대하여 그 카운트비값이 육안으로 구별이 용이함을 알 수 있다. 또한, 각각의 방사성 핵종에 대한 카운트비와 백그리운드 카운트비가 특정 에너지값에서 한 번 교차하므로 교차하는 에너지값을 찾으면 대상물에 포함된 방사성 핵종의 종류를 확인할 수 있다.

예를 들어, 도 4a를 참조할 경우, Ba-133의 카운트비가 백그라운드 카운트비와 약 100의 에너지값에서 한 번 교차함을 확인할 수 있으며, 도 4b를 참조할 경우, Co-60의 카운트비가 백그라운트 카운트비와 약 720의 에너지값에서 교차함을 확인할 수 있다. 따라서, 특정 방사선원의 에너지에 대한 카운트비가 백그라운드 카운트비와 그래프 상 한번 교차하므로 교차하는 점의 에너지값을 읽어 특정 방사선원의 핵종을 판단할 수 있다.

또한, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5a는 에너지에 따라 제1규격화 값으로 나타나는 제1규격화 카운트비에 대한 그래프이고, 도 5b는 에너지에 따라 제2규격화 값으로 나타나는 제2규격화 카운트비에 대한 그래프이다. 작은 에너지 구간에 있어서, 상기 제1규격화 카운트비는 1 보다 작은 제1규격화 값을 가지나, 상기 제2규격화 카운트비는 1 보다 높은 제2규격화 값을 가짐을 확인할 수 있다. 다만, 상기 그래프 모두 높은 에너지 구간으로 이동함에 따라 규격화 값 1을 지나 각각 높은 또는 낮은 규격화 값을 나타냄을 확인할 수 있다.

즉, 상기 본원의 제 2 측면에 따른 방사성 핵종을 검출하는 방법은 대상물 규격화 카운트비에 있어서 규격화 값이 1이 되는 지점을 반드시 포함하므로 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾음으로써 방사성 핵종을 검출하는 것일 수 있다.

구체적으로, 본원의 제 1 측면에서 기술한 바와 같은 방법으로 상기 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계에서 찾아진 에너지값과 미리 준비된 규격화 값이 1이 되는 방사성 핵종별 에너지값을 비교하여 대상물에서 검출된 방사성 핵종을 구별하는 것일 수 있으며, 이때 상기 미리 준비된 규격화 값이 1이 되는 방사성 핵종별 에너지값은 방사성 핵종별로 상기 본원의 제 2 측면에 따라 수행되어 기 저장된 에너지값을 의미한다.

이때, 상기 규격화 값이 1이 되는 에너지값이 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값과 항상 동일한 값으로 나타나지 않을 수 있으며, 상기 규격화 값이 1이 되는 에너지값이 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값과 비교하여 약 20%의 오차범위 내이면 같은 방사성 핵종인 것으로 판단한다.

또한, 본원의 제 3 측면은,

를 포함하는

방사성 핵종 검출공정을 제공한다.

또한, 본원의 제 4 측면은,

를 포함하는

방사성 핵종 검출공정을 제공한다.

상기 본원의 제 3 측면 및 제 4 측면은 각각 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면의 방사성 핵종을 검출하는 방법을 활용한 것으로서, 도 6에 상기 과정을 나타내었다. 본원의 제 3 측면 및 제 4 측면은 상기 방사성 핵종을 검출하는 방법을 수행하기 전에 방사선 검출기로 대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 방사선 검출기로 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 에너지 스펙트럼 데이터 측정한다.

그 후에, 대상물 에너지 스펙트럼 데이터의 카운트가 검출기준값 이상이면, 상기 본원의 제 3 측면 및 제 4 측면에서 각각 본원의 제 1 측면 및 제 2 측면의 방사성 핵종을 검출하는 방법을 수행하여, 방사성 핵종을 검출한다.

이때, 상기 검출기준값은 1.2 정도로 결정될 수 있다. 즉 백그라운드 스펙트럼 데이터의 카운트 대비 대상물 에너지 스펙트럼의 카운트가 1.2 배 이상이 되면, 대상물이 인공방사성 물질을 포함하고 있는 것으로 의심되는 수준이라고 판단하는 것이다. 검출기준값은 1.2는 백그라운드 카운트와 대비하여 20% 이상 늘어난 것이며 검출기준값은 장치를 운용하는 기관 또는 사람에 의해서 변경될 수 있다.

예를 들어, 백그라운드 상태에서 카운트값이 10,000 개가 나온다고 할 때, 대상물이 진입한 상태에서 카운트값이 11,500개가 나온다면, 이 대상물은 자연방사선 수준의 방사선을 방출하는 것으로서 안전하다고 판단하는 것이다. 이러한 경우, 즉 백그라운드 스펙트럼 데이터의 카운트 대비 대상물측정 스펙트럼 데이터의 카운트가 상기 검출기준값 미만이면, 상기 대상물에 방사성 물질이 포함되지 않은 것으로 판단되어 상기 대상물이 통과되는, 대상물통과 단계가 수행된다.

반면, 백그라운드 상태에서 카운트값이 10,000개가 나온다고 할 때, 대상물이 진입한 상태에서 카운트값이 12,500개가 나온다면, 이 대상물은 자연방사선 수준 이상의 방사선을 방출하는 것으로서 인공적인 방사성 물질을 포함하고 있는지 정밀하게 검사해 볼 필요가 있다고 판단하게 된다.

이 때, 대상물이 인공적인 방사성 물질을 포함하고 있는지의 여부는, 상기 본원의 제 1 측면 또는 제 2 측면의 방사성 핵종의 검출방법을 통하여 판단할 수 있다. 즉 백그라운드 스펙트럼 데이터의 카운트 대비 대상물 스펙트럼 데이터의 카운트가 상기 검출기준값 이상이면 제 1 측면 또는 제 2 측면의 방사성 핵종의 검출방법이 수행되는데, 이를 통하여 방사성 핵종을 검출하여 대상물이 인공방사성 물질을 포함하고 있는지 확인할 수 있다.

상기 방사성 핵종 검출단계에서 상기 대상물에 인공방사선이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 이 대상물은 다소 강한 세기의 방사선을 방출하고는 있지만 인공적인 방사성 물질을 포함하는 것은 아닌 안전한 것으로 판단되며, 따라서 상기 대상물은 검색대를 통과시켜 내보내면 된다.

상기 방사성 핵종 검출단계에서 상기 대상물에 인공방사선이 존재하는 것으로 판단되면, 별도 관리를 위한 격리검색대로 상기 대상물이 이동되는 대상물격리 단계가 수행된다. 이렇게 격리검색대로 이동된 상기 대상물은, 안전하게 외부와 격리된 상태에서 보다 정밀한 검사가 수행되는 등의 별도 관리가 이루어지게 된다.

또한, 본원의 제 5 측면은,

를 포함하고,

상기 카운트비는,

방사선 검출장치를 제공한다.

이하, 방사선 검출장치에 대하여 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 방사선 검출장치(100)는 대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 방사선 검출기(110)와, 상기 방사선 검출기(110)로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 수행하는 산출부(120), 그리고 백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하여 방사성 핵종을 구분하는 판정부(130)를 포함한다.

그리고, 상기 판정부(130)를 통하여 방사성 핵종이 확인되면 사용자가 이를 파악할 수 있도록 방사성 핵종을 표시해 주는 디스플레이부(140)를 더 포함한다.

이때, 본 발명에 의한 방사선 검출장치(100)는 방사성 핵종을 판별하기 위하여, 방사성 핵종별 데이터가 저장되어 있는 메모리부(150)와 상기 판정부(130)를 통하여 파악된 특정 방사선원에 대한 데이터를 상기 메모리부(150)에 저장되어 있는 방사성 핵종별 데이터와 비교하여 일치하는 방사성 핵종을 선별하는 핵종 판별부(160)를 더 포함한다.

상기 메모리부(150)에는 특정 방사선 핵종에 대하여 상기 방사선 구분방법을 통하여 방사성 핵종별 데이터를 미리 확보하여 이를 분류하여 저장된다. 이러한 데이터는 실험실에서 복수의 실험을 통하여 각 방사성 핵종별 데이터를 확보할 수 있다.

그리고, 상기 핵종 판별부(160)에서 방사성 핵종이 판별되면 상기 디스플레이부(140)에 이를 표시하여 사용자가 파악할 수 있도록 한다. 따라서, 측정 결과 인체에 유해한 방사성 핵종이 검출되면 이를 격리시키도록 조치할 수 있다.

이러한 구성으로, 상기 방사선 검출기(110)는 종래에 사용되고 있는 장치를 그대로 사용할 수 있다. 그리고, 상기 방사선 검출기(110)는 측정 공간을 신속하게 스캐닝하여 데이터를 확보할 수 있다.

그리고, 상기 산출부(120)와, 상기 판정부(130)와, 상기 핵종 판별부(160)는 간단한 계산을 통하여 결과값을 도출할 수 있으므로, 상기 방사선 검출기(110)를 통하여 확보된 데이터를 실시간으로 처리하여 사용자에게 방사선 핵종을 판정하여 인공방사선의 유무를 알려줄 수 있다.

일 예로, 선박을 통하여 다량의 대상품을 수입하는 경우, 종래에는 대상품에서 특정 수량을 샘플링하여 방사선 유무를 측정 하였으므로 신뢰성이 다소 낮은 문제가 있었다. 하지만, 본 발명의 방사선 검출장치(100)를 사용하면 선박에 선적된 컨테이너 모두를 스캐닝하여 신속하고 정확하게 결과값을 도출할 수 있으므로 수입되는 모든 대상품에 대하여 검색을 실시할 수 있어 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

100: 방사선 검출장치
110: 방사선 검출기
120: 산출부
130: 판정부
140: 디스플레이부
150: 메모리부
160: 핵종 판별부

Claims

방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서,
방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계; 및
백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하여, 이들의 카운트비가 동일한 에너지값을 찾는 단계;
를 포함하고,
상기 카운트비는,
임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의되는,
방사성 핵종을 검출하는 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 비교하는 단계에서 찾아진 동일한 에너지값과 미리 준비된 방사성 핵종별 에너지값을 비교하여 대상물에서 검출된 방사성 핵종을 구별하는 단계를 더 포함하는,
방사성 핵종을 검출하는 방법.
방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 방사성 핵종을 검출하는 방법에 있어서,
방사성 핵종을 검출하고자 하는 대상물이 없이 측정된 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터 및 대상물이 있는 상태에서 측정된 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 각각 수행하는 단계;
대상물 카운트비로부터 에너지에 따른 규격화 값으로 나타나는 대상물 규격화 카운트비를 산출하되, 상기 규격화 값은 임의의 에너지값에 있어서 대상물 카운트비값 및 백그라운드 카운트비값의 비율로 정의되는, 규격화 카운트비 산출 단계; 및
상기 대상물 규격화 카운트비에 있어서 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계;
를 포함하고,
상기 카운트비는,
임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의되는,
방사성 핵종을 검출하는 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 카운트비 산출을 수행하는 단계는 에너지 값을 변화시켜 가며 수행되는, 방사성 핵종을 검출하는 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 카운트비는,
미리 결정된 임의의 에너지 구간 내에서 정의되는 것인,
방사성 핵종을 검출하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계에서 찾아진 에너지값과 미리 준비된 규격화 값이 1이 되는 방사성 핵종별 에너지값을 비교하여 대상물에서 검출된 방사성 핵종을 구별하는 단계를 더 포함하는,
방사성 핵종을 검출하는 방법.
방사선 검출기 및 제1항의 방사성 핵종을 검출하는 방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정에 있어서,
상기 방사선 검출기로 대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 방사선 검출기로 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 에너지 스펙트럼 데이터 측정단계;
대상물 에너지 스펙트럼 데이터의 카운트가 검출기준값 이상이면, 상기 카운트비 산출단계, 카운트비 비교단계가 순차적으로 수행되어, 방사성 핵종이 검출되는, 방사성 핵종 검출단계;
를 포함하는
방사성 핵종 검출공정.
방사선 검출기 및 제4항의 방사성 핵종을 검출하는 방법을 이용한 방사성 핵종 검출공정에 있어서,
상기 방사선 검출기로 대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 방사선 검출기로 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 에너지 스펙트럼 데이터 측정단계;
대상물 에너지 스펙트럼 데이터의 카운트가 검출기준값 이상이면, 상기 카운트비 산출단계, 규격화 카운트비 산출 단계, 규격화 값이 1이 되는 에너지값을 찾는 단계가 순차적으로 수행되어, 방사성 핵종이 검출되는, 방사성 핵종 검출단계;
를 포함하는
방사성 핵종 검출공정.
대상물이 없는 상태에서 백그라운드 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하고, 대상물이 있는 상태에서 대상물 에너지 스펙트럼 데이터를 측정하는 방사선 검출기;
상기 방사선 검출기로부터 얻어지는 에너지에 따른 카운트로 나타나는 에너지 스펙트럼 데이터를 사용하여 임의의 에너지 값에 대한 카운트비 산출을 수행하는 산출부; 및
백그라운드 카운트비와 대상물 카운트비를 비교하여, 이들의 카운트비가 동일한 에너지값을 찾음으로써 방사성 핵종을 구분하는 판정부;
를 포함하고,
상기 카운트비는,
임의의 에너지값을 중심으로, 상기 임의의 에너지값 이하의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 초과의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율 또는 상기 임의의 에너지값 미만의 카운트값들을 합한 로우카운트합을 상기 임의의 에너지값 이상의 카운트값들을 합한 하이카운트합으로 나눈 비율로 정의되는,
방사선 검출장치.