KR102196916B1 - 방사성 폐기물의 핵종 및 농도 분석 측정장치 - Google Patents

방사성 폐기물의 핵종 및 농도 분석 측정장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 내 폐기물의 핵종 및 농도분석 장치는, 폐기물 포장용기의 상/하부에 검출기 장치를 위치하고 전/후 구동장치를 이용하여 포장용기의 길이방향으로 스캔하여 포장용기 내 폐기물의 핵종 및 농도분석을 수행하는 장치에 대한 것이다.
특별히 상/하부 검출기 모듈은 고분해능의 감마선 검출기가 복수로 장착하여 검사 효율을 높이며, 각 모듈은 상/하로 구동이 가능하게 설계되며, 모듈 속 각각의 검출기도 좌/우 구동이 가능하게 설계하여 크기에 상관없이 다양한 종류의 포장용기의 핵종 및 농도분석을 수행한다.

Description

방사성 폐기물의 핵종 및 농도 분석 측정장치 {Apparatus for isotope identification and quantification in radioactive waste}
본 발명은 원자력 발전소의 해체과정에서 발생되는 대량의 폐기물 처리에 있어서, 기존의 표준 드럼 포장용기 외에, 대용량 포장용기를 포함한 다양한 종류와 크기의 포장용기를 사용하여 처리되는 경우 포장용기의 크기에 관계없이 내용물의 방사선 측정이 가능하며, 특히 포장용기를 개방하지 않고 비파괴적으로 폐기물에 포함된 방사선 핵종 및 분석된 핵종의 농도를 정량적으로 측정하는 장치에 대한 것이다.
대량 발생 방사성 폐기물은 크게 운영폐기물과 해체폐기물로 구분되는데, 운영폐기물은 원자력발전소의 운전과정에서 발생되는 폐기물 또는 병원이나 기타 기관에서 방사성 동의원소 등을 사용하는 과정에서 발생하는 폐기물이다. 해체폐기물은 원자력 발전소가 수명을 다하여 정지 후 발전소 자체를 해체하는 과정에서 발생되는 폐기물로서 일반 운영폐기물과 달리 콘크리트 및 금속류 등의 폐기물이 단기간 대량으로 발생하는 특징을 가지고 있다.
최근에는 수명을 다해서 정지된 고리 1발전소를 시작으로 국내 원자력 발전소의 해체 등의 현안과 맞물려서 이와 같은 방사성 해체폐기물의 처리가 매우 중요한 현안으로 대두되고 있다.
이러한 방사성 폐기물은 규제 지침과 인수 기준에 의거하여 방사선의 준위 별로 분류되어 포장, 운반, 처분되며, 이때 방사성 폐기물 포장용기의 경우 분류 기준에 따라 처분장에서 요구하는 인도/수용기준으로 핵종 및 농도 분석, 크기/무게 등의 일반요건, 고형화 요건, 물리/화학적 특성 등을 만족하도록 규제하고 있다.
특히, 핵종 및 핵종의 농도 분석은 해체폐기물의 준위 별 분류 및 자체처분의 기준이 되기 때문에 이에 대한 정확한 측정과 분석이 매우 중요하다.
국내에서는 현재시점까지 200 리터 또는 320 리터의 정형 드럼용기를 방사성 폐기물 포장용기의 표준으로 사용하고 있으며, 이러한 정형용기에 대한 비파괴적 핵종분석을 수행하는 장비는 방사성 폐기물의 생성자인 각 원자력 발전소 및 처분시설인 원자력환경공단 등에 매우 잘 구축되고 운영되고 있다.
그러나, 원전 해체 시 발생하는 폐기물은 콘크리트, 토양 및 금속류를 다량 포함하고 있으며 대량으로 발생하는 특징에 따라 현행 표준으로 사용되는 200 리터나 300 리터 드럼용기는 사용에 있어서 효율성/경제성 측면의 문제가 발생하게 된다. 따라서 일반적으로 해체폐기물의 처리에는 다양한 크기와 용도의 포장용기가 사용되며 ISO 컨테이너 크기까지 확장되어 사용되기도 한다.
본 특허는 특별히 컨테이너 크기까지 확장되는 대형용기에 포장된 해체폐기물에 대한 비파괴적 핵종분석 및 농도를 측정 및 기타 다른 크기와 용도의 포장용기의 분석까지 적용되는 장치에 대한 것이다.
AURAS-3000 사양서, http://www.aadee.com/00pdf/nuclear/AURAS-3000.pdf The Next Generation Tomographic Gamma Scanner, https://mirion.s3.amazonaws.com/cms4_mirion/files/pdf/technical-papers/tgs-paper.pdf?1534969655
전술한 바와 같이 방사성 폐기물 중 특별히 해체폐기물의 경우 대량으로 발생되는 폐기물은 컨테이너 크기까지 확대되는 대형용기 또는 기타 다른 용도의 다양한 크기의 용기에 포장된다.
따라서, 본 발명의 주목적은, 원전 해체 시 발생되는 해체 폐기물이 다양한 크기에 포장되어 처분되는 경우, 용기의 크기에 관계없이 핵종분석 및 농도분석이 가능한 비파괴적 측정장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 관점에 따른 방사성 폐기물 포장용기 내 방사선의 핵종분석 측정장치는, 포장용기의 상부에 설치되며 복수개의 방사선 검출기로 구성되는 검출기 모듈과 상기 검출기 모듈을 상/하 전/후로 구동하는 구동장치로 구성되어 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 측정하는 '상부 검출기 장치';, 같은 목적으로 상부 검출기 모듈과 동일한 개수의 검출기로 구성되는 하부 검출기 모듈과 상기 하부 검출기 모듈을 상/하 전/후로 구동하는 구동장치로 구성되어 포장용기의 하부에 위치하여 방사선을 검출하는 '하부 검출기 장치'; 측정용기를 수용하며 지지하는 '측정용기 검사대' 로 구성된다.
상부와 하부 검출기 모듈에 포함되는 검출기는 고에너지 분해능 기능이 가능한 HPGe (high pressure germanium) 검출기가 사용되며, 상/하부의 검출기는 서로 마주보며 쌍을 이루어 장착된다. 그러나 경우에 따라서는 상/하 검출기 모듈에 사용되는 검출기는 감마선의 핵종분석이 가능한 기타 섬광체 기반의 검출기가 사용되어도 무방하다.
일반적으로 공간의 활용도를 높이기 위해서는 측정용기가 '측정용기 검사대'에 올려 놓아지면 '상/하부 검출기 장치'가 구동하며 측정을 실시하는 것이 바람직하다.
그러나 방사선 측정 시 측정용기의 이동 동선의 용이성과 편의성에 따라서, 상기 구성은 '상/하부 검출기 장치'가 고정되어 있고 측정용기를 수용하고 있는 '측정용기 검사대'가 전/후 구동장치를 장착하여 상/하부 검출기 장치 사이에서 터널을 통과하듯 이동하며 측정이 이루어 질 수도 있다.
각각의 경우에서 '상/하부 검출기 모듈' 또는 '측정용기 검사대'의 구동은 가이드 레일형태로 구성되어 모터 등을 이용하는 방법과 또는 각각의 모듈이 자체 구동장치 (바퀴 등)을 포함하여 구동되어질 수 있다.
상/하부의 검출기가 고정된 포장용기의 측정을 할 때는 상/하부 검출기 모듈은 서로 마주보며 동기화되어 함께 움직이는 것이 바람직하다. 그러나, 경우에 따라서는 상/하부 검출기가 동기화 되어 움직이지 않고 측정을 수행하고, 측정이 완료된 시점에서 위치정보에 따라 데이터를 정렬하고 동기화 시키는 방법이 사용되어질 수 있다.
크기가 다른 포장용기의 검사를 위해서 '상/하부 검출기 모듈'에 장착되는 각각의 검출기는 좌/우 로 이동이 가능하며 '상/하부 검출기 모듈' 자체도 상/하 이동을 가능하게 하여, 측정 용기의 제원에 따라서, 적절하게 위치가 바뀌면서 용기 사이즈에 최적화된 검출기 위치가 구성되어 지는 특징이 있다.
또한 검출기 모듈은 방사선 유입이 되는 면을 제외하고 모두 차폐체로 감싸는 형태로 구성되어 백그라운드 방사선의 유입이 차단되게 설계되어야 한다.
그리고 각각의 검출기는 방사선 유입의 유효시야 (UFOV: useful field of view)를 정의하기 위한 콜리메이터가 장착되는 것이 바람직하다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치는 방사성 폐기물 포장용기의 상부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출하는 상부 검출기 장치, 포장용기의 하부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출하는 하부 검출기 장치, 및 폐기물 포장용기를 받치는 지지대 역할을 하는 용기 검사대를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 장치는, 복수개의 방사선 검출기를 포함하는 상부 검출기 모듈, 상부 검출기 모듈 상/하 구동부, 상부 검출기 모듈 지지부, 및 상부 검출기 장치 전/후 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 하부 검출기 장치는, 복수개의 방사선 검출기를 포함하는 하부 검출기 모듈 및 하부 검출기 장치의 전/후 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 용기 검사대는, 측정용기를 올려놓는 검색대 상판부 및 측정용기를 지지하는 용기 지지대를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 장치 또는 하부 검출기 장치 중 적어도 하나가 용기 검사대에 고정된 포장용기의 길이방향으로 전/후로 이동하며 포장용기 속의 폐기물에서 방출되는 방사선의 수집을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 동선을 고려하여 상부 검출기 장치 또는 하부 검출기 장치는 고정되고, 대신 용기 검사대가 포장용기를 움직여서 동일한 측정 효과를 얻는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나는 하부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나와 서로 짝을 이루어 마주보는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈은 제 1 가이드 레일 위에 설치되어 움직이고, 하부 검출기 모듈은 제 2 가이드 레일 위에 설치되어 움직이고, 상부 검출기 모듈 및 하부 검출기 모듈은 전/후의 구동이 동기화 되는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나는 좌/우 구동부를 포함하고, 좌/우 구동부는 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나를 좌/우로 움직이게 하고, 포장용기 폭의 크기에 따라 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나를 최적의 위치로 움직여서 검색을 수행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나가 상/하로 구동되어 포장용기 높이의 크기에 따라 최적의 위치로 움직여서 검색을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는, 감마선 측정이 가능한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는, HPGe기반의 고에너지 분해능 측정이 가능한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는, 콜리메이터가 장착되어 유효시야 (UFOV, useful field of view)를 정의하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 개시의 일 실시예에 따른 핵종분석 측정장치의 상부 검출기 모듈 또는 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나는 차폐체에 둘러 쌓여 백그라운드 방사선으로부터 차폐되는 것을 특징으로 한다.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
본 발명은 해체폐기물이 포장되는 다양한 포장용기의 크기와 특성에 따라 핵종분석 장치에 포함된 검출기 모듈의 위치를 변화하여 한 개의 시스템으로 다양한 크기의 포장용기에 대한 핵종분석을 수행하는 효과가 있다.
또한 상부와 하부 검출기 모듈에서 측정되는 데이터는 동일한 개수의 각각의 검출기가 180도 반대방향에서 한 쌍을 이루며 수집되므로 이런 특성을 이용하면, 감쇄보정에 매우 유익한 정보로도 사용된다.
도 1은 본 발명에 따른 대용량 방사성 폐기물 포장용기 내 핵종과 농도분석을 비파괴적으로 수행하는 측정장치를 나타낸 perspective 측면에서 관찰한 도면이다.
도 2는 도 1의 측정장치를 정면에서 바라본 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 상/하부 검출기 모듈의 내부를 도식화한 것으로, 방사선 검출기가 콜리메이터와 함께 장착된 모습을 도식화한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 제1실시예를 나타낸 것으로서, 대용량의 포장용기가 검사대에 올려진 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 제2실시예를 나타낸 것으로서, 소용량의 포장용기가 검사대에 올려진 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면들에 의거하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어와 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석해야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 대용량 방사성 폐기물 포장용기 내 핵종과 농도분석을 비파괴적으로 수행하는 측정장치를 나타낸 perspective 측면에서 관찰한 도면이다.
본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기핵종과 농도분석을 비파괴적으로 수행하는 측정장치(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이 크게 상부 검출기 장치(20), 하부 검출기 장치(30), 용기 검사대(40)를 포함한다. 상부 검출기 장치는 방사성 폐기물 포장용기의 상부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출할 수 있다. 또한, 하부 검출기 장치는 포장용기의 하부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출할 수 있다.
상부 검출기 장치(20)는 다시 상부 검출기 모듈(21), 상부 검출기 모듈 상/하 구동부(22), 상부 검출기 모듈 지지부(23), 상부 검출기 전/후 구동부(24) 그리고 상부 검출기 장치의 제 1 가이드 레일(25, 26)을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 상/하부 검출기 모듈의 내부를 도식화한 것으로, 방사선 검출기가 콜리메이터와 함께 장착된 모습을 도식화한 도면이다.
도 3은 하부 검출기 모듈(31)을 나타내고 있으나, 상부 검출기 모듈(21)은 하부 검출기 모듈(31)과 동일한 구조를 가지므로, 이하에서는 도 3에 기초하여 상부 검출기 모듈(21)에 대하여 설명한다. 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31) 중 적어도 하나는 차폐체에 둘러 쌓여 백그라운드 방사선으로부터 차폐될 수 있다. 따라서 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31) 중 적어도 하나는 폐기물 포장용기(50, 60)에서 방사되는 방사선 만을 측정할 수 있다.
상부 검출기 모듈(21)은 도 3에 예시된 것처럼 복수개의 방사선 검출기(310)를 포함할 수 있으며 각각의 검출기는 콜리메이터(311)를 장착하고 있다. 상기 적어도 하나의 방사선 검출기(310)는 복수의 감마선 검출기일 수 있다. 방사선 검출기(310)는 폐기물 포장용기(50, 60)에 포장된 방사성 폐기물에서 발생되는 방사선을 측정하여 폐기물속의 방사선 핵종을 파악하며, 검색된 핵종에 대한 농도, 즉 단위 무게당 방사선량 (Bq/g)을 파악하게 된다. 방사선 검출의 효율을 높이기 위해 상부 검출기 모듈(21)은 복수개의 방사선 검출기(310)를 포함하게 된다. 이때 가장 바람직한 방사선 검출기(310)로는 상용화된 감마선 검출기 중 에너지 분해능이 가장 우수한 HPGe (high pressure germanium) 검출기일 수 있다. 그러나 기타 섬광체를 기반하는 방사선 검출기를 이용하는 것도 가능하다. 각각의 방사선 검출기(310)에는 콜리메이터(311)가 장착되게 되는데 이는 검출기의 측정 유효시야 (FOV, field of view)을 한정하는 역할을 수행한다. 따라서, 각각의 검출기는 콜리메이터(311)를 통해서 정해지는 한정적 영역에 대한 감마선 수집을 수행하게 된다.
또한 상부 검출기 모듈(21)은 각각의 검출기(310)를 좌/우로 (x축 방향) 구동하는 좌/우 구동부(312)를 포함할 수 있다. 좌/우 구동부(312)는 상부 검출기 모듈(21) 내의 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 좌/우로 이동시킬 수 있다. 좌/우 구동부(312)는 측정용기의 폭에 따라 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 최적의 위치로 움직이게 할 수 있다. 즉, 좌/우 구동부는 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 좌/우로 움직이게 하여, 데이터 수집의 최적 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 좌/우 구동부(312)는 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L1)를 측정용기의 폭(w)에 비례(L1=a*w+b)하게 배치할 수 있다. 이 때, 비례상수(a)는 0보다 크고 2보다 작은 실수일 수 있다. b는 실수일 수 있다. 위의 식은 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L1)를 측정용기의 폭(w)에 대한 일차식으로 표현하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L1)는 측정용기의 폭(w)에 대한 2차 이상의 다항식으로 표현될 수 있다. 또한, 좌/우 구동부(312)는 복수개의 방사선 검출기(310) 간의 거리를 일정하게 하거나 불균등하게 할 수 있다. 이와 같이 측정용기의 폭에 따라 복수개의 방사선 검출기 간의 거리가 조절되므로, 측정용기의 방사선을 효율적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1을 다시 참조하면, 상부 검출기 장치(20)는 상/하 구동부(22)를 포함하고 있으며, 상/하 구동부(22)는 상부 검출기 모듈(21)을 상/하로 (y축 방향) 이동시켜서, 측정용기의 높이에 따라 상부 검출기 모듈(21)이 검사수행의 최적의 높이에 위치하도록 하는 특징을 가지고 있다. 예를 들어, 상/하 구동부(22)는 상부 검출기 모듈(21)의 높이(H1)를 측정용기의 높이(h)에 비례한 높이(H1=c*h+d)에 위치시킬 수 있다. 이 때, 비례상수(c)는 0보다 크고 2보다 작은 실수일 수 있다. d는 실수일 수 있다. 상부 검출기 모듈(21)의 높이(H1)는 미리 정해진 기준 높이로부터 상부 검출기 모듈(21)의 높이를 의미할 수 있다. 위의 식에서 상부 검출기 모듈(21)의 높이(H1)를 측정용기의 높이(h)에 대한 일차식으로 표현하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 검출기 모듈(21)의 높이(H1)는 측정용기의 높이(h)에 대한 2차 이상의 다항식으로 정의될 수 있다. 이와 같이 측정용기의 높이에 따라 상부 검출기 모듈(21)의 높이가 조절되므로, 측정용기의 방사선을 효율적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
전/후 구동부(24)는 상부 검출기 장치(20)의 전/후 구동(z축 방향)을 위해 필요한 구동장치이며 이를 통해 상부 검출기 장치(20)는 z축 방향으로 움직이며 포장용기를 검색하게 된다. 여기서 z축 방향은 포장용기의 길이방향일 수 있다. 상부 검출기 장치(20)는 용기 검사대(40)에 고정된 포장용기의 길이방향(z축 방향)으로 전/후로 이동하면서, 상기 포장용기 속의 폐기물에서 방출되는 방사선의 수집을 수행할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 동선을 고려하여 상부 검출기 장치는 고정되고, 대신 용기 검사대가 상기 포장용기를 움직여서 동일한 측정 효과를 얻을 수도 있다.
상부 검출기 장치의 제 1 가이드 레일(25,26)은 상부 검출기 장치가 전/후로 움직이는 경우 정해진 트랙을 움직이도록 유도하는 부분이며 기어장치가 부착되어 있어서 전/후 구동부(24)와 기어를 통해 구동될 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
도 2는 도 1의 측정장치를 정면에서 바라본 도면이다. 하부 검출기 장치(30)는 하부 검출기 모듈(31), 하부 검출기 장치 전/후 구동부(32), 하부 검출기 전/후 구동 레일(35) 그리고 하부 검출기의 제 2 가이드 레일(33,34)을 포함할 수 있다.
하부 검출기 모듈(31)은 상부 검출기 모듈(21)과 동일한 구조를 가지고 있으며, 마찬가지로 복수의 방사선 검출기(310), 검출기 좌/우 구동부(312) 그리고 콜리메이터(311)를 포함할 수 있다. 하부 검출기 모듈(31)에 대한 설명 중 상부 검출기 모듈(21)에 대한 설명과 중복되는 설명은 생략한다. 하부 검출기 모듈(31)은 상부 검출기 모듈(21)과 동일한 구조를 가지므로, 유지 보수가 쉬운 장점이 있다.
상/하부 검출기 모듈은 동일한 개수의 검출기(310)로 구성되며, 각각의 검출기는 서로 마주보며 쌍을 이루는 형태로 구성되어 지는 것이 바람직하다. 상부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나는 하부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나와 서로 짝을 이루어 마주볼 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 상부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 및 하부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기는 서로 엇갈리게 배치될 수 있다.
예를 들어 상부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 및 하부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기는 x축을 따라 배열될 수 있다. 상부 검출기 장치에 포함된 제 1 방사선 검출기는 하부 검출기 장치에 포함된 제 1 방사선 검출기로부터 x축 상에서 소정의 거리만큼 떨어져있을 수 있다. 또한. 상부 검출기 장치에 포함된 제 2 방사선 검출기는 하부 검출기 장치에 포함된 제 1 방사선 검출기로부터 x축 상에서 소정의 거리만큼 떨어져있을 수 있다. 또한. 상부 검출기 장치에 포함된 제 2 방사선 검출기는 하부 검출기 장치에 포함된 제 2 방사선 검출기로부터 x축 상에서 소정의 거리만큼 떨어져있을 수 있다.
또한 예를 들어, 상부 검출기 모듈(21)은 하부 검출기 모듈(31)과 z축 상에서 소정의 거리 만큼 떨어져 있을 수 있다.
상부 검출기 모듈(21)은 제 1 가이드 레일(25, 26) 위에 설치되어 움직일 수 있다. 하부 검출기 모듈(31)은 제 2 가이드 레일(33, 34) 위에 설치되어 움직일 수 있다. 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31)은 전/후의 구동이 동기화 되어 움직일 수 있다. 동기화 되어 움직인다는 것은 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31)가 서로 마주보고 동시에 전/후로 움직이는 것을 의미할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31)은 서로 독립적으로 전/후로 이동하면서 방사선을 측정할 수 있다. 예를 들어, 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31)은 z축 상에서 소정의 거리만큼 떨어져있을 수 있다. 또한 상부 검출기 모듈(21) 및 하부 검출기 모듈(31)은 서로 반대방향으로 움직일 수 있다. 또한 상부 검출기 모듈(21)은 전/후로 움직이고 하부 검출기 모듈(31)은 멈춰있을 수 있다. 또한 상부 검출기 모듈(21)은 멈춰있고 하부 검출기 모듈(31)은 전/후로 움직일 수 있다.
하부 검출기 장치(30)의 전/후 구동에 있어서 상부 검출기 장치(20)와 차이점은 다음과 같다. 하부 검출기 장치(30)는 중앙에 하부 검출기 장치의 전/후 구동부(32)와 전/후 구동 레일(35)이 위치하며, 하부 검출기의 제 2 가이드 레일(33,34)이 전/후 구동 레일(35)의 좌/우에 위치하여, 하부 검출기 장치(30)가 정해진 궤적을 움직이게 되는 특징이 있다.
하부 검출기 장치(30)는 용기 검사대(40)에 고정된 포장용기의 길이방향(z축 방향)으로 전/후로 이동하면서, 상기 포장용기 속의 폐기물에서 방출되는 방사선의 수집을 수행할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 동선을 고려하여 하부 검출기 장치는 고정되고, 대신 용기 검사대가 상기 포장용기를 움직여서 동일한 측정 효과를 얻을 수도 있다.
도 3을 참조하면, 하부 검출기 모듈(31)은 도 3에 예시된 것처럼 복수개의 방사선 검출기(310)를 포함할 수 있으며 각각의 검출기는 콜리메이터(311)를 장착하고 있다. 적어도 하나의 방사선 검출기(310)는 복수의 감마선 검출기일 수 있다. 방사선 검출기(310)는 폐기물 포장용기(50, 60)에 포장된 방사성 폐기물에서 발생되는 방사선을 측정하여 폐기물 속의 방사선 핵종을 파악하며, 검색된 핵종에 대한 농도, 즉 단위 무게당 방사선량 (Bq/g)을 파악하게 된다. 방사선 검출의 효율을 높이기 위해 상부 검출기 모듈(21)은 복수개의 방사선 검출기(310)를 포함하게 된다. 이때 가장 바람직한 방사선 검출기(310)로는 상용화된 감마선 검출기 중 에너지 분해능이 가장 우수한 HPGe (high pressure germanium) 검출기일 수 있다. 그러나 기타 섬광체를 기반하는 방사선 검출기를 이용하는 것도 가능하다. 각각의 방사선 검출기(310)에는 콜리메이터(311)가 장착되게 되는데 이는 검출기의 측정 유효시야 (FOV, field of view)을 한정하는 역할을 수행한다. 따라서, 각각의 검출기는 콜리메이터(311)를 통해서 정해지는 한정적 영역에 대한 감마선 수집을 수행하게 된다.
또한 하부 검출기 모듈(31)은 각각의 검출기(310)를 좌/우로 (x축 방향) 구동하는 좌/우 구동부(312)를 포함할 수 있다. 좌/우 구동부(312)는 하부 검출기 모듈(31) 내의 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 좌/우로 이동시킬 수 있다. 좌/우 구동부(312)는 측정용기의 폭에 따라 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 최적의 위치로 움직이게 할 수 있다. 즉, 좌/우 구동부는 복수개의 방사선 검출기(310) 중 적어도 하나를 좌/우로 움직이게 하여, 데이터 수집의 최적 위치로 이동시킬 수 있다. 예를 들어 좌/우 구동부(312)는 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L)을 측정용기의 폭(w)에 비례(L2=e*w+f)하게 배치할 수 있다. 이 때, 비례상수(e)는 0보다 크고 2보다 작은 실수일 수 있다. f는 실수일 수 있다. 또한, 좌/우 구동부(312)는 복수개의 방사선 검출기(310) 간의 거리를 일정하게 하거나 불균등하게 할 수 있다. 위의 식은 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L2)를 측정용기의 폭(w)에 대한 일차식으로 표현하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 복수개의 방사선 검출기(310) 중 양쪽 끝의 방사선 검출기의 거리(L2)는 측정용기의 폭(w)에 대한 2차 이상의 다항식으로 표현될 수 있다. 이와 같이 측정용기의 폭에 따라 복수개의 방사선 검출기 간의 거리가 조절되므로, 측정용기의 방사선을 효율적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 2를 참조하면, 하부 검출기 장치(30)는 상/하 구동부를 포함할 수 있다. 하부 검출기 장치(30)의 상/하 구동부는 하부 검출기 모듈(31)을 상/하로 (y축 방향) 이동시켜서, 측정용기의 높이 또는 깊이에 따라 하부 검출기 모듈(31)이 검사수행의 최적의 높이에 위치하도록 하는 특징을 가지고 있다. 예를 들어, 상/하 구동부(22)는 하부 검출기 모듈(31)의 높이(H2)를 측정용기의 높이(h)에 비례한 높이(H2=g*h+i)에 위치시킬 수 있다. 이 때, 비례상수(g)는 0보다 크고 2보다 작은 실수일 수 있다. i는 실수일 수 있다. 하부 검출기 모듈(31)의 높이(H2)는 미리 정해진 제 2 기준 높이로부터 하부 검출기 모듈(31)의 높이를 의미할 수 있다. 위의 식에서 하부 검출기 모듈(31)의 높이(H2)를 측정용기의 높이(h)에 대한 일차식으로 표현하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 하부 검출기 모듈(31)의 높이(H2)는 측정용기의 높이(h)에 대한 2차 이상의 다항식으로 정의될 수 있다. 이와 같이 측정용기의 높이에 따라 하부 검출기 모듈(31)의 높이가 조절되므로, 측정용기의 방사선을 효율적으로 측정할 수 있는 효과가 있다.
용기 검사대(40)는 폐기물 포장용기를 받치는 지지대 역할을 할 수 있다. 용기 검사대(40)는 검색대 상판부(41)와 검색대 지지부(42)를 포함할 수 있다. 검색대 상판부(41)는 포장용기(50,60)가 올려지는 부분이며 이때 검색대 상판부(41)의 구조는 감마선의 감쇄가 최소화되게 적절하게 설계될 수 있다.
검색대 지지부(42)는 측정용기를 지지하는 구성으로써, 검색대 지지부(42)는 포장용기(50,60)의 최대 하중을 고려하여 무게를 견디도록 설계될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 제1실시예를 나타낸 것으로서, 대용량의 포장용기가 검사대에 올려진 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 방사성 폐기물 포장용기 핵종분석 장치의 제2실시예를 나타낸 것으로서, 소용량의 포장용기가 검사대에 올려진 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 대형 포장용기(50)가 검사대에 올려진 상태를 나타낸다. 도 5는 임의의 크기의 포장용기(60)가 검사대에 올려진 상태를 나타낸다. 도 4 및 도 5와 같이 상부 검출기 장치 및 하부 검출기 장치는 전/후, 좌/우 또는 상/하로 움직이면서 포장용기의 크기에 상관없이 포장용기에서 방출되는 방사선을 정확하게 측정할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형, 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 포장용기 핵종분석 측정장치 20: 상부 검출기 장치
30: 하부 검출기 장치 40: 용기 검사대
50: 대형 포장용기 60: 소형 포장용기

Claims (14)

  1. 정지된 ISO 컨테이너 크기의 방사성 폐기물 포장용기의 상부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, ISO 컨테이너 크기의 상기 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출하는 상부 검출기 장치;
    상기 포장용기의 하부에 위치하고, 복수개의 방사선 검출기를 포함하며, 상기 포장용기 내부의 폐기물에서 방출되는 방사선을 검출하는 하부 검출기 장치; 및
    폐기물 포장용기를 받치는 지지대 역할을 하는 용기 검사대를 포함하고,
    상기 상부 검출기 장치는,
    복수개의 방사선 검출기를 포함하는 상부 검출기 모듈;
    상부 검출기 모듈 상/하 구동부;
    상부 검출기 모듈 지지부; 및
    상부 검출기 장치 전/후 구동부를 포함하고,
    상기 하부 검출기 장치는,
    복수개의 방사선 검출기를 포함하는 하부 검출기 모듈; 및
    상기 하부 검출기 장치의 전/후 구동부를 포함하고,
    상기 상부 검출기 모듈 및 상기 하부 검출기 모듈은 좌/우 구동부를 포함하고,
    상기 좌/우 구동부는,
    상기 상부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나 및 상기 하부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나를 좌/우로 움직이게 하고,
    상기 상부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기 중 양쪽 끝의 방사선 검출기들의 거리를 상기 포장용기의 폭의 크기에 비례하게 결정하여 상기 상부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기를 배치하고,
    상기 하부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기 중 양쪽 끝의 방사선 검출기들의 거리를 상기 포장용기의 폭의 크기에 비례하게 결정하여 상기 하부 검출기 모듈의 복수개의 방사선 검출기를 배치하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용기 검사대는,
    측정용기를 올려놓는 검색대 상판부; 및
    측정용기를 지지하는 용기 지지대를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 장치 또는 상기 하부 검출기 장치 중 적어도 하나가 상기 용기 검사대에 고정된 상기 포장용기의 길이방향으로 전/후로 이동하며 상기 포장용기 속의 폐기물에서 방출되는 방사선의 수집을 수행하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    동선을 고려하여 상기 상부 검출기 장치 또는 상기 하부 검출기 장치는 고정되고, 대신 상기 용기 검사대가 상기 포장용기를 움직여서 동일한 측정 효과를 얻는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나는 상기 하부 검출기 장치에 포함된 복수개의 방사선 검출기 중 적어도 하나와 서로 짝을 이루어 마주보는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈은 제 1 가이드 레일 위에 설치되어 움직이고, 상기 하부 검출기 모듈은 제 2 가이드 레일 위에 설치되어 움직이고, 상기 상부 검출기 모듈 및 상기 하부 검출기 모듈은 전/후의 구동이 동기화 되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈 또는 상기 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나가 상/하로 구동되어 포장용기 높이의 크기에 따라 최적의 위치로 움직여서 검색을 수행하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈 또는 상기 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는,
    감마선 측정이 가능한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈 또는 상기 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는,
    HPGe기반의 고에너지 분해능 측정이 가능한 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물 포장용기 속의 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈 또는 상기 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나에 포함되는 적어도 하나의 검출기는,
    콜리메이터가 장착되어 유효시야 (UFOV, useful field of view)를 정의하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 검출기 모듈 또는 상기 하부 검출기 모듈 중 적어도 하나는 차폐체에 둘러 쌓여 백그라운드 방사선으로부터 차폐되는 것을 특징으로 하는 방사성 폐기물에 대한 핵종분석 측정장치.
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