KR102556652B1 - 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법 - Google Patents

중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 중성자를 방출시키는 각종 중성자 발생장치 및 사용시설의 차폐체(1) 차폐 성능을 검사하기 위하여 중성자 선원을 이용한 차폐체의 방사선 검사하는 방법에 관한 것이다.
이는 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 전에 선원용기(100)에 Cf-252 중성자 선원(101)을 장착하는 단계; 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(111, 112)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112, 221)의 구동으로 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계; 중성자 선원(101)으로부터 조사되어 차폐체를 통과하여 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 방사선을 측정하는 단계; 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 중성자 측정 신호가 중성자 계수율 신호처리 모듈(300)에 전송되어, 계수율 신호처리 모듈(300)에 의해 중성자 계수율을 구하고, 이를 표시하는 단계; 중성자 계수율에 대한 정보를 전달받은 데이터 분석 및 표시수단(400), 예를 들어, 컴퓨터와 모니터는 측정된 계수율 준위 분석을 수행하는 단계; 설정된 위치에서의 중성자 계수율 고준위 검출 여부, 차폐 성능을 확인한 후, 이를 화면을 통해 표시하는 단계; 중성자 차폐체의 다음 위치에서의 차폐 성능을 검사하기 위해, 복수의 서브모터 (111, 112, 221)를 구동시켜 선원용기(100)와 검출기(200)를 다음 위치로 이동시키는 단계; 차폐체의 모든 측정 위치에서 측정한 계수율을 분석하여 평가하는 단계; 로 이루어지는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 관한 것이다.

Description

중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법{The method for radiation inspection of neutron shield by using neutron source}
본 발명은 중성자를 방출시키는 각종 중성자 발생장치 및 사용시설의 차폐체 성능을 검사하기 위한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 중성자 차폐체 내부에 중성자 선원이 장입된 선원 용기를 위치시키고, 차폐체 외부에 중성자 검출기를 배치한 후, 이들을 전후, 좌우로 원격 이동시켜 위치별로 차폐체의 차폐 성능을 정밀하게 검사하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 관한 것이다.
중성자 차폐체의 방사선 검사는 중성자를 다량으로 발생시키는 원자력, 방사선 및 가속기 사용시설에서 수행하여지는 검사로서, 사용후핵연료 취급 및 처리시설, 사이클로트론(Cyclotron)을 이용한 동위원소 생산시설, 중성자 동위원소 사용시설, 고속에너지 양성자(proton)를 이용하는 의료용 발생장치 사용시설, 암치료용 고속에너지 전자 가속기 장치실, 중이온 가속기와 양성자 가속기 시설 등의 차폐체에 대하여 방사선 작업을 안전하게 할 수 있도록 중성자의 차폐 성능을 검사하는 장치에 관한 것이다.
중성자 선원은 자발 핵분열 중성자를 발생하는 Cf-252 동위원소를 사용하며, Cf-252 동위원소는 검출기 및 계측기 검정 및 교정, 특수재료의 중성자 조사(irradiation) 그리고 중성자 차폐체 개발을 위한 성능검사 분야에 주로 활용되어왔다.
일부 원자력 관련 시설, 중성자 발생장치, 동위원소 사용시설 그리고 입자 가속기 사용시설 등에는 감마선이나 중성자가 동시에 발생하는 장치와 시설이 일부 존재하기 때문에 사용시설의 차폐체를 설계할 때 중성자와 감마선을 동시에 감소 및 차폐해야 할 경우도 있다. 중성자는 에너지에 따라 그 상호작용하는 방법이 감마선이나 엑스선과는 매우 다르다. 고속중성자를 차폐하기 위하여서는 먼저 고속중성자를 저에너지 열중성자로 감속시켜야 하는데 이러한 차폐 재료로는 수소가 많이 포함된 파라핀과 폴리에틸렌 등을 사용하고 있지만 이 재료는 방사선 발생장치 사용시설의 주 차폐체로 사용하기에는 구조물 강도와 경제적인 측면에서 다소 문제점이 있다. 또한 일부 차폐 물질에는 중성자를 흡수하여 방사화 현상으로 이차적으로 감마선을 다시 방출하게 된다. 따라서, 고속중성자가 발생하는 사용시설에는 중성자와 감마선을 동시에 차폐할 수 있는 재료가 사용하여야만 한다. 일반적으로 중성자와 감마선을 동시에 차폐하는 재료로는 일반적으로 콘크리트 등을 많이 사용하지만 차폐벽의 두께가 매우 두꺼워지는 문제점이 있다.
특히 중성자는 감마선보다 차폐벽이나 장치의 빈틈 공간과 노출된 곳을 통하여 산란할 수 있으므로 수십 배의 많은 방사선이 누출될 수도 있다. 중성자가 발생하는 시설의 주요 차폐체와 일부 차폐시설의 상부 천정, 차폐문, 통로와 침투 배관 등으로 중성자 산란이 일어나 누설되는 방사선이 허용치보다 매우 높게 나타나는 경우도 자주 발생한다.
중성자를 다량으로 발생하는 사이클로트론, 양성자 가속기, 고에너지 엑스선발생장치, 중성자 동위원소 취급 등의 중성자 발생장치실에는 외곽을 구성하고 보호하는 구조물에 차폐체가 설치되어 있으며, 이러한 차폐체에 대한 중성자 차폐 성능을 검사하기 위한 방사건 차폐체 검사 장치는 지금까지 개발된 사례가 거의 없다. 이에 중성자 선원 및 중성자 발생장치 사용시설의 차폐체에 대한 차폐 성능을 정밀하고 정확하게 검사하기 위하여 차폐체 내부에 중성자 선원이 위치하고 차폐체 외부에 중성자 검출기를 위치시킴으로서 측정된 중성자 계수율 방사선 신호를 명확하게 측정하여 분석하고자 한다. 이러한 새로운 중성자 차폐체의 성능을 검사하기 위해서는 중성자 발생 장치에 대한 방사선 안전을 더욱 강화하고, 설치된 차폐체의 두께 감소와 차폐 도어 및 침투관 등을 통한 중성자 누설 문제를 사전에 해결하여야만 안전성이 높고 효과적인 중성자 검사 장치가 필요하다.
원자력발전소에서 발생되는 사용후핵연료 저장 및 처리시설, 사이클로트론(Cyclotron)을 이용한 동위원소 생산시설, 중성자 동위원소 사용시설, 의료용 동위원소 병원의 차폐시설, 암치료용 고속에너지 가속기 장치실 그리고 중이온 가속기와 양성자(proton) 가속기 사용시설 등에 중성자 차폐체가 방사선 안전과 인체의 보호를 위하여 필수적으로 필요하다. 특히, 병원에서 이용하는 의료용 동위원소를 생산할 때 사이클로트론에서 방출된 양성자가 동위원소의 표적 물질에 입자를 충돌시킬 때 다량의 중성자가 발생한다. 고속 전자빔(40MeV 이상)을 사용하여 테라헤르츠(THz)파 광자를 연구하는 가속기 시설에서도 많은 양의 중성자가 발생한다. 컨테이너 검색기에 사용되는 고에너지(9MeV 이상) X선 발생장치와 고속에너지 양성자 가속기 장치 시설에서 발생하는 다량의 고속중성자를 효과적으로 차폐할 수 있는 중성자 차폐체와 차폐재에 대한 연구가 활발하게 진행하고 있다.
한편, 국내 동남권 지역에 중이온 입자 가속기를 건설할 계획이 있으며, 이 중이온 입자를 표적물질에 충돌시킬 경우에도 다량의 중성자 발생하기 때문에 반드시 중성자 차폐체를 설치해야만 한다. 포항 가속기 센터에도 고에너지 양성자 빔을 사용하는 바, 이러한 고에너지 양성자 빔을 표적 물질이나 시편 등에 조사시킬 때에도 역시 다량의 중성자가 발생하게 되며, 양성자 가속기의 신규 설치와 증설에도 중성자 차폐체의 설계 및 설치에 활용될 가능성 있다. 최근에는 양성자 빔을 국내에서 암 치료에 활용하기 위하여 의료용 방사선기기로 개발되어 사용되고 있을 뿐만 아니라 향후 대형병원에서 설치할 계획이 있으므로 중성자를 효과적으로 차폐할 수 있는 차폐체의 성능을 확인하고 이를 명확하게 검사하기 위한 장치가 필요하다.
또한 일부 병원에서 의료용 사이클로트론을 도입하는 경우, 일반적인 엑스선이나 감마선을 차폐하는 방법으로 설계하여 설치한 바 방사선 안전성 검사를 수행하던 중 예측하지 못한 위치의 차폐벽과 지점에서 다량의 중성자가 누출되어 방사선 안전에 문제가 발생한 적도 있었다. 그리고 양성자 가속기 시설에서도 일부 차폐벽과 차폐 도어 등에서 중성자 계측기로 중성자 선량율을 측정한 결과, 기준치를 훨씬 초과하는 중성자 선량율이 측정되어 이를 기준치 이하로 감소시키기 위하여 상기의 시설들을 재보수하는 사례가 종종 있었다.
기존 특허문헌에서 중성자와 관련된 검사를 사전 조사한 결과, 컨테이너 검색기로 사용되는 고속에너지 엑스선 발생장치에서 발생하는 중성자, 입자 가속기에서 발생하는 중성자 그리고 중성자 선원을 사용하는 검사방법 등에 관해서는 아래와 같이 특허문헌 1 내지 특허문헌 5에 개시되어 있다.
그 기술 내용을 보면, 특허문헌 1의 중성자선과 엑스선을 이용하는 보안 검색 장치는, 고속에너지(9 MeV 이상) 엑스선발생장치에서 발생되는 엑스선(X-ray)과 중성자(neutron)를 이용한 보안 검색 장치로 검사 대상체를 사이에 두고 방사선 발생부의 반대 측에 위치되고, 상기 검사 대상체를 투과한 후, 진행하는 엑스선과 중성자선을 각각 검출하도록 이루어지는 방사선 검출부를 포함하며, 엑스선과 중성자선을 선택적으로 투과시킬 수 있는 보안 검색 장치에 관한 것이다.
특허문헌 2의 중성자선과 엑스선을 이용하는 비파괴 검사 시스템은, 특허문헌 1과 같은 고속에너지 엑스선발생장치에서 엑스선과 중성자를 생성한 후, 검사 대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부, 상기 검사 대상체의 위치를 가변시키는 검사 대상체 이동부, 상기 검사 대상체를 투과한 엑스선 및 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부 및 상기 검사 대상체를 투과한 엑스선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사 대상체의 영상 정보를 획득하기 위한 영상 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴검사 시스템에 관한 것이다.
특허문헌 3의 입자 가속기를 구비한 중성자 투과검사 장치는, 입자 가속기를 구비한 중성자 발생장치를 사용하여 중성자 비파괴검사의 섬광체에서 발생한 자기장을 검출하고, 이 신호를 아날로그-디지털변환기로 송신하여 디지털신호로 변환하고 단말기로 전송하여 시각적으로 나타내기 위한 영상화 신호 검출 및 취득 장치 및 방법에 관한 것이다.
특허문헌 4의 소형 입자 가속기를 이용한 이동형 중성자투과검사 장비는, 입자 가속기를 통해 중성자 투과검사를 하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 입자 가속기로 소형 사이클로트론을 사용하고, 이를 이동 가능한 차량에 탑재하여 비파괴검사가 필요한 장소로 직접 이동하여 현장에서 시험체를 검사하기 위한 장치로서, 현재의 광학필름을 대체할 수 있는 이동형 디지털 중성자 투과검사 장비에 증폭된 검사 대상 시험체의 영상은 상기 영상강화기의 후방에 설치된 CCD 카메라로 촬영된 후, 디지털 변환되어, 검사자의 단말기 화면에 디스플레이 되는 특징의 검사 장치이다.
특허문헌 5의 중성자 선원에 의한 지뢰 탐지 장치 및 이를 이용한 중성자 선원에 의한 지뢰 탐지 방법은, 지뢰가 매립된 중성자를 방출하고 그 중성자에 의해 생성된 감마선을 검출하되, 지뢰의 주성분인 질소와의 반응에 의해 발생하는 스펙트럼과 토양과 반응하여 발생하는 스펙트럼 중, 가장 큰 차이를 보이는 에너지 영역의 감마선 세기를 검출하고, 해당 지역을 다수 개의 픽셀(pixel)로 구분하고 감마선의 세기를 픽셀 별로 비교함으로써 지뢰의 매립 위치 및 깊이를 쉽게 확인하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 특허문헌 1 내지 5를 포함하는 중성자 검사 및 장치 방법은 고속에너지 엑스선 발생장치에서 발생하는 엑스선이나 중성자를 이용하여 대형 컨테이너 등의 보안 검색 장치로 컨테이너 내부에 엑스선이나 중성자를 투과시켜 내부 적재 물질들의 영상을 얻고자 하는 검색 장치이고, 입자 가속기 사이클로트론에서 방출되는 중성자를 이용한 대상체의 영상을 디스플레이 하는 장치이거나 중성자 선원에 의한 지뢰 탐지 장치와 방법에 관한 선행기술이다.
특허 1 제10-2284602호 (2021. 07. 27) 특허 2 제10-2020-0021495 (2020.02.28.) 특허 3 제10-2308130 (2021.09.27.) 특허 4 제10-2294946 (2021.08.23.) 특허 5 제10-2203984호 (2021.01.12.)
본 발명은 상기한 바와 같은 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 관한 것으로서 중성자 차폐체의 내부와 외부에 위치한 선원 용기 콜리메터와 중성자 검출기의 위치를 서로 마주 보게 원격으로 이동시키면서 차폐체의 차폐 성능을 위치별로 정밀하게 검사할 수 있도록 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 차폐 성능 검사 방법을 제공함으로서 중성자 발생장치 및 이를 이용한 시설의 방사선 안전성과 그에 따른 문제점을 해결하고자 하는데 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적은, 중성자 차폐체(1)의 차폐 성능을 검사하기 전에 선원용기(100)에 Cf-252 중성자 선원(101)을 선원 취급 용기의 뚜껑을 열고 내부에 보관된 선원 캡슐에 장착하는 단계; 선원이 안전하게 장착된 후, 용기 표면에 휴대형 중성자 검출기로 선량검사를 수행하고 이어서, 선원용기를 중성자 발생장치실 차폐체 내부로 이동시키는 단계; 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(111, 112)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112, 221)의 구동으로 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계; 중성자 선원용기 콜리메터(102)와 검출관(212)의 위치가 설정되면 중성자 선원(101)으로부터 조사되어 차폐체를 통과하여 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 방사선을 측정하는 단계; 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 중성자 측정 신호가 중성자 계수율 신호처리 모듈(300)에 전송되어, 계수율 신호처리 모듈(300)에 의해 중성자 계수율을 구하고, 이를 표시하는 단계; 중성자 계수율에 대한 정보를 전달받은 데이터 분석 및 표시수단(400), 예를 들어, 컴퓨터와 모니터로 전송하여 측정된 계수율 분석을 수행하는 단계; 설정된 위치에서의 중성자 계수율 고준위 검출 여부, 차폐 성능을 확인한 후, 이를 위치별로 표시하고 저장하는 단계; 중성자 차폐체의 다음 위치에서의 차폐 성능을 검사하기 위해, 복수의 서브모터(111, 112, 221)를 구동시켜 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 다음 위치로 이동시키는 단계; 차폐체의 모든 측정 위치에서 측정한 계수율을 분석하여 평가하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 의하여 달성된다.
또한 본 발명은 선원용기를 중성자 발생장치실 차폐체 내부로 이동시킨 후, 중성자 선원 용기를 이동 지지대(115)에 올려놓고 고정시키는 단계; 선원용기(100)의 선원용기 콜리메터(102)에서 콜리메터 플러거(103)를 인출하여 이동 지지대(115)에 임시로 옮겨 놓고 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(213, 214)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112)의 구동으로 선원용기(100)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계; 중성자 검출기(200)를 이동 지지대(224)에 올려놓고 고정시키는 단계; 중성자 검출관(212)에 전치증폭기(211)를 부착하고 전치증폭기(211)에 고전압(1,600V)(301), 전원(5V)(302), 신호단자(303)에 동축 케이블 플러거를 설치하고, 신호처리 모듈(300)에 연결한 다음, 수직이동 서브모터 제어기(213, 214)를 조작하여 상하로 구동하는 서브모터(211) 및 상기 복수의 이동 바퀴(223) 중, 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동하도록 수동으로 설정된 위치로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법에 의하여 달성된다.
본 발명과 관련된 중성자 차폐체의 방사선 검사 장치로는 중성자 발생장치실의 중성자 차폐체(1) 내부에 설치되고 검사에 사용되는 중성자 선원(101)이 장착되며 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동하는 중성자 선원용기(100); 상기 중성자 차폐체(1)를 사이에 두고, 동일한 위치의 상기 차폐체(1) 외부에 설치되어 상기 차폐체(1)를 통과하는 중성자를 검출하고 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동하는 중성자 검출기(200); 및 상기 중성자 검출기(200)에 의해 검출된 중성자 계수율을 신호 처리하여 계수율 데이터를 전송하는 신호 처리모듈(300)로 구성되는 것을 특징으로 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 장치가 있다.
본 발명 관련된 장치의 하나의 측면에 의하면, 상기 중성자 선원용기(100)는, 상부는 선원용기 뚜껑(105)으로 개방되고 중앙부의 일측이 선원용기 콜리메터(102)와 중성자 선원(101) 그리고 콜리메터 플러거(103)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명 관련된 장치의 또 다른 예에 의하면, 상기 중성자 선원은, Cf-252 자발 핵분열 고속중성자를 방출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 선원용기(100)는, 상기 선원용기(100)를 지지 및 이동시키는 4각면의 안내홈을 가지고 일정 간격을 두고 수직으로 고정된 4개의 ㄱ자 형상의 선원용기 이동각관(121); 일단이 상기 선원용기(100)에 이동각관(121)에 고정되고 상단에 지지대를 설치하고 선원용기 상부의 아이볼트(106)에 케이블(113)로 연결된 선원용기 수직이동 서브모터(111): 상기 케이블(113)의 하단이 회전축에 고정되어 감겨지면서 당겨지므로 상하 운동하는 선원용기의 수직이동 서브모터(111)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 선원용기(100)는, 상기 선원용기(100)의 이동 지지대(115) 저면에 설치된 복수의 이동 바퀴(116); 및 상기 복수의 이동 바퀴(116) 중, 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동이 가능하도록 동력을 제공하는 선원용기 수평이동 서브모터(112)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출기(200)는, 일측이 개방되고 타측에 막힌 검출통(201)에 중성자 검출관(212)과 전치증폭기(211)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출관(212)은, He-3 기체 검출관을 구비하여, 전치증폭기(211)에 고전압(1,600V)(301), 전원(5V)(302), 신호단자(303)에 동축 케이블 플러거를 설치하고, 신호처리 모듈(300) 중성자 계수율의 측정효율을 높이는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출기(200)는, 상기 중성자 검출기(200) 양 측면의 돌기(201)에 대응하는 안내홈을 가지고 일정 간격을 두고 수직으로 고정된 4개의 ㄱ자 형상의 검출기 이동각관(222); 상기 중성자 검출기(200)에 이동각관(222)에 고정되고 상단에 지지대를 설치하고 검출기 상부에 케이블(113)로 연결된 검출기 수직이동 서브모터(221)와 케이블(224)의 하단이 회전축에 고정되어 감겨지면서 당겨지므로 상하 운동하는 검출기의 수직이동 서브모터(221); 를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출기(200)의 이동 지지대(224) 저면에 설치된 복수의 이동 바퀴(223); 및 상기 복수의 이동 바퀴(223) 중, 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동 가능하도록 수동으로 설정된 위치로 이동시키는 방식을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 상기 중성자 계수율 신호처리 모듈(300)로부터 전송되는 계수율 데이터를 기초로 중성자 계수율 자료를 구하고, 이를 분석하여 위치별로 차폐체(1)의 차폐 성능을 평가하는 표시 수단(400)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출기는, He-3 기체검출관(He-3 gas detector)을 구비하여, 중성자 계수율 측정효율을 높이는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 검출기는, 상기 검출기의 상부 지지대에 설치된 수직이동 서브모터에 의하여 검출기를 수직 이동하도록 구성되어 있으며, 차폐체의 수평이동은 하부 지지대에 설치된 바퀴로서 가능한 수동으로 조작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 선원용기 콜리메터 및 상기 중성자 검출기는, 유무선 원격 제어로 사전에 정해진 위치로 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명과 관련된 또 다른 장치에 의하면, 상기 중성자 계수율 신호처리 모듈로부터 전송되는 계수율 데이터를 기초로 검출기에 측정된 계수율 자료를 구하고, 이를 분석하여 위치별로 중성자 차폐체의 차폐 성능을 평가하여 검사하는 데이터 분석 및 표시수단(예를 들어, 컴퓨터와 모니터)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 중성자 차폐체 내부에 중성자 선원을 배치하고, 차폐체 외부에 중성자 검출기를 배치한 후 이들의 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 원격 이동시켜 가면서 차폐 성능을 검사함으로써, 중성자 차폐체의 차폐 성능과 사용시설의 중성자 누설 측정을 위치별로 원격으로 정밀하게 검사할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 향후, 사용후핵연료 취급 및 처리시설, 사이클로트론을 이용한 동위원소 생산시설, 중성자 동위원소 사용시설, 고속에너지 양성자(proton)를 이용하는 의료용 발생장치 사용시설, 고속에너지 전자선 가속기 장치실, 중이온 입자 가속기와 양성자 입자 가속기 시설 등의 중성자가 발생하는 관련 시설 등에 널리 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 차폐 성능검사 장치의 전체 계통 구성도이다.
도 2는 도 1에 개시된 중성자 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 평면으로 보여주는 평면도이며, 도 1에서 개시하지 못한 차폐도어(2) 인접 선원용기와 중성자 검출기도 개시된 평면 구성도이다
도 3은 도 1과 도2에 개시된 중성자 선원용기(100)를 상세하게 보여주는 입체구성도이다.
도 4는 도 1과 도2에 개시된 중성자 검출기와 측정계통을 상세하게 보여주는 구성도이다.
도 5는 중성자 차폐체의 차폐 성능 검사방법 및 공정절차 흐름도이다.
도 6은 중성자 차폐체에서 선원용기(100)에 중성자 선원을 장착 및 이동 지지대를 고정시키고 중성자 선원을 사용하여 중성자를 측정하는 공정을 원격으로 제어 및 조작, 그 조작순서와 절차를 보인 흐름도이다.
도 7a는 중성자 차폐체 내부와 외부에 설치된 선원용기와 중성자 검출기를 포함하는 차폐 성능검사 장치의 전자 계산 시뮬레이션 모델의 단면도이다.
도 7b는 중성자 차폐체 내부와 외부에 설치된 선원용기와 중성자 검출기를 포함하는 차폐 성능검사 장치가 차폐도어에 설치된 전자 계산 시뮬레이션 모델의 평면도이다.
도 8은 중성자 차폐체(벽)의 두께가 증가하여 차폐 성능이 좋아지는 것을 추정하여 중성자 계수율 계산을 수행한 결과 차폐 두께 증가에 따른 계수율 감소를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 예시 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 중성자 선원(Cf-252)을 이용한 중성자 차폐체(벽)의 차폐 성능검사 장치의 전체 계통 구성도이고,
도 2는 도 1에 개시된 중성자 차폐체(벽)에 차폐도어가 추가된 중성자 선원용기와 중성자 검출기를 상세하게 보여주는 평면도이다.
도 1 및 도 2에 의하면, 본 발명의 실시 예에 의한 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체(1)의 차폐 성능 방사선 검사 장치는, 중성자 선원용기(100)는 차폐벽(1)을 사이에 두고 같은 위치의 차폐체 외부에 설치되어 차폐체를 통과하는 중성자를 검출하고 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동하는 중성자 검출기(200) 및 중성자 검출기(200)에 의해 측정된 중성자 계수율을 신호 처리하여 데이터를 전송하는 계수율 신호 처리모듈(300), 계수율 신호처리 모듈(300)로부터 전송되는 데이터를 기초로 중성자 계수율 자료를 구하고, 이를 분석하여 위치별로 차폐체의 차폐 성능을 평가하는 데이터 분석 및 표시수단(400) 예를 들어, 컴퓨터와 모니터 및 중성자 선원용기(100)의 중성자 선원으로부터 나오는 중성자를 발생시키는 선원용기(100)로 구성된다.
여기서, 중성자 선원용기(100), 중성자 검출기(200)는 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(213, 214)에 의해 원격 제어된다. 또한, 중성자 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)는 각각 별도의 지지대(115, 224)에 거치될 수 있다.
위의 도 3에 개시된 중성자 선원용기(100)는, 전체적으로 선원용기 차폐체(104)로 구성되어 있고 상부는 선원용기 뚜껑(105)으로 개방되고 중앙부의 일측이 선원용기 콜리메터(102)와 중성자 선원(101) 그리고 콜리메터 플러거(103)를 가지고 중성자 선원용기(100)로 구성된다.
이러한 선원용기(100)는, ㄱ 안내 홈을 가지고 일정 간격을 두고 수직으로 고정된 4개의 이동각관(114), 이동각관(114) 상단의 지지대에 수직이동 서브모터(111) 회전축과 선원 취급 용기 상부에 4개의 아이볼트(106)에 연결된 케이블(113)과 선원용기와 수직이동 서브모터(111)를 포함하여 구성되어, 상하 이동이 가능하다. 또한, 중성자 선원용기(100)는, 선원용기(100)의 저면에 설치된 이동 지지대(115)에 고정된 복수의 이동 바퀴(116) 중 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후, 좌우로 이동 가능하도록 동력을 제공하는 수평이동 서브모터(112)를 더 포함하여 구성되어, 전후, 좌우, 즉 수평이동이 가능하다.
그리고, 도 4에 개시된 중성자 검출기(200)는, 기체검출관(212)(He-3 gas tube)을 구비하여, 중성자 계수율 측정효율을 높이는 것으로서, 일측이 밀폐되고 타측에 통공이 형성된 검출통(201)을 가지고 고전압(301), 전원공급(302) 및 신호출력(303) 포트를 가진 검출관 전치증폭기(211)와 연결된 검출관(212)으로 구성된다.
이러한 중성자 검출기(200)는, 중성자 검출기(200) 양 측면의 돌기(201)에 대응하는 안내 홈을 가지고 일정 간격을 두고 수직으로 고정된 4개의 ㄱ자 형상의 검출기 이동각관(222), 일단이 중성자 검출기(200)에 고정되고 이동각관(222) 상단의 지지대에 수직이동 서브모터(221) 회전축과 검출기 상부에 연결된 케이블(224)과 검출기와 수직이동 서브모터(221)를 포함하여 구성되어, 상하 이동이 가능하다. 또한, 중성자 검출기(200)는, 중성자 검출기(200)의 저면에 설치된 이동 지지대(224)에 고정된 복수의 이동 바퀴(223) 중 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동 가능하도록 구성되어, 전후 또는 좌우, 즉 수평이동이 가능하다.
또한, 중성자 검출기(200)는, 중성자 검출기(200)의 이동 지지대(224)에 설치된 복수의 이동 바퀴(223) 및 복수의 이동 바퀴(223) 중 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동 가능하도록 구성되어, 전후 또는 좌우 즉, 수평이동이 가능하다.
위와 같은 중성자 선원용기(100) 및 상기 중성자 검출기(200), 즉 복수의 서브모터(111, 112, 221)는 수직 및 수평이동 서브보터 제어기(213, 214)를 이용한 유무선 원격 제어로 사전에 정해진 위치로 이동할 수 있으며, 이와 같은 위치 제어는 실시간으로도 가능하다.
도 5는 중성자 차폐체(벽)의 차폐 성능 방사선 검사방법 및 공정절차 흐름도이다.
도 5에 의하면, 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 전에 관리자는 선원용기(100)에 Cf-252 중성자 선원(101)을 장착한다(S1). 이어서, 관리자는 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(111, 112)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112, 221)의 구동으로 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키게 된다(S2, S3).
이렇게 중성자 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 측정하고자 하는 위치로 이동시킨 후, 중성자 선원(101)으로부터 조사되어 차폐체를 통과하여 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 방사선을 측정하게 된다(S4).
위와 같이 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 중성자 측정 신호가 중성자 계수율 신호처리 모듈(300)에 전송되어, 계수율 신호처리 모듈(300)에 의해 중성자 계수율을 구하고, 이를 표시하게 된다(S5).
이어서, 해당 중성자 계수율에 대한 정보를 전달받은 데이터 분석 및 표시수단(400), 예를 들어, 컴퓨터와 모니터는 측정된 계수율 준위 분석을 수행하고(S6), 설정된 위치에서의 중성자 계수율 고준위 검출 여부, 차폐 성능을 확인한 후, 이를 화면을 통해 표시하게 된다(S7).
그리고, 중성자 차폐체의 다음 위치에서의 차폐 성능을 검사하기 위해, 복수의 서브모터 (111, 112, 221)를 구동시켜 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 다음 위치로 이동시키게 된다(S8). 그리고 차폐체의 모든 측정 위치에서 측정한 계수율을 분석하여 평가하게 된다(S9).
도 6은 중성자 차폐체의 차폐 성능검사에 대한 작업절차와 검사 공정의 순서도이다.
도 6에 의하면, 중성자 선원으로 차폐 성능을 검사가 수행하기 전에 미리 사전에 준비해야 할 중요한 작업은 선원용기(100)에 외부에서 구매한 Cf-252 중성자 선원(101)을 선원 취급 용기의 뚜껑을 열고 내부에 보관된 선원 캡슐에 선원을 장착한다(S10). 선원이 안전하게 장착된 후, 용기 표면에 관리자가 휴대형 중성자 검출기로 선량검사를 수행하고 이어서, 관리자는 선원용기를 중성자 발생장치실 차폐체 내부로 이동한다(S11). 중성자 선원용기를 이동 지지대(115)에 올려놓고 고정시킨다(S12).
선원용기(100)의 선원용기 콜리메터(102)에서 콜리메터 플러거(103)를 인출하여 이동 지지대(115)에 임시로 옮겨 놓고 선원용기 지지대(115)를 차폐체 측정 위치로 이동시킨다(S13). 중성자 검출기(200)를 이동 지지대(224)에 옮겨 놓고 고정시킨 후 검출관(212)을 검출통(201)에 집어넣고 고정시킨다(S14).
중성자 검출관(212)에 전치증폭기(211)를 부착하고 전치증폭기(211)에 고전압(1,600V)(301), 전원(5V)(302), 신호단자(303)에 동축 케이블 플러거를 설치한다(S15). 고전압(301), 전원(302), 신호단자(303) 케이블 플러거를 신호처리 모듈(300)에 연결하고(S16) 선원용기 콜리메터(102)와 검출기(200)의 수직 및 수평이동 서브모터(111, 112)의 제어기(213, 214)로 측정 위치를 설정한다.
중성자 선원용기 콜리메터(102)와 검출관(212)의 위치가 설정(S17)되면 중성자 계수율을 신호처리 모듈(300)에 부착된 LED 창(304)의 계수율 숫자를 확인하고 데이터를 분석 및 표시수단(400) 예를 들어, 컴퓨터와 모니터로 전송하여 위치별로 저장하여 검사하고 확인한다(S18, S19).
도 7a 및 도 7b는 중성자 차폐체(벽) 내부와 외부에 설치된 중성자 선원용기와 검출기를 포함하는 차폐 성능검사 장치의 전자 계산 시뮬레이션 모델의 평면도 및 단면도이다.
여기서, 중성자 차폐체(1)는 중성자를 차폐할 수 있는 두께 70cm 정도의 콘크리트 벽으로 구성한다. 이와 같이 콘크리트 벽으로 구성하는 것은 종합병원이나 비교적 규모가 작은 가속기 시설의 좁은 작업 공간 그리고 향후 이동 가능한 설비로 사용할 경우 주로 사용된다. 중성자 검출기(200) 근방의 전산 모델에서 차폐체 두께에 따라 검출되는 중성자 계수율 분포도 8에 도시한 바와 같다. 콘크리트의 두께가 45cm 정도일 때 중성자 계수율이 580 n/s 정도로 높아지는 것으로 나타났다.
이상에서 설명한 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있으므로 본 발명의 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 그에 따라, 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 중성자 차폐체(벽) 2 : 차폐도어
100 : 중성자 선원용기 101 : 중성자 선원
102 : 선원용기 콜리메터 103 : 콜리메터 플러거
104 : 선원용기 차폐체 105 : 선원용기 뚜껑
106 : 아이볼트 111 : 중성자 선원용기 수직이동 서브모터
112 : 선원용기 수평이동 모터 113 : 케이블
114 : 선원용기 이동각관 115 : 이동 지지대
116 : 이동바퀴 200 : 중성자 검출기
201 : 검출통 211 : 검출관 전치증폭기
212 : 검출관(He-3 tube) 213 : 수평이동 서브모터 제어기
214 : 수직이동 서브모터 제어기 221 : 검출기 수직이동 서브모터
222 : 검출기 이동각관 223 : 이동 바퀴
224 : 이동 지지대 300 : 계수율 신호처리 모듈
301 : 고전압 302 : 전원공급
303 : 신호출력 304 : LED 디스플레이
400 : 컴퓨터

Claims (2)

  1. 중성자 차폐체(1)의 차폐 성능을 검사하기 전에 선원용기(100)에 Cf-252 중성자 선원(101)을 선원 취급 용기의 뚜껑을 열고 내부에 보관된 선원 캡슐에 장착하는 단계;
    선원이 안전하게 장착된 후, 용기 표면에 휴대형 중성자 검출기로 선량검사를 수행하고 이어서, 선원용기를 중성자 발생장치실 차폐체 내부로 이동시키는 단계;
    수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(111, 112)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112, 221)의 구동으로 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계;
    중성자 선원용기 콜리메터(102)와 검출관(212)의 위치가 설정되면 중성자 선원(101)으로부터 조사되어 차폐체를 통과하여 중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 방사선을 측정하는 단계;
    중성자 검출관(212)에 의해 검출되는 중성자 측정 신호가 중성자 계수율 신호처리 모듈(300)에 전송되어, 계수율 신호처리 모듈(300)에 의해 중성자 계수율을 구하고, 이를 표시하는 단계;
    중성자 계수율에 대한 정보를 전달받은 데이터 분석 및 표시수단(400), 예를 들어, 컴퓨터와 모니터로 전송하여 측정된 계수율 분석을 수행하는 단계;
    설정된 위치에서의 중성자 계수율 고준위 검출 여부, 차폐 성능을 확인한 후, 이를 위치별로 표시하고 저장하는 단계;
    중성자 차폐체의 다음 위치에서의 차폐 성능을 검사하기 위해, 복수의 서브모터(111, 112, 221)를 구동시켜 선원용기(100)와 중성자 검출기(200)를 다음 위치로 이동시키는 단계;
    차폐체의 모든 측정 위치에서 측정한 계수율을 분석하여 평가하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법.
  2. 청구항 제1항에 있어서, 선원용기를 중성자 발생장치실 차폐체 내부로 이동시킨 후, 중성자 선원 용기를 이동 지지대(115)에 올려놓고 고정시키는 단계;
    선원용기(100)의 선원용기 콜리메터(102)에서 콜리메터 플러거(103)를 인출하여 이동 지지대(115)에 임시로 옮겨 놓고 수직이동 및 수평이동 서브모터 제어기(213, 214)를 조작하여 복수의 서브모터(111, 112)의 구동으로 선원용기(100)를 상하, 전후 및 좌우 중, 어느 하나로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계;
    중성자 검출기(200)를 이동 지지대(224)에 올려놓고 고정시키는 단계;
    중성자 검출관(212)에 전치증폭기(211)를 부착하고 전치증폭기(211)에 고전압(1,600V)(301), 전원(5V)(302), 신호단자(303)에 동축 케이블 플러거를 설치하고, 신호처리 모듈(300)에 연결한 다음, 수직이동 서브모터 제어기(213, 214)를 조작하여 상하로 구동하는 서브모터(211) 및 상기 복수의 이동 바퀴(223) 중, 적어도 2개의 이동 바퀴에 전후 또는 좌우로 이동하도록 수동으로 설정된 위치로 이동시켜 중성자 차폐체의 차폐 성능을 검사하기 위한 위치로 이동시키는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 중성자 선원을 이용한 중성자 차폐체의 방사선 검사 방법.

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