KR20080108861A - 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법에 관한 것으로, 방사선을 비례 계수기로부터 얻은 출력 신호를 이용하여 동시에 에너지 분포 스펙트럼과 계수율을 계산하여 이를 디스플레이시켜 줄 수 있는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 수단으로서, 1) 비례 계수기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 출력 신호를 검지하는 신호 검출 단계와; 2) 검지된 출력 신호를 다중파고분석기(MCA)와 신호 채널 분석기(SCA)에 동시에 입력시키는 신호 입력 단계와; 3) 상기 출력 신호를 이용하여 MCA에서 스펙트럼을 분석하고 동시에 상기 SCA에서 계수율을 계산하는 데이터 연산 단계와; 그리고; 4) 이렇게 측정된 데이터를 통합하여 출력해 주는 데이터 출력 단계를 포함하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

비례 계수기 자체동시회로, 스펙트럼, 계수율, 모니터링

Description

비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법{Real-time Monitoring Method for Energy Level of Proportional Counter}

도 1은 본 발명에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 회로 구성도.

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 모니터링 방법으로 출력한 에너지 분포 스펙트럼 그래프.

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 모니터링 방법의 임계값 셋팅 상태를 보여주는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 약어 설명>

SCA : 신호 채널 분석기(Signal Channel Analyzer)

MCA : 다중 파고 분석기(Multi-Channel Analyzer)

본 발명은 다중파고분석기(MCA)의 자체 동시 회로(self-coincidence circuit)를 이용하여 에너지 준위 뿐만 아니라 계수율을 실시간으로 모니터링할 수 있는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법에 관한 것이다.

일반적으로 방사능이나 중성자의 측정 등이나 간단한 계수 실험을 하는 경우에는 비례 계수기(Proportional Counter)가 많이 이용되고 있다.

이러한 비례 계수기의 구조를 간단히 살펴 보면, 보통 실린더 형상으로 이루어지고 통상 음극으로 접지된 전리함 몸체와, 이 몸체에 절연 처리되어 삽입 고정된 집전극으로 구성되어 있다.

특히, 상기 전리함 몸체에는 방사선 등을 주사하였을 때 전리 효과를 높이기 위해 가스를 충진 또는 지속적으로 공급해 주는 가스 충진 장치(Gas Supply System)가 구비되어 있다. 이 가스 충진 장치에 사용되는 가스는, 예를 들면 Ar, He, H_{2 ,} N₂, Air, CH₄ 등 여러 가지가 있으며, 이들 가스는 전자-이온쌍의 생성량에 따라 알맞은 가스를 선택하여 사용하게 된다.

또한, 상기 비례 계수기에는 양극과 음극 사이에 높은 전위차(HV)를 걸어 주기 위한 고압 전원 장치(HVPS: High Voltage Power Suply)가 연결되어 있으며, 이 고압 전원 장치에 의해 생성된 전위차에 의해 전리된 전자-이온쌍이 반대 극성 쪽으로 용이하게 이동할 수 있게 된다.

이와 같이 이루어진 비례 계수기에 방사선을 주사하게 되면, 방사선이 가스를 통과하는 동안 전리되어 전자-이온쌍이 만들어지게 되며, 이들 전자-이온쌍은 상기 전리함 몸체 내부에 형성된 전계에 포집되어 전기 신호를 발생하게 된다. 물론, 이러한 전기 신호는 전류의 세기 또는 펄스 형태 등으로 얻을 수 있다.

또한, 상기 비례 계수기는 방사능 측정 뿐만 아니라 출력 펄스가 입사 방사 선의 에너지에 비례하므로 방사선의 에너지 측정이 가능하며 방사선의 종류에 따른 전리 밀도의 차를 이용하여 알파선과 베타선을 동시에 측정할 수도 있다.

본 발명은 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법에 관한 것으로, 방사선을 비례 계수기로부터 얻은 출력 신호를 이용하여 동시에 에너지 분포 스펙트럼과 계수율을 계산하여 이를 디스플레이시켜 줄 수 있는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법에 관한 것이다.

이를 실현하기 위한 수단으로서, 1) 비례 계수기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 출력 신호를 검지하는 신호 검출 단계와; 2) 검지된 출력 신호를 다중파고분석기(MCA)와 신호 채널 분석기(SCA)에 동시에 입력시키는 신호 입력 단계와; 3) 상기 출력 신호를 이용하여 MCA에서 스펙트럼을 분석하고 동시에 상기 SCA에서 계수율을 계산하는 데이터 연산 단계와; 그리고; 4) 이렇게 측정된 데이터를 통합하여 출력해 주는 데이터 출력 단계를 포함하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시간 모니터링 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 도 1은 본 발명에 따른 모니터링 방법을 설명하기 위한 회로 구성도이다.

첫번째 단계는 본 발명에 필요한 신호를 검출하는 신호 검출 단계이다. 이 단계는 통상적으로 방사선의 계수에 많이 사용되는 통상의 기술로 제작된 비례 계수기로부터 얻어지는 출력 신호를 검출하여 사용하게 된다.

본 발명의 바람직한 구현예에서는 상기 비례 계수기로서, 첨부도면 도 1에서 도시한 바와 같이, 다중선 비례 계수기(MWPC)를 사용하여 한 예를 보여 주고 있다.

또한, 비례 계수기(MWPC)로부터 출력된 출력 신호는 전치 증폭기(pre-Amp)를 거치면서 출력 펄스로 바뀐 다음 다시 증폭기(Amp)를 거치게 된다.

두번째 단계는 상술한 바와 같이 얻어진 출력 신호를 신호 채널 분석기(SCA)와 다중 파고 분석기(MCA)에 각각 입력 신호로서 동시에 제공하는 신호 입력 단계이다.

세번째 단계는 상기 신호 채널 분석기(SCA)와 다중 파고 분석기(MCA)에서 각각 모니터링을 할 계수율 계산과 스펙트럼 분석을 수행하는 단계이다.

여기서, 상기 신호 채널 분석기(Single Channel Analyzer)는 통상의 기술로 제작된 것으로, 하한 파고 선별기(LLD)와 상한 파고 선별기(ULD) 사이에서 피크점 만을 카운트하여 계수기가 계수할 수 있도록 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시켜 주게 된다.

또한, 상기 다중 파고 분석기(Multi-Channel Analyzer)는 펄스파고분석(PHA) 모드(PHA)와 멀티 채널 스케링(MCS) 모드 두 가지 종류가 있으며, 상기 PHA는 펄스의 높이에 따라서 그 수치값을 얻고, 이때의 계수를 MCA 메모리 내의 해당 주소에 계수를 등록하게 된다.

상기 MCS 모드는 여러 개의 계수기가 병렬로 배치되어 있으며, 입력되는 시간에 따라 계수기를 바꿔가며 작동하도록 구성되어 있다. 따라서, 상기 MCS 모드는 일정 시간을 단위로 펄수의 수를 계수하고 그 시간 단위로 차례대로 메모리에 저장하도록 설계되어 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 데이터 연산 단계에서의 단위 시간은 SCA의 입력 신호가 MCA의 입력 신호보다 500ns 전에 입력되게 하여 계수가 이루어지도록 하여, 뒤이어서 입력되는 입력값과 시간차를 두어 계수가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이렇게 얻어진 데이터를 기초로 상기 MCA에서 에너지 스펙트럼 분석이 이루어지게 된다.

이러한 에너지의 측정 방법으로는 방사선 검출기로부터 펄스 파고를 분석하는 펄스 파고 분석법, 방사선이 물질을 투과하는 비율로부터 에너지를 측정하는 흡수법, 방사선이 일정 거리를 비행한 시간을 분석하는 비행 시간법, 그리고 방사선(하전 입자선)이 자장 속에서 편형되는 율을 측정하는 자장법 등이 있다.

이와 같이, 에너지 스펙트럼을 얻는 방법에는 여러 가지가 있으나, 본 발명 의 바람직한 구현예에서는 펄스 파고를 ADC를 이용하여 에너지 스펙트럼을 얻게 된다.

또한, 본 발명의 바람직한 구현예에서는 MCA에 구비된 자체동시회로(Self-coinfidence)를 사용하여 에너지 스펙트럼 분석과 개수율의 산출이 동시에 이루어지게 하는 것이 바람직하다.

마지막 단계로서, 상기 단계에서 추출된 분석 데이터를 통합하여 출력해 주게 된다. 첨부도면 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따라 분석된 에너지 분포 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 여기서, 그래프의 가로축은 ADC 채널을, 세로축은 카운트를 각각 나타낸다.

첨부도면 도 2a는 임계값이 125mV인 경우이며, 첨부도면 도 2b는 임계값이 162mV인 경우를 보여주고 있다. 여기서, 임계값이란 실제 디스플레이(Display)되는 최소의 값을 말하는데, 임계값이 높으면 필요한 신호도 노이즈로 판단하기 때문에 카운트수가 줄어들게 되며, 반대로 임계값이 낮으면 노이즈를 신호로 판단하여 카운팅을 하기 때문에 카운트 수가 늘어나는 문제가 있다.

이에, 본 발명에서는 이러한 임계값을 상기 데이터 연산 단계에서 경험적으로 판단하여 임의로 조절할 수 있는 단계를 더 포함한다.

첨부도면 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 모니터링 방법의 임계값 셋팅 방법을 보여주기 위한 그래프이다.

도 3a에서는 임계값을 125mV로 셋팅하여 스펙트럼을 분석한 그래프이다. 여기서, 그래프에서 100~125mV 사이의 영역처럼 스펙트럼 분석이 이루어진 부분이 있다면, 이는 이 구간이 노이즈로 판단되어 카운트에 들어가지 못했음을 의미한다. 따라서, 이와 같은 그래프의 경우는 임계값을 125mV에서 100mV로 낮춰 설정해야 한다.

도 3b는 임계값을 125mV로 셋팅했을 때의 스펙트럼 분석 그래프이다. 그런데, 그래프에서 실선과 같은 형태로 나타나면, 임계값이 낮게 설정된 것으로 125mV에서 150mV로 높게 설정하게 된다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명은 MCA의 자체 동시 회로를 이용하여 다중 비례 계수기로부터 출력된 각각의 신호를 가지고 SCA와 MCA에서 각각 계수율의 산출과 스펙트럼 분석을 할 수 있도록 입력 신호로서 제공하고, 분석된 데이터를 디스플레이시켜 줌으로써 비례 계수기의 에너지 준위를 실시간으로 모니터링 할 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 비례 계수기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 출력 신호를 검지하는 신호 검출 단계와;

   검지된 출력 신호를 다중파고분석기(MCA)와 신호 채널 분석기(SCA)에 동시에 입력시키는 신호 입력 단계와;

   상기 출력 신호를 이용하여 MCA에서 스펙트럼을 분석하고 동시에 상기 SCA에서 계수율을 계산하는 데이터 연산 단계와; 그리고,

   이렇게 측정된 데이터를 통합하여 출력해 주는 데이터 출력 단계;

   를 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 검출 단계는 선형 증폭기를 사용하여 펄스 형태의 출력 신호를 감지하는 것을 특징으로 하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 연산 단계는 SCA의 입력 신호가 MCA의 입력 신호보다 500ns 전에 입력되는 것을 특징으로 하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 연산 단계는 MCA의 ADC로 스펙트럼을 분석하는 것을 특징으로 하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 연산 단계는 MCA의 자체동시회로(self-coincidence)에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 데이터 출력 단계는 출력된 에너지 분포 상태에 따라 임계값을 재설정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비례 계수기의 에너지 판별 준위의 실시간 모니터링 방법.

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