KR20130118293A - 글러브 박스 안에 배치되는 핵물질을 모니터링하기 위한 기기 - Google Patents

글러브 박스 안에 배치되는 핵물질을 모니터링하기 위한 기기 Download PDF

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KR20130118293A
KR20130118293A KR1020137000982A KR20137000982A KR20130118293A KR 20130118293 A KR20130118293 A KR 20130118293A KR 1020137000982 A KR1020137000982 A KR 1020137000982A KR 20137000982 A KR20137000982 A KR 20137000982A KR 20130118293 A KR20130118293 A KR 20130118293A
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크리스토프 브레나이스
크리스티앙 뒤크로스
파브리스 라마디
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꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스
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Abstract

이것은 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브(1)를 지지하며 부착하기 위한 기계적 기기이다. 각 검출 프로브(1)에 대해, 그것은 검출 프로브(1)의 시계를 한정하기 위한 시준기(3)를 지지할 수 있는 시준기-홀더(5)로 끝나는 하나의 프로브-홀더(7), 그리고 글러브 박스의 글러브 포트에 부착되기 위한 부착 기기(6)를 포함하고, 프로브-홀더 또는 각 프로브-홀더(7)는 상기 부착 기기(6)와 협력한다.

Description

글러브 박스 안에 배치되는 핵물질을 모니터링하기 위한 기기{Device for monitoring a nuclear material placed in a glove box}
본 발명은 핵물질의 모니터링과 관계가 있다. 이 문맥에서, 표현 "핵물질(nuclear material)"은 상당한 농도(concentrations)로 우라늄, 플루토늄 또는 토륨을 포함하는 물질을 의미한다.
이 핵물질들은 핵연료 주기(nuclear fuel cycle) 중 다수의 실험실들 또는 공장들에서 취급된다. 산업 실무들은 안전 제약에 의해 통제되고, 문서 "FUNDAMENTAL SAFETY RULES RELATIVE TO BASIC NUCLEAR INSTALLATIONS OTHER THAN NUCLEAR REACTORS RFS N˚1.3.C OF 18 OCTOBER 1984"에 제시된 것과 같이 특히 임계의 위험(risk of criticality)을 관리하며 핵물질의 급증(proliferation)을 제어하기 위한 것이다.
핵물질 및 특히 핵분열성 핵물질, 즉 핵분열(nuclear fission)할 수 있는 그러한 물질을 포함하는 산업의 또는 연구 설비들의 운영은 워크 스테이션들(work stations)로 조직화되어 있다. 워크 스테이션은 경계가 정해진 외형을 구비한 설비의 일부이며, 그 안에 제한된 질량의 핵물질이 존재한다. 본 발명에서, 워크 스테이션는 글러브 박스(glove box)이다. 워크 스테이션에 포함된 핵물질의 질량의 관리는 임계의 위험을 제어하는 방법들 중 하나이다. 이 제어 방법은 워크 스테이션의 입구 및 출구에서 무게 달기(weighing) 작동들에 의해 생성된 질량 묶음들(mass budgets)을 사용하여 구현된다. 핵물질의 과도한 축적을 방지하기 위해, 워크 스테이션의 규칙적인 검사들 그리고 필요하다면 세정 작동들이 착수된다. 이 제어 방법은 구현하기에 간단하며 상대적으로 신뢰할 수 있다. 이 제어 방법은 감마 분광분석 측정들 또는 중성자 또는 감마 계량(metering)과 같은 수동적 비파괴적인 핵 측정들에 의해 일반적으로 완료된다. 비산업 이동 시스템들은 글러브 박스 내부에 설치를 요구하며 작동의 끝에서 시스템들의 제염(decontamination)을 초래하면서 사용된다.
그러나, 이 분석 기술들은 구현하기에 현저하게 복잡한데, 표준 위치 시스템(standard positioning system)이 존재하지 않고, 각 측정은 구체적인 분석을 요구하고, 그리고 측정들의 해석(interpretation)은 복잡한 다음 처리를 요구하기 때문이고, 이는 실시간 측정들의 결과들로부터 도출되는 이득을 허용하지 않는다.
본 발명의 목적은 글러브 박스 안의 이온화 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 프로브의 지지 및 부착을 위한 기계적 기기를 확실히 제안하는 것으로, 글러브 박스 안에서 이 이온화 방사선을 생성하는 핵물질을 쉽고 간단하게, 그리고 원래 장소에서 모니터링 가능하게 하는 것이다. 본 발명의 하나의 목적은 핵물질의 실시간 모니터링을 착수할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 미리 결정된 장소들에서 글러브 박스에 하나 이상의 검출 프로브들을 배치할 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 다른 시계들(observation fields)을 가지는 몇몇의 측정들을 할 수 있게 하는 것이다.
이것을 성취하기 위해, 본 발명은 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브를 지지하며 부착하기 위한 기계적 기기를 제안하고, 그 기기는 첫째로 시준기-홀더 그리고 두 번째로 글러브 박스의 글러브 포트에 부착을 위한 기기를 포함한다.
더 구체적으로, 본 발명은 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브를 지지하며 부착하는 기계적 기기이고, 이 기기는 각 이온화 방사선 검출 프로브에 대해, 상기 검출 프로브의 시계(field of observation)를 한정하기 위한 시준기(collimator)를 지지할 수 있는 시준기-홀더로 끝나는 프로브-홀더, 그리고 또한 글러브 박스의 글러브 포트에 부착되기 위한 부착 기기를 포함하고, 상기 프로브-홀더 또는 각 프로브-홀더는 상기 부착 기기와 협력한다.
프로브에 조정 가능한 시계를 주기 위해 시준기를 쉽게 변화시킬 수 있도록, 원기둥-원기둥 맞춤 유형의 상기 시준기-홀더에 시준기를 부착하기 위한 수단, 그리고 상기 시준기가 상기 시준기-홀더에 대하여 회전하거나 슬라이딩하는 것을 모두 막기 위해, 상기 시준기-홀더와 상기 시준기 중 어느 하나에 의해 유지되는 노치(notch)에 의해 정지되기 위한 적어도 하나의 볼 플런저(ball plunger)를 더하고, 상기 시준기는 따라서 교체 가능하다.
글러브 박스 안에 이온화 방사선 검출 프로브를 정확하게 위치시키기 위해, 시준기-홀더는 이온화 방사선 검출 프로브를 위치에 잠그기 위한 잠금 수단이 설치되는 것이 바람직하고, 그로 인해 그것은 시준기-홀더에 대하여 슬라이딩도 회전도 할 수 없다.
부착 기기는 중심부를 포함할 수 있고, 프로브-홀더는 중심부를 통과하고, 이 중심부의 가장자리(edge)에는 부착 수단이 설치되어 있는 플랜지가 달려 있고, 그 부착 수단은 글러브 박스의 글러브 포트에 의해 유지되는 결합된 부착 수단과 협력하기 위한 것이고, 이들 부착 수단은 배요넷(bayonet) 또는 클로(claw) 유형이다. 이 수단에 의해, 글러브 박스 안에 이온화 검출 프로브를 지지하며 부착하는 기계적 기기를 설치하는 것이 매우 쉬워진다.
이온화 방사선 검출 프로브가 글러브 박스 안에 설정되는 깊이 및 그것의 시계(observation field)의 각도 정렬를 조정 가능하도록 하기 위해, 부착 기기는 프로브-홀더를 잠그기 위한 잠금 수단이 설치될 수 있어, 그것은 부착 기기에 대하여 슬라이딩도 회전도 할 수 없다.
다시, 이온화 방사선 검출 프로브의 시계(observation field)의 각도 정렬을 제어하는 목적으로, 부착 기기는 중심부를 잠그기 위한 잠금 수단을 포함할 수 있어, 그것은 플랜지에 대하여 회전할 수 없다.
프로브-홀더에 대하여 시준기의 각도 위치 및 부착 기기에 대하여 프로브-홀더의 각도 위치의 설정들(settings)을 매우 정확히 하기 위해, 시준기-홀더 및/또는 부착 기기는 버블 레벨이 설치되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한 글러브 박스 안에 배치되는 핵물질 모니터링 기기에 관계한다. 그것은 이 방식으로 특정된 기계적 지지 및 부착 기기, 프로브-홀더 안에 배치되는 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브, 그리고 이온화 방사선 검출 프로브에 의해 전송된 신호를 처리하며 디스플레이하기 위한 시스템을 포함하고, 이 프로브는 시준기-홀더로부터 방사된 이온화 방사선을 감지하는 검출기를 구비한다. 시준기가 시준기-홀더에 부착될 때, 검출기는 시준기 안에 수용된다.
검출기는 유리하게 CdTe 또는 CdZnTe로 구성될 수 있는데, 이 물질들이 이온화 방사선을 감지하기 때문이다.
프로브는 바람직하게는 X 및/또는 감마 분광분석의 프로브이고, X 분광분석은 더 약한 에너지 레벨들, 더 구체적으로 120　keV보다 낮은 것들에 관계가 있다.
본 발명은 또한 이 방식으로 특정된 핵물질을 모니터링하기 위한 기기가 설치되어 있는 글러브 박스에 관계한다.
본 발명은 또한 모니터링되는 핵물질에 존재하는 하나 이상의 방사성 원소들을 확인하기 위한, 이 방식으로 특정된 핵물질을 모니터링하기 위한 기기에 관계한다.
본 발명은 또한 모니터링되는 핵물질의 활성(activity)을 판별하기 위한, 이 방식으로 특정된 핵물질을 모니터링하기 위한 기기의 용도에 관계한다.
본 발명은 또한 모니터링되는 핵물질의 잔류(retention) 또는 제염 인자(decontamination factor)의 변화를 추정하기 위한, 이 방식으로 특정된 핵물질을 모니터링하기 위한 기기의 용도에 관계한다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 단순히 지시로서 그리고 결코 제한적이지 않게 주어진 실시예의 예들의 서술을 읽으면 더 잘 이해될 것이고, 도면들에서:
도 1a, 1b는 프로브들을 지지하며 부착하기 위한 기계적 기기를 사용하고, 프로브들의 부착 기기는 배요넷 맞춤(bayonet fitting)을 가지는, 본 발명의 대상을 형성하는 2개의 이온화 방사선 검출 프로브들을 구비하는 핵물질 모니터링 기기의 예를 3차원으로 도시하고;
도 2a는 본 발명에 따른 이온화 방사선 검출 프로브를 지지하며 부착하기 위한 기계적 기기의 예의 시준기-홀더를 도시하고, 시준기-홀더는 의도적으로 시준기를 가지고 있지 않고;
도 2b, 2c는 본 발명에 따른 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브를 지지하며 부착하기 위한 기계적 기기의 시준기-홀더 및 그것의 교체 가능한 시준기의 예를 도시하고;
도 3은 글러브 박스를 도시하고, 글러브 박스의 하나의 글러브 포트는 본 발명에 따른 핵물질 모니터링 기기가 설치되어 있고, 핵물질 모니터링 기기는 2개의 이온화 방사선 검출 프로브들을 구비하고, 프로브들의 각각은 시준기와 연관되고;
도 4a(1), 4a(2), 4b 내지 4d는 글러브 박스의 글러브 포트 및 기계적 지지 및 부착 기기를 부착하기 위한 기기 사이의 결합(coupling)의 세부 사항을 도시하는 여러 가지 시점들이고, 부착 기기는 클로 유형(claw type)이고;
도 5는 2개의 이온화 방사선 검출 프로브들의 에너지의 함수로서 고유 효율을 도시하는 그래프이고, 프로브들의 부피는 60　mm3 또는 1　mm3이다.
아래에 서술된 여러 가지 도면들의 같거나, 유사한 또는 등가의 부분들은 동일한 참조번호들을 가지는데, 하나의 도면에서 다른 도면으로 이동하는 것을 더 쉽게 하기 위해서이다.
도면들에서 표현된 여러 가지 부분들은 반드시 균일한 스케일(uniform scale)로 표현되지 않는데, 도면들을 더 알기 쉽게 만들기 위해서이다.
이 도면들에서, 잘 알려진 구조들은 서술을 불필요하게 너무 부담시키지 않기 위해 상세하게 표현되지 않는다.
도 1a, 1b를 참조할 것이고, 도 1a, 1b는 본 발명의 대상을 형성하는 핵물질(nuclear material) 모니터링 기기의 2개의 시점들을 3차원으로 도시한다. 본 발명의 대상을 형성하는 핵물질 모니터링 기기는 글러브 박스(glove box, 9) 안에 배치된 핵물질을 모니터링하기 위한 것이다. 도 3에서만 글러브 박스(9)를 볼 수 있다.
글러브 박스(9)는 (글러브 포트 유형(glove port type)의) 적어도 한 쌍의 개구들(apertures, 9.1)이 설치되어 있는 밀봉된 외함(sealed enclosure)이고, 개구들(9.1)의 각각은 밀봉된 방식으로 취급 글러브들(handling gloves, 9.2)이 설치되어 있고, 취급 글러브들(9.2)은 조작자들이 오염의 위험 없이 글러브 박스에 개입할 수 있게 한다. 글러브들은 장비(equipment) 또는 폐기물(waste)이 도입되거나 제거되는 것을 가능하게 하는 슬리브들(sleeves)로 대체될 수 있다. 이 경우에, 슬리브들은 밀봉된 양식으로 개구들에 부착된다. 도 3은 글러브들만을 도시하나, 슬리브들은 손가락들이 잘린 글러브들과 같을 것임이 상상될 수 있다.
핵물질 모니터링 기기는 첫째로 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브(ionising radiation detection probe, 1)와 두 번째로 글러브 박스(9)의 개구(9.1)에 이온화 방사선 검출 프로브(1)를 지지하고 부착하는 기계적 기기(mechanical device, 10)를 포함한다. 이온화 방사선 검출 프로브(1)는 이온화 방사선 검출 프로브(1)에 의해 전송된 신호를 처리하고 디스플레이하는 시스템(11)에 수월하게 연결된다. 이온화 방사선을 검출하기 위한 프로브(1)는 이온화 방사선을 감지하는(sensitive) 검출기(detector, 2)를 포함한다. 도 1a, 1b에서, 검출 프로브(1)가 부분적으로만 보인다.
바람직하게는 X 및/또는 감마(gamma) 분광분석(spectrometry) 프로브가 사용될 것이다. X 분광분석은 감마 분광분석보다 약한 에너지 레벨들, 특히 120　keV보다 낮은 레벨들에 관계가 있다. 서술의 나머지에서, 표현 "검출 프로브(detection probe)"가 사용될 때, 이는 이것이 임의의 유형의 이온화 방사선 검출 프로브일 수 있음을 의미한다.
X 및/또는 감마 분광분석 프로브(1)는 스펙트럼, 즉 핵물질에 의해 방사된 X 및/또는 감마 방사선의 에너지 분포(energy distribution)를 알 수 있게 한다. 획득된 스펙트럼은 X 및/또는 감마 분광분석 프로브(1)에 맞는 검출기(2)에서 X 및/또는 감마 방사선의 다른 기본적인 상호 작용들을 반영한다.
도 2a, 2b, 2c를 또한 참조할 것이다. 이 이온화 방사선 검출 프로브(1)는 축 xx'를 따라 연장한 길쭉한 형상이다. 핵물질에서 비롯된 이온화 방사선을 감지하는 검출기(2)는 프로브의 일단에 배치된다. 이 검출기(2)는 수신된 이온화 방사선을 전기 신호로 변형시킨다. 전기 신호들이 처리 및 디스플레이 시스템(processing and display system, 11)에 의해 처리될 수 있도록 전기 신호들을 운반하기 위한 전기 전도체들(electrical conductors, 1.1)은 프로브(1)의 타단에 접근 가능하다.
이 검출기(2)는 예를 들어 CdTe 또는 CdZnTe와 같은 반도체 물질들로부터 만들어질 수 있는데, 이 물질들이 X 및 감마 방사선을 감지하기 때문이다. 이 검출기(2)는 회전 대칭적인 원기둥(rotationally symmetrical cylinder)의 형태를 취할 수 있다.
이 검출 프로브(1)는 바람직하게는 콜리메이션(collimate)된다. 시준기(collimator, 3)는 검출기(2)에 의해 보이는 공간의 부분, 즉 그것의 시계(field of observation)를 제한하기 위한 것이다. 시준기(3)는 검출 프로브(1)의 검출기(2)의 시계를 한정하는 입체각(solid angle)의 값에 의해 특징 지어진다. 검출기(2)의 부피는 달라질 수 있고; 그러나, 동일한 시준기가 사용될 수 있다. 이 부피는 예를 들어 1 mm3 및 1500 mm3 사이에 있을 수 있다.
검출 프로브(1)는 또한 본 발명의 대상인 글러브 박스에서 기계적 지지 및 부착 기기(mechanical support and attachment device, 10)와 함께 사용되기 위한 것이다. 본 발명의 대상인 검출 프로브(1)의 기계적 지지 및 부착 기기(10)는 시준기-홀더(collimator-holder, 5)로 끝나는 프로브-홀더(probe-holder, 7) 및 글러브 박스(9)의 글러브 포트(9.1)와의 부착 기기(6)를 포함한다.
검출 프로브(1)는 프로브-홀더(7)로부터 분리될 수 있다. 아주 다른 레벨들의 방사성 선원들(radioactive sources)을 밝히기 위해, 다양한 검출 프로브들(1)이 이용 가능해야만 하고, 그것들의 검출기들(2)은 다른 부피들을 가진다.
시준기-홀더(5)는 시준기(3)를 유지하기 위한 것이다. 프로브-홀더(7) 안에 배치된 검출 프로브(1)가 개방 필드(open field)에서 시준기가 존재하지 않은 채로 작동할 수 있음을 도 2a에서 볼 수 있다. 이 구성(configuration)에서, 시준기-홀더(5)는 시준기(3)를 유지하지 않는다. 검출 프로브(1)의 검출기(2)는 시준기-홀더(5)에서 나온다.
프로브-홀더(7)는 우선적으로 주축(main axis) 주위에 제조된 관 형상의 부분(tubular part)이다. 검출 프로브(1)는 프로브-홀더(7)에 삽입하기 위한 것이다. 프로브-홀더(7)는 스테인리스강(stainless steel)으로 구성될 수 있다. 그것은 제1 개방단(open end) 및 제2 말단(end)을 구비하고, 제1 개방단은 시준기-홀더(5)에 부착되어야만 하고, 검출 프로브(1)로부터의 전기 전도체들(1.1)은 처리 및 디스플레이 시스템(11)에 전기적으로 연결되기 위해 제2 단에 의해 접근 가능하게 될 수 있다.
시준기-홀더(5)는 관 형상의 부분이다. 그것은 주축 주위에 제조되며, 프로브-홀더(7)의 것보다 두껍다. 그것의 양 말단들은 개방된다. 그것은 프로브-홀더(7)처럼 프로브(1) 주위에 미끄러지기(slip) 위한 것이다. 그것은 일단에 의해 프로브-홀더(7)의 일단에 부착되기 위한 것이며, 그것의 타단에 의해 시준기(3)에 부착되기 위한 것이다. 그것은 프로브-홀더(7)를 연장한다. 시준기-홀더(5)는 프로브-홀더(7)가 그럴 수 있듯이 스테인리스강으로 구성될 수 있다. 그것은 시준기(3)의 것들보다 강한 기계적 특성들을 가져야만 한다.
시준기(3)는 차폐(shielding) 기능을 가진다. 그것은 구리 또는 구리 합금으로 구성될 수 있는데, 구리가 강철(steels)보다 좋은 감쇠율(attenuation factor)을 가지기 때문이다. 시준기(3)는 개구를 포함하고, 검출기(2)가 시준기(3) 안에 배치될 때, 이온화 방사선은 그 개구를 통해 검출기(2)에 도달할 수 있다. 시준기의 나머지, 즉 그것의 본체(body)는 검출기를 둘러싸며, 이온화 방사선에 맞서 차폐 기능을 가진다.
도 2b에 의해 도시된 것과 같이, 시준기(3)는 유리하게 분리 가능하게 만들어지고, 즉 그것은 시준기-홀더(5)로부터 쉽게 분리될 수 있다. 주어진 검출 프로브(1)에 대해, 그러면 몇몇의 시준기들(3)이 존재할 수 있고, 그 시준기들(3)은 다른 값들의 개구들을 구비하고, 그러므로 다른 값들의 입체각들을 가진다. 시준기-홀더(5)를 사용 중이 아니게 놓아두는 시준기들이 존재하지 않는 것이 또한 가능하다. 교체 가능한 시준기들(3)의 사용은 가변적인 입체각들이 사용될 수 있게 하고, 핵물질 모니터링 기기를 글러브 박스의 치수들(dimensions)에 맞추기에 매우 유용하며, 글러브 박스의 치수들은 즉, 첫째로 글러브 박스의 카운터 상단(counter top) 및 글러브 포트의 중심을 통과하는 축 사이의 높이(height)이고, 그리고 두 번째로 이 축을 따라 측정된 카운터 상단의 깊이(depth)이다.
도 2a는 시준기-홀더(5) 및 그것을 통과하는 검출 프로브(1)를 도시하고, 시준기가 없이 검출기(2)를 드러낸다. 도 2b는 프로브(1), 시준기-홀더(5), 시준기-홀더(5)에 분리 가능한 양식으로 설치된 시준기(3), 그리고 시준기-홀더(5)에 설치되기 위한 다른 입체각들을 가지는 일련의 다른 시준기들(3)을 도시한다. 도 2c는 축 XX'를 따른 세로 단면으로서 도 2b의 다른 요소들을 도시한다.
시준기(3)는 블라인드(blind) 관 형상의 부분이다. 그것은 주축 주위에 제조된다. 그것은 그것의 말단들 중 하나에서 폐쇄되고; 그것의 다른 말단은 시준기-홀더(5)에 부착되어야만 한다. 폐쇄된 말단은 구체의, 평평한 또는 다른 뚜껑(cap)의 형상을 가질 수 있다. 구체의 뚜껑은 공간적인 면(spatial terms)에서 검출기(2) 주위의 물질의 두께를 균일화하기 위해 유리하다.
시준기(3)는 검출 프로브(1)의 검출기(2)를 수용하기 위한 것이다. 시준기 안의 리세스(recess)의 부피는 다른 부피들의 검출기들을 수용할 수 있도록 선정된다. 그것은 검출기(2)의 시계를 한정하기 위해 측면으로 관통 홀(through hole, 3.1)을 포함하고, 관통 홀(3.1)은 바람직하게는 원뿔-형상(cone-shaped)이다. 원뿔의 입체각은 시준기(3)의 것과 동일하다.
관통 홀(3.1)은 축 주위에 제조되고, 그 축은 시준기(3)의 주축의 것에 수직이다. 이 축들을 도 2c에서 볼 수 있다. 도 2b 및 2c에서, 각기 10°, 30°, 50°, 70°, 및 90°도들의 입체각들을 가지는 5개의 다른 시준기들(3)이 표현되었다. 커버되는 각도들의 범위는 그러므로 20°의 간격으로 10°에서 90° 사이일 것이다. 물론 다른 값들이 생각될 수 있다.
도 1a, 1b에서, 검출 프로브(1), 시준기-홀더(5), 시준기(3) 및 프로브-홀더(7)는 동축(coaxial) 양식으로 다른 하나 안에 맞춰진 하나이다.
시준기(3) 및 시준기-홀더(5)는 체결기구들(fasteners, 8)에 의해 서로 부착된다. 이 체결기구들(8)은 첫째로 원기둥-원기둥 맞춤(cylinder-cylinder fitting), 그리고 두 번째로 고정(immobilisation) 수단을 포함한다. 시준기(3) 및 시준기-홀더(5)는 원기둥-원기둥 맞춤을 사용하여 서로에 관해 설치된다. 이것을 성취하기 위해, 시준기(3)는 시준기-홀더(5)에 의해 보유되는 수(male) 원기둥형 부분(5.1)으로 관통해야만 하는 암(female) 원기둥형 부분(3.1)이 설치되어 있다. 물론 시준기-홀더(5)는 암 원기둥형 부분이 설치되어 있고, 그리고 시준기(3)는 수 원기둥형 부분이 설치되어 있는 것으로 예상될 수 있다. 시준기가 시준기-홀더에 직면할 때 이 설치는 시준기가 정지되게 할 수 있게 한다.
서로에 맞춰질 때, 시준기-홀더(5) 및 시준기(3)는 고정 수단(8.1)에 의해 슬라이딩하거나 회전하는 것이 방지되고, 고정 수단(8.1)은 적어도 하나의 볼 플런저(ball plunger)와 같은 것으로, 적어도 하나의 볼 플런저는 암 원기둥형 부분(3.1)의 방사상(radial) 관통 홀(3.2)을 통과하고, 수 원기둥형 부분(5.1)에서 노치(notch, 5.2)에 맞서 정지시키기 위한 것이다. 도면들에서, 2개의 볼 플런저들(8.1)이 서로 정반대로 표현되었고, 이는 시준기(3) 및 시준기-홀더(5) 사이의 회전 잠금(rotational locking)의 신뢰도가 향상될 수 있게 한다. 시준기-홀더(5)의 수 원기둥형 부분(5.1)에서, 일련의 규칙적으로 분포된 노치들(5.2)이 표현되었고, 이는 시준기(3)의 관통 홀(3.1)의 각도 위치(angular position)가 시준기-홀더(5)에 대하여 조정될 수 있게 한다. 도 2a에서, 12개의 노치들(5.2)이 표현되었다. 이 숫자는 제한적이지 않다. 시준기-홀더(5)에 대하여 시준기(3)의 개구의 각도 위치의 조정은 기생의(parasitic) 감마 방사성 선원들을 입체각으로부터 그것들을 배제함으로써, 그러므로 검출 프로브의 시계로부터 배제함으로써 막을 수 있게 한다. 기계적 지지 기기(10)가 몇몇의 검출 프로브들(1)을 위해 설계될 때, 시준기들(3)의 개구의 각도 위치의 조정은 각 검출 프로브(1)의 시야(field of vision)를 다르게 정렬시킬 수 있게 하는데, 도 3에 도시된 것과 같은 글러브 박스(9)의 카운터 상단의 가장 큰 가능한 영역을 커버하기 위해서이다.
시준기-홀더(5)에서, 잠금 수단(5.3)은 또한 검출 프로브(1)가 슬라이딩하거나 회전하는 것을 방지하도록 제공된다. 그것들은 도 2b 및 2c에서만 보인다.
이 잠금 수단(5.3)은 나사(screw)를 포함할 수 있고, 나사는 시준기-홀더(5)의 구멍(bore) 안으로 방사상으로 관통하며, 잠길 때 나사의 일단은 검출 프로브(1)에 맞서 정지한다.
기계적 지지 및 부착 기기(10)는 또한 글러브 박스(9)의 글러브 포트(9.1)에 부착되는 부착 기기(6)를 포함한다. 글러브(9.2) 또는 슬리브는 핵물질 모니터링 기기가 글러브 박스(9)의 글러브 포트(9.1) 안으로 미끄러질(slip) 때 제자리에(in place) 남아 있다. 이 문맥에서, 우리는 그것이 슬리브를 가지는 경우에도 용어 "글러브 포트"를 계속 사용한다.
부착 기기(6)는 플랜지(flange, 6.2)에 의해 둘러싸인 중심부(central portion, 6.1)를 포함하고, 플랜지(6.2)는 글러브 박스(9)의 글러브 포트(9.1)에 부착되어야만 한다. 다시 도 1a, 1b를 그리고 또한 도 3을 참조한다. 이 글러브 포트(9.1)에는 일반적으로 3개가 존재하는 돌기들(lugs, 9.3)이 설치되어 있을 수 있는 링(ring, 9.5)이 달려 있다. 그것의 부분에 대해, 이 도면들에서 배요넷 유형 부착(bayonet type attachment, 6.3)이 설치되어 있는 플랜지(6.2)는 돌기들(9.3)을 매칭(matching)한다. 하나 이상의 프로브-홀더들(7)이 중심부(6.1)를 가로지른다. 몇몇의 프로브-홀더들(7)을 위해 단일 부착 기기(6)가 존재한다. 중심부(6.1)는 풀 디스크(full disk)의 형태로 표현되나, 하나 이상의 홀들을 구비하고, 하나 이상의 홀들 각각으로 프로브-홀더들(7) 중 하나가 도입된다. 이 중심부(6.1)는 셔터(shutter)와 유사하다. 그것은 글러브 포트(9.1)를 틀어막는다(plug). 정적인 밀봉(static sealing)을 제공하는 글러브와 함께, 구멍이 뚫린 중심부들(perforated central portions)이 가능할 것이다. 중심부(6.1)의 유일한 역할은 프로브-홀더 또는 각 프로브-홀더(7)를 지지하며 위치시키는 것이다.
도 4a의 (1) 및 (2)에 도시된 변형과 같이, 글러브 포트(9.1)는 외부적으로 하나 이상의 홈들(grooves, 9.41) 또는 하나 이상의 비드들(beads, 9.42)이 제공된 링(9.5)이 달려 있다. 홈들(9.41)은 리세스되고, 그리고 비드들(9.42)은 돌출된다. 플랜지(6.2)는 적어도 9.42에서 링(9.2)의 바깥쪽을 지지하는 방사상 클로들(claws; 6.40, 6.50)을 제공받는다. 도 4b, 4c, 4d를 참조한다. 도 4d에 도시된 것과 같이 클로들(6.40, 6.50) 중 참조된 적어도 하나(6.50)는 조정 가능하고; 다른 클로 또는 클로들(6.40)은 고정된다. 조정 가능한 클로(6.50)는 2개의 부분들에 있고, 2개의 부분들은 플랜지(6.2)에 단단히 부착된 하나의 고정된 부분(6.51) 및 구부러진 말단(curved end)을 구비한 하나의 이동 부분(moving portion; 6.52)이고, 이동 부분(6.52)는 홈(9.41)에 맞물리게 하기 위한 것이고, 이 경우에 홈(9.41)은 부착을 최적화하기 위해 두 번째의 하나, 글러브 박스에 가장 가까운 하나이다. 도 4a(2)에서와 같이, 만일 홈들 대신에 링(9.5)이 하나 이상의 비드들(9.42)을 구비하면, 이동 부분(6.52)은 비드들 중 하나, 예를 들어 두 번째의 하나, 글러브 박스에 가장 가까운 하나에 의해 지지된다. 이동 부분(6.52)의 구부러진 말단이 제자리에 있을 때, 나사 클램핑(clamping) 수단(6.53)이 고정된 부분(6.51)에 맞서 이동 부분(6.52)을 유지하기 위해 제공된다.
중심부(6.1)는 플랜지(6.2)에 대하여 회전할 수 있고, 플랜지(6.2)가 글러브 박스의 글러브 포트(9.1)에 부착되어 회전하는 것이 방지될 때 현저하게 그러하다. 검출기는 그러면 글러브 박스 안에 위치될 수 있다. 중심부(6.1)가 플랜지(6.2)에 대하여 회전하는 것을 방지하는 수단(6.4)이 제공된다. 이것은 플랜지(6.2) 안으로 나사 고정될 수 있는 적어도 하나의 마디가 있는(knurled) 나사(6.4)일 수 있고, 그리고 나사 고정될 때, 그것의 머리(head)는 플랜지(6.2)에 대하여 중심부(6.1)를 고정시킨다. 중심부(6.1) 주위에 분포된 몇몇의 마디가 있는 나사들을 구비하는 것이 바람직하다. 마디가 있는 나사의 이점은 그 나사의 머리에서 나사가 나사에게 큰 클램핑 영역을 주는 큰 어깨(shoulder)를 가지는 것이다.
서로 정반대인 2개의 그러한 나사들이 도면에서 표현되었다. 나사의 축은 축 XX'에 대략 평행하다. 부착 기기(6), 그리고 특히 그것의 중심부(6.1)는 버블 레벨(bubble level, 6.5)이 설치되어 있어, 수평선 및/또는 수직선에 대하여 중심부(6.1)의 각도 정렬(angular alignment)을 판별하는 것이 가능하다.
각 프로브-홀더(7)는 조이기(tightening) 전에 부착 기기(6)에 대하여 슬라이딩하며 회전할 수 있다. 그것은 부착 기기(6)의 중심부(6.1)로 슬라이딩할 수 있다. 부착 기기(6)에 대하여 프로브-홀더들(7)의 각각의 슬라이딩 및 회전을 방지하는 잠금 수단(6.5)이 제공되고, 이는 부착 기기(6)가 글러브 박스에 단단히 부착된 후, 글러브 포트에 대하여 글러브 박스 안의 검출기의 위치의 깊이가 조정될 수 있게 한다. 이 잠금 수단(6.5)은 예를 들어 각 프로브-홀더(7)에 대해 나비 나사(thumbscrew)에 의해 구현될 수 있고, 나비 나사는 손으로 쉽게 나사 고정될 수 있으며 나사 해제될 수 있다. 이 나비 나사는 부착 기기(6)의 중심부(6.1)상의 돌출부(protrusion, 6.10) 안으로 나사 고정된다. 그것의 말단은 프로브-홀더(7)상의 홈에 맞물리고, 이는 회전 또는 슬라이딩을 방지한다. 도면들에서는 홈을 볼 수 없을 것이다. 회전 또는 슬라이딩을 방지하는 수단의 이 유형은 기계학에서 통상적이다.
각 검출 프로브(1)는 바람직하게는 독립적으로 높고 낮은 전압들로 수월하게 전력을 공급받기 위한 것이고; 이 전원(power source)은 도면들을 너무 부담시키지 않기 위해 표현되지 않았다. 각 검출 프로브(1)는 프로브에 의해 전송된 신호를 처리하고 디스플레이하기 위한 시스템(11)에 연결되기 위한 것이다.
CdZnTe 또는 CdTe로 구성된 검출기들이 우선해서 선정되는데, 그것들은 높은 에너지에서보다 낮은 에너지에서 큰 효율을 가지기 때문이고, 도 5에 도시된 것과 같이 만족스러운 해상도(resolution)를 가진다. 해상도는 스펙트럼에서 반높이(half-height)에서 피크(peak)의 너비(breadth)와 동일하고; 그것은 읽을 수 있기에 충분해야만 한다. 예를 들어, 아메리슘(americium) 241의 경우에, 이 너비는 1　keV보다 작다. 게다가, 이 검출기들의 조직(morphology)은 충분히 촘촘하고(compact), 이는 그것들이 시준기 안에 수용될 때 그것들이 글러브 박스의 표준(standard) 글러브 포트 안으로 단일 유닛 또는 몇몇의 유닛들로 도입될 수 있음을 의미한다.
도 5는 CdZnTe로 구성되고, 부피들 1　mm3 및 60　mm3의 검출기들로 획득된다. 가로 좌표들의 스케일은 범위 0 내지 1400　keV를 커버하는 것을 볼 수 있다. 안티늄원소(actinides)(방사성 원소들의 질량수(mass number)가 악티늄(actinium)의 것, 다시 말해 227보다 큰 방사성 원소들)은 에너지 감마선(egergy gamma rays)의 피크들이 0 및 300　keV 사이에 있는 에너지 감마선을 가짐이 또한 상기된다. 예를 들어, 플루토늄의 또는 그것의 파생(descendants)의 2개의 특징선들은 아메리슘 241에 대해 59.54　keV 및 우라늄 237에 대해 208　keV의 에너지 레벨을 가진다.
주어진 검출기의 에너지 E의 cm2에서 고유 효율(intrinsic efficiency) K(E)는 검출기로부터 주어진 거리에 배치된 국부적인(localised) 측정 표준 선원들(measurement standard sources)에 의하여 실험적으로 판별되고, 그것의 활성(activity)은 알려져 있다. 측정 표준 선원으로 획득된 스펙트럼의 각 상당한 피크에 대해, 계량율(metering rate)이 계산되고, 그리고 그것은 검출기의 중심에서 측정 표준 플루엔스율(fluence rate)과 관련되어 있다. 검출기의 고유 효율은 공식 K(E) = S(E)/Tc x Φ(E)를 만족시키고, S(E)는 에너지 레벨 E에서 에너지 피크의 순면적(net area)이고, Tc는 초로 표현된 스펙트럼의 획득 시간(acquisition time)이고, 그리고 Φ(E)는 검출기의 중심에서 플루엔스 유동률(fluence flow rate)(gamma/cm2/s)이다.
스펙트럼은 통상적인 양식으로 처리된다.
그것은 조작자가 글러브 박스 안 핵물질의 양이 어떻게 변화했는지를 2개의 방식들로 알 수 있게 한다. 스펙트럼에 존재하는 각 선(line)에 대해, 피크의 정상(top)에서 상응하는 에너지 및 피크의 순면적이 제공된다.
방식들 중 하나는 FD 잔류(retention) 또는 제염 인자(decontamination factor)를 획득하기 위한 것이고, 그리고 다른 하나는 시준기의 입체각에 포함되는 핵물질의 활성의 판별을 초래하는 스펙트럼의 직독(direct reading)이다. 이 각도는 전체 글러브 박스를 커버하기 위해 크기에서 그리고 위치에서 달라질 수 있다.
주어진 방사성 원소(radioelement)에 대해 잔류 또는 제염 인자 FD를 추정하기 위해, 이 방사성 원소의 상당한 에너지 레벨 Ei에서 피크의 순면적이 2개의 주어진 순간들(instants) t0 및 t1에서 판별되고, t1은 t0보다 후이다. 핵물질의 질량은 이 2개의 순간들 사이에서 변했다고 가정된다. 시간에 대해 교정된 이 면적들(계량율들)은 N0Ei 및 N1Ei로 불린다. 순간 t0 및 순간 t1 사이의 에너지 Ei에 대한 잔류 또는 제염 인자 FD는 비율 N0Ei/N1Ei이다.
모니터링되는 핵물질 안에 존재하는 하나 이상의 방사성 원소들은 이 수단에 의해 확인될 수 있고, 그리고 이 핵물질은 글러브 박스 안에 존재한다.

Claims (14)

  1. 이온화 방사선을 검출하기 위한 적어도 하나의 프로브(1)를 지지하며 부착하는 기계적 기기로서, 각 검출 프로브(1)에 대해,
    상기 검출 프로브(1)의 시계(field of observation)를 한정하기 위한 시준기(collimator, 3)를 지지할 수 있는 시준기-홀더(5)로 끝나는 프로브-홀더(7),
    글러브 박스(9)의 글러브 포트(9.1)에 부착되기 위한 부착 기기(6),
    그리고 또한 시준기(3) 및 원기둥-원기둥 맞춤 유형의 상기 시준기-홀더(5)에 상기 시준기(3)를 부착하기 위한 부착 수단(8)을 포함하고,
    상기 프로브-홀더 또는 각 프로브-홀더(7)는 상기 부착 기기(6)와 협력하고,
    상기 시준기(3)가 상기 시준기-홀더(5)에 대하여 회전하거나 슬라이딩하는 것을 방지하기 위해, 상기 부착 수단(8)은 상기 시준기-홀더(5)와 상기 시준기(3) 중 어느 하나에 의해 유지되는 노치(notch, 5.2)에 맞서 정지하기 위한 적어도 하나의 볼 플런저(ball plunger, 8.1)를 구비하고,
    상기 시준기(3)는 상기 검출 프로브(1)의 시계를 조정할 수 있도록 분리될 수 있는 것을 특징으로 하는 기계적 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시준기-홀더(5)에는 상기 검출 프로브(1)가 상기 시준기-홀더(5)에 대하여 슬라이딩하거나 회전하는 것을 방지하기 위한 잠금 수단(5.3)이 제공되는, 기계적 기기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부착 기기(6)는 상기 프로브-홀더(7)가 통과하는 중심부(6.1)를 포함하고, 이 중심부(6.1)는 상기 글러브 박스의 상기 글러브 포트(9.1)에 의해 유지되는 조합된 부착 수단(9.3, 9.41, 9.42)과 협력하기 위한 부착 수단(6.3)이 설치되어 있는 플랜지(6.2)가 달려 있고, 이 부착 수단(6.3)은 배요넷(bayonet) 또는 클로(claw) 유형인, 기계적 기기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부착 기기(6)는 상기 프로브-홀더(7)가 슬라이딩하거나 회전하는 것을 방지하기 위한 잠금 수단(6.5)을 포함하는, 기계적 기기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부착 기기(6)는 상기 중심부(6.1)가 상기 플랜지(6.2)에 대하여 슬라이딩하거나 회전하는 것을 방지하기 위한 잠금 수단(6.4)을 포함하는, 기계적 기기.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부착 기기(6)에는 버블 레벨(bubble level)(5.4, 6.5)이 설치되어 있는, 기계적 기기.
  7. 글러브 박스(9) 안에 배치되는 핵물질 모니터링 기기로서,
    전기한 항들 중 어느 한 항에 따른 기계적 지지 및 부착 기기,
    상기 프로브-홀더(7) 안에 배치되는 적어도 하나의 이온화 방사선 검출 프로브(1), 그리고
    상기 이온화 방사선 검출 프로브(1)에 의해 전달되는 신호를 처리하며 디스플레이하기 위한 시스템(11)을 포함하고,
    이 이온화 방사선 검출 프로브(1)는 상기 시준기-홀더(5)로부터 방사된 상기 이온화 방사선을 감지하는 검출기(2)를 구비하는 것을 특징으로 하는 핵물질 모니터링 기기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 시준기가 상기 시준기-홀더(5)에 부착될 때, 상기 검출기(2)는 상기 시준기(3)에 수용되는, 핵물질 모니터링 기기.
  9. 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이온화 방사선 검출 프로브(1)는 X 및/또는 감마 분광분석 프로브인, 핵물질 모니터링 기기.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 검출기(2)는 CdTe 또는 CdZnTn로 구성된, 핵물질 모니터링 기기.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 핵물질 모니터링 기기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 글러브 박스(9).
  12. 모니터링되는 핵물질에 존재하는 하나 이상의 방사성 원소들을 확인하기 위한, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 핵물질 모니터링 기기의 이용 방법.
  13. 모니터링되는 핵물질의 활성(activity)을 판별하기 위한, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 핵물질 모니터링 기기의 이용 방법.
  14. 모니터링되는 핵물질의 잔류(retention) 또는 제염 인자(decontamination factor)의 변화를 추정하기 위한, 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 핵물질 모니터링 기기의 이용 방법.
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