KR102308130B1 - 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 중성자투과검사 장치 및 이를 이용한 영상화 신호 검출 및 취득 방법에 관한 것으로서, 입자가속기를 구비한 중성자 발생장치를 사용하여 중성자 비파괴검사의 섬광체에서 발생한 자기장을 검출하고, 이 신호를 아날로그-디지털변환기로 송신하여 디지털신호로 변환하고 단말기로 전송하여 시각적으로 나타내기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 종래의 중성자투과검사를 위한 중성자 영상 취득 방법으로 광학필름과 카메라를 사용함에 따라 수반되는 고가의 장비, 촬영하는 검사자의 숙련도가 없더라도, 손쉽게 비파괴 검사를 할 수 있도록 하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은, 섬광체 후방의 전자기장을 반도체 기반의 고감도 전자기센서로 검출하여 디지털 신호로 변환하고, 이것을 검사자가 검사 중에 단말기 화면에서 실시간으로 판독하여 검사결과를 즉시 도출할 수 있으므로 검사시간이 단축되고, 검사 효율 및 신뢰도가 증대되며, 소요 인건비를 감축할 수 있고, 단위시간당 검사가능 물량을 확대할 수 있는 효과가 있다.

Description

입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치{NEUTRON RADIOGRAPHY EQUIPMENT WITH PARTICLE ACCELERATOR AND NEUTRON IMAGING SIGNAL DETECTION}
본 발명은 중성자투과검사 장치 및 이를 이용한 영상화 신호 검출 및 취득 방법에 관한 것으로서, 입자가속기를 구비한 중성자 발생장치를 사용하여 중성자 비파괴검사의 섬광체에서 발생한 전자기장 변화를 검출하고, 이 신호를 아날로그-디지털변환기로 송신하여 디지털신호로 변환하고 단말기로 전송하여 시각적으로 나타내기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 중성자 발생장치를 사용하여 피검체를 투과한 중성자와 섬광체 사이의 핵반응에 의해 발생한 전자기장 변화를 반도체 기반의 고감도 전자기센서로 검출하고, 이것을 아날로그-디지털변환기로 송신하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
비파괴검사는 검사대상 피검체를 분해 또는 파괴하지 않고 표면을 포함한 내부 구조나 특성을 검사하여 피검체의 건전성 또는 향후 계속사용 여부를 결정하기 위한 기술로서 원자력발전소를 포함한 중요 산업분야에서 필수적인 기술이다. 특히 최근 산업분야가 첨단화되어 제품의 품질과 안전성이 크게 요구되고 있기 때문에 비파괴검사 기술의 중요성이 크게 부각되고 있다.
비파괴검사는 각종 산업, 공업 제품의 품질검사, 건축물, 상하수도, 가스나 석유의 파이프라인, 저장탱크, 발전소, 항공기, 철도, 선박, 건설기계의 제작, 정비, 보수시 결함의 유무를 확인하거나 사용 중인 구조물이나 부품의 마모, 부식 상황 확인, 안전성 검사 등 제품의 공장제작, 원소재검사, 가동중 검사, 재료물성 검사의 다양한 분야에서 활용되고 있다. 그리고 원자력안전법, 산업안전법 등의 안전에 관한 법령에서 규정한 국가 중요 설비, 기기, 구조물은 공장제작 또는 사용/가동 중에 산업기술기준 또는 산업표준에 따른 적합한 비파괴검사를 통해 결함의 유무를 확인하는 것이 필수이다.
이러한 비파괴검사 방법은 일반적으로 피검체의 외부 표면상태를 검사하기 위한 표면검사법(surface methods)과 피검체의 외면을 포함한 내부까지 검사할 수 있는 체적검사법(volumetric methods)으로 대분하여 적용되고 있으며, 표면검사법으로는 침투검사(PT), 자분검사(MT), 와전류검사(ECT) 기술 등이 있으며, 체적검사법으로는 초음파검사(UT), 방사선투과검사(RT), 음향방출검사(AET) 기술 등의 방식이 있고, 기타로는 누설검사(LT) 기술이 산업분야에 적용되고 있다.
이 중 본 발명이 적용되는 중성자투과검사(neutron radiography)는 체적검사 방법으로서, 방사선투과검사(RT) 기술에 속한다. 중성자투과검사는 중성자 방사선을 이용하여 검사대상 피검체의 내외부 상태를 있는 그대로 가시적으로 관찰할 수 있는 강력한 비파괴검사 기술이며, 기본 원리는 중성자가 물질을 투과할 때 결함 존재 여부, 물성 변화 등과 같은 물질 상태에 따라 중성자 강도가 다르게 감쇠되는 현상을 이용하여 피검체의 상태 또는 건전성을 높은 신뢰도로 검사한다. 주로 피검체에 발생할 수 있는 결함을 검출하고 그 크기와 형태를 확인하는데 사용된다.
현재 중성자투과검사 결과 얻어지는 상을 관찰하기 위해 일반적으로 두 가지의 방법이 적용되고 있는데, 첫째는 섬광체 후방에 광학필름을 설치하여 광선에 의한 잠상을 얻은 후 이를 화학적으로 현상하여 필요한 영상을 얻는 방법이다. 그런데 이러한 광학필름을 사용한 중성자투과검사 영상 취득방법은 필름현상 처리에 시간이 많이 소요되고 폐기 화학물질 배출 등의 단점을 가지고 있다.
둘째는 필름 대신으로 카메라를 설치하여 필요한 영상을 취득하는 방법이다. 도 1은 종래의 중성자투과검사에 따른 측정장치 구성도를 나타내는 도면이다. 도 1을 참조하면, 카메라를 통해 영상을 취득하는 방법으로서, 중성자원으로부터 원하는 방향으로 중성자를 보내주는 역할을 수행하는 빔 포트(1), 빔 포트(1)와 소정의 거리를 유지하며 배치되는 측정대상물 피검체(P), 피검체(P)의 이면과 이격 배치되어, 중성자를 빛으로 바꿔주는 전환막(2), 유해 방사선으로부터 카메라를 보호하기 위해 빛의 방향을 90도 꺾어주는 거울(3), 거울(3)에서 꺾여진 전환막(2)으로부터의 빛을 모으는 렌즈(6), 렌즈(6)로부터 받아들여진 빛을 저장하는 CCD카메라(4), 거울(3)을 고정시키면서 외부로부터 유입되는 빛을 차단해주는 암박스(5), CCD카메라(4)로부터 저장된 빛을 디지털 이미지로 변환시키는 이미지 프로세서(7)로 구비된다. 이러한 카메라를 사용하는 방법은 영상 취득의 성공 여부와 해상도가, 사용되는 카메라 성능과 설정 촬영조건에 따라 결정되기 때문에 필요한 영상을 얻기 위해, 고가의 장비와 고도의 촬영기술이 요구되는 단점을 가지고 있다.
현재, 방위 및 안보분야의 항공기 로터 블레이드, 엔진 터빈 블레이드, 허니컴 구조물 검사, 폭발물 화약 및 액체연료 충진 검사, 반도체 미세회로기판, 문화재 내부 비파괴검사, 2차 전지 내부 유체 거동검사, 전기수소자동차 연료탱크 및 구조물, 바이오생명공학 등 국가 방위 및 안보, 특히 4차 산업혁명 관련 첨단분야에 필수적인 비파괴검사 기술로서 이 같은 두 가지 방법의 중성자투과검사가 활용되고 있다.
그런데 국내외의 4차 산업혁명 관련 첨단산업기술의 발전에 따라 중성자투과검사의 수요 및 그 기술의 적용 필요성이 날로 증대되는 상황이나, 전술한 두 가지의 영상 취득방법상의 어려움으로 인해 중성자투과검사가 일반화되지 못하고 있는 실정이다. 따라서 중성자투과검사 영상 취득을 위해 종래의 광학필름과 카메라를 사용하지 않고도, 검사자가 범용적으로 숙련도 없이도 손쉽게 검사하고, 그 결과를 실시간으로 취득하며, 피검체의 건전성을 비파괴적으로 관찰할 수 있는 중성자투과검사 디지털 영상화 처리 방법의 개발이 요구되고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 종래의 중성자투과검사를 위한 중성자 영상 신호 취득 방법으로 광학필름과 카메라를 사용함에 따라 수반되는 여러 어려움과 단점을 해소하고, 검사자가 검사 중에 실시간으로 검사결과를 판독할 수 있도록 하는 중성자투과검사 장치 및 이를 이용한 중성자 영상화 신호 검출 및 취득 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 중성자투과검사의 중성자 섬광체 후방에서 발생한 광선, 전자기장 변화를 검출하기 위해 종래의 광학필름과 카메라 대신, 반도체 기반의 고감도 전자기센서를 사용하는 장치 및 이를 활용한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 중성자가 섬광체 물질과 반응하여 발생한 광선, 전자기장 변화를 통해, 실시간으로 검사자가 검사결과를 판독할 수 있도록 하는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 다수의 센서에도 불구하고 최소한의 연결 구성만을 사용할 수 있도록 설계된 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 중성자 영상화 신호를 검출하고 취득하기 위해 사용되는 중성자투과검사 장치에 있어서, 입자가속기(111)를 통해 중성자를 발생시켜 피검체(P)에 조사하는 방사선 선원(100); 상기 방사선 선원(100)으로부터 피검체(P)를 투과하여 방출되는 광선, 방사선 또는 전자기장 변화를 검출하여 상기 피검체(P)에 대한 영상 정보를 수집하는 영상 검출부(200); 상기 영상 검출부(200)에 의해 검출된 신호를 변환하기 위한 정보변환부(300); 및 상기 정보변환부(300)로부터 제공된 신호를 영상 정보로 변환하여 출력하기 위한 정보출력부(400)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치를 제공한다.
상기 영상 검출부(200)는: 피검체(P)의 후방에 배치되는 섬광체(210); 및 상기 섬광체(210)의 후방에 배치되는 광선 검출기(220);를 포함하여 구성되고, 상기 광선 검출기(220)는 등간격으로 배치되는 복수의 전자기센서(221)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 광선 검출기(200)는: 복수의 전자기센서모듈(225)이 횡으로 배치되고, 상기 각 전자기센서모듈(225)에는 종으로 복수의 전자기센서(221)가 배치되며, 복수의 각 전자기센서(221)에는 전자스위치(종)(222)가 각각 연결되고, 상기 복수의 전자스위치(종)(222)은 하나의 회로선(종)에 일정 간격으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 전자기센서모듈(225)은, 각 회로선(종)(224)의 일단이 단일 회로선(횡)(226)에 병렬 연결되고, 각 전자기센서모듈(225)에 구비된 각 회로선(종)(224)과 상기 단일 회로선(횡)(226)의 사이에는, 각각 전자스위치(횡)(223)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 복수의 전자스위치(횡)(223)는 각 전자기센서모듈(225)에 따라 시간차를 두고 순차적으로 교대 개폐되는 것을 특징으로 한다.
또한, 입자가속기(111)를 통해 중성자를 발생시켜 피검체(P)에 조사하는 방사선 선원(100); 상기 방사선 선원(100)으로부터 피검체(P)를 투과하여 방출되는 광선, 방사선 또는 전자기장 변화를 검출하여 상기 피검체(P)에 대한 영상 정보를 수집하는 영상 검출부(200); 상기 영상 검출부(200)에 의해 검출된 신호를 변환하기 위한 정보변환부(300); 및 상기 정보변환부(300)로부터 제공된 신호를 영상 정보로 변환하여 출력하기 위한 정보출력부(400)를 포함하고, 상기 영상 검출부(200)는: 피검체(P)의 후방에 배치되는 섬광체(210); 및 상기 섬광체(210)의 후방에 배치되는 광선 검출기(220);를 포함하여 구성되고, 상기 광선 검출기(220)는 등간격으로 배치되는 복수의 전자기센서(221)를 포함하여 구성되는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치를 이용한 중성자 영상화 신호 검출 및 취득 방법에 있어서, (1) 입자가속기(111)에서 중성자를 발생시키는 단계; (2) 상기 중성자를 피검체(P)에 투과시키는 단계; (3) 상기 피검체(P)를 투과한 중성자가 섬광체(210)에 조사되는 단계; (4) 상기 섬광체(210)에서 생성되는 광선, 방사선 또는 전자기장 변화를 광선 검출기(220)에서 검출하는 단계; (5) 정보변환부(300)가 광선 검출기(220)에서 검출된 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 (6) 정보출력부(400)가 상기 디지털 신호를 영상 정보로 변환하여 출력하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치를 이용한 중성자 영상화 신호 검출 및 취득 방법을 제공한다.
상기 (4) 단계는: 전자기센서모듈(225) 내의 각 행에 종으로 배치된 복수의 전자기센서(221)에 연결된 각 전자스위치(종)(222)를 순차적으로 ON시켜, 복수의 전자기센서(221) 감지 신호를 회로선(종)(224)을 통해 순차적으로 발신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (4) 단계는: 각 전자기센서모듈(225)의 회로선(종)(224) 일단과 단일 회로선(횡)(226)의 사이에 구비되는 복수의 전자스위치(횡)(223)을 각 전자기센서모듈(225)에 따라 시간차를 두고 순차적으로 교대 ON시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은, 종래의 중성자투과검사를 위한 중성자 영상 취득 방법으로 광학필름과 카메라를 사용함에 따라 수반되는 고가의 장비, 촬영하는 검사자의 숙련도를 요구하지 않으면서도, 손쉽게 비파괴 검사를 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 섬광체 후방의 광선, 전자기장을 반도체 기반의 고감도 전자기센서로 검출하여 디지털 신호로 변환하고, 이것을 검사자가 검사 중에 단말기 화면에서 실시간으로 판독하여 검사결과를 즉시 도출할 수 있으므로 검사시간이 단축되고, 검사 효율 및 신뢰도가 증대되며, 소요 인건비를 감축하고, 단위시간당 검사가능 물량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 광선 검출기를 구성하는 전자기센서에 필요한 출력 케이블의 수를 최소화함으로써, 장치의 무게, 부피, 설치공간, 제작 비용을 줄이고 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 중성자투과검사에 따른 측정장치 구성도를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치의 구성을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예인 중성자 신호 검출 방법 및 신호 취득 방법을 실시하기 위한 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 검출부의 형상 및 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 검출부의 회로 연결관계를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 소형 입자가속기인, 사이클로트론이 구비된 중성자투과검사 장비 및 방법에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 한가지의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 또한, 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치의 구성을 나타낸 개념도이다. 도 2를 참조하면, 크게 방사선 선원(100), 영상 검출부(200), 정보변환부(300) 및 정보출력부(400)를 포함하도록 구성된다.
방사선 선원(100)은 방사선을 발생시켜 피검체(P)에 조사하는 장치이며, 중성자선을 발생하는 것을 특징으로 하되, 일반적으로 사용되는 다양한 장치가 적용될 수도 있을 것이다.
영상 검출부(200)는 방사선 선원(100)으로부터 피검체(P)를 투과하여 방출되는 에너지 스펙트럼, 광선, 전자기장 등을 검출하여, 영상을 생성하기 위한 정보를 수집하는 장치이다. 영상 검출부(200)에는 섬광체(210)와 광선 검출기(220)를 구비하며, 광선 검출기(220)는 다수의 전자기센서모듈(225, 225-1,…, 225-n)을 포함하고 있고, 전자기센서모듈(225)은 각 다수의 전자기센서(221)와 전자스위치(222)를 그룹으로 묶어 구분되는 구성이다.
피검체(P)에 방사선이 조사된 후 피검체(P)에서 방출되는 광선, 전자기장을 검출하여 피검체(P)의 성분이나 영상용 정보를 섬광체(210)와 광선 검출기(220)를 통해 수집할 수 있다. 이렇게 수집된 정보는 정보변환부(300)의 A/D변환기(310)에서 디지털 신호로 변환되어, 정보출력부(400)를 통해 검사자에게 제공된다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예인 중성자 신호 검출 방법 및 신호 취득 방법을 실시하기 위한 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 입자가속기가 구비된 중성자발생장치의 중성자 디지털 영상화 장치는 크게, 방사선 선원(100), 영상 검출부(200), 정보변환부(300) 및 정보출력부(400)를 포함하고, 방사선 선원(100)은 입자 가속기부(110)와 중성자 빔 발생장치부(120)를 포함하도록 구성된다.
입자 가속기부(110)는 이온을 가속하여 입자 빔을 생성하는 장치로서, 본 발명에서는 소형의 사이클로트론(111)을 사용한다. 사이클로트론(111)을 구성하는 각 구성이나 기기는 차량에 탑재하여 이동이 가능하도록 소형화 하는 것이 바람직하며, 그 출력은 1 내지 13 MeV 범위가 되도록 하고, 전원공급장치(112)로부터 전력을 공급받는다. 사이클로트론(111)은 빔 튜브(113)와 연결되며, 빔 튜브(113)는 사이클로트론(111)으로부터 중성자 빔 발생장치부(120)의 표적(121)으로 입자 이온 빔(114)의 경로가 형성되도록 구성되고, 빔 튜브(113)의 내부는 빔 이송 효율을 높이기 위해 진공조건으로 형성되는 것이 바람직하다.
사이클로트론(111)에서 제공된 입자빔은 중성자를 발생시키기 위해 중성자 빔 발생장치부(120)의 표적(121)에 입사되도록 하고, 발생시키고자 하는 중성자에 따라 사이클로트론(111)의 출력이 결정될 수 있다. 입자빔은 일 예로, 표적(121)에서 열외 중성자를 발생시키고자 하는 경우, 전자 또는 양성자와 같은 하전입자 이온이 될 수 있다.
중성자 빔 발생장치부(120)는 사이클로트론(111)에서 발생된 입자빔(114)이 표적으로 조사되어 중성자가 생성되며, 생성된 중성자 방사선(126)은 검사 테이블에 위치한 검사대상 피검체(P)로 조사될 수 있도록 한다. 중성자 빔 발생장치부(120)는 일반적으로 표적(Target; 121), 표적 냉각장치(122), 반사체(Reflector; 123), 감속재(Moderator; 124), 집속기(Collimator; 125), 차폐재(127)를 포함하여 구성될 수 있다.
표적(121)은 사이클로트론(111)에서 발생한 입자빔(114)이 조사되어 중성자를 발생시키는 구성으로서, 입자빔이 조사됨에 따라 발생되는 열에너지를 배출할 수 있도록 표적 냉각장치(122)와 연결되도록 한다. 표적(121)의 재질은 예를 들어, 리튬(Li), 베릴륨(Be), 탄탈(Ta) 또는 텅스텐(W)과 같은 중성자 반응확률이 높은 금속재질로 구성될 수 있다.
감속재(124)는 표적(121)으로부터 발생된 중성자선의 에너지를 감속시키는 구성으로서, 감속재(124)는 중성자선 에너지의 감속 정도에 따른 재료를 선택할 수 있다. 예컨대, 감속재(124)는 불화 리튬, 불화 알루미늄 및 불화 마그네슘 등의 재질 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
집속기(125)는 중성자선(126)이 불필요한 곳으로 조사되는 것을 차단하고 중성자선 중앙에 집속하여 피검체(P)로 향하도록 하는 구성이며, 예를 들어 확산형 집속기는 중성자선(126)이 피검체(P)에 집중하여 조사되도록 기능한다.
피검체(P)에 중성자가 조사된 후, 피검체(P) 후방의 영상 검출부(200)로 투과된 중성자가 도달하게 된다. 영상 검출부(200)는 섬광체(210) 및 광선 검출기(220)를 포함하여 구성되며, 광선 검출기(220)는 중성자 섬광체(210) 후방에 부착되어 중성자와 섬광체(210) 물질 사이에 발생한 핵반응 부산물인 전자기장을 검출한다. 중성자 빔 발생장치부(120)에서 생산된 중성자는 검사대상 피검체(P) 후방에 놓인 중성자 섬광체(210)를 구성하는 물질과 핵반응을 일으켜 X-선, 감마선, 입자방사선, 가시광선 및 전자기장 등을 발생시킨다. 섬광(Scintillation) 현상은 섬광체(210)에 방사선을 조사할 때, 방사선 조사와 동시에 빛이 발생하는 현상이며, 이때 발생한 각종 빛이나 전자기장 변화를 측정하여 방사선 정보를 획득하고, 이 정보를 적절한 방식으로 처리함으로써, 방사선 영상을 획득할 수 있다. 기존의 중성자 비파괴검사에서는 가시광선을 광학필름에 상을 맺히게 하거나 카메라로 광선을 촬영하여 검사결과를 얻어 오는 방식이었으나, 이에 반해 본 발명은 전자기장을 활용하고자 하며, 반도체 기반의 고감도 전자기센서(홀센서, 거대자기저항 센서 등)(221)로 검출한다.
영상 검출부(200)에서 제공된 아날로그 전기적 신호는 정보변환부(300)로 제공되어, A/D변환기(310)에서 디지털 신호로 변환되고, 이 디지털 데이터는 정보출력부(400)로 제공되어, 검사자가 제어단말기(410)로 실시간(realtime) 확인하거나, 또는 서버(420) 등에 저장, 전송될 수 있게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 영상 검출부의 형상 및 구조를 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 영상 검출부(200)는 광선 검출기(220)를 구비하고, 광선 검출기(220)는 전자스위치(종)(222), 전자스위치(횡)(223), 회로선(종)(224), 전자기센서(221) 및 회로선(횡)(226)을 포함하여 구성된다.
영상 검출부(200)의 각 열을 구성하는 전자기센서모듈(225)에는 전자기센서(221)가 종방향으로 m개가 배치되어 각 그룹을 형성하고, 이 전자기센서모듈(221)은 광선 검출기(220)의 횡방향으로 n개가 배치된다. 전자기센서모듈(225)을 구성하는 각 전자기센서(221)는 각각 연결되는 전자스위치(222)를 구비하여 일정한 시간차를 두고 순차적으로 개폐(ON/OFF)됨으로써 전자기센서(221)에서 얻어진 전기적 신호를 순차적으로 회로선(224)을 통해 아날로그-디지털 변환기(310)로 전송한다.
이를 통해, 광선 검출기(220)를 구성하는 m × n개 전자기센서(221)의 출력을 아날로그-디지털(A/D) 변환기(310)로 송신하기 위한 출력 케이블의 수량이 m × n개에서 n개로 감소되고, 이에 따라 장치의 무게, 부피, 설치공간, 비용 등이 획기적으로 감소되는 효과가 있다.
또한, 상기 각 전자기센서모듈(225)에는 전자스위치(횡)(223)가 구비되어 일정한 시간차를 두고 순차적으로 닫힘으로써, 인접한 전자기센서모듈(225)을 구성하는 각 전자기센서와 혼선(Crosstalk)에 의한 잡음 발생을 방지한다.
상기 아날로그-디지털 변환기(310)는 광선 검출기(220)를 구성하는 각 전자기센서(221)로부터 전기적인 신호를 수신하고, 이것을 디지털 신호로 변환하여 단말기 화면(410)에 나타내거나 서버(420)로 전송, 저장한다.
광선 검출기(220)를 구성하는 각 전자기센서(221)(m × n개)에서 얻어진 전기적 신호를 아날로그-디지털 변환기로 송신하기 위해 m × n개의 전자기센서(221) 각각에 전체 센서 개수에 해당하는 m × n 개의 케이블이 필요하였으나, 본 발명에서는 n개의 회로선(종)(224)과, 이에 연결되는 단일 회로선(횡)(226) 만으로 전체 센서에서 발생하는 전기적신호를 아날로그-디지털 변환기(310)로 송신하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 영상 검출부의 회로 연결관계를 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 영상 검출부(200)의 광선 검출기(220)는 하나의 회로선(종)(224)에 m 개의 전자스위치(종)(222)이 병렬로 연결되고, 각 전자스위치(종)(222)에는 전자기센서(221)가 개별 연결되어 있다. 하나의 회로선(종)(224)과 이에 연결된 전자스위치(종)(222) 및 전자기센서(221)들을 묶어 하나의 전자기센서모듈(225)로 구분되고, 이러한 전자기센서모듈(225)은 n개 그룹이 다시 병렬로 단일 회로선(횡)(226)에 연결되어 있다. n개 그룹의 전자기센서모듈(225-1,…, 225-n)과 단일 회로선(횡)(226)의 사이에는 각 전자스위치(횡)(223; C1,…,Cn)가 구비되어 있다.
중성자 섬광체(210) 후방에 발생한 광선, 전자기장 변화를 검출하기 위해 광선 검출기(220)의 일정 면적에 전자기센서(홀센서 또는 거대자기저항 센서 등)(221)가 다중 행렬(m × n)로 배치되므로, 중성자가 섬광체(210) 물질과 반응시, 반응에 따른 전자기장을 각 전자기센서(221)가 검출하여 전기적신호로 변환하게 된다. 이때, 광선 검출기(220)를 구성하는 각 전자기센서(m × n개)(221)에서의 전기적 신호를 아날로그-디지털 변환기(310)로 송신하기 위해서는, 각 전자기센서(221) 각각에 연결되기 위해 m × n개의 회로선을 필요로 한다. 그런데 본 발명은, 각 전자기센서모듈(225) 별로 각 하나의 회로선(종)(224)을 구비하여 병렬적으로 전자기센서(221)와 연결한 후, 이를 다시 단일의 회로선(횡)(226)으로 접속시키도록 함으로써, n개의 회로선(종)(224)과 단일 회로선(횡)(226)만으로 검출이 가능하도록 한다. 광선 검출기(220)에 소요되는 전자기센서(221)의 출력 케이블, 즉 회로선(종)(224)의 수량이 크게 감소되므로, 장치 무게, 부피, 설치공간, 제작 비용 등이 획기적으로 절감되는 효과를 갖게 된다.
각 전자기센서(221)는, 중성자 빔 노출 전에는 항복 전압 이하의 전압이 인가되어 있다가, 중성자 빔 노출되는 동안에는, 방사선, 전자기장 변화의 강도, 선량에 비례하여 이온화 채널 전류가 증가한다. 중성자 빔 노출에 따라, 각 전자기센서모듈(225)의 m번째 전자기센서(221)의 전압 변화는, 전자스위치(종)(222)의 동작에 따라 직교한 회로선(종)(224)을 거쳐, 전자스위치(횡)(223)의 순차적 개폐에 따라 정보변환부(300) 측으로 제공되어 디지털화된다. 행렬의 한 행의 데이터 신호 입력이 완료된 후, 그 m행의 전자스위치(종)(222)는 OFF되고, 다음 행의 전자스위치(종)(222)가 ON되며 연결된 다음 행의 전자기센서(221)의 저장된 전하가 회로선(종)(224)을 따라 전달되며, 신호를 발생시키게 된다. 이러한 프로세스는 픽셀 행렬의 모든 전자기센서(221)에서의 전하가 판독될 때까지 교대로 반복될 것이며, 전자스위치(횡)(223)가 시간차를 두고 순차적으로 닫힘으로써, 인접한 전자기센서모듈(225)을 구성하는 각 전자기센서와 혼선(Crosstalk)에 의한 잡음 발생을 방지한다.
이러한 구성과, 방법을 통해 고가의 장비, 촬영하는 검사자의 숙련도 없이도, 손쉽게 비파괴 검사를 할 수 있게 되며, 검사자가 검사 중에 단말기 화면에서 실시간으로 검사결과를 즉시 판독할 수 있게 된다. 또한, 광선 검출기를 구성하는 전자기센서에 필요한 구성들을 최소화하여, 장치를 간소화하고, 조립성, 제작성을 향상시키게 된다.
본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서의 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
1: 빔포트 2: 전환막
3: 거울 4: CCD카메라
5: 암박스 6: 렌즈
7: 이미지 프로세서 P: 피검체
100: 방사선 선원 110: 입자 가속기부
111: 사이클로트론 112: 전원공급장치
113: 빔 튜브 114: 이온 빔
120: 중성자 빔 발생장치부 121: 표적
122: 냉각장치 123: 반사체
124: 감속재 125: 집속기
126: 중성자 127: 차폐재
200: 영상 검출부 210: 섬광체
220: 광선 검출기 221: 전자기센서
222: 전자스위치(종) 223: 전자스위치(횡)
224: 회로선 (종) 225: 전자기센서모듈(1, 2,…, N)
226: 단일 회로선(횡) 300: 정보변환부
310: A/D 변환기(ADC) 400: 정보출력부
410: 제어단말기 420: 서버

Claims (8)

  1. 중성자 영상화 신호를 검출하고 취득하기 위해 사용되는 중성자투과검사 장치에 있어서,
    입자가속기를 통해 중성자를 발생시켜 피검체에 조사하는 방사선 선원;
    상기 방사선 선원으로부터 피검체를 투과하여 방출되는 광선, 방사선 또는 전자기장 변화를 검출하여 상기 피검체에 대한 영상 정보를 수집하는 영상 검출부;
    상기 영상 검출부에 의해 검출된 신호를 변환하기 위한 정보변환부; 및
    상기 정보변환부로부터 제공된 신호를 영상 정보로 변환하여 출력하기 위한 정보출력부를 포함하고,
    상기 영상 검출부는:
    피검체의 후방에 배치되는 섬광체; 및
    상기 섬광체의 후방에 배치되는 광선 검출기;를 포함하여 구성되고,
    상기 광선 검출기는 등간격으로 배치되는 복수의 전자기센서를 포함하고,
    상기 광선 검출기는:
    복수의 전자기센서모듈이 횡으로 배치되고,
    상기 각 전자기센서모듈에는 종으로 복수의 전자기센서가 배치되며,
    복수의 각 전자기센서에는 전자스위치(종)이 각각 연결되고,
    상기 복수의 전자스위치(종)은 하나의 회로선(종)에 일정 간격으로 연결되고,
    상기 복수의 전자스위치(종)은 시간차를 두고 순차적으로 개폐되어, 상기 전자기센서에서 얻어진 전기적 신호가 순차적으로 상기 정보변환부로 전송되는 것을 특징으로 하는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치.
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  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전자기센서모듈은,
    각 회로선(종)의 일단이 단일 회로선(횡)에 병렬 연결되고,
    각 전자기센서모듈에 구비된 각 회로선(종)과 상기 단일 회로선(횡)의 사이에는, 각각 전자스위치(횡)이 구비되는 것을 특징으로 하는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전자스위치(횡)은 각 전자기센서모듈에 따라 시간차를 두고 순차적으로 교대 개폐되는 것을 특징으로 하는 입자가속기를 구비한 중성자투과검사 장치.
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