KR102305532B1

KR102305532B1 - 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법

Info

Publication number: KR102305532B1
Application number: KR1020200027272A
Authority: KR
Inventors: 변종인; 함돈식
Original assignee: 한국원자력안전기술원
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-27
Also published as: KR20210112114A

Abstract

본 발명은 공기 중에 함유되어 있는 불활성 기체를 효과적으로 탐지 및 분석할 수 있는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치는, 대기 중 공기 시료를 흡입하는 공기 시료 흡입부와, 흡입되는 공기 시료 중 비방사성 가스를 제거하는 불순물 제거부와, 불순물 제거부를 통과한 공기 시료 중 불활성 기체를 흡착하기 위한 제 1 흡착제를 구비하는 불활성 기체 흡착부와, 제 1 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 2 흡착제를 구비하는 1차 농축부와, 1차 농축부에서 배출되는 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 분리하고 불활성 기체의 양을 측정할 수 있는 불활성 기체 분리 및 측정유닛과, 불활성 기체 분리 및 측정유닛에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체를 흡착하기 위해 제 2 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제를 구비하는 2차 농축부와, 2차 농축부에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체의 방사선을 검출하는 방사선 검출기를 포함한다.

Description

불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법{QUALITATIVE AND QUANTITATIVE ANALYSIS APPARATUS AND METHOD FOR INERT GAS}

본 발명은 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공기 중에 함유되어 있는 제논 등의 불활성 기체를 다른 물질들과 분리하고 공기 중에 함유되어 있는 불활성 기체를 분석할 수 있는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법에 관한 것이다.

원자력발전소 사고 또는 핵실험 시 환경으로 유출될 수 있는 방사성제논과 같은 불활성 기체는 주변 물질과 화학적 상호작용을 하지 않기 때문에 원거리에서도 탐지 확률이 비교적 높으므로 사건에 대한 조기 탐지 및 원인 파악에 중요한 지표로 활용될 수 있다. 사건 발생 시 기류분석을 통해 적합한 장소에서 공기를 포집하고, 공기시료 중 수분이나 이산화탄소와 같은 불순물을 제거한 후 활성탄과 같은 흡착제를 이용하여 제논을 효과적으로 포집할 수 있다.

그러나 대기 중에서 미량의 제논을 검출하기 위해서는 포집, 순수분리 및 측정 장치가 복합적으로 구성된 특성화된 장비가 필요하다.

기존의 측정 장비는 상대적으로 부피가 크고, 고가이며, 유지 보수 비용이 많이 소요된다. 또한, 감마선에 대한 분해능이 낮은 단점이 있어 방사성 제논 동위원소 간 간섭이 크므로 검출 가능 수준이 타 동위원소에 의해 큰 영향을 받으며, 공기 시료 포집량을 산출하기 위해 대기 중 일정 비율로 존재하는 안정 제논을 분석하는 과정에서 비교적 긴 시간이 소요되어, 개선이 필요한 실정이다.

등록특허공보 제1785105호 (2017. 11. 06.)

본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 개선된 구조로 공기 중에 함유되어 있는 제논 등의 불활성 기체를 다른 물질들과 분리하고 공기 중에 함유되어 있는 불활성 기체를 효과적으로 분석할 수 있는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 불활성 기체 분리 및 측정유닛은, 불활성 기체가 포함된 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 분리하여 방사선 검출기에 공급하고, 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 공급받아 불활성 기체의 양을 측정할 수 있는 불활성 기체 분리 및 측정유닛으로서, 공급되는 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하고, 상기 방사선 검출기를 통과한 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하기 위한 사중극자 질량 분석기; 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 유입시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유입관; 상기 사중극자 질량 분석기를 통과한 가스를 상기 방사선 검출기 측으로 배출시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유출관; 상기 유입관 측으로 공급되는 가스 중 일부를 상기 사중극자 질량 분석기를 거치지 않고 바이패스시키기 위해 상기 유입관과 연결되는 바이패스관; 상기 바이패스관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 바이패스 조절밸브; 상기 사중극자 질량 분석기에서 상기 유출관을 통해 배출되는 가스 중 불활성 기체 이외의 기타 가스를 외부로 배기시키기 위해 상기 유출관과 연결되는 배기관; 상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 배기관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 배기관에 연결되는 분리 밸브; 상기 방사선 검출기를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 공급하기 위해 상기 유입관에 연결되는 분석 가스 공급관; 및 상기 분석 가스 공급관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 분석 가스 공급 조절밸브;를 포함한다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치는, 대기 중 공기 시료를 흡입하는 공기 시료 흡입부; 상기 공기 시료 흡입부를 통해 흡입되는 공기 시료 중 분석 대상 외의 불순 가스를 제거하는 불순물 제거부; 상기 불순물 제거부를 통과한 공기 시료 중 불활성 기체를 흡착하기 위한 제 1 흡착제를 구비하고, 상기 제 1 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 불활성 기체 흡착부; 상기 불활성 기체 흡착부에서 배출되는 혼합 가스 중에 포함된 불활성 기체를 흡착하기 위해 상기 제 1 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 2 흡착제를 구비하고, 상기 제 2 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 1차 농축부; 상기 1차 농축부에서 배출되는 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 분리하고, 불활성 기체의 양을 측정할 수 있는 불활성 기체 분리 및 측정유닛; 상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체를 흡착하기 위해 상기 제 2 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제를 구비하고, 상기 제 3 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 2차 농축부; 및 상기 2차 농축부에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체의 방사선을 검출하는 방사선 검출기;를 포함하고, 상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은, 상기 1차 농축부로부터 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하는 기능과, 상기 방사선 검출기로부터 가스를 공급받아 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하는 기능을 시간차를 두고 번갈아 수행하는 사중극자 질량 분석기를 포함한다.

상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은, 상기 1차 농축부를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 유입시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유입관과, 상기 사중극자 질량 분석기를 통과한 가스를 상기 2차 농축부 측으로 배출시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유출관과, 상기 1차 농축부에서 공급되는 가스 중 일부를 상기 사중극자 질량 분석기를 거치지 않고 바이패스시키기 위해 상기 유입관과 연결되는 바이패스관과, 상기 바이패스관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 바이패스 조절밸브와, 상기 사중극자 질량 분석기에서 상기 유출관을 통해 배출되는 가스 중 불활성 기체 이외의 기타 가스를 외부로 배기시키기 위해 상기 유출관과 연결되는 배기관과, 상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 배기관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 배기관에 연결되는 분리 밸브와, 상기 방사선 검출기를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 공급하기 위해 상기 유입관에 연결되는 분석 가스 공급관과, 상기 분석 가스 공급관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 분석 가스 공급 조절밸브를 포함한다.

상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은, 상기 사중극자 질량 분석기를 통과하여 상기 유출관을 통해 배출되는 가스가 유동할 수 있도록 상기 유출관에 연결되는 보관용기 연결관과, 상기 보관용기 연결관을 따라 유동하는 가스를 포집하기 위해 상기 보관용기 연결관에 연결되는 보관용기와, 상기 보관용기 연결관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 보관용기 연결관에 연결되는 유출 조절밸브를 포함한다.

본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치는, 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 추출하기 위해 상기 분석 가스 공급관에 연결되는 샘플러;를 포함하고, 상기 사중극자 질량 분석기는 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스 중 상기 샘플러에 추출되는 가스를 공급받아 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정한다.

상기 방사선 검출기는, 상기 2차 농축부를 통과한 가스를 포집하기 위한 포집 셀과, 상기 포집 셀에 포집된 가스 중 불활성 기체에서 방출되는 베타선을 검출하기 위한 베타선 검출기와, 상기 포집 셀에 포집된 가스 중 불활성 기체에서 방출되는 감마선을 검출하기 위한 감마선 검출기를 포함한다.

한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법은, (a) 대기 중 공기 시료를 흡입하는 단계; (b) 흡입되는 공기 시료 중 분석 대상 외의 불순 가스를 제거하는 단계; (c) 제 1 흡착제를 이용하여 상기 비방사성 가스가 제거된 공기 시료 중 불활성 기체를 흡착하는 단계; (d) 상기 제 1 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 1 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 1 흡착제에서 분리되는 불활성 기체를 상기 제 1 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 2 흡착제로 흡착하는 단계; (e) 상기 제 2 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 2 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 2 흡착제에서 배출되는 가스를 사중극자 질량 분석기로 공급하여 상기 사중극자 질량 분석기를 통해 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하는 단계; (f) 상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 제 2 흡착제에서 배출되어 유동하는 가스 중 일부를 외부로 배기시켜 불활성 기체를 분리하는 단계; (g) 상기 (f) 단계에서 분리된 불활성 기체를 상기 제 2 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제로 흡착하는 단계; (h) 상기 제 3 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 3 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 3 흡착제에서 분리되는 불활성 기체를 방사선 검출기에 공급하여 상기 방사선 검출기로 불활성 기체의 방사선을 검출하는 단계; 및 (i) 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 재공급하여 상기 사중극자 질량 분석기를 통해 가스 중에 포함된 불활성 기체의 양을 측정하는 단계;를 포함한다.

상기 (e) 단계에서, 상기 제 2 흡착제에서 배출되는 가스 중 일부만 상기 사중극자 질량 분석기에 공급하여 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하고, 나머지는 상기 (f) 단계로 바이패스시킬 수 있다.

상기 (i) 단계에서, 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스 중 일부를 샘플러로 추출하고, 상기 샘플러에 추출된 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 재공급하여 가스 중에 포함된 불활성 기체의 양을 측정할 수 있다.

본 발명에 따르면 흡입된 공기 시료 중의 불활성 기체를 농축시키는 공정과, 사중극자 질량 분석기로 불활성 기체가 포함된 가스를 모니터링하고 불활성 기체를 다른 가스와 분리하는 공정과, 불활성 기체가 포함된 농축 가스를 포집하여 불활성 기체의 방사선을 검출하는 공정과, 사중극자 질량 분석기를 이용하여 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하는 공정을 통해 공기 중의 불활성 기체를 효과적으로 탐지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치는 하나의 사중극자 질량 분석기를 이용하여 정성 분석 및 가스 분리 단계에서 가스 중에 포함된 불활성 기체를 다른 가스와 분리할 수 있도록 가스를 모니터링하고, 정량 분석 단계에서 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정할 수 있으므로, 부품의 수를 줄이고, 종래 고가의 장비에 비해 제조 단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치의 일부 구성을 보다 상세하게 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치를 이용한 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치에 구비되는 불활성 기체 분리 및 측정유닛의 작용을 설명하기 위한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치의 일부 구성을 보다 상세하게 나타낸 것이다.

도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)는 공기 시료 흡입부(110)와, 필터(112)와, 냉각부(114)와, 수분 제거부(116)와, 불순물 제거부(118)와, 불활성 기체 흡착부(120)와, 1차 농축부(124)와, 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)과, 2차 농축부(150)와, 캐리어 가스 공급부(154)와, 방사선 검출기(160)와, 샘플러(165)와, 제어부(170)를 포함한다. 제어부(170)는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다.

본 실시예에서는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)가 불활성 기체인 제논을 탐지하고 분석하는 것으로 예를 들어 설명한다.

본 실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)는 공기 중에 포함된 제논을 포집하고 농축하여 공기 중에 포함된 제논의 방사선과 양을 측정할 수 있다. 즉, 공기 시료 흡입부(110)로 흡입되는 공기 시료 중에 포함된 제논은 필터(112)와, 냉각부(114)와, 수분 제거부(116)와, 불순물 제거부(118)와, 1차 농축부(124)와, 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)과, 2차 농축부(150)를 차례로 통과하면서 다른 가스와 분리 및 농축된 후, 방사선 검출기(160)로 공급되어 방사선이 검출될 수 있다. 그리고 방사선 검출기(160)를 거친 제논 함유 가스는 다시 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)으로 유입되어 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)에서 제논의 양이 측정될 수 있다. 이와 같이, 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)에 의해 검출 및 측정되는 방사선과 제논의 양은 핵활동 관련 정보를 파악하는데 이용될 수 있다.

공기 시료 흡입부(110)는 대기 중 공기 시료를 흡입하여 필터(112)로 보낸다. 공기 시료 흡입부(110)로는 고용량 공기 압축장치, 또는 공기를 흡입할 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.

필터(112)는 공기 시료 흡입부(110)로부터 공기 시료를 제공받아 공기 시료 중 먼지 등을 제거한다. 필터(112)는 관로를 통해 공급부()와 연결될 수 있다. 필터(112)로는 종이 필터, 또는 공기 중의 이물질을 걸러낼 수 있는 다양한 것이 이용될 수 있다.

냉각부(114)는 필터(112)를 통과한 공기 시료를 냉각시킨다. 냉각부(114)가 공기 시료를 냉각시킴으로써 수분 제거부(116)에서 공기 시료 중 수분의 제거 효율을 높일 수 있다. 냉각부(114)는 관로를 통해 필터(112)와 연결될 수 있다. 냉각부(114)로는 펠티어 냉각장치, 또는 공기를 냉각시킬 수 있는 다양한 장치가 이용될 수 있다.

수분 제거부(116)는 냉각부(114)에서 냉각된 공기 시료를 공급받아 공기 시료 중이 수분을 제거한다. 수분 제거부(116)는 관로를 통해 냉각부(114)와 연결될 수 있다. 수분 제거부(116)로는 멤브레인 필터, 또는 공기 중 수분을 제거할 수 있는 다양한 것이 이용될 수 있다.

불순물 제거부(118)는 수분 제거부(116)에서 수분이 제거된 공기 시료 중 이산화탄소 등 분석 대상 외의 불순 가스를 제거하는 역할을 한다. 불순물 제거부(118)는 관로를 통해 수분 제거부(116)와 연결될 수 있다. 불순물 제거부(118)로는 분자체 칼럼이 이용될 수 있다. 분자체 칼럼을 이용함으로써 상대적으로 크기가 작은 비방사성 물질을 제거할 수 있다.

불활성 기체 흡착부(120)는 불순물 제거부(118)를 통과한 공기 시료 중 제논을 흡착하기 위한 것이다. 불활성 기체 흡착부(120)는 관로를 통해 불순물 제거부(118)와 연결될 수 있다. 불활성 기체 흡착부(120)는 제논을 흡착할 수 있는 제 1 흡착제(121)와, 제 1 흡착제(121)를 가열할 수 있는 오븐(122)을 포함한다. 제 1 흡착제(121)로는 Ag/ZSM-5 칼럼 등 제논을 흡착할 수 있는 다양한 흡착제가 이용될 수 있다.

불활성 기체 흡착부(120)는 캐리어 가스 공급부(154)로부터 캐리어 가스를 공급받을 수 있다. 제 1 흡착제(121)에 흡착되는 제논은 캐리어 가스 공급부(154)에서 공급되는 캐리어 가스에 의해 분리될 수 있다. 즉, 오븐(122)의 열로 제 1 흡착제(121)를 가열하면서 제 1 흡착제(121)에 캐리어 가스를 분사함으로써 제 1 흡착제(121)에 흡착된 제논을 제 1 흡착제(121)에서 분리할 수 있다. 제 1 흡착제(121)에서 분리되는 제논은 캐리어 가스에 실려 1차 농축부(124)로 이송될 수 있다. 캐리어 가스로는 질소가 이용될 수 있다.

1차 농축부(124)는 제논을 흡착할 수 있는 제 2 흡착제(125)와, 제 2 흡착제(125)를 가열할 수 있는 오븐(126)을 포함한다. 1차 농축부(124)는 관로를 통해 불활성 기체 흡착부(120)와 연결될 수 있다. 제 2 흡착제(125)로는 Ag/ZSM-5 칼럼 등 제논을 흡착할 수 있는 다양한 흡착제가 이용될 수 있다. 제 2 흡착제(125)는 제 1 흡착제(121)보다 흡착 용적이 작다. 1차 농축부(124)는 불활성 기체 흡착부(120)의 제 1 흡착제(121)에서 분리된 제논을 흡착 용적이 상대적으로 작은 제 2 흡착제(125)로 흡착함으로써 제논을 1차 농축할 수 있다.

1차 농축부(124)는 캐리어 가스 공급부(154)로부터 캐리어 가스를 공급받을 수 있다. 제 2 흡착제(125)에 흡착되는 제논은 캐리어 가스 공급부(154)에서 공급되는 캐리어 가스에 의해 분리될 수 있다. 즉, 오븐(126)의 열로 제 2 흡착제(125)를 가열하면서 제 2 흡착제(125)에 캐리어 가스를 분사함으로써 제 2 흡착제(125)에 흡착된 제논을 제 2 흡착제(125)에서 분리할 수 있다. 제 2 흡착제(125)에서 분리되는 제논은 캐리어 가스에 실려 혼합 가스 공급관(128)을 통해 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)으로 이송될 수 있다.

불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)은 1차 농축부(124)에서 배출되는 혼합 가스를 공급받아 혼합 가스 중에 포함된 제논을 분리하고, 제논의 양을 측정하기 위한 것이다. 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)은 가스를 모니터링 하고 가스 중 제논의 양을 측정할 수 있는 사중극자 질량 분석기(131, QMS, Quadrupole Mass Spectrometer)를 포함한다.

이러한 사중극자 질량 분석기(131)는 후술할 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법에서 정성 분석 및 가스 분리 단계(S15)와 정량 분석 단계(S18)를 담당할 수 있다. 즉, 정성 분석 및 가스 분리 단계(S15)에서 사중극자 질량 분석기(131)는 1차 농축부(124)를 통과한 혼합 가스 중에 포함된 제논을 다른 가스와 분리하기 위해 혼합 가스를 모니터링 할 수 있다. 그리고 정량 분석 단계(S18)에서 사중극자 질량 분석기(131)는 방사선 검출기(160)를 통과한 분석 가스 중의 제논의 양을 측정할 수 있다.

사중극자 질량 분석기(131)에는 유입관(132)과, 유출관(133)이 연결된다. 유입관(132)은 1차 농축부(124)를 통과한 혼합 가스를 사중극자 질량 분석기(131)로 유입시키기 위해 혼합 가스 공급관(128)과 연결된다. 유출관(133)은 사중극자 질량 분석기(131)를 통과한 가스를 2차 농축부(150) 측으로 배출시킨다.

1차 농축부(124)를 통과한 혼합 가스 중 일부는 유입관(132)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)로 유입되고 다른 일부는 바이패스관(134)을 따라 사중극자 질량 분석기(131)를 바이패스할 수 있다. 바이패스관(134)은 유입관(132)과 연결되고, 바이패스관(134)을 통과하는 혼합 가스는 사중극자 질량 분석기(131)를 거치지 않고 2차 농축부(150) 측으로 유동할 수 있다. 바이패스관(134)에는 바이패스관(134)을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 바이패스 조절밸브(139)가 연결된다. 바이패스 조절밸브(139)에 의해 바이패스관(134)으로 가스가 유입되거나, 바이패스관(134)을 통한 가스 유동이 차단될 수 있다. 바이패스 조절밸브(139)는 제어부(170)에 의해 제어된다.

유입관(132)에는 분석 가스 공급관(137)이 연결된다. 분석 가스 공급관(137)은 정량 분석 단계(S18)에서 방사선 검출기(160)를 통과한 분석 가스를 유입관(132)으로 가이드한다.

유출관(133)과 바이패스관(134)은 배기관(135) 및 분리 가스 공급관(136)과 연결된다. 배기관(135)은 유출관(133) 및 바이패스관(134)을 통과하는 가스 중 제논 이외의 기타 가스를 외부로 배기시키기 위한 것이고, 분리 가스 공급관(136)은 제논 이외의 가스가 분리된 분리 가스를 2차 농축부(150)로 유동시키기 위한 것이다. 배기관(135)에는 분리 밸브(141)가 연결된다. 분리 밸브(141)는 사중극자 질량 분석기(131)의 모니터링 결과에 따라 배기관(135)을 통한 가스의 유동을 단속한다. 분리 밸브(141)는 제어부(170)에 의해 제어된다.

1차 농축부(124)에서 가열되어 이송되는 혼합 가스 중에 포함된 제논과 기타 물질은 각각의 무게에 따라 시간차를 두고 흐르게 된다. 즉, 상대적으로 가벼운 가스가 먼저 사중극자 질량 분석기(131)를 통과하게 된다. 사중극자 질량 분석기(131)가 이러한 혼합 가스의 유동 패턴을 모니터링하고, 제어부(170)가 사중극자 질량 분석기(131)의 모니터링 결과에 따라 분리 밸브(141)를 제어함으로써, 혼합 가스 중 제논을 다른 가스와 분리하는 것이 가능하다. 즉, 제어부(170)가 사중극자 질량 분석기(131)의 모니터링 결과에 따라 상대적으로 가벼운 가스가 통과할 때 배기관(135)을 열어 제논 이외의 가스를 배기관(135)으로 배기시키고, 제논이 통과하는 시점에 배기관(135)을 닫고 분리 가스 공급관(136)을 개방함으로써 다른 가스와 분리된 제논을 확보할 수 있다.

사중극자 질량 분석기(131)가 혼합 가스의 유동 패턴을 모니터링 하는데 있어 1차 농축부(124)를 통과한 혼합 가스 전체가 사중극자 질량 분석기(131)로 유입되는 것은 불필요하다. 따라서, 정량 분석 단계(S18)에서 제어부(170)는 1차 농축부(124)에서 공급되는 혼합 가스 중 일부만 유입관(132)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)로 유입되고 나머지는 바이패스관(134)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)를 바이패스하도록 바이패스 조절밸브(139)를 제어하게 된다.

사중극자 질량 분석기(131)에서 유출관(133)을 통해 배출되는 가스는 보관 용기 연결관(143)을 통해 보관용기(144)로 유입될 수 있다. 보관용기(144)는 정량 분석 단계(S18)에서 사중극자 질량 분석기(131)를 통과한 가스를 수거하기 위한 것이다. 보관 용기 연결관(143)에는 유출 조절밸브(146)가 연결되고, 유출 조절밸브(146)는 보관 용기 연결관(143)을 통한 가스의 유동을 단속한다.

유출 조절밸브(146)는 제어부(170)에 의해 제어되며, 정성 분석 및 가스 분리 단계(S15)에서 보관 용기 연결관(143)을 통한 가스 유동을 차단하여 사중극자 질량 분석기(131)를 통과한 가스가 분리 밸브(141) 측으로 유동하도록 한다. 또한, 유출 조절밸브(146)는 정량 분석 단계(S18)에서 유출관(133)을 따라 유동하는 가스를 보관 용기 연결관(143)으로만 유동시키도록 제어될 수 있다.

2차 농축부(150)는 제논을 흡착할 수 있는 제 3 흡착제(151)와, 제 3 흡착제(151)를 가열할 수 있는 오븐(152)을 포함한다. 2차 농축부(150)는 분리 가스 공급관(136)과 연결되어 가스를 공급받는다. 제 3 흡착제(151)로는 CMS(carbogenic molecular sieves) 칼럼 등 제논을 흡착할 수 있는 다양한 흡착제가 이용될 수 있다. 제 3 흡착제(151)는 제 2 흡착제(125)보다 흡착 용적이 작다. 2차 농축부(150)는 다른 가스들과 분리된 제논을 1차 농축부(124)의 제 2 흡착제(125)보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제(151)로 흡착함으로써 제논을 2차 농축할 수 있다.

2차 농축부(150)는 캐리어 가스 공급부(154)로부터 캐리어 가스를 공급받을 수 있다. 제 3 흡착제(151)에 흡착되는 제논은 캐리어 가스 공급부(154)에서 공급되는 캐리어 가스에 의해 분리될 수 있다. 즉, 오븐(152)의 열로 제 3 흡착제(151)를 가열하면서 제 3 흡착제(151)에 캐리어 가스를 분사함으로써 제 3 흡착제(151)에 흡착된 제논을 제 3 흡착제(151)에서 분리할 수 있다. 제 3 흡착제(151)에서 분리되는 제논은 캐리어 가스에 실려 농축 가스 공급관(156)을 통해 방사선 검출기(160)로 이송될 수 있다. 농축 가스 공급관(156)에는 농축 가스 공급관(156)을 통한 가스 유동을 단속하기 위해 제어부(170)에 의해 제어되는 농축 가스 공급 조절밸브(158)가 연결된다.

방사선 검출기(160)는 농축 가스 공급관(156)을 통해 2차 농축부(150)에서 배출되는 가스를 공급받고 가스 중에 포함된 제논의 방사선을 검출한다. 방사선 검출기(160)는 2차 농축부(150)를 통과한 가스를 포집하기 위한 포집 셀(161)과, 포집 셀(161)에 포집된 제논에서 방출되는 방사선을 검출하기 위한 감마선 검출기(162) 및 베타선 검출기(163)를 포함한다. 감마선 검출기(162)는 제논에서 방출되는 감마선을 검출하는 것으로, 게르마늄 감마선 검출기 등 제논의 감마선을 검출할 수 있는 다양한 검출기가 이용될 수 있다. 베타선 검출기(163)는 제논에서 방출되는 감마선을 검출하기 위한 것으로, 플라스틱 섬광체 검출기 등 제논의 베타선을 측정할 수 있는 다양한 검출기가 이용될 수 있다.

샘플러(165)는 방사선 검출기(160)에서 배출되는 가스를 추출하기 위해 분석 가스 공급관(137)에 연결된다. 샘플러(165)에 추출된 분석 가스는 정량 분석을 위해 분석 가스 공급관(137)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)로 유입된다. 샘플러(165)는 포집 셀(161)의 용적보다 작은 용적을 갖는다. 정량 분석 단계(S18)에서 포집 셀(161)에 포집된 분석 가스 전체를 사중극자 질량 분석기(131)로 공급하여 분석 가스 중의 제논의 양을 측정하려면 많은 시간이 소요된다. 따라서, 샘플러(165)에 추출된 가스만 사중극자 질량 분석기(131)로 공급하여 가스 중에 포함된 제논의 양을 측정함으로써, 사중극자 질량 분석기(131)의 측정 시간을 단축할 수 있다. 그리고 포집 셀(161)의 용적과 샘플러(165)의 용적은 일정하므로, 샘플러(165)에 추출된 가스에 포함된 제논의 양이 측정되면 포집 셀(161)에 포집된 가스에 포함된 제논의 양도 계산될 수 있다.

분석 가스 공급관(137)에는 분석 가스 공급관(137)을 통한 가스 유동을 단속하기 위한 샘플러 유입 조절밸브(167) 및 분석 가스 공급 조절밸브(168)가 연결된다. 가스의 유동 방향을 기준으로 샘플러 유입 조절밸브(167)는 샘플러(165)보다 상류에 배치되고, 분석 가스 공급 조절밸브(168)는 샘플러(165)보다 하류에 배치된다. 샘플러 유입 조절밸브(167)와 분석 가스 공급 조절밸브(168)는 제어부(170)에 의해 제어된다. 샘플러 유입 조절밸브(167)는 샘플러(165)로 유입되는 가스를 단속하도록 제어되고, 분석 가스 공급 조절밸브(168)는 샘플러(165)에서 배출되는 가스를 단속하도록 제어된다. 따라서, 제어부(170)가 샘플러 유입 조절밸브(167)와 분석 가스 공급 조절밸브(168)를 적절하게 제어함으로써, 샘플러(165)에 일정량의 가스가 추출될 수 있고, 샘플러(165)에 추출된 가스가 사중극자 질량 분석기(131)로 유입될 수 있다.

제어부(170)는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 즉, 제어부(170)는 각 구성부를 연결하는 관로 중의 각종 밸브를 제어하고, 제논을 농축시키는 공정과, 제논이 포함된 가스를 모니터링하고 제논을 다른 가스와 분리하는 공정과, 제논이 포함된 농축 가스를 포집하여 제논의 방사선을 검출하는 공정과, 가스 중의 제논의 양을 측정하는 공정이 사전 설정된 순서에 맞춰 진행되도록 각 구성부를 제어하게 된다.

이하에서는, 앞서 설명한 것과 같은 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)를 이용한 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법에 대하여 설명한다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법은 공기 시료 흡입 단계(S10)와, 먼지 및 수분 제거 단계(S11)와, 비방사성 가스 제거 단계(S12)와, 불활성 기체 흡착 단계(S13)와, 1차 농축 단계(S14)와, 정성 분석 및 가스 분리 단계(S15)와, 2차 농축 단계(S16)와, 방사선 검출 단계(S17)와, 정량 분석 단계(S18)를 포함한다.

먼저, 공기 시료 흡입 단계(S10)에서 공기 시료 흡입부(110)를 통해 대기 중 공기 시료를 흡입한다.

다음으로, 먼지 및 수분 제거 단계(S11)에서 필터(112)와 수분 제거부(116)를 이용하여 공기 시료 중의 먼지와 수분을 제거한다. 이 단계에서, 필터(112)를 통과한 공기 시료를 냉각부(114)로 냉각시킨 후 수분 제거부(116)로 공급함으로써 수분 제거부(116)에 의한 수분 제거 효율을 높일 수 있다.

다음으로, 비방사성 가스 제거 단계(S12)에서 불순물 제거부(118)를 이용하여 공기 시료 중 이산화탄소 등의 비방사성 가스를 제거한다.

다음으로, 불활성 기체 흡착 단계(S13)에서 비방사성 가스가 제거된 공기 시료를 불활성 기체 흡착부(120)로 유동시켜 공기 시료 중 제논을 흡착한다. 이때, 불활성 기체 흡착부(120)의 제 1 흡착제(121)에 제논이 흡착될 수 있다.

다음으로, 1차 농축 단계(S14)에서 불활성 기체 흡착부(120)의 오븐(122)을 작동시켜 제 1 흡착제(121)를 가열하면서 제 1 흡착제(121)에 캐리어 가스를 분사하여 제 1 흡착제(121)에 흡착된 제논을 분리하고, 제 1 흡착제(121)에서 분리되는 제논을 캐리어 가스에 실어 1차 농축부(124)로 유동시킨다. 이때, 1차 농축부(124)의 제 2 흡착제(125)에 제논이 흡착될 수 있다. 제 2 흡착제(125)는 제 1 흡착제(121)보다 흡착 용적이 작으므로, 제논을 제 1 흡착제(121)에서 분리하여 제 2 흡착제(125)로 흡착함으로써 제논을 1차 농축할 수 있다.

다음으로, 정성 분석 및 가스 분리 단계(S15)에서 1차 농축부(124)의 오븐(126)을 작동시켜 제 2 흡착제(125)를 가열하면서 제 2 흡착제(125)에 캐리어 가스를 분사하여 제 2 흡착제(125)에 흡착된 제논을 분리하고, 제 2 흡착제(125)에서 분리되는 제논을 캐리어 가스에 실어 불활성 기체 분리 및 측정유닛(130)으로 유동시킨다. 1차 농축부(124)를 통과한 혼합 가스 전체가 사중극자 질량 분석기(131)로 유입되는 것은 불필요하므로, 제어부(170)는 1차 농축부(124)에서 공급되는 혼합 가스 중 일부만 유입관(132)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)로 유입되고 나머지는 바이패스관(134)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)를 바이패스하도록 바이패스 조절밸브(139)를 제어한다.

유입관(132)으로 유동하는 혼합 가스는 사중극자 질량 분석기(131)로 공급되어 사중극자 질량 분석기(131)가 혼합 가스를 모니터링 하게 된다. 사중극자 질량 분석기(131)를 통과한 가스는 바이패스관(134)을 따라 유동하는 가스와 함께 분리 밸브(141) 측으로 유동한다. 이때, 제어부(170)는 사중극자 질량 분석기(131)의 모니터링 결과에 따라 분리 밸브(141)를 제어하여 상대적으로 가벼운 가스가 통과할 때 배기관(135)을 열어 제논 이외의 가스를 배기관(135)으로 배기시키고, 제논이 통과하는 시점에 배기관(135)을 닫고 분리 가스 공급관(136)을 개방하는 방식으로 제논을 다른 가스와 분리할 수 있다.

다음으로, 2차 농축 단계(S16)에서 다른 가스가 제거된 분리 가스를 분리 가스 공급관(136)을 통해 2차 농축부(150)에 공급한다. 이때, 2차 농축부(150)의 제 3 흡착제(151)에 분리 가스에 포함된 제논이 흡착될 수 있다. 제 3 흡착제(151)는 제 2 흡착제(125)보다 흡착 용적이 작으므로, 제 2 흡착제(125)에서 분리된 제논을 제 3 흡착제(151)로 흡착함으로써 제논을 2차 농축할 수 있다.

다음으로, 방사선 검출 단계(S17)에서 2차 농축부(150)의 오븐(152)을 작동시켜 제 3 흡착제(151)를 가열하면서 제 3 흡착제(151)에 캐리어 가스를 분사하여 제 3 흡착제(151)에 흡착된 제논을 분리하고, 제 3 흡착제(151)에서 분리되는 제논을 캐리어 가스에 실어 방사선 검출기(160)에 공급한다. 이때, 방사선 검출기(160)의 포집 셀(161)에 제논이 포집되고, 방사선 검출기(160)의 감마선 검출기(162) 및 베타선 검출기(163)가 포집 셀(161)에 포집된 제논에서 방출되는 감마선 및 베타선을 검출할 수 있다.

다음으로, 정량 분석 단계(S18)에서 도 5에 나타낸 것과 같이, 방사선 검출기(160)의 포집 셀(161)에 포집된 제논을 분석 가스 공급관(137)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)로 재유입시켜 사중극자 질량 분석기(131)로 제논의 양을 측정하게 된다. 이때, 포집 셀(161)에 포집된 가스 중 일부 가스만 샘플러(165)로 추출하고, 샘플러(165)에 추출된 가스만 사중극자 질량 분석기(131)에 공급한다. 샘플러(165)에 추출된 가스만 사중극자 질량 분석기(131)로 공급하여 가스 중에 포함된 제논의 양을 측정함으로써, 사중극자 질량 분석기(131)의 측정 시간을 단축할 수 있다. 포집 셀(161)의 용적과 샘플러(165)의 용적은 일정하므로, 샘플러(165)에 추출된 가스에 포함된 제논의 양이 측정되면 포집 셀(161)에 포집된 가스에 포함된 제논의 양도 계산될 수 있다.

정량 분석 단계(S18)에서 유출관(133)을 통해 사중극자 질량 분석기(131)에서 배출되는 가스는 보관 용기 연결관(143)을 통해 보관용기(144)로 공급되어 보관용기(144)에 보관될 수 있다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면 흡입된 공기 시료에 포함된 제논을 농축시키는 공정과, 사중극자 질량 분석기(131)로 제논이 포함된 가스를 모니터링하고 제논을 다른 가스와 분리하는 공정과, 제논이 포함된 농축 가스를 포집하여 제논의 방사선을 검출하는 공정과, 사중극자 질량 분석기(131)를 이용하여 가스 중의 제논의 양을 측정하는 공정이 정해진 순서에 따라 수행됨으로써 공기 중의 제논을 효과적으로 탐지할 수 있다.

이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 앞서서는 본 발명에 따른 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치(100)가 제논을 탐지하고 분석하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 제논 이외의 다양한 다른 불활성 기체를 탐지하고 분석하는데 이용될 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

100 : 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치
110 : 공기 시료 흡입부
112 : 필터 114 : 냉각부
116 : 수분 제거부 118 : 불순물 제거부
120 : 불활성 기체 흡착부 121 : 제 1 흡착제
122, 126, 152 : 오븐 124 : 1차 농축부
125 : 제 2 흡착제 130 : 불활성 기체 분리 및 측정유닛
131 : 사중극자 질량 분석기 132 : 유입관
133 : 유출관 134 : 바이패스관
135 : 배기관 136 : 분리 가스 공급관
137 : 분석 가스 공급관 143 : 보관 용기 연결관
144 : 보관용기 150 : 2차 농축부
151 : 제 3 흡착제 154 : 캐리어 가스 공급부
160 : 방사선 검출기 161 : 포집 셀
162 : 감마선 검출기 163 : 베타선 검출기
165 : 샘플러 170 : 제어부

Claims

불활성 기체가 포함된 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 분리하여 방사선 검출기에 공급하고, 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 공급받아 불활성 기체의 양을 측정할 수 있는 불활성 기체 분리 및 측정유닛으로서,
공급되는 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하고, 상기 방사선 검출기를 통과한 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하기 위한 사중극자 질량 분석기;
가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 유입시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유입관;
상기 사중극자 질량 분석기를 통과한 가스를 상기 방사선 검출기 측으로 배출시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유출관;
상기 유입관 측으로 공급되는 가스 중 일부를 상기 사중극자 질량 분석기를 거치지 않고 바이패스시키기 위해 상기 유입관과 연결되는 바이패스관;
상기 바이패스관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 바이패스 조절밸브;
상기 사중극자 질량 분석기에서 상기 유출관을 통해 배출되는 가스 중 불활성 기체 이외의 기타 가스를 외부로 배기시키기 위해 상기 유출관과 연결되는 배기관;
상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 배기관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 배기관에 연결되는 분리 밸브;
상기 방사선 검출기를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 공급하기 위해 상기 유입관에 연결되는 분석 가스 공급관; 및
상기 분석 가스 공급관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 분석 가스 공급 조절밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 분리 및 측정유닛.
대기 중 공기 시료를 흡입하는 공기 시료 흡입부;
상기 공기 시료 흡입부를 통해 흡입되는 공기 시료 중 분석 대상 외의 불순 가스를 제거하는 불순물 제거부;
상기 불순물 제거부를 통과한 공기 시료 중 불활성 기체를 흡착하기 위한 제 1 흡착제를 구비하고, 상기 제 1 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 불활성 기체 흡착부;
상기 불활성 기체 흡착부에서 배출되는 혼합 가스 중에 포함된 불활성 기체를 흡착하기 위해 상기 제 1 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 2 흡착제를 구비하고, 상기 제 2 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 1차 농축부;
상기 1차 농축부에서 배출되는 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 분리하고, 불활성 기체의 양을 측정할 수 있는 불활성 기체 분리 및 측정유닛;
상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체를 흡착하기 위해 상기 제 2 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제를 구비하고, 상기 제 3 흡착제로부터 불활성 기체를 분리하기 위한 캐리어 가스를 공급받을 수 있는 2차 농축부; 및
상기 2차 농축부에서 배출되는 가스 중에 포함된 불활성 기체의 방사선을 검출하는 방사선 검출기;를 포함하고,
상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은,
상기 1차 농축부로부터 가스를 공급받아 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하는 기능과, 상기 방사선 검출기로부터 가스를 공급받아 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하는 기능을 시간차를 두고 번갈아 수행하는 사중극자 질량 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은,
상기 1차 농축부를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 유입시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유입관과,
상기 사중극자 질량 분석기를 통과한 가스를 상기 2차 농축부 측으로 배출시키기 위해 상기 사중극자 질량 분석기에 연결되는 유출관과,
상기 1차 농축부에서 공급되는 가스 중 일부를 상기 사중극자 질량 분석기를 거치지 않고 바이패스시키기 위해 상기 유입관과 연결되는 바이패스관과,
상기 바이패스관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 바이패스 조절밸브와,
상기 사중극자 질량 분석기에서 상기 유출관을 통해 배출되는 가스 중 불활성 기체 이외의 기타 가스를 외부로 배기시키기 위해 상기 유출관과 연결되는 배기관과,
상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 배기관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 배기관에 연결되는 분리 밸브와,
상기 방사선 검출기를 통과한 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 공급하기 위해 상기 유입관에 연결되는 분석 가스 공급관과,
상기 분석 가스 공급관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위한 분석 가스 공급 조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 불활성 기체 분리 및 측정유닛은,
상기 사중극자 질량 분석기를 통과하여 상기 유출관을 통해 배출되는 가스가 유동할 수 있도록 상기 유출관에 연결되는 보관용기 연결관과,
상기 보관용기 연결관을 따라 유동하는 가스를 포집하기 위해 상기 보관용기 연결관에 연결되는 보관용기와,
상기 보관용기 연결관을 통한 가스의 유동을 단속하기 위해 상기 보관용기 연결관에 연결되는 유출 조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 추출하기 위해 상기 분석 가스 공급관에 연결되는 샘플러;를 포함하고,
상기 사중극자 질량 분석기는 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스 중 상기 샘플러에 추출되는 가스를 공급받아 가스 중의 불활성 기체의 양을 측정하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 방사선 검출기는,
상기 2차 농축부를 통과한 가스를 포집하기 위한 포집 셀과,
상기 포집 셀에 포집된 가스 중 불활성 기체에서 방출되는 베타선을 검출하기 위한 베타선 검출기와,
상기 포집 셀에 포집된 가스 중 불활성 기체에서 방출되는 감마선을 검출하기 위한 감마선 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 장치.
(a) 대기 중 공기 시료를 흡입하는 단계;
(b) 흡입되는 공기 시료 중 분석 대상 외의 불순 가스를 제거하는 단계;
(c) 제 1 흡착제를 이용하여 비방사성 가스가 제거된 공기 시료 중 불활성 기체를 흡착하는 단계;
(d) 상기 제 1 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 1 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 1 흡착제에서 분리되는 불활성 기체를 상기 제 1 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 2 흡착제로 흡착하는 단계;
(e) 상기 제 2 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 2 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 2 흡착제에서 배출되는 가스를 사중극자 질량 분석기로 공급하여 상기 사중극자 질량 분석기를 통해 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하는 단계;
(f) 상기 사중극자 질량 분석기의 모니터링 결과에 따라 상기 제 2 흡착제에서 배출되어 유동하는 가스 중 일부를 외부로 배기시켜 불활성 기체를 분리하는 단계;
(g) 상기 (f) 단계에서 분리된 불활성 기체를 상기 제 2 흡착제보다 흡착 용적이 작은 제 3 흡착제로 흡착하는 단계;
(h) 상기 제 3 흡착제에 캐리어 가스를 공급하여 상기 제 3 흡착제에 흡착된 불활성 기체를 분리하고, 상기 제 3 흡착제에서 분리되는 불활성 기체를 방사선 검출기에 공급하여 상기 방사선 검출기로 불활성 기체의 방사선을 검출하는 단계; 및
(i) 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 재공급하여 상기 사중극자 질량 분석기를 통해 가스 중에 포함된 불활성 기체의 양을 측정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 (e) 단계에서, 상기 제 2 흡착제에서 배출되는 가스 중 일부만 상기 사중극자 질량 분석기에 공급하여 가스 중에 포함된 불활성 기체를 모니터링하고, 나머지는 상기 (f) 단계로 바이패스시키는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 (i) 단계에서, 상기 방사선 검출기에서 배출되는 가스 중 일부를 샘플러로 추출하고, 상기 샘플러에 추출된 가스를 상기 사중극자 질량 분석기로 재공급하여 가스 중에 포함된 불활성 기체의 양을 측정하는 것을 특징으로 하는 불활성 기체 정성 및 정량 분석 방법.