KR102115139B1 - Neutron counting apparatus based on a neutron detector having dual sensitivity - Google Patents

Neutron counting apparatus based on a neutron detector having dual sensitivity Download PDF

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Abstract

본 발명은 중성자 계수 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 이중 민감도를 가지는 중성자 검출기에 적용되는 중성자 계수 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치는 복수의 낮은 민감도 디텍터의 출력단과 연결되는 저농도 계수 모듈; 복수의 높은 민감도 디텍토의 출력단과 연결되는 고농도 계수 모듈; 및 노심주기에 따른 냉각수의 붕소 농도에 따라 상기 저농도 계수 모듈과 고농도 계수 모듈을 선택적으로 동작시키는 콘트롤러를 포함한다. 본 발명은 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기를 사용해 붕소 농도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a neutron counting device, and more particularly, to a neutron counting device applied to a neutron detector having dual sensitivity. A neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity according to an exemplary embodiment of the present invention includes a low concentration coefficient module connected to output terminals of a plurality of low sensitivity detectors; A high concentration coefficient module connected to the output terminals of a plurality of high sensitivity detectors; And a controller that selectively operates the low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module according to the boron concentration of the cooling water according to the core cycle. The present invention can improve the accuracy of boron concentration measurement using a neutron detector with double sensitivity.

Description

이중 민감도를 가지는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치{NEUTRON COUNTING APPARATUS BASED ON A NEUTRON DETECTOR HAVING DUAL SENSITIVITY}A neutron detector-based neutron counting device with double sensitivity {NEUTRON COUNTING APPARATUS BASED ON A NEUTRON DETECTOR HAVING DUAL SENSITIVITY}

본 발명은 중성자 계수 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 이중 민감도를 가지는 중성자 검출기에 적용되는 중성자 계수 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a neutron counting device, and more particularly, to a neutron counting device applied to a neutron detector having dual sensitivity.

경수로형 원자력발전소에서는 핵연료의 연소에 따른 장기적인 반응도 조절을 위하여 원자로 냉각재에 천연붕산수를 첨가한다. 붕산의 농도에 따라 임계도가 달라지기 때문에 붕산수의 붕산농도를 정확하게 측정하는 것은 원전의 안전 운전을 위해 매우 중요하다. 원자로냉각재의 붕소농도를 측정하기 위하여 원전에서는 of-line 화학분석 방법과 on-line의 중성자 흡수방식(보로노미터 방식)을 함께 사용하고 있다. In a light-water reactor type nuclear power plant, natural boric acid water is added to the reactor coolant in order to control the long-term response to the combustion of nuclear fuel. Since the criticality varies depending on the concentration of boric acid, it is very important for the safe operation of nuclear power plants to accurately measure the concentration of boric acid in boric acid water. In order to measure the concentration of boron in the reactor coolant, nuclear power plants use an on-line chemical analysis method and an on-line neutron absorption method (boronometer method).

Boronometer는 일반적으로 of-line의 화학분석 방법보다도 붕소농도 측정오차가 크지만 붕소의 농도를 on-line 실시간으로 신속하게 비교적 정확하게 측정 할 수 있는 장점이 있다. 때문에 현재 가동 중인 원자력 발전소에서는 화학체적제어계통(CVCS : Chemical & Volume Control System)의 유출계통에 Boronometer를 설치하여 원자로 냉각재 계통으로부터 유출된 냉각재의 붕소농도를 on-line 실시간으로 붕산의 농도를 측정하고 있다. Boronometer generally has a larger boron concentration measurement error than of-line chemical analysis, but has the advantage of being able to measure boron concentration quickly and accurately in real time on-line. Therefore, in the currently operating nuclear power plant, Boronometer is installed in the outflow system of the Chemical & Volume Control System (CVCS) to measure the concentration of boric acid in on-line in real-time by measuring the boron concentration in the coolant from the reactor coolant system. have.

도 1은 중성자 흡수방식의 붕소농도 측정기(Boronometer)의 개략도를 나타낸다. 현재 원전에서 사용되는 실시간 붕소 감시 설비의 경우, 냉각재 내의 중성자의 수를 on-line 실시간으로 측정하여, 붕소의 농도로 변환하는 측정방식을 사용하고 있다. 시료 채취와 같은 냉각재의 유출 없이 냉각라인 외부에서 실시간으로 붕소의 농도를 계측할 수 있다.Figure 1 shows a schematic diagram of a boron concentration measuring device (Boronometer) of the neutron absorption method. In the case of a real-time boron monitoring facility currently used in nuclear power plants, a measurement method is used to measure the number of neutrons in the coolant on-line in real time and convert it to the concentration of boron. It is possible to measure the concentration of boron in real time outside the cooling line without leaking coolant such as sampling.

도 1에 도시된 바와 같이, Boronometer는 중요한 3개의 설비 즉 Sampler Asembly, Electronics와 Signal Procesing Drawer로 구성되어 있다. Boronometer의 Sampler Asembly내에는 중성자 선원 봉 1개와 4개의 중성자 검출기(BF3)를 내장하고 있으며, 그 사이 공간으로 냉각재를 흘린다. Sampler Electronics에서는 선원 봉에서 발생하는 중성자가 냉각재를 통과하여 검출기내로 입사하고 검출기 내의 붕소와 (n, alpha) 핵반응을 한다. 이때 발생하는 이온쌍의 계수를 통하여 중성자를 on-line으로 실시간 계수한다. 그리고 Signal Procesing Drawer에서는 중성자 계수를 붕소농도로 변환하여 냉각재의 붕소농도 신호를 실시간으로 주제어실 원자로 운전원에 제공한다.As shown in FIG. 1, the Boronometer is composed of three important equipments: Sampler Asembly, Electronics and Signal Procesing Drawer. Inside the sampler assembly of the Boronometer, one neutron source rod and four neutron detectors (BF3) are built in, and coolant flows into the space between them. In Sampler Electronics, the neutron generated from the source rod passes through the coolant, enters the detector, and reacts (n, alpha) with the boron in the detector. The neutrons are counted on-line in real time through the counting of ion pairs. In addition, the Signal Procesing Drawer converts the neutron coefficient into boron concentration to provide the boron concentration signal of the coolant to the operator of the main control room in real time.

운전원은 원자로 기동부터 출력운전, 원자로 정지까지 붕소농도를 조절하며, 원자로를 운전하게 되므로 Boronometer는 원전의 안전과 운전에 매우 중요한 설비이다. Boronometer is a very important facility for the safety and operation of nuclear power plants because the operator controls the concentration of boron from reactor start to output operation and reactor stop.

Boronometer는 냉각수 샘플채취 없이 연속적으로 중성자 계수율을 측정하여 신속하게 붕소농도를 측정할 수 있는 장점이 있으나 화학분석방법과 비교시 오차가 매우 크다. 원전 현장에서 화학분석 방법을 기준으로 Boronometer의 붕소농도 측정오차는 pm 오차는 약 80 pm이며, % 오차는 약 5 %에 달한다. 따라서 원전 현장에서는 Boronometer의 붕소농도 측정 오차가 매우 크므로 연료장전, 기동 운전, 반응도 제어 등 원전운전에 활용하지 못하고 있고 있다. 붕소 농도가 높은 핵연료 장전 시와 원자로 기동운전 시에는 노외 중성자 감시설비(ENFMS) 등 타 계측기를 활용하고 있다. 또 붕소농도가 낮은 주기말에는 Boronometer의 붕소농도 측정치는 붕소농도 변화의 경향 파악에만 활용하고 있는 실정이다.Boronometer has the advantage that it can measure boron concentration quickly by continuously measuring neutron counting rate without sampling cooling water, but it has a very large error compared to chemical analysis method. The Boronometer's boron concentration measurement error based on the chemical analysis method at the nuclear power plant site has an pm error of about 80 pm and a% error of about 5%. Therefore, the Boronometer's boron concentration measurement error is very large at the nuclear power plant site, so it is not utilized for nuclear power plant operation such as fuel loading, starting operation, and control of responsiveness. When loading nuclear fuel with a high concentration of boron and when operating nuclear reactors, other measuring instruments such as the neutron monitoring facility (ENFMS) are used. In addition, at the end of the cycle where the boron concentration is low, the boron concentration measurement of the boronometer is only used to grasp the tendency of the boron concentration change.

붕소희석사고는 붕소계통의 기계적 결함, 인적 오류에 의한 제어 혹은 계획대지 않은 냉각재 내의 붕소희석으로 인해 원자로의 반응도가 증가하고, 그에 따라 출력이 지속적으로 상승하여 핵연료가 손상되는 사고이다. 연료 장전, 상온정지, 고온정지, 고온대기 상태에서는 임계 도달하기 약 15~30분전에 운전원에게 붕소희석사고를 인지 할 수 있도록 경보를 발생시켜야 한다. 붕소희석 사고를 예방하고 조기에 감지하기 위하여 on-line Boronometer를 설치하여 연속적으로 붕소농도의 변화를 감시하고 있으나, 큰 측정오차로 인하여 운전원에게 신뢰성 있는 정보를 제공하지 못하고 있으므로 붕소 희석사고 감시계통(Boron Dilution Alarm System)에 활용을 못하고 있다.The boron dilution accident is an accident in which the reaction rate of the reactor increases due to mechanical defects of the boron system, control by human error, or boron dilution in an unplanned coolant, and accordingly, the output continuously rises to damage the nuclear fuel. In the case of fuel loading, normal temperature stop, high temperature stop, and high temperature standby condition, an alarm should be generated so that the operator can recognize the boron dilution accident about 15 to 30 minutes before reaching the threshold. In order to prevent and detect boron dilution accidents, on-line boronometers are continuously installed to monitor changes in boron concentration, but due to large measurement errors, reliable information cannot be provided to the operator, so the boron dilution accident monitoring system ( Boron Dilution Alarm System).

경수로형 원자력발전소는 운전 초기에 높은 양의 잉여 반응도를 보상하여 임계 상태를 유지하기 위해 많은 양의 붕소(5,00 pm)를 주입하고 출력운전 중에는 핵연료의 연소에 따른 반응도를 보상하기 위하여 원자로 냉각재의 붕소농도를 감소시켜 주기말에는 거의 0 pm으로 희석시킨다. 전 운전영역에서 5,000 pm 부터 0 pm까지의 광역붕소 농도를 측정하기 위하여 Boronometer에 단일 민감도(4 cps/nv)를 갖는 BF3 중성자 검출기를 사용하기 때문에 측정 붕소농도의 불확실도가 매우 크다.The nuclear reactor for light water reactor type injects a large amount of boron (5,00 pm) to maintain a critical state by compensating for a high amount of surplus reactivity at the beginning of operation, and a reactor coolant to compensate for reactivity due to combustion of nuclear fuel during output operation Reduce the boron concentration of to dilute to near 0 pm at the end of the cycle. Since the BF3 neutron detector with a single sensitivity (4 cps / nv) is used in the Boronometer to measure the broad boron concentration from 5,000 pm to 0 pm in the entire operating range, the uncertainty of the measured boron concentration is very large.

- 주기초 붕소농도가 매우 높을 경우, BF3 검출기로 입사되는 중성자속이 매우 적으므로 BF3 검출기에서 출력되는 신호에 많은 섭동(perturbation)이 유발된다.-When the boron concentration at the beginning of the cycle is very high, a lot of perturbation is caused in the signal output from the BF3 detector since the neutron flux entering the BF3 detector is very small.

- 또 주기말 붕소의 농도가 매우 낮을 경우, BF3 검출기로 입사되는 중성자속이 매우 커지게 되어 BF3 검출기 포화(Pulse Pile-up) 현상에 의해 신호선 형성이 저하된다.-In addition, when the concentration of boron at the end of the period is very low, the neutron flux incident on the BF3 detector becomes very large, and signal line formation is deteriorated by the BF3 detector saturation (Pulse Pile-up) phenomenon.

출력의 변동이 심한 일일 부하추종 운전의 경우 기존 WRBS의 단점으로 인해 붕소농도의 측정값을 신뢰할 수 없다. 또한, 연료 장전부터 초기 임계 도달까지 붕소희석 경보의 입력신호로 활용할 수 없으므로 기존 붕소희석 사고는 노외 핵 계측계통의 기동채널을 이용하여 감시하고 있다.In the case of daily load-following operation where the output fluctuation is severe, the measured value of boron concentration is not reliable due to the disadvantages of the existing WRBS. In addition, since it cannot be used as an input signal of the boron dilution warning from fuel loading to reaching the initial critical level, existing boron dilution accidents are monitored by using the starting channel of the nuclear measurement system.

중성자 흡수방법을 사용하는 Boronometer는 방사성폐기물을 발생시키지 않으며 실시간으로 신속하게 붕소농도를 측정할 수 있는 장점이 있으나 측정오차가 큰 단점이 있다.Boronometer using the neutron absorption method does not generate radioactive waste and has the advantage of being able to measure boron concentration quickly in real time, but has a big disadvantage of measurement error.

1. 한국공개특허 제2010-0009085호(2010.01.27), 보론 합금강의 보론 분포도 분석 방법1. Korean Patent Publication No. 2010-0009085 (2010.01.27), method for analyzing boron distribution of boron alloy steel

이에, 본 발명은 붕소 농도 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 이중 민감도를 가지는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity capable of improving boron concentration measurement accuracy.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치는 복수의 낮은 민감도 디텍터의 출력단과 연결되는 저농도 계수 모듈; 복수의 높은 민감도 디텍토의 출력단과 연결되는 고농도 계수 모듈; 및 노심주기에 따른 냉각수의 붕소 농도에 따라 상기 저농도 계수 모듈과 고농도 계수 모듈을 선택적으로 동작시키는 콘트롤러를 포함한다. A neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity according to an exemplary embodiment of the present invention includes a low concentration coefficient module connected to output terminals of a plurality of low sensitivity detectors; A high concentration coefficient module connected to the output terminals of a plurality of high sensitivity detectors; And a controller that selectively operates the low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module according to the boron concentration of the cooling water according to the core cycle.

여기서, 상기 저농도 계수 모듈 및 고농도 계수 모듈은 2개의 기준전압에 기초하여 중성자 펄스를 인식할 수 있다. Here, the low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module can recognize a neutron pulse based on two reference voltages.

그리고, 상기 저농도 계수 모듈 및 고농도 계수 모듈은 내부 저항을 가변하는 것에 의해 기준전압을 가변할 수 있다. In addition, the low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module can vary the reference voltage by varying the internal resistance.

또한, 직류 성분 및 노이즈 제거를 위한 필터를 포함할 수 있다. In addition, a filter for removing DC components and noise may be included.

또한, 상기 낮은 민감도 디텍터는 BF3 디텍터일 수 있다. Also, the low sensitivity detector may be a BF3 detector.

또한, 상기 높은 민감도 디텍터는 He3 디텍터일 수 있다. Further, the high sensitivity detector may be a He3 detector.

본 발명은 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기를 사용해 붕소 농도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다. The present invention can improve the accuracy of boron concentration measurement using a neutron detector with double sensitivity.

그리고, 본 발명은 2개의 기준전압을 사용해 중성자 펄스를 정확히 인식할 수 있다. In addition, the present invention can accurately recognize a neutron pulse using two reference voltages.

또한, 본 발명은 차단 주파수 가변 필터를 사용해 설치 환경에 적합하게 직류 성분 및 노이즈 제거를 효과적으로 할 수 있다. In addition, the present invention can effectively remove the DC component and noise suitable for the installation environment using a variable cut-off frequency filter.

도 1은 중성자 흡수방식의 붕소농도 측정기(Boronometer)의 개략도를 나타낸다.
도 2는 중성자 흡수방식의 붕소농도 측정기(Boronometer)에서 샘플러 어셈블리(Sampler Assembly) 개략적인 구조를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중성자 계수 장치의 기능 블록도를 나타낸다.
도 4는 도 3의 메인 증폭기의 회로도의 예시를 나타낸다.
도 5는 도 4의 필터부(312a)의 필터링 특성을 평가하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 6은 궤환 커패시터의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 4의 메인 증폭기의 최종 입출력 파형을 나타낸다.
도 8은 도 3의 디스크리미네이터 회로의 예시를 나타낸다.
도 9는 디스크리미네이터 상의 필터에 의한 노이즈 제거 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 10은 슈미트트리거 회로를 이용한 중성자 펄스를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 기존 비교기와 슈미트트리거의 노이즈 제거능을 비교한 실험 결과를 설명하기 위한 도면을 나타낸다.
도 12는 도 8의 슈미트트리거 회로의 작동원리를 설명하기 위한 회로도를 나타낸다.
도 13은 멀티바이브레이터 & 라인드라이버 회로도의 예시를 나타낸다.
도 14는 시뮬레이션을 통해 펄스폭을 조정하는 것을 증명한 도면을 나타낸다.
1 shows a schematic view of a boron concentration measuring device (Boronometer) of the neutron absorption method.
Figure 2 shows a schematic structure of a sampler assembly (Sampler Assembly) in the boron concentration measuring device (Boronometer) of the neutron absorption method.
3 shows a functional block diagram of a neutron counting device according to a preferred embodiment of the present invention.
4 shows an example of a circuit diagram of the main amplifier of FIG. 3.
5 shows simulation results for evaluating the filtering characteristics of the filter unit 312a of FIG. 4.
6 shows a simulation result for explaining the effect of the feedback capacitor.
Fig. 7 shows the final input / output waveform of the main amplifier of 4.
FIG. 8 shows an example of the delimiter circuit of FIG. 3.
9 shows simulation results for explaining the effect of removing noise by a filter on a delimiter.
10 is a view for explaining a method for recognizing a neutron pulse using a Schmitt trigger circuit.
11 is a view for explaining the experimental results of comparing the noise canceling performance of the existing comparator and Schmidt trigger.
12 shows a circuit diagram for explaining the operating principle of the Schmitt trigger circuit of FIG. 8.
13 shows an example of a multivibrator & line driver circuit diagram.
14 shows a diagram that proves that the pulse width is adjusted through simulation.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention can be applied to various changes and can have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다. The term and / or includes a combination of a plurality of related described items or any one of a plurality of related described items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, one or more other features. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person skilled in the art to which the present invention pertains.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having meanings consistent with meanings in the context of related technologies, and should not be interpreted as ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application. Does not.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이중 민감도를 가지는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, a neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity according to an exemplary embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 중성자 흡수방식의 붕소농도 측정기(Boronometer)에서 샘플러 어셈블리(Sampler Assembly) 개략적인 구조를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 샘플러 어셈블리는 원통형으로, 측면은 스테인레스 스틸 재질로 외부와 기밀이 유지되며, 중심에 중성자 소스를 구비한다. 그리고, 중성자 소스에서 외측으로 동일 간격으로 이격된 위치에 6개의 디텍터가 위치한다. 디텍터는 복수의 낮은 민감도 디텍터(100, Low sensitityty detector)와 복수의 높은 민감도 디텍터(200, High sensitivity detector)를 포함한다. 도 2는 낮은 민감도 디텍터(100)가 4개인 경우를 예시하고, 높은 민감도 디텍터(200)가 2개인 경우를 예시한다. 샘플러 어셈블리 내부에서 고르게 냉각수 붕소 농도를 검출하기 위해, 디텍터(200) 상호 간은 동일 간격으로 이격되어 설치되는 것이 바람직하다. 샘플러 어샘플리 일측에는 냉각수 주입구(미도시)가 설치되고, 타측에는 냉각수 배출구(미도시)가 설치되어, 냉각수 주입구를 통해 유입되는 냉각수 상의 붕소 농도에 대응하는 중성자가 디텍터를 통해 검출될 수 있다. Figure 2 shows a schematic structure of a sampler assembly (Sampler Assembly) in the boron concentration measuring device (Boronometer) of the neutron absorption method. Referring to FIG. 2, the sampler assembly is cylindrical, the side is stainless steel, and is airtight and has a neutron source at its center. In addition, six detectors are positioned at the same distance apart from the neutron source. The detector includes a plurality of low sensitivity detectors (100, Low sensitityty detector) and a plurality of high sensitivity detectors (200, High sensitivity detector). FIG. 2 illustrates the case where the four low sensitivity detectors 100 and the case where the two high sensitivity detectors 200 are illustrated. In order to evenly detect the concentration of boron in the cooler evenly inside the sampler assembly, it is preferable that the detectors 200 are spaced apart and installed at the same intervals. A cooler inlet (not shown) is installed on one side of the sampler assembly, and a coolant outlet (not shown) is installed on the other side, and a neutron corresponding to the concentration of boron on the coolant flowing through the coolant inlet can be detected through the detector. .

보로노미터에서 붕소농도를 측정하는 방법은 보로노미터 중앙에 위치한 중성자 선원에서 방출되는 중성자를 중성자 비례 계수기로 계수하여 붕소농도로 변환하는 것이다. 선원에서 방출되는 일정한 양의 중성자는 보로노미터 어셈블리 내부에 채워진 냉각재의 붕소농도 의해 검출기로 입사될 때 그 양이 변하게 되며 따라서 검출기에서 측정된 중성자 계수를 적절한 변환식을 이용하면 붕소농도로 변환이 가능하다. 검출기로 중성자가 입사되어 생성된 각각의 이벤트성 펄스는 주변 잡음과 감마백그라운드 신호가 섞여있다. 중성자 계수회로는 일차적으로 검출기에서 생성된 펄스 신호를 전치 증폭기를 통해 증폭한다. 증폭된 중성자 펄스신호 신호는 Discriminator를 통해 기준전압값을 비교하여, 잡음에 의한 백그라운드 노이즈를 제거하여 출력 펄스를 생성한다. 출력 펄스 신호는 특성 펄스 형상을 유지하고 신호 대 잡음 비를 향상시켜 계수에 용이하도록 TTL 신호를 출력한다. A method of measuring boron concentration in a boronmometer is to convert the neutrons emitted from a neutron source located in the center of the bolometer to a boron concentration by counting with a neutron proportional counter. A certain amount of neutron emitted from the source is changed when it enters the detector due to the boron concentration of the coolant filled inside the bolometer assembly, so the neutron coefficient measured by the detector can be converted to boron concentration by using an appropriate conversion formula. Do. Each event pulse generated by the neutron incident to the detector is a mixture of ambient noise and gamma background signal. The neutron counting circuit primarily amplifies the pulse signal generated by the detector through a preamplifier. The amplified neutron pulse signal signal compares a reference voltage value through a discriminator, and generates an output pulse by removing background noise caused by noise. The output pulse signal maintains a characteristic pulse shape and improves the signal-to-noise ratio to output a TTL signal for easy counting.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 중성자 계수 장치의 기능 블록도를 나타낸다. 3 shows a functional block diagram of a neutron counting device according to a preferred embodiment of the present invention.

중성자 계수 장치(300)는 저농도 계수 모듈(310) 및 고농도 계수 모듈(320)을 포함할 수 있다. The neutron counting device 300 may include a low concentration counting module 310 and a high concentration counting module 320.

저농도 계수 모듈(310)은 저농도용 예비 증폭기(311), 메인 증폭기(312), 디스크리미네이터(313), 멀티바이브레이터 & 라인 드리이버(314)를 포함할 수 있다. The low concentration coefficient module 310 may include a low concentration preliminary amplifier 311, a main amplifier 312, a delimiter 313, a multivibrator & line driver 314.

저농도용 예비 증폭기(311)의 입력단은 복수의 낮은 민감도 디텍터(100)의 출력단과 연결될 수 있다. 복수의 낮은 민감도 디텍터(100)의 출력단은 단일의 저농도 계수 모듈(310)의 입력단과 병렬로 연결되어 단일 디텍터(100)의 디텍팅 영역의 한계를 보상할 수 있다. 저농도 예비 증폭기(311)는 메인 증폭기(312) 보다 낮은 증폭비로 입력 전압을 증폭할 수 있다. 낮은 민감도 디텍터(110)로 BF3 디텍터가 사용될 수 있다. BF3 디텍터의 민감도는 4.0 cps/nv일 수 있다. The input terminal of the low concentration preliminary amplifier 311 may be connected to the output terminals of the plurality of low sensitivity detectors 100. The output terminals of the plurality of low-sensitivity detectors 100 may be connected in parallel with the input terminals of a single low-concentration coefficient module 310 to compensate for the limit of the detection area of the single detector 100. The low-concentration preamplifier 311 may amplify the input voltage at a lower amplification ratio than the main amplifier 312. A BF3 detector may be used as the low sensitivity detector 110. The sensitivity of the BF3 detector can be 4.0 cps / nv.

저농도 예비 증폭기(311)의 출력단은 메인 증폭기(312)에 연결될 수 있다. 도 4는 도 3의 메인 증폭기의 회로도의 예시를 나타낸다. 도 4를 참조하면 메인 증폭기(312)는 필터부(312a)와 증폭부(312b)를 포함할 수 있다. The output terminal of the low concentration preamplifier 311 may be connected to the main amplifier 312. 4 shows an example of a circuit diagram of the main amplifier of FIG. 3. Referring to FIG. 4, the main amplifier 312 may include a filter unit 312a and an amplifier unit 312b.

필터부(312a)는 증폭부(312b)의 +입력단에 연결되는 C1과 C1에 병렬로 연결되는 R1을 포함한다. C1과 R1은 High pass filter 역할을 하며 DC 성분을 차단하는 기능을 수행할 수 있다. The filter unit 312a includes C1 connected to the + input terminal of the amplifying unit 312b and R1 connected in parallel to C1. C1 and R1 act as a high pass filter and can function to block DC components.

도 5는 도 4의 필터부(312a)의 필터링 특성을 평가하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 5 shows simulation results for evaluating the filtering characteristics of the filter unit 312a of FIG. 4.

도 5를 참조하면, 붉은색(입력)은 DC성분이 약 0.3V의 offset을 가지고 있다. 필터부(312a)를 거치면서 DC 성분이 차단되어 y축(전압) 0준위에 파형이 위치하는 것을 볼 수 있다. 도 5에서 빨간색 파형은 DC 성분이 필터링 되기 전의 파형이며 녹색 파형은 DC 성분이 필터링 된 후의 파형을 나타낸다. Discriminator 레벨을 설정할 때 이와 같은 offset은 방해요인이 되므로, 필터부(312a)를 통해 제거됨이 바람직하다. Referring to FIG. 5, the red color (input) has an offset of about 0.3 V DC component. As the DC component is blocked while passing through the filter unit 312a, it can be seen that the waveform is located on the y-axis (voltage) 0 level. In FIG. 5, the red waveform is a waveform before the DC component is filtered, and the green waveform represents a waveform after the DC component is filtered. When setting the discriminator level, this offset is a disturbing factor, so it is preferable to remove it through the filter unit 312a.

다시 도 4를 참조하면, 증폭부(312b)는 비반전 증폭기로 설계될 수 있다. 증폭부(312b)는 + 입력단의 입력 신호를 증폭시킬 수 있다. 입력신호가 비반전 입력단자(+)에 인가되어 반전 입력단자(-)의 전압과 비교하여 증폭시켜 출력할 수 있다. 그 출력은 전압강하가 이루어진 뒤 다시 반전입력단으로 돌아올 수 있다. 입출력 관계는 다음의 수학식과 같을 수 있다. Referring to FIG. 4 again, the amplifying unit 312b may be designed as a non-inverting amplifier. The amplifying unit 312b may amplify the input signal of the + input terminal. The input signal is applied to the non-inverting input terminal (+) and can be amplified compared to the voltage of the inverting input terminal (-) and output. The output can be returned to the inverting input terminal after the voltage drop. The input / output relationship may be as follows.

Vout = (1+R4/R2)Vin, Vout/Vin= 1+R4/R2Vout = (1 + R4 / R2) Vin, Vout / Vin = 1 + R4 / R2

여기서 실제로 R2는 가변저항이며 R2값에 따라 회로의 증폭도는 달라질 수 있다. C3는 궤환 커패시터이다. 잡음 여파와 신호왜곡을 줄이기 위한 위상마진을 확보하기 위함이다. 도 6은 궤환 커패시터의 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 6에서 적색 파형은 궤환 커패시터가 없을 때의 파형이며, 청색 파형은 궤환 커패시터가 있을 때의 파형을 나타낸다. 도 7은 4의 메인 증폭기의 최종 입출력 파형을 나타낸다. 도 7에서 적색 파형은 메인출력기에의 입력 파형이며 녹색 파형은 메인출력기의 출력 파형을 나타낸다. 본신호보다 큰 노이즈는 대부분 제거되었고 신호 자체는 증폭되었음을 알 수 있다. 메인 증폭기(312)의 출력은 디스크리미네이터(313) 입력단에 연결될 수 있다. Here, R2 is actually a variable resistor, and the amplification degree of the circuit may vary according to the value of R2. C3 is a feedback capacitor. This is to secure a phase margin to reduce noise filtering and signal distortion. 6 shows a simulation result for explaining the effect of the feedback capacitor. In FIG. 6, the red waveform is a waveform when there is no feedback capacitor, and the blue waveform represents a waveform when there is a feedback capacitor. Fig. 7 shows the final input / output waveform of the main amplifier of 4. In FIG. 7, the red waveform is an input waveform to the main output device, and the green waveform indicates an output waveform from the main output device. It can be seen that the noise larger than the main signal was mostly removed and the signal itself was amplified. The output of the main amplifier 312 may be connected to the input of the delimiter 313.

도 8은 도 3의 디스크리미네이터(313) 회로의 예시를 나타낸다. 디스크리미테이터로 슈미트트리거 회로를 사용하였다. Discriminator는 입력전압과 다른 기준전원의 전압을 비교하여 증폭시킨다. Main Amplifier로 부터의 신호가 음으로 포화되는 것을 방지하기 위해 입력단에 다이오드를 사용하였으며, 노이즈 제거를 위해 필터를 설계하였다. 또한 빠른 출력응답속도를 얻기 위해 출력단에 Buffer회로를 삽입하였다. 이로 인해 출력신호의 Rising과 Failling Time이 향상되며 더 먼곳과의 신호전달에 용이하다. C13 D1은 입력 보호용 capacitor/ diode이다. U7A는 출력반전용 인버터(버퍼)이다. 기존 디스크리미네이터는 하나의 기준전압(LLD, Low Limit of Detection)을 설정하여 LLD 이상의 전압만 카운팅하고 이하의 전압은 잡음으로 여겨 카운팅하지 않는다. LLD의 설정은 펄스출력의 선형성을 좌지우지 하는 가장 중요한 요소이다. 단일 기준전압 만을 사용할 때 시상수를 결정하는 수동소자 값이 고정되어 Low Pass Filter의 컷오프 주파수 고정된다. 이로 인해, 잡음 크기 및 유입량 등 주변 환경에 따라 계수 값의 그래프는 매번 다른 특성 결과를 도출하게 된다. 그리고, LLD를 높일 경우 중성자에 의한 펄스가 일부 계수되지 않을 수 있으므로 시스템의 민감도가 낮아지게 되며, LLD를 낮출 경우 불필요한 잡음까지 계수되어 출력이 포화되기 쉬우며 출력 선형성이 크게 상실되는 문제가 나타나며, 하나의 비교 전압원으로 인해 심한 JITTER가 발생하기 쉬우며 이는 계수오차로 직결된다는 문제가 있다. 본 발명은 슈미트 트리거 회로를 사용하여 2개의 기준전압을 사용할 수 있다. 2개의 기준전압(UTP(Upper Trigger Point), LTP(Lower Trigger Point))를 설정하여 UTP이상의 전압만 카운팅하고 LTP이하의 전압만 LOW값을 갖는다. 중간의 전압 변화에 대해서는 기존 값을 유지한다. 디스크리미네터(313)는 입력단 측에 능동형 Low Pass Filter를 가질 수 있다. 이 Low Pass Filter는 도 8에서 R14와 C13으로 구현될 수 있다. R14는 가변저항일 수 있다. 이 Low Pass Filter는 노이즈 환경상황에 따라 능동적으로 이루어지는 노이즈 필터링이 가능할 수 있다. R14의 저항을 가변하여 가변 필터의 시상수를 조절하여 DC성분과 유입된 잡음을 능동적으로 제거가 가능할 수 있다. 이에 의해, 잡음으로 인한 순간 변화에 대해 여파기능을 향상시킴으로써 이후 신호처리 과정에서 시스템 성능 개선이 가능할 수 있다. 슈미트트리거 회로의 UTP(Upper Trigger Point)와 LTP(Lower Trigger Point)를 설정하여 잡음으로 인한 순간 변화에 대해 여파기능을 향상시킴으로써 이후 신호처리과정에서 시스템 성능을 개선할 수 있다. 8 shows an example of the circuit of the delimiter 313 of FIG. 3. A Schmitt trigger circuit was used as a disc limiter. Discriminator amplifies by comparing input voltage and voltage of other reference power. A diode was used at the input to prevent the signal from the main amplifier from being saturated with sound, and a filter was designed to remove noise. In addition, a buffer circuit is inserted in the output stage to obtain a fast output response speed. As a result, the Rising and Failling Time of the output signal is improved and it is easy to transmit the signal to a farther place. C13 D1 is a capacitor / diode for input protection. U7A is an inverter (buffer) for output boards. The existing delimiter sets only one reference voltage (LLD, Low Limit of Detection) to count only voltages above LLD and does not count voltages below. Setting LLD is the most important factor to control the linearity of pulse output. When using only a single reference voltage, the passive element value that determines the time constant is fixed and the cutoff frequency of the low pass filter is fixed. For this reason, the graph of the coefficient value according to the surrounding environment such as the noise level and the inflow amount leads to different characteristic results each time. In addition, if the LLD is increased, the sensitization of the pulse may not be counted by the neutron, and when the LLD is lowered, unnecessary noise is counted, and the output tends to saturate and output linearity is greatly lost. Severe JITTER is likely to occur due to one comparative voltage source, which has a problem of being directly connected to counting error. The present invention can use two reference voltages using a Schmitt trigger circuit. By setting two reference voltages (UTP (Upper Trigger Point) and LTP (Lower Trigger Point)), only the voltage above UTP is counted, and only the voltage below LTP has a LOW value. Maintain the existing value for intermediate voltage changes. The disc limiter 313 may have an active low pass filter on the input end side. This low pass filter may be implemented as R14 and C13 in FIG. 8. R14 may be a variable resistor. The low pass filter may be capable of actively filtering noise according to a noise environment. By adjusting the resistance of R14, the time constant of the variable filter can be adjusted to actively remove the DC component and inflow noise. Accordingly, it is possible to improve the system performance in a subsequent signal processing process by improving the filtering function against the instantaneous change due to noise. By setting the upper trigger point (UTP) and lower trigger point (LTP) of the Schmitt trigger circuit to improve the filtering function against the instantaneous change due to noise, the system performance can be improved in the subsequent signal processing.

도 9는 디스크리미네이터(313) 상의 필터에 의한 노이즈 제거 효과를 설명하기 위한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 9에서 적색 파형은 디스크리미네이터(313)에의 입력 파형이며, 녹색 파형은 출력파형을 나타낸다. 도 9를 통해, Rising/Falling time이 개선되었음과, 노이즈 제거능을 확인할 수 있다. 9 shows simulation results for explaining the effect of removing noise by a filter on the delimiter 313. In FIG. 9, the red waveform is an input waveform to the delimiter 313, and the green waveform represents an output waveform. 9, it can be seen that the Rising / Falling time has been improved and the noise removal capability.

도 10은 슈미트트리거 회로를 이용한 중성자 펄스를 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 10 is a view for explaining a method for recognizing a neutron pulse using a Schmitt trigger circuit.

주지된 바와 같이 슈미트트리거는 상부유발점(UTP)와 하부유발점(LTP)의 서로 다른 유발점 전압값에서 출력 상태가 변하는 히스테리시스 특성을 갖는다. 즉, UTP 이상의 전위가 인가되면 상한(High) 상태가 되고, LTP 이하로 전위가 떨어지기 전까지 상한(High) 상태값을 유지하게 된다. 이를 이용하여 임계값 근처의 작은 입력 변화에 대하여 출력 전압이 상한(High) 이나 하한(Low)으로 쉽게 변하는 것을 막을 수 있다. 또한, LTP 이하로 떨어진 펄스 준위는 다시 UPT 이상으로 올라가지 않는 한 중간의 어떤 변화가 있든 하한(Low) 값을 유지하게 된다. 따라서, 슈미트트리거의 출력값이 상한 상태일 경우는 중성자에 해당하는 정상 펄스로 간주하여 TTL(Transistor Transistor Logic) 형태의 펄스 신호를 츨력하게 되고 출력값이 하한 상태일 경우 잡음으로 간준하여 펄스 신호를 출력하지 않고 무시할 수 있다. As is well known, the Schmitt trigger has a hysteresis characteristic in which the output state changes at different trigger voltage values of the upper trigger point (UTP) and the lower trigger point (LTP). That is, when a potential higher than UTP is applied, the upper limit state is maintained, and the upper limit state value is maintained until the potential falls below LTP. By using this, it is possible to prevent the output voltage from easily changing to a high or low limit for a small input change near the threshold. In addition, the pulse level dropped below the LTP is maintained at a low value regardless of any change in the middle as long as it does not rise above the UPT again. Therefore, when the output value of the Schmitt trigger is in the upper limit, it is regarded as a normal pulse corresponding to the neutron, and outputs a pulse signal in the form of a TTL (Transistor Transistor Logic). Can be ignored without.

도 11은 기존 비교기와 슈미트트리거의 노이즈 제거능을 비교한 실험 결과를 설명하기 위한 도면을 나타낸다. 도 11에서 적색은 입력(모의 입력)이고 녹색은 기존 비교기 출력이고 청색은 슈미트트리거의 출력을 나타낸다. 모의 입력에는 노이즈가 포함된다. 모의신호는 3개의 중성자 신호에 노이즈가 포함된 형태이다. 도 11을 참조하면, 기존 비교기는 하나의 기준전압을 사용하므로 총 6개의 펄스를 출력한다. 이는 LLD(Low Limit of Detection) 이상의 신호는 모두 중성자 신호로 판별하기 때문이다. 이에 의해, 올바른 중성자 신호(3개의 펄스 신호)가 아닌 잡음신호가 섞인 잘못된 계수 정보(6개의 펄스신호)가 출력되는 것을 확인할 수 있다. 반면 도 8의 슈미트트리거 회로를 사용할 경우, 동일한 입력 조건에서 설계자가 UTP/LTP의 범위를 설정할 수 있으며 중간의 잡음 변화에 대해서도 출력 오류가 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 즉, 신호가 UTP 이상으로 확인된 상태에서도 LTP 이하로 떨어지지 않는 경우에는 정상 중성자 펄스로 간주하고 나머지 신호는 모두 잡음으로 간주하기 때문에 3개의 펄스 신호 만을 올바른 중성자 신호로 간주하게 된다. 11 is a view for explaining the experimental results of comparing the noise canceling performance of the existing comparator and Schmidt trigger. In FIG. 11, red represents an input (simulated input), green represents an existing comparator output, and blue represents an output of a Schmitt trigger. Noise is included in the simulated input. The simulated signal contains noise in three neutron signals. Referring to FIG. 11, since the existing comparator uses one reference voltage, a total of 6 pulses are output. This is because signals above LLD (Low Limit of Detection) are all determined as neutron signals. Thereby, it can be confirmed that incorrect count information (six pulse signals) in which noise signals are mixed is output instead of the correct neutron signal (three pulse signals). On the other hand, when the Schmitt trigger circuit of FIG. 8 is used, it can be seen that the designer can set the range of UTP / LTP under the same input condition, and no output error occurs even in the case of an intermediate noise change. In other words, if the signal does not fall below the LTP even when the signal is confirmed to be above UTP, it is regarded as a normal neutron pulse and the rest of the signals are considered noise, so only three pulse signals are regarded as correct neutron signals.

도 12는 도 8의 슈미트트리거 회로의 작동원리를 설명하기 위한 회로도를 나타낸다. 12 shows a circuit diagram for explaining the operating principle of the Schmitt trigger circuit of FIG. 8.

V2노드에서 Kirchhoff's Current Low을 적용하면,Applying Kirchhoff's Current Low on V2 node,

Figure 112018104635462-pat00001
Figure 112018104635462-pat00001

Figure 112018104635462-pat00002
Figure 112018104635462-pat00002

Figure 112018104635462-pat00003
Figure 112018104635462-pat00003

출력전압에 따라서 두 개의 임계값을 가진다. 두 개의 출력 상태는 아래 식과 같다. It has two thresholds depending on the output voltage. The two output states are as follows.

Figure 112018104635462-pat00004
Figure 112018104635462-pat00004

즉 UTP와 LTP를 저항값(R1, R2, R3) 만으로 조절하여 설정가능하다. That is, UTP and LTP can be set by adjusting only the resistance values R1, R2, and R3.

디스크리미네이터(313)의 출력은 멀티바이브레이터 & 라인드라이버(314)로 공급된다. The output of the delimiter 313 is supplied to the multivibrator & line driver 314.

도 13은 멀티바이브레이터 & 라인드라이버 회로도의 예시를 나타낸다. 13 shows an example of a multivibrator & line driver circuit diagram.

도 13을 참조하면, 멀티바이브레이터로 단안정 멀티바이브레이터(Mono-stable Multivibrator)인 SN7412가 사용될 수 있고 라인드라이버(Line Driver)로서 외부 노이즈에 강하고 높은 주파수까지 구동이 가능한 MAX41147이 사용될 수 있다. MAX41147는 출력안정용 버퍼(7404)를 포함할 수 있다. 슈미트트리거 출력신호는 단안정 멀티바이브레이터(SN74121N)를 통해 출력 펄스폭이 조정된다. 도 14는 시뮬레이션을 통해 펄스폭을 조정하는 것을 증명한 도면을 나타낸다. 도 14에서 적색은 입력펄스, 녹색은 펄스폭제어출력, 청색은 Line Driver 출력을 나타낸다. 아래의 수학식을 통해 계산된 출력과 시뮬레이션 결과가 거의 일치하는 것을 알 수 있다. Referring to FIG. 13, as a multivibrator, a mono-stable multivibrator SN7412 may be used, and as a line driver, a MAX41147 that is resistant to external noise and can be driven to a high frequency may be used. The MAX41147 may include an output stabilization buffer 7404. The output pulse width of the Schmitt trigger output signal is adjusted through the monostable multivibrator (SN74121N). 14 shows a diagram that proves that the pulse width is adjusted through simulation. In FIG. 14, red represents an input pulse, green represents a pulse width control output, and blue represents a line driver output. It can be seen from the following equation that the calculated output and the simulation result are almost identical.

Figure 112018104635462-pat00005
Figure 112018104635462-pat00005

Figure 112018104635462-pat00006
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위 식과 같이 펄스의 폭은 커패시터와 저항으로 조절할 수 있다. 이 역시 가변저항를 사용하여 가동 중 조절 가능하도록 설계될 수 있다. C36은 펄스폭 조절용 커패시터이며 나머지 커패시터는 전원 안정용 평활 커패시터이다.As in the above equation, the width of the pulse can be adjusted with a capacitor and a resistor. This can also be designed to be adjustable during operation using a variable resistor. C36 is a pulse width adjustment capacitor, and the remaining capacitors are power supply smoothing capacitors.

다시 도 3을 참조하면, 고농도 계수 모듈(320)은 고농도용 예비 증폭기(321), 메인 증폭기(322), 디스크리미네이터(323), 멀티바이브레이터 & 라인 드리이버(324)를 포함할 수 있다. Referring back to FIG. 3, the high concentration coefficient module 320 may include a high concentration preliminary amplifier 321, a main amplifier 322, a delimiter 323, a multivibrator & line driver 324.

고농도용 예비 증폭기(311)의 입력단은 복수의 높은 민감도 디텍터(200)의 출력단과 연결될 수 있다. 복수의 높은 민감도 디텍터(200)의 출력단은 단일의 고농도 계수 모듈(320)의 입력단과 병렬로 연결되어 단일 디텍터(200)의 디텍팅 영역의 한계를 보상할 수 있다. 고농도 예비 증폭기(321)는 메인 증폭기(322) 보다 낮은 증폭비로 입력 전압을 증폭할 수 있다. 높은 민감도 디텍터(200)로 He3 디텍터가 사용될 수 있다. He3 디텍터의 민감도는 11.3 cps/nv일 수 있다. The input terminal of the high concentration preliminary amplifier 311 may be connected to the output terminals of the plurality of high sensitivity detectors 200. The output terminals of the plurality of high sensitivity detectors 200 may be connected in parallel with the input terminals of a single high concentration coefficient module 320 to compensate for the limit of the detection area of the single detector 200. The high concentration preliminary amplifier 321 may amplify the input voltage at a lower amplification ratio than the main amplifier 322. The He3 detector may be used as the high sensitivity detector 200. The He3 detector may have a sensitivity of 11.3 cps / nv.

고농도 예비 증폭기(321)의 출력단은 메인 증폭기(322)에 연결될 수 있다. 메인 증폭기(322), 디스크리미네이터(323), 멀티바이브레이터 & 라인 드리이버(324)의 구조/기능/동작은 앞서 본 메인 증폭기(312), 디스크리미네이터(313), 멀티바이브레이터 & 라인 드리이버(314)와 동일할 수 있다. The output terminal of the high concentration preliminary amplifier 321 may be connected to the main amplifier 322. The structure / function / operation of the main amplifier 322, the delimiter 323, the multivibrator & line driver 324 is the main amplifier 312, the delimiter 313, the multivibrator & line driver 314 seen above. ).

콘트롤러(400)는 중성자 계수 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 콘트롤러(400)는 노심주기 초, 중 구간과 같이 붕소농도가 높은 구간에서는 낮은 중성자속을 보완하기 위해 고농도 계수 모듈(320)과 저농도 계수 모듈(310)을 동시에 동작시키며, 붕소 농도가 낮은 노심 주기 말 구간에서는 고농도 계수 모듈(320)을 오프(OFF)시키고 저농도 계수 모듈(310) 만을 동작시킴으로서 검출 모듈의 펄스 포화 현상을 해소할 수 있다. 이를 위해, 콘트롤러(400)는 계수모듈(310. 320)의 ON/OFF 동작되도록 구동제어하되, 메모리(미도시)에 미리 저장된 노심주기 정보를 기초로 하여 노심 주기에 따라 각 계수모듈(310, 320)이 자동적으로 ON/OFF 동작하도록 구동제어할 수 있다. The controller 400 can control the overall operation of the neutron counting device. The controller 400 operates the high concentration counting module 320 and the low concentration counting module 310 at the same time to compensate for the low neutron flux in a section having a high boron concentration, such as an initial and middle section of the core cycle, and a core cycle having a low boron concentration. In the horse section, pulse saturation of the detection module can be eliminated by turning off the high concentration counting module 320 and operating only the low concentration counting module 310. To this end, the controller 400 drives and controls the counting modules 310 and 320 to be turned on and off, but counts each counting module 310 according to the core cycle based on the core cycle information stored in advance in the memory (not shown). 320) can be controlled to operate automatically ON / OFF operation.

100: 낮은 민감도 디텍터
200: 높은 민감도 디텍터
300: 중성자 계수 장치
310: 저농도 계수 모듈
320: 고농도 계수 모듈
400: 콘트롤러
100: low sensitivity detector
200: high sensitivity detector
300: neutron counting device
310: low concentration coefficient module
320: high concentration coefficient module
400: controller

Claims (6)

복수의 낮은 민감도 디텍터의 출력단과 연결되는 저농도 계수 모듈;
복수의 높은 민감도 디텍토의 출력단과 연결되는 고농도 계수 모듈; 및
노심주기에 따른 냉각수의 붕소 농도에 따라 상기 저농도 계수 모듈과 고농도 계수 모듈을 선택적으로 동작시키는 콘트롤러를 포함하고,
상기 저농도 계수 모듈은, 상기 복수의 낮은 민감도 디텍터의 출력단과 연결되는 저농도용 예비 증폭기; 및
상기 저농도용 예비 증폭기의 출력단과 연결되는 메인 증폭기;를 포함하고,
상기 고농도 계수 모듈은, 상기 복수의 높은 민감도 디텍터의 출력단을 연결하는 고농도용 예비 증폭기; 및
상기 고농도용 예비 증폭기의 출력단과 연결되는 메인 증폭기;를 포함하고,
상기 저농도 계수 모듈과 상기 고농도 계수 모듈은,
상기 메인 증폭기의 출력단과 연결되어 슈미트트리거 회로의 상부유발점과 하부유발점을 설정하여 잡음으로 인한 순간 변화에 대해 여파 기능을 하는 디스크리미네이터; 및
상기 디스크리미네이터의 출력단과 연결되어 커패시터와 가변저항으로 상기 디스크리미네이터의 출력 펄스폭을 조정하는 멀티바이브레이터 & 라인 드라이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.
A low concentration coefficient module connected to output terminals of a plurality of low sensitivity detectors;
A high concentration coefficient module connected to the output terminals of a plurality of high sensitivity detectors; And
A controller for selectively operating the low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module according to the concentration of boron in the cooling water according to the core cycle,
The low concentration coefficient module includes: a low concentration preliminary amplifier connected to the output terminals of the plurality of low sensitivity detectors; And
It includes; a main amplifier connected to the output terminal of the preliminary amplifier for low concentration;
The high concentration coefficient module includes a high concentration preliminary amplifier for connecting the output terminals of the plurality of high sensitivity detectors; And
Includes; main amplifier connected to the output terminal of the high-concentration pre-amplifier,
The low concentration coefficient module and the high concentration coefficient module,
A delimiter connected to the output terminal of the main amplifier to set an upper triggering point and a lower triggering point of the Schmitt trigger circuit to filter the instantaneous change due to noise; And
A neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity, comprising a multivibrator & line driver connected to the output terminal of the delimiter to adjust the output pulse width of the delimiter with a capacitor and a variable resistor.
제 1 항에 있어서,
상기 저농도 계수 모듈 및 고농도 계수 모듈은 2개의 기준전압에 기초하여 중성자 펄스를 인식하는 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.
According to claim 1,
The low-concentration counting module and the high-concentration counting module recognize a neutron pulse based on two reference voltages.
제 1 항에 있어서,
상기 저농도 계수 모듈 및 고농도 계수 모듈은 내부 저항을 가변하는 것에 의해 기준전압을 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.
According to claim 1,
The low-concentration counting module and the high-concentration counting module are neutron detector-based neutron counting devices having a double sensitivity, characterized in that the reference voltage can be varied by varying the internal resistance.
제 1 항에 있어서,
직류 성분 및 노이즈 제거를 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.
According to claim 1,
A neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity, comprising a filter for removing DC components and noise.
제 1 항에 있어서,
상기 낮은 민감도 디텍터는 BF3 디텍터인 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.
According to claim 1,
The low sensitivity detector is a neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity, characterized in that the BF3 detector.
제 1 항에 있어서,
상기 높은 민감도 디텍터는 He3 디텍터인 것을 특징으로 하는 이중 민감도를 갖는 중성자 검출기 기반 중성자 계수 장치.


According to claim 1,
The high sensitivity detector is a neutron detector-based neutron counting device having a double sensitivity, characterized in that the He3 detector.


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