KR102116638B1 - 고순도 cvd 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치 - Google Patents

고순도 cvd 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치에 관한 것으로서, 방사선 측정 센서를 이용하여 해수의 방사선을 측정하는 방사선 측정부; 상기 방사선 측정부가 일정 심도에 위치하도록 와이어를 통해 상기 방사선 측정부를 해양의 바닥면에 고정하는 바닥 고정부; 및 상기 방사선 측정부의 전력 충전을 위해 상기 방사선 측정부를 해수면까지 부상시키고, 충전이 완료되면 상기 일정 심도로 위치시키는 와이어 권취부를 포함한다.

Description

고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치{RADIATION DECTECTING DEVICE USING CVD DIAMOND SENSOR}
본 발명은 심해 방사선 측정 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 방사선 측정 장치에 관한 것이다.
일본의 원전사고를 계기로 방사선 안전에 대한 국민의 열망은 더욱 높아져가고 있고 방사선에 대한 유해성에 대한 보고가 점점 증가 되고 있는 추세이며, 후쿠시마 사고와 같이 중대사고 시 발생되는 오염수 등을 바다로 유출하지만 해양(영해)의 방사능 오염에 대한 방사선 감시를 수행할 수 있는 국내제품은 아직 없는 상태이다.
방사선 감시를 수행하기 위한 방사선 측정기를 제작하는데 가장 중요한 것이 방사선 센서이다. 방사선 센서에서 방사선을 감지하고 광 또는 전기신호로 바꾸어 주는 정도에 따라 방사선 측정기를 효율적으로 만들 수 있기 때문이다.
입사되는 방사선장의 세기와 가시광선 방출량의 비례성을 이용하는 섬광검출기는, 사용하는 섬광물질에 따라 고체, 액체, 기체 또는 유기질, 무기질의 형태가 있다. NaI(Tl)와 같은 무기 신틸레이션 검출기는 입사 방사선의 에너지에 비례하는 특정 강도의 광자를 발생시켜 입사 방사선의 에너지를 측정 할 수 있다. 그러므로, 무기 섬광 검출기는 입사 방사선의 에너지 및 강도 레벨에 기초하여 주로 핵종 분석에 사용된다. 한편, 유기 박막 섬광 검출기는 주로 PVT 플라스틱 섬광 검출기와 같은 유기 섬광 검출기의 밀도가 낮고 광전 상호 작용 확률이 낮아 입사 방사선의 에너지를 측정하기가 어렵기 때문에 주로 입사 방사선의 세기를 측정한다.
다만, NaI(Tl) 검출기와 광증배관으로 PMT를 사용하는 경우 1,000 ~ 3,000V 상당의 고전압을 인가해야하는 특성이 있으므로, 저에너지 스팩트럼을 보기에 어려움이 있으며, 저전력 환경에서는 구동시키기 어려운 문제가 있다.
현재 종합해양과학기지에 환경 방사능 측정 장치가 설치되어 있으나, 이는 육지에서 사용하는 장치를 그대로 사용함에 따라 안정적인 측정에 어려움이 있어 대안이 필요한 상황이다. 현재 사용되고 있는 수입 수중 방사선 측정기의 측정 기술은 게르마늄 검출기로 해수를 측정하여 측정자에게 정밀분석정보를 제공한다. 이때 게르마늄 검출기의 특성상 160℃ 이하의 냉각이 필요하여 측정하기 위해서는 8시간이 상의 냉각시간이 소요되며, 냉각장치가 필요함에 따라 전력 소모량이 높아 해양 환경에서의 사용이 어려우며, 유지보수가 빈번하게 발생하고 수입가격이 4억원으로 고가이다. 또한 데이터 자동 전송 기능과 GPS 기능이 없어 측정 장소에 대한 정보를 수동으로 입력해야 하므로 측정인원의 상주가 가능한 종합해양과학기지에는 설치 가 가능하나, 관측부이에는 설치 및 운영이 불가능하다.
특허문헌 1 : 대한민국 공개특허 제10-2019-0048865호 공개일자 2019년05월09일 특허문헌 2 : 대한민국 등록특허 제10-1924944호 공고일자 2019년02월27일
본 발명은 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치는, 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용하여 해수의 방사선을 측정하는 방사선 측정부; 상기 방사선 측정부가 일정 심도에 위치하도록 와이어를 통해 상기 방사선 측정부를 해양의 바닥면에 고정하는 바닥 고정부; 및 상기 방사선 측정부의 전력 충전을 위해 상기 방사선 측정부를 해수면까지 부상시키고, 충전이 완료되면 상기 일정 심도로 위치시키는 와이어 권취부를 포함한다.
이때, 상기 방사선 측정부는, 해수의 방사선을 측정하는 센서 모듈; 상기 센서 모듈에서 측정된 방사선 값을 외부로 전송하는 통신 모듈; 및 상기 센서 모듈 및 상기 통신 모듈에 구동 전력을 공급하는 전력 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 센서 모듈은, CVD 공정으로 형성된 방사선 측정 센서를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 바닥 고정부는, 자중에 의해 해양의 바닥면에 고정되는 앙카 모듈; 상기 앙카 모듈과 상기 방사선 측정부를 연결하는 와이어; 및 상기 앙카 모듈과 상기 방사선 측정 모듈 사이에 배치되어, 배치된 부분과 상기 앙카 모듈 사이 부분의 와이어에 장력을 인가하는 중간 부유 부표를 포함할 수 있다.
한편, 상기 와이어는, 상기 앙카 모듈과 상기 중간 부유 부표를 연결하는 제1 와이어; 및 상기 중간 부유 부표와 상기 방사선 측정부를 연결하는 제2 와이어를 포함하고, 상기 와이어 권취부는, 상기 중간 부유 부표에 배치되어, 상기 제2 와이어를 권취하여 상기 방사선 측정부의 심도를 조절할 수 있다.
아울러, 상기 방사선 측정부는, 해수 유입 및 유출을 통해 부력을 조절하는 부력 조절 모듈; 및 상기 부력 조절 모듈의 제어를 수행하는 제어 모듈을 더 포함하고, 상기 제어 모듈은, 상기 통신 모듈을 통해, 기상 예보 가운데 파고 정보를 수신하여 상기 방사선 측정부의 심도 조절 일정을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치에 의하면,
첫째, CVD 공정으로 형성된 방사선 측정 센서를 사용하므로 저전력 구동이 가능하다.
둘째, CVD 공정으로 형성된 방사선 측정 센서를 사용하므로, 방사선 측정 장치의 소형화가 가능하다.
셋째, 제어 모듈은 통신 모듈을 통해 기상 예보 가운데 파고 정보를 수신하여, 저장된 전력이 허용하는 범위 내에서 부상 일정을 조절하여, 방사선 측정부의 손상 또는 유실을 방지할 수 있다
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 방사선 측정부의 세부 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 측정부의 세부 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 고정부와 방사선 측정부 간의 연결 관계를 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바닥 고정부와 방사선 측정부 간의 연결 관계를 설명하는 모식도이다.
도 6은 부력 조절 모듈의 모식적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치의 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 방사선 측정부의 세부 블록도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방사선 측정부의 세부 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 바닥 고정부와 방사선 측정부 간의 연결 관계를 설명하는 모식도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바닥 고정부와 방사선 측정부 간의 연결 관계를 설명하는 모식도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명에 따른 심해 방사선 측정 장치(1000)는 방사선 측정부(100), 바닥 고정부(300) 및 와이어 권취부(200)를 포함한다.
방사선 측정부(100)는 방사선 측정 센서를 이용하여 해수의 방사선을 측정하는 구성이다.
도 2의 본 발명의 일 실시 형태에 따르면 방사선 측정부(100)는 센서 모듈(110), 통신 모듈(120) 및 전력 모듈(130)을 포함한다. 센서 모듈(110)은 해수의 방사선을 측정하는 모듈로서, 방사선 측정 센서를 구비한다.
본 발명의 심해 방사선 측정 장치(1000)는 심도 200m 이하의 지역에서 사용되는 것을 목적으로 하되, 다수의 방사선 측정 장치(1000)를 해안선을 따라 배치하는 것을 목적으로 하므로 저비용, 소형화 및 저전력 특성을 가져야 한다.
이러한 특성에 부합하기위해 본 발명에서 사용되는 방사선 측정 센서는 공지된 기술 예를 들어 대한민국 공개특허 제10-2014-0112955호, 대한민국 공개특허 제10-2014-0112953호에 개시된 반도체 센서 또는 실리콘 방사선 센서를 사용할 수 있다. 특히, 저전력 구동을 위해 CVD 공정으로 형성된 방사선 측정 센서를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
센서 모듈(110)은 해수의 방사선 수치를 실시간으로 검출하고 기록하여, 통신 모듈(120)로 제공한다.
통신 모듈(120)은 센서 모듈(110)에서 측정 기록된 방사선 값을 외부로 전송한다. 통신 모듈(120)은 방사선 측정 장치(1000)가 배치되는 지역에 따라 선택적으로 구성될 수 있다.
방사선 측정 장치(1000)가 해안의 근거리, 예를 들어 지상의 사용 통신망과 연결 가능한 거리에 배치되는 경우에는 상용 통신 모듈(일예로, LTE, 3G)로 통신 모듈(120)을 구현할 수 있으며, 원양에 배치되는 경우에는 위성 통신이 가능한 통신 모듈로 구현될 수 있다.
전력 모듈(130)은 센서 모듈(110) 및 통신 모듈(120)에 구동을 위한 전력을 공급한다. 도시 생략하였으나, 전력 모듈(130)은 전력 공급을 위한 태양 전지판 및 태양 전지 판에서 생성된 전력을 저장하는 배터리를 포함한다.
방사선 측정부(100)는 심도 200m 이하의 지역에서 사용되는 것으로서, 해당 심도에는 태앙 전지판의 구동을 위한 수준의 태양광이 도달하지 못하므로 방사선 측정부(100)는 태양광에 의한 전력 공급 및 기록된 방사선 값의 전송을 위해 주기적으로 해수면으로의 부상이 수행되어야 한다.
실시 형태에 따라서는, 통신 모듈(120) 및 전력 모듈(130)만이 주기적으로 해수면에 부상할 수 있도록 통신 모듈(120) 및 전력 모듈(130)을 분리 설계할 수도 있다.
바닥 고정부(300)는 방사선 측정부(100)가 일정 심도에 위치하도록 와이어를 통해 방사선 측정부(100)를 해양의 바닥면에 고정시킨다.
일 실시형태에 따르면, 바닥 고정부(300)는 앙카 모듈(310), 제1 와이어(320), 제2 와이어(340) 및 중간 부유 부표(330)를 포함한다.
앙카 모듈(310)은 자중에 의해 해양의 바닥면에 고정되는 것으로서, 고 중량 물체 중에서 적당한 것을 선택하면 된다.
중간 부유 부표(330)는 방사선 측정부(100)가 일정 위치에서 벗어나지 않도록 보조하는 역할로 배치되는 것으로서, 앙카 모듈(310)과 방사선 측정부(100) 사이에 배치된다.
중간 부유 부표(330)가 배치된 부분과 앙카 모듈(310) 사이 부분의 와이어에 부력에 의해 생성되는 장력를 인가한다. 다시 설명하자면, 중간 부유 부표(330)의 부력으로 인하여 제1 와이어(320)에 장력이 인가되어 해류, 파도 등과 같은 해수의 유동시에도 방사선 측정부(100)가 위치를 유지할 수 있게 보조한다.
실시자의 선택 사항으로서 도 5에 도시된 바와 같이 복수의 앙카 모듈(310a, 320b) 및 복수의 제1 와이어(320a, 320b)를 통해 중간 부유 부표(330)를 보다 정위치에 고정시킬 수 있다.
와이어 권취부(200)는 방사선 측정부(100)의 전력 중전 및 즉정된 방사선 값의 전송을 위해 방사선 측정부(100)를 해수면 까지 부상시키고, 충전이 완료되면 방사선 측정부(100)를 일정 심도로 위치시킨다.
본 발명에 따르면 와이어 권취부(200)는 중간 부유 부표(330)에 배치하는 것이 바람직하다. 권취부(200)는 제2 와이어(340)를 통해 방사선 측정부(100)와 연결되어 있으며, 제2 와이어(340)의 권취를 통해 방사선 측정부(100)를 상승시키거나 하강시켜 방사선 측정부(100)의 심도를 조절한다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따르면 방사선 측정부(100)는 제어 모듈(140) 및 부력 조절 모듈(150)을 더 포함할 수 있다.
부력 조절 모듈(150)은 방사선 측정부(100)의 상승 또는 하강에 사용되는 와이어 권취부(200)의 전력 소모를 최소화 하기 위한 구성으로서, 해수 유입 및 유출을 통해 방사선 측정부(100)의 부력을 조절한다.
제어 모듈(140)은 권취부(200)의 동작을 제어하는데, 통신 모듈(120)을 통해 기상 예보 가운데 파고 정보를 수신하여 방사선 측정부(100)의 심도 조절 일정을 조절할 수 있다.
수중에서는 전파의 송수신이 불가능하므로, 방사선 측정부(100)는 측정한 방사선 값의 전송을 위해 해수면으로 부상해야 한다. 그러나, 악천후, 태풍 등에 의해 해수면에 파고가 심한경우 방사선 측정부(100)가 부상하게 되면 높은 파고로 인하여 방사선 측정부(100)가 손상되거나 유실될 우려가 있다.
제어 모듈(140)은 통신 모듈(120)을 통해 기상 예보 가운데 파고 정보를 수신하여, 저장된 전력이 허용하는 범위 내에서 부상 일정을 조절하여, 방사선 측정부(100)의 손상 또는 유실을 방지할 수 있다.
도 6은 부력 조절 모듈의 모식적인 단면도이다. 도 6을 참고하면 본 발명의 실시예에 따른 부력 조절 모듈(150)은 실린더(151), 해수 출입구(152), 구동 모터(153), 구동축(154) 및 피스톤(155)을 포함한다.
부력 조절 모듈(150)은 실린더(151)에 해수(W)를 유입 또는 유출시켜 방사선 측정부(100)의 부력을 조절한다. 실린더(151)에 해수(W)가 유입되면 부력이 낮아지게 되고 방사선 측정부(100)는 자체 중량으로 인하여 가라앉게 된다. 실린더(151)에 해수(W)를 유출시키면 부력이 높아지므로 방사선 측정부(100)는 해수면으로 올라오게 된다.
구체적으로 설명하면, 실린더(151)는 원통 형태로서 일 단부에 해수 유출입을 위한 해수 출입구(152)가 구비된다. 다른쪽 단부에는 구동 모터(153)가 구비된다.
구동축(154)는 구동 모터(153)과 연결되어 구동 모터(153)의 회전과 함께 회전한다. 구동축(154)은 실린더(151)의 중앙을 지나는 축으로서, 수나사산을 구비한다.
피스톤(155)은 실린더(151)의 내측 공간을 분할한다. 이때, 분할되는 공간이 기밀되도록 피스톤(155)은 실린더(151)의 내측면에 밀착된다.
피스톤(155) 중앙부에 구동축(154) 회전 가능하도록 형성된 암나사산으로 이루어진 통공을 구비한다. 구동축(154) 회전 방향에 따라 피스톤(155)은 좌측 또는 우측으로 이동한다.
실린더의 좌측 공간(A)는 텅 빈 공간으로서, 피스톤(155)의 우측 이동에 따라 확장되어 부력 조절 모듈(150)이 부력을 가지도록 한다. 도시 생략되었으나, 실시 형태에 따라 실린더의 좌측 공간(A)에는 피스톤(155)의 우측 이동을 돕기 위한 스프링이 더 구비될 수 있다.
실린더(151)의 우측 공간은 해수(W)가 유입되는 공간으로서, 우측 공간의 확장에 따라 부력 조절 모듈(150)은 부력을 잃게된다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 심해 방사선 측정 장치
100 : 방사선 측정부
200 : 와이어 권취부
300 : 바닥 고정부

Claims (6)

  1. 방사선 측정 센서를 이용하여 해수의 방사선을 측정하는 방사선 측정부;
    상기 방사선 측정부가 일정 심도에 위치하도록 와이어를 통해 상기 방사선 측정부를 해양의 바닥면에 고정하는 바닥 고정부; 및
    상기 방사선 측정부의 전력 충전을 위해 상기 방사선 측정부를 해수면까지 부상시키고, 충전이 완료되면 상기 일정 심도로 위치시키는 와이어 권취부를 포함하고,
    상기 방사선 측정부는,
    해수의 방사선을 측정하는 센서 모듈;
    상기 센서 모듈에서 측정된 방사선 값을 외부로 전송하는 통신 모듈; 및
    상기 센서 모듈 및 상기 통신 모듈에 구동 전력을 공급하는 전력 모듈을 포함하고,
    상기 바닥 고정부는,
    자중에 의해 해양의 바닥면에 고정되는 앙카 모듈;
    상기 앙카 모듈과 상기 방사선 측정부를 연결하는 와이어; 및
    상기 앙카 모듈과 상기 방사선 측정부 사이에 배치되어, 배치된 부분과 상기 앙카 모듈 사이 부분의 와이어에 장력을 인가하는 중간 부유 부표를 포함하고,
    상기 방사선 측정부(100)는,
    해수 유입 및 유출을 통해 상기 방사선 측정부의 부력을 조절하는 부력 조절 모듈(150)을 더 포함하고,
    상기 부력 조절 모듈(150)은,
    실린더(151), 해수 출입구(152), 구동 모터(153), 구동축(154) 및 피스톤(155)을 포함하고,
    상기 실린더(151)는 원통 형태로서 일 단부에 해수 유출입을 위한 상기 해수 출입구(152)가 구비되고, 다른쪽 단부에는 상기 구동 모터(153)가 구비되고,
    상기 구동축(154)은 상기 구동 모터(153)와 연결되어 상기 구동 모터(153)의 회전과 함께 회전하고,
    상기 구동축(154)은 상기 실린더(151)의 중앙을 지나는 축으로서, 수나사산을 구비하고,
    상기 피스톤(155)은 상기 실린더(151)의 내측 공간을 분할하되, 분할되는 공간이 기밀되도록 상기 피스톤(155)은 상기 실린더(151)의 내측면에 밀착되고,
    상기 피스톤(155)은 중앙부에 상기 구동축(154)이 회전 가능하도록 형성된 암나사산으로 이루어진 통공을 구비하여, 상기 구동축(154) 회전 방향에 따라 피스톤(155)은 좌측 또는 우측으로 이동하고,
    상기 와이어는,
    상기 앙카 모듈과 상기 중간 부유 부표를 연결하는 제1 와이어; 및
    상기 중간 부유 부표와 상기 방사선 측정부를 연결하는 제2 와이어를 포함하고,
    상기 와이어 권취부는,
    상기 중간 부유 부표에 배치되어, 상기 제2 와이어를 권취하여 상기 방사선 측정부의 심도를 조절하는 것을 특징으로 하는 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 모듈은,
    CVD 공정으로 형성된 방사선 측정 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사선 측정부는,
    상기 부력 조절 모듈의 제어를 수행하는 제어 모듈을 더 포함하고,
    상기 제어 모듈은,
    상기 통신 모듈을 통해, 기상 예보 가운데 파고 정보를 수신하여 상기 방사선 측정부의 심도 조절 일정을 조절하는 것을 특징으로 하는 고순도 CVD 다이아몬드 센서를 이용한 심해 방사선 측정 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61195488U (ko) * 1985-05-28 1986-12-05
KR101746411B1 (ko) * 2016-03-08 2017-06-14 한국원자력연구원 고순도 cvd 다이아몬드를 이용한 조사 시험용 중성자 검출기 및 이의 제조방법
KR101924944B1 (ko) 2018-05-16 2019-02-27 한밭대학교 산학협력단 실시간 측정이 가능한 해양 방사선 자동 감시 시스템
KR20190048865A (ko) 2017-10-31 2019-05-09 주식회사 엠원인터내셔널 해양환경 방사선 측정 및 분석 시스템

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