KR20120018653A - 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치 - Google Patents

감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방사선 검출 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 제한된 공간에서도 하나의 검출 장치를 이용하여 방사선을 측정하여 감마선과 중성자를 동시에 구분하여 측정할 수 있는 검출 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 따른 방사건 검출 장치는, 동시에 감마선과 중성자를 분리하여 측정할 수 있는 방사선 검출부 및 상기 방사선 검출부에 전압을 인가하고 측정된 감마선과 중성자를 분리하여 표시하는 신호 처리 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치{A RADIATION DETECTING DEVICE TO MEASURE THE GAMMA-RAY AND NEUTRON DISCRIMINATELY}
본 발명은 방사선 검출 장치에 관한 것으로서, 특히 제한된 공간에서 동시에 감마선과 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치에 관한 것이다.
원자력 및 방사선을 이용할 경우 감마선과 중성자를 구분하여 측정해야할 필요가 있는 경우가 많다. 예를 들어 사용후 핵연료에서 발생하는 감마선과 중성자를 측정하여 사용후 핵연료에 포함된 핵물질을 계량하고자 하는 경우를 들 수 있다.
이러한 경우 방사선을 측정하는 일반적인 방법 중 하나로써 핵연료 집합체 가이드 튜브 내에 감마선 또는 중성자 검출기를 삽입하여 방사선을 측정하는 방식이 사용된다. 이러한 방법은 가이드 튜브의 반경이 한정되어 있기 때문에 기존의 검출기를 이용할 경우 감마선과 중성자 검출기를 각각 삽입하고 측정해야 한다는 한계가 있다.
다시 말해, 종래의 방사선 검출기를 이용하는 경우 감마선과 중성자를 한번에 구분하여 측정할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로, 제한된 공간에서도 하나의 검출 장치를 이용하여 방사선을 측정하여 감마선과 중성자를 동시에 구분하여 측정할 수 있는 검출 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 방사선 검출 장치는, 동시에 감마선과 중성자를 분리하여 측정할 수 있는 방사선 검출부 및 상기 방사선 검출부에 전압을 인가하고 측정된 감마선과 중성자를 분리하여 표시하는 신호 처리 회로를 포함한다.
상기 방사선 검출부는, 내부에 기체가 충진되어 방사선 검출부에 입사된 감마선이 검출되는 외부 챔버와, 상기 외부 챔버 내부에 배치되며 중성자와 반응하는 중성자 검출 반응 박막과, 상기 중성자 검출 반응 박막의 상면과 하면에 각각 접합되어 상기 중성자 검출 반응 박막에 전압을 인가하는 한 쌍의 제1 중성자 검출 전극과, 상기 제1 중성자 검출 전극에 접합되어 입사되는 방사선을 측정하는 한 쌍의 반도체 검출부 및 상기 반도체 검출부에 접합되어 상기 반도체 검출부에 전압을 인가하는 한 쌍의 제2 중성자 검출 전극을 포함한다.
상기 신호 처리 회로는, 상기 외부 챔버와 전기적으로 연결되어 상기 외부 챔버에 전압을 인가하는 제1 고전압 인가부와, 검출된 감마선 신호를 증폭하는 감마선 신호 증폭부와, 상기 감마선 신호 증폭부에서 증폭된 감마선 신호를 방사선량으로 변환하는 감마선 신호 선량 전환부와, 상기 제2 중성자 검출 전극과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 제2 고전압 인가부와, 상기 제1 중성자 검출 전극과 전기적으로 연결되어 상기 중성자 검출 반응 박막으로부터 검출된 중성자 신호를 증폭하는 중성자 신호 증폭부와, 상기 중성자 신호 증폭부에서 증폭된 감마선 신호를 방사선량으로 변환하는 중성자 신호 선량 전환부와, 상기 제1 중성자 검출 전극과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 제3 고전압 인가부 및 상기 감마선 신호 선량 전환부 및 중성자 신호 선량 전환부와 연결되어 상기 방사선 검출부에서 검출된 감마선 선량 및 중성자 선량을 구분하여 표시하는 방사선 표시부를 포함한다.
상기 외부 챔버의 내부에는 기체가 충진되며 상기 제1 고전압 인가부를 통하여 고전압이 인가되고, 감마선이 상기 외부 챔버의 내부에 입사되면 전하 신호가 생성되고 이를 수집하여 상기 감마선 신호 증폭부로 전달한다.
상기 외부 챔버의 내부에 충진되는 기체는 불활성 기체 또는 혼합기체일 수 있다.
상기 중성자 검출 반응 박막은 Li-6, B-10, Gd 및 그 화합물 중 선택되는 어느 하나이며, 중성자와 반응하여 전하 신호를 발생할 수 있다.
상기 전하 신호는 알파선, 베타선 및 이온 중 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 제1 중성자 검출 전극은 상기 제3 고전압 인가부와 전기적으로 연결되어 상기 중성자 검출 반응 박막에 전압을 인가하며, 상기 중성자 검출 반응 박막에서 발생한 전하 신호를 수집하여 상기 중성자 신호 증폭부로 전달할 수 있다.
상기 반도체 검출부는 다이오드 구조로 형성되며, 입사된 방사선에 의해 변환된 전자-양전자를 통하여 방사선을 측정하되, 중성자 측정시에는 상기 중성자 검출 반응 박막에서 중성자와 반응하여 하전 이온이 발생되고 상기 하전 이온이 상기 반도체 검출부에 입사되는 간접 방식에 의해 중성자를 측정할 수 있다.
상기 제2 중성자 검출 전극은 상기 반도체 검출부에 접합되어 상기 상기 반도체 검출부에 전압을 인가하며, 상기 반도체 검출부에 인가된 방사선에 의해 변환된 전자-양전자 신호를 수집할 수 있다.
상기 제2 고전압 인가부는 상기 제2 중성자 검출 전극과 전기적으로 연결되며, 감마선 및 중성자 측정을 위하여 상기 제2 중성자 검출 전극에 고전압을 인가할 수 있다.
상기 제3 고전압 인가부는 상기 제1 중성자 검출 전극과 전기적으로 연결되며, 중성자 측정을 위하여 상기 제1 중성자 검출 전극에 고전압을 인가할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 검출 장치에 의하면, 제한된 공간에서도 하나의 검출 장치를 이용하여 방사선을 측정하여 감마선과 중성자를 동시에 구분하여 측정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치를 도시한 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의해야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하게 하지 않기 위해 생략한다.
본 발명은 원자력 및 방사선 분야에서 공간적으로 협소한 지점에서 감마선과 중성자를 구분하여 측정할 필요가 있을 경우 적용될 수 있는 방사선 검출기에 관한 것으로서, 감마선 측정을 위한 가스형 검출기 내에 중성자 측정을 위한 소형 반도체 검출기를 두고 상기 반도체 검출기 전극과 감마선 검출기 전극 내부에 전압 차이를 두어 감마선 검출에 적용하는 동시에 반도체 검출기를 이용하여 중성자를 측정하여 협소한 공간에서도 감마선과 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치를 도시한 도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 방사선 검출 장치(1)는 동시에 감마선과 중성자를 분리하여 측정할 수 있는 방사선 검출부(100) 및 상기 방사선 검출부(100)에 전압을 인가하고 측정된 감마선과 중성자를 분리하여 표시하는 신호 처리 회로(200)를 포함한다.
상기 방사선 검출부(100)는 외부 챔버(110), 중성자 검출 반응 박막(120), 제1 중성자 검출 전극(130), 반도체 검출부(140) 및 제2 중성자 검출 전극(150)을 포함한다.
상기 외부 챔버(110)는 내부에 기체가 충진되어 상기 방사선 검출부(100)에 입사된 감마선이 검출된다. 상기 외부 챔버(110)의 내부(111)에는 감마선 측정을 위하여 가스가 장기간 충진될 수 있다. 충진되는 가스로는 감마선과 반응이 높고 장기간 안정적으로 동작할 수 있는 불활성 기체나 혼합 기체가 충진될 수 있으며, 예를 들어 Ar, N, Xe 등이 충진될 수 있으나 상기 기체의 종류로서 본 발명을 한정하는 것은 아니나
또한, 상기 외부 챔버(110)는 고전압이 인가될 때 상기 외부 챔버의 내부(111)에서 발생한 이온-전자를 수집할 수 있으며, 이렇게 수집된 이온-전자 신호를 인출할 수 있도록 도체로 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 외부 챔버(110)는 입사된 감마선이 상기 외부 챔버(110) 통과시 감마선의 선속 및 에너지 저하를 최소화할 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
다시 말하자면, 상기 외부 챔버(110)의 내부(111)에는 기체가 충진되며 제1 고전압 인가부(210)를 통하여 고전압이 인가되고, 감마선이 상기 외부 챔버(110)의 내부에 입사되면 전하 신호가 생성되고 이를 수집하여 감마선 신호 증폭부(220)로 전달하게 된다.
상기 중성자 검출 반응 박막(120)은 중성자와 반응하는 부분으로써 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍의 제1 중성자 검출 전극(130)과 접합하여 상기 상기 외부 챔버(110)의 내부에 배치된다.
상기 중성자 검출 반응 박막(120)은 중성자 반응 단면적이 큰 물질로 이루어지며, 구체적으로 Li-6, B-10, Gd 또는 그 화합물 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 중성자 검출 반응 박막(120)은 중성자와 반응하여 알파선, 베타선 또는 이온 등과 같은 전하 신호를 발생하며 중성자 반응률이 최대화될 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
상기 제1 중성자 검출 전극(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 상기 중성자 검출 반응 박막(120)의 상면과 하면에 각각 한 쌍이 접합되어 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에 전압을 인가한다.
보다 자세하게, 상기 제1 중성자 검출 전극(130)은 제3 고전압 인가부(270)와 전기적으로 연결되어 상기 제3 고전압 인가부(270)로부터 상기 중성자 검출 반응 박막(120)으로 전압을 인가하며, 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에서 발생한 전하 신호를 수집하여 중성자 신호 증폭부(250)로 전달한다.
또한, 상기 제1 중성자 검출 전극(130)은 상기 반도체 검출부(140)와 접합되는 금속 전극으로써, 상기 반도체 검출부(140)에 고전압을 인가하여 상기 반도체 검출부(140)를 통하여 방사선으로부터 변환된 전자-양전자 또는 전자-양전자 신호를 수집할 수 있도록 구성된다.
아울러, 상기 제1 중성자 검출 전극(130)은 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에서 발생한 이온이 별도의 에너지 및 선속의 왜곡없이 수집될 수 있도록 설계되는 것이 바람직하다.
상기 반도체 검출부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍이 각각 상기 제1 중성자 검출 전극(130)에 접합되어 입사되는 방사선을 측정한다.
상기 반도체 검출부(140)는 Si, GaAs, SiC 등과 같은 반도체로 이루어진 검출부로써 검출부로써 상기 반도체 검출부(140)에 입사한 방사선이 전자-양전자로 변환되어 방사선을 측정하게 된다.
이와 같은 반도체 검출부(140)는 방사선 측정을 위하여 다이오드 구조로 되어 있으며, Schottky 다이오드, P-N 다이오드, PIN 다이오드 등 누설 전류를 최소화할 수 있는 다양한 구조를 가질 수 있다.
한편, 상기 반도체 검출부(140)는 중성자 측정시에는 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에서 중성자와 반응하여 하전 이온이 발생되고, 상기 하전 이온이 상기 반도체 검출부(140)에 입사되는 간접 방식에 의해 중성자를 측정하게 된다.
상기 제2 중성자 검출 전극(150)은 도 1에 도시된 바와 같이 한 쌍이 각각 반도체 검출부(140)에 접합된 금속 박막이다.
보다 자세하게, 상기 제2 중성자 검출 전극(150)은 상기 반도체 검출부(140)에 접합되어 상기 반도체 검출부(140)에 전압을 인가하며, 상기 반도체 검출부(140)에 인가된 방사선에 의해 변환된 전자-양전자 신호를 수집한다.
상기 신호 처리 회로(200)는 제1 고전압 인가부(210), 감마선 신호 증폭부(220), 감마선 신호 선량 전환부(230), 제2 고전압 인가부(240), 중성자 신호 증폭부(250), 중성자 신호 선량 전환부(260), 제3 고전압 인가부(270) 및 방사선 표시부(280)를 포함한다.
상기 제1 고전압 인가부(210)는 상기 외부 챔버(110)와 전기적으로 연결되어 상기 외부 챔버(110)에 전압을 인가한다.
상기 감마선 신호 증폭부(220)는 검출된 감마선 신호를 증폭하는 부분으로써, 내부에 기체가 충진된 외부 챔버(110)에 상기 제1 고전압 인가부(210)를 통하여 고전압이 인가되고 감마선이 상기 외부 챔버(110)의 내부(111)에 입사되면 수집된 전하 신호를 전달받아 감마선 신호를 증폭하게 된다.
상기 감마선 신호 선량 전환부(230)는 상기 감마선 신호 증폭부(220)에서 증폭된 감마선 신호를 방사선량으로 변환한다.
상기 제2 고전압 인가부(240)는 상기 제2 중성자 검출 전극(150)과 전기적으로 연결되어 전압을 인가한다. 보다 자세하게, 상기 제2 고전압 인가부(240)는 감마선 및 중성자 측정을 위해 상기 제2 중성자 검출 전극(150)에 고전압을 인가한다.
상기 중성자 신호 증폭부(250)는 상기 제1 중성자 검출 전극(130)과 전기적으로 연결되어 상기 중성자 검출 반응 박막(120)으로부터 검출된 중성자 신호를 증폭한다.
상기 중성자 신호 선량 전환부(260)는 상기 중성자 신호 증폭부(250)에서 증폭된 중성자 신호를 방사선량으로 변환한다.
상기 제3 고전압 인가부(270)는 상기 제1 중성자 검출 전극(130)과 전기적으로 연결되며, 중성자 측정을 위하여 상기 제1 중성자 검출 전극(130)에 고전압을 인가한다.
상기 방사선 표시부(280)는 상기 감마선 신호 선량 전환부(230) 및 상기 중성자 신호 선량 전환부(260)와 연결되어 상기 방사선 검출부(100)에서 검출된 감마선 선량 및 중성자 선량을 구분하여 표시한다.
여기서, 상기 방사선 표시부(280)는 감마선 선량 및 중성자 선량을 디스플레이할 수 있는 장치이면 어떠한 것이라도 상관없으며, 상기 디스플레이의 종류로써 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이상과 같이 본 발명에 따른 방사선 검출 장치를 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상 범위내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
1: 방사선 검출 장치
100: 방사선 검출부
110: 외부 챔버 111: 외부 챔버 내부
120: 중성자 검출 반응 박막 130: 제1 중성자 검출 전극
140: 반도체 검출부 150: 제2 중성자 검출 전극
200: 신호 처리 회로
210: 제1 고전압 인가부 220: 감마선 신호 증폭부
230: 감마선 신호 선량 전환부 240: 제2 고전압 인가부
250: 중성자 신호 증폭부 260: 중성자 신호 선량 전환부
270: 제3 고전압 인가부 280: 방사선 표시부

Claims (12)

  1. 동시에 감마선과 중성자를 분리하여 측정할 수 있는 방사선 검출부(100); 및
    상기 방사선 검출부(100)에 전압을 인가하고 측정된 감마선과 중성자를 분리하여 표시하는 신호 처리 회로(200);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 방사선 검출부(100)는,
    내부에 기체가 충진되어 방사선 검출부(100)에 입사된 감마선이 검출되는 외부 챔버(110);
    상기 외부 챔버(110) 내부에 배치되며 중성자와 반응하는 중성자 검출 반응 박막(120);
    상기 중성자 검출 반응 박막(120)의 상면과 하면에 각각 접합되어 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에 전압을 인가하는 한 쌍의 제1 중성자 검출 전극(130);
    상기 제1 중성자 검출 전극(130)에 접합되어 입사되는 방사선을 측정하는 한 쌍의 반도체 검출부(140); 및
    상기 반도체 검출부(140)에 접합되어 상기 반도체 검출부(140)에 전압을 인가하는 한 쌍의 제2 중성자 검출 전극(150);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 신호 처리 회로(200)는,
    상기 외부 챔버(110)와 전기적으로 연결되어 상기 외부 챔버(110)에 전압을 인가하는 제1 고전압 인가부(210);
    검출된 감마선 신호를 증폭하는 감마선 신호 증폭부(220);
    상기 감마선 신호 증폭부(220)에서 증폭된 감마선 신호를 방사선량으로 변환하는 감마선 신호 선량 전환부(230);
    상기 제2 중성자 검출 전극(150)과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 제2 고전압 인가부(240);
    상기 제1 중성자 검출 전극(130)과 전기적으로 연결되어 상기 중성자 검출 반응 박막(120)으로부터 검출된 중성자 신호를 증폭하는 중성자 신호 증폭부(250);
    상기 중성자 신호 증폭부(250)에서 증폭된 중성자 신호를 방사선량으로 변환하는 중성자 신호 선량 전환부(260);
    상기 제1 중성자 검출 전극(150)과 전기적으로 연결되어 전압을 인가하는 제3 고전압 인가부(270); 및
    상기 감마선 신호 선량 전환부(230) 및 중성자 신호 선량 전환부(260)와 연결되어 상기 방사선 검출부(100)에서 검출된 감마선 선량 및 중성자 선량을 구분하여 표시하는 방사선 표시부(280);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 챔버(110)의 내부에는 기체가 충진되며 상기 제1 고전압 인가부(210)를 통하여 고전압이 인가되고, 감마선이 상기 외부 챔버(110)의 내부에 입사되면 전하 신호가 생성되고 이를 수집하여 상기 감마선 신호 증폭부(220)로 전달하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 외부 챔버(110)의 내부에 충진되는 기체는 불활성 기체 또는 혼합기체인 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 중성자 검출 반응 박막(120)은 Li-6, B-10, Gd 및 그 화합물 중 어느 하나이며, 중성자와 반응하여 전하 신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전하 신호는 알파선, 베타선 및 이온 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 중성자 검출 전극(130)은 상기 제3 고전압 인가부(270)와 전기적으로 연결되어 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에 전압을 인가하며, 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에서 발생한 전하 신호를 수집하여 상기 중성자 신호 증폭부(250)로 전달하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 반도체 검출부(140)는 다이오드 구조로 형성되며, 입사된 방사선에 의해 변환된 전자-양전자를 통하여 방사선을 측정하되, 중성자 측정시에는 상기 중성자 검출 반응 박막(120)에서 중성자와 반응하여 하전 이온이 발생되고 상기 하전 이온이 상기 반도체 검출부(140)에 입사되는 간접 방식에 의해 중성자를 측정하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 중성자 검출 전극(150)은 상기 반도체 검출부(140)에 접합되어 상기 상기 반도체 검출부(140)에 전압을 인가하며, 상기 반도체 검출부(140)에 인가된 방사선에 의해 변환된 전자-양전자 신호를 수집하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 고전압 인가부(240)는 상기 제2 중성자 검출 전극(150)과 전기적으로 연결되며, 감마선 및 중성자 측정을 위하여 상기 제2 중성자 검출 전극(150)에 고전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 제3 고전압 인가부(270)는 상기 제1 중성자 검출 전극(130)과 전기적으로 연결되며, 중성자 측정을 위하여 상기 제1 중성자 검출 전극(130)에 고전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 감마선 및 중성자를 구분하여 측정할 수 있는 방사선 검출 장치.
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