KR20140043234A - 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치, 측정방법, 채취효율 분석시스템, 분석방법, 분석방법 및 그 기록매체 - Google Patents

삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치, 측정방법, 채취효율 분석시스템, 분석방법, 분석방법 및 그 기록매체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치, 측정방법, 채취효율 분석시스템, 분석방법, 분석방법 및 그 기록매체에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 있어서, 내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버; 내부에 증류수가 채워진 채취챔버; 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부; 가스공급부와 상기 기준챔버 사이에 연결되어, 상기 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 상기 가스를 버블링하는 공급버블러; 채취챔버와 상기 기준챔버 사이에 연결되어 상기 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 상기 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 및 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단을 포함하여 삼중수소 채취장치 공기 부피당 채취효율을 측정, 분석할 수 있어 삼중수소 채취장치의 문제점을 개선, 보완, 교정할 수 있는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 관한 것이다.

Description

삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치, 측정방법, 채취효율 분석시스템, 분석방법, 분석방법 및 그 기록매체{Apparatus and method for measuring efficiency of tritium sample collector}
본 발명은 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치, 측정방법, 채취효율 분석시스템, 분석방법, 분석방법 및 그 기록매체에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 삼중수소 채취장치 공기 부피당 채취효율을 측정, 분석할 수 있어 삼중수소 채취장치의 문제점을 개선, 보완, 교정할 수 있는 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템, 분석방법에 관한 것이다.
원자력 발전소에서는 삼중수소는 원자로 내에서 6Li(n,α)3H 핵반응을 통하여 생성될 수 있다. 삼중수소는 화학적으로 수소와 동일하므로 수증기 상태로 원자로 건물 내의 공기 중에 존재할 수 있다.
물론 순수한 삼중수소인 T2 또는 TH 가스상태로도 존재할 수 있다. 따라서 원자로 주변의 건물에서는 상시적인 공기중의 삼중수소를 측정하여 관리하고 있다. 특히 삼중수소가 공기 중에 존재하면 방사선 작업자가 호흡에 의해 폐나 장기에 침투할 수 있으므로 방사선 작업자의 안전관리를 위해 방사능 농도를 장확하게 측정하고 분석하는 것이 매우 중요하다.
이러한 삼중수소는 감마선을 방출하지 않는 순 베타입자 방출핵종이고, 방출되는 방사선의 에너지가 매우 낮은 특성을 갖고 있다. 삼중수소의 반감기는 12.312년으로 비교적 길고, 100%의 확률로 β붕괴에 의해 베타 입자를 방출하고 3He의 안정동위원소가 된다. 방출되는 베타입자의 평균에너지는 5.68 keV, 최대에너지는 18.564 keV로 알려져 있다.
이러한 저에너지 베타입자를 방출하는 핵종인 삼중수소의 방사능을 측정하기 위해 개발된 측정장치가 액체섬광계수장치에 해당한다. 이러한 액체섬광계수장치는 측정시료를 직접 액체섬광체에 넣기 때문에 섬광체 내로 방출된 베타에너지는 주위에 존재하는 액체용매에 운동에너지를 100 % 전달할 수 있고, 빛을 발하는 섬광체로 에너지가 이행하여 높은 효율로 방사능 측정이 가능하다. 따라서 현재는 삼중수소 용액의 방사능을 원하는 정확도로 측정하고 분석할 수 있다.
공기 중에 있는 삼중수소수를 부피당 방사능으로 분석하여 관리하여야 하므로 공기 중에 있는 삼중수소를 정확한 농도로 채취하는 것이 방사능을 측정하고 분석하는 것보다 중요하게 되었다. 특히 펌프를 사용하여 시료를 채취하는 과정에서 일정한 유량률 뿐만 아니라, 채취 중의 온도변화, 압력변화 등 고려해야할 사항이 많다.
도 1은 종래 통상적인 다단식 삼중수소 채취장비(1)의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이 공기 중에 삼중수소를 채취하는 삼중수소 채취장비(1)는 삼중수소가 포함된 원자력발전소 내의 공기를 증류수(4)가 담긴 다수의 채취챔버(20) 내로 투입시키는 공기공급부(2), 공기공급부(2)와 제1채취챔버(21)를 연결하여 증류수(4) 내로 공기를 버블링하는 제1연결버블러(41), 제1채취챔버(21)와 제2채취챔버(22)를 연결하여 제1채취챔버(21)에서 버블링된 기체를 제2채취챔버(22)로 버블링하는 제2연결버블러(42) 및 제2채취챔버(22)와 제3채취챔버(23)를 연결하여 제2채취챔버(22)에서 버블링된 기체를 제3채취챔버(23)로 버블링하는 제3연결버블러(43) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
즉, 원자력발전소 현장에서는 공기 중 수증기 형태로 존재하는 삼중수소 수(T2O, THO)만을 채취하여 측정하고 분석하고 있다. 따라서 원자력발전소 내의 공기를 공기공급부(2)에 의해 증류수(4)가 채워진 채취챔버(20) 내로 버블링하여 공기 중에 있는 삼중수소 수를 채취챔버(20) 내의 증류수(4)에 흡착시켜 요구되는 채취시간이 지난 후에 채취챔버(20) 내의 증류수(4)를 채취하여 액체섬광체로 제작하고, 액체섬광계수장치를 사용하여 방사능의 농도를 분석하게 된다.
그러나 이러한 삼중수소 채취장비(1)의 삼중수소의 채취효율이 어떻게 되는지를 분석할 수 없다는 문제점이 존재한다. 즉, 원자력 발전소에서 사용하고 있는 공기 중 삼중수소채취장비(1)의 공기 부피당 채취효율을 알 수가 없어 현장에서 요구되는 채취효율을 만족하는 것인지, 채취효율이 알지 못하면 액체섬광계수장치에 의해 측정된 방사능농도 역시 신뢰할 수 없다는 문제가 존재한다.
따라서 원자력 발전소에서 사용하고 있는 공기 중 삼중수소채취장비(1)의 공기 부피당 채취효율을 얻을 수 있는 장치를 제작하여 현장에서 요구하는 동일한 방법을 사용하여 채취효율을 산출할 수 있고, 이러한 측정결과로부터 나타난 데이터를 분석하고 문제점을 개선하고 보완할 수 있는 방법이 요구되었다.
대한민국 등록특허 제1061466호 대한민국 등록특허 제0900355호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른면, 기존에 사용되어 오던 삼중수소 채취장치에 방사능 농도를 정확히 알고 있는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버를 설치하여 삼중수소 채취장치 공기 부피당 채취효율을 측정, 분석할 수 있어 삼중수소 채취장치의 문제점을 개선, 보완, 교정할 수 있는 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템, 분석방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 제1목적은 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 있어서, 내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버; 내부에 증류수가 채워진 채취챔버; 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부; 가스공급부와 기준챔버 사이에 연결되어, 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 가스를 버블링하는 공급버블러; 채취챔버와 기준챔버 사이에 연결되어 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 및 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치로서 달성될 수 있다.
가스는 질소인 것을 특징으로 할 수 있다.
공급버블러와 연결버블러는 반투명한 튜브형태로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
공급버블러의 일측 끝단과 기준챔버의 하부판 사이 간격 및 연결버블러의 일측 끝단과 채취챔버의 하부판 사이 간격은 0 초과 ~ 0.5 cm이하인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 있어서, 내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버; 내부에 증류수가 채워진 다수의 채취챔버; 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부; 가스공급부와 기준챔버 사이에 연결되어, 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 가스를 버블링하는 공급버블러; 채취챔버와 기준챔버 사이에 연결되어 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 채취챔버 내의 증류수에 버블링하고, 각각의 채취챔버 사이에 연결되어 채취챔버에서 발생된 기체를 다른 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 및 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 각각의 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치로서 달성될 수 있다.
채취챔버는 제1채취챔버, 제2채취챔버 및 제3채취챔버로 구성되고, 연결버블러는 기준챔버와 제1채취챔버 사이, 제1채취챔버와 제2채취챔버 사이 및 제2채취챔버와 제3채취챔버 사이에 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
측정수단은 버블링이 완료된 후, 기준챔버 내의 삼중수소수, 제1채취챔버 내의 증류수, 제2채취챔버의 증류수, 제3채취챔버 내의 증류수 각각의 방사능 농도를 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템에 있어서, 내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버; 내부에 증류수가 채워진 다수의 채취챔버; 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부; 가스공급부와 기준챔버 사이에 연결되어, 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 가스를 버블링하는 공급버블러; 채취챔버와 기준챔버 사이에 연결되어 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 채취챔버 내의 증류수에 버블링하고, 각각의 채취챔버 사이에 연결되어 채취챔버에서 발생된 기체를 다른 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 각각의 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단; 및 측정수단에서 측정된 방사능 농도 값을 기반으로 각각의 채취챔버의 체취효율과 삼중수소 채취장비의 채취효율을 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템으로서 달성될 수 있다.
기준챔버 내로 공급되는 가스의 유량을 조절하는 가스조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
기준챔버 내로 공급되는 가스의 유량을 실시간으로 측정하는 유량센서, 기준챔버, 각각의 채취챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서, 기준챔버, 각각의 채취챔버 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서 및 기준챔버 및 각각의 채취챔버 내의 습도를 실시간으로 측정하는 습도센서 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
유량센서, 온도센서, 압력센서 및 습도센서에서 측정된 데이터를 전송받아 저장하고, 분석시스템을 모니터링하고 가스조절부를 제어하며, 저장된 데이터를 측정수단에 전송하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징하는 할 수 있다.
측정수단 및 분석수단은 버블링 후에 기준챔버 내로 투입된 삼중수소수의 무게감소량에 기반하여 기준챔버에서 배출된 삼중수소 농도값을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
각각의 채취챔버에 투입된 증류수의 무게증가량에 기반하여 채취챔버 내의 증류수가 흡착한 삼중수소의 농도값을 측정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정방법에 있어서, 기준챔버 내로 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수를 투입시키고, 채취챔버 내로 증류수를 투입시키는 단계; 가스공급부가 공급버블러를 통해 기준챔버 내로 가스를 공급하여 버블링하는 단계; 기준챔버 내에서 버블링되어 일부 삼중수소수가 흡착된 기체가 발생되고, 기체가 연결버블러에 의해 채취챔버 내의 증류수로 공급되어 버블링되는 단계; 및 가스공급부의 작동을 정지시키고, 측정수단이 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정방법으로사 달성될 수 있다.
채취챔버는 제1채취챔버, 제2채취챔버 및 제3채취챔버로 구성되고, 증류수로 공급되어 버블링되는 단계는, 기준챔버에서 발생된 기체가 제1연결버블러에 의해 제1채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계; 제1채취챔버에서 발생된 기체가 제2연결버블러에 의해 제2채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계; 및 제2채취챔버에서 발생된 기체가 제3연결버블러에 의해 제3채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제5목적은 제어부에서 가스 공급 유속, 버블링 시간 및 측정횟수를 설정하는 제1단계; 기준챔버 내로 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수를 투입시키고, 채취챔버 내로 증류수를 투입시키는 제2단계; 가스공급부가 공급버블러를 통해 기준챔버 내로 설정된 유속으로 가스를 공급하여 버블링하는 제3단계; 기준챔버 내에서 버블링되어 일부 삼중수소수가 흡착된 기체가 발생되고, 기체가 연결버블러에 의해 채취챔버 내의 증류수로 공급되어 버블링되는 제4단계; 가스공급부의 작동을 정지시키고, 측정수단이 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 제5단계; 및 분석수단이 측정수단에 의해 측정된 데이터를 기반으로 채취챔버의 채취효율 및 삼중 수소 채취장비의 전체 채취효율을 분석하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법으로서 달성될 수 있다.
설정된 버블링 시간 동안 제3단계 및 제4단계를 실행하고, 설정된 측정횟수 만큼 제3단계 내지 제6단계를 반복하는 것을 특징으로 할 수 있다.
제어부가 유량센서, 온도센서, 압력센서 및 습도센서에서 측정된 데이터를 전송받아 실시간으로 저장 및 모니터링하고 가스조절부를 제어하며, 저장된 데이터를 측정수단에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제6목적은 앞서 언급한 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 기록매체로서 달성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 기존에 사용되어 오던 삼중수소 채취장치에 방사능 농도를 정확히 알고 있는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버를 설치하여 삼중수소 채취장치 공기 부피당 채취효율을 측정, 분석할 수 있어 삼중수소 채취장치의 문제점을 개선, 보완, 교정할 수 있는 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 종래 통상적인 다단식 삼중수소 채취장치의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템의 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 5는 본 발명의 일실시예 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정방법의 흐름도,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템에 의해 측정된 실험 데이터,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템에 의해 측정된 실험 데이터를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템의 구성>
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치(100) 및 분석시스템(110)의 구성과 기능에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정장치(100)의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)의 구성을 모식적으로 나타낸 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)은 삼중수소 채취 장비의 채취효율의 측정장치(100)의 구성을 전부 그대로 포함하고 있으므로 이하에서는 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)을 중심으로 설명하도록 한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)은 채취효율을 알고자 하는 삼중수소 채취장비에 정확히 측정된 삼중수소 수(11)가 채워진 기준 챔버를 더 포함하여 구성됨을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)은 케이스(3)와 케이스(3) 내부에 설치되며 내부에 농도를 정확히 알고 있는 삼중수소수가 채워진 기준챔버(10), 3개의 채취챔버(20), 기준챔버(10)와 채취챔버(20)를 연결하는 공급버블러(31), 채취챔버(20) 사이를 연결하여 버블링하는 연결버블러(40), 기준챔버(10) 내에 채워진 삼중수소 수(11)에 가스를 주입하기 위한 가스공급부(30) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 구체적 실시예에서 기준챔버(10)와 3개의 채취챔버(20)는 동일한 크기로 직경이 50.09 mm, 높이가 199.46 mm로 제작하였다. 또한, 공급버블러(31)와 연결버블러(40)는 반투명한 호스 형태로 직경이 7.46 mm, 길이가 170.5 mm로 제작하였다.
가스공급부(30)는 설정된 유속(lpm)으로 질소를 삼중수소 수(11)가 채워진 기준챔버(10) 내로 공급하여 공급버블러(31)에 의해 버블링하게 된다. 이러한 공급버블러(31)의 끝단은 기준챔버(10)의 하부면과의 간격을 0.5 cm이하로 하여 가스방울이 증류수(4)에 머물 수 있는 시간을 최대로 하였다. 따라서 삼중수소 수(11)의 삼중수소가 질소에 흡착되면서 삼중수소가 함유된 수증기가 발생되게 된다.
기준챔버(10)에서 발생된 수증기는 제1연결버블러(41)에 의해 증류수(4)가 채워진 제1채취챔버(21) 내로 공급되어 버블링되게 된다. 삼중수소가 흡착된 수증기가 제1채취챔버(21) 내의 증류수(4)에서 버블링되면서 제1채취챔버(21) 내의 증류수(4)에 삼중수소 일부가 흡착되게 된다. 그리고, 제1채취챔버(21)에서 발생된 수증기는 다시 제2연결버블러(42)에 의해 증류수(4)가 채워진 제2채취챔버(22) 내로 공급되어 버블링되게 된다. 따라서 제2채취챔버(22) 내의 증류수(4)에서 버블링되면서 제2채취챔버(22) 내의 증류수(4)에 삼중수소 일부가 흡착되게 된다. 마찬가지로, 제2채취챔버(22)에서 발생된 수증기는 다시 제3연결버블러(43)에 의해 증류수(4)가 채워진 제3채취챔버(23) 내로 공급되어 버블링되게 된다. 따라서 제3채취챔버(23) 내의 증류수(4)에서 버블링되면서 제3채취챔버(23) 내의 증류수(4)에 삼중수소 일부가 흡착되게 된다.
그리고, 작동이 종료된 후에 기준챔버(10) 내의 삼중수소 수(11), 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 내의 증류수(4)를 시료로 하여 방사능의 농도를 측정하는 측정수단(50)과 이러한 측정수단(50)에서 측정된 데이터를 기반으로 채취효율을 분석하는 분석 수단을 포함하고 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템(110)은 공급되는 가스의 유량을 조절하는 가스조절부(32), 실시간으로 공급되는 유량을 측정하는 유량센서(71)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 케이스(3) 내부의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서(72)와 기준챔버(10)와 각 채취챔버(20) 내의 온도를 실시간으로 측정하는 내부 온도센서(73), 각 채취챔버(20) 내의 습도를 측정하는 습도센서(74)와 압력을 측정하는 압력센서(75) 등을 더 구비할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)의 제어부(70)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 작동중에 유량센서(71)는 실시간으로 가스공급부(30)에 의해 기준챔버(10) 내로 공급되는 가스의 유량을 측정하게 되고, 측정된 데이터를 제어부(70)로 전송하게 된다. 또한, 온도센서(72)는 케이스(3) 내의 온도를 실시간으로 측정하고, 내부온도센서(73)와 습도센서(74)는 기준챔버(10), 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 내의 온도와 습도를 실시간으로 측정하여 제어부(70)로 전송하게 된다. 또한, 제2채취챔버(22) 내에 구비된 압력센서(75)는 제2채취챔버(22) 내의 압력을 실시간으로 측정하여 제어부(70)로 전송하게 된다.
제어부(70)는 측정된 유량률, 온도, 습도, 압력 등의 데이터를 실시간으로 10..초에 1회씩 저장하게 된다. 또한, 제어부(70)는 이러한 데이터를 기반으로 하여 가스조절부(32)를 제어하여 기준챔버(10) 내로 공급되는 가스의 유량을 조절할 수 있고, 데이터를 측정수단(50)에 전송하게 된다.
<삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석방법, 실험>
이하에서는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정, 분석방법에 대해 설명하도록 한다. 이러한 방법은 앞서 언급한 삼중수소 채취장치의 채취효율 분석시스템(110)을 이용한 것이다. 도 5는 본 발명의 일실시예 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 측정방법의 흐름도를 도시한 것이다.
먼저, 표준을 위해 사용되는 삼중수소 수(11)를 준비하고(S10), 이러한 방사능 농도를 정확히 알고 있는 삼중수소 수(11)를 기준챔버(10) 내에 투입하게 된다. 그리고 제어부(70)에서 기준챔버(10) 내로 공급되는 공기의 유속, 시험횟수, 1회당 작동시간 등을 설정하게 한다(S30).
그리고, 가스공급부(30)는 설정된 유속으로 가스를 기준챔버(10)로 펌핑하기 시작한다(S40). 따라서 기준챔버(10) 내로 공급된 가스는 기준챔버(10) 내에 존재하는 삼중수소 수(11) 내에서 버블링되면서 삼중수소 일부가 가스 내로 흡착되면서 수증기가 발생되게 된다.
그리고, 기준챔버(10) 내에서 발생된 기체는 제1연결버블러(41)에 의해 제1채취챔버(21) 내에 구비된 증류수(4)로 투입되어 버블링되게 된다(S50). 따라서 제1채취챔버(21) 내의 증류수(4)는 삼중수소 수(11) 일부를 흡착하게 된다. 또한, 제1채취챔버(21)에서 발생된 수증기는 제2연결버블러(42)에 의해 제2채취챔버(22) 내에 구비된 증류수(4)로 투입되어 버블링되고(S60), 제2채취챔버(22) 내의 증류수(4)는 삼중수소 수(11) 일부를 흡착하게 된다. 연속적으로 제2채취챔버(22)에서 발생된 수증기는 제3연결버블러(43)에 의해 제3채취챔버(23) 내에 구비된 증류수(4)로 투입되어 버블링되고(S60), 제3채취챔버(23) 내의 증류수(4)는 삼중수소 수(11) 일부를 흡착하게 된다.
이러한 작동과정을 설정된 시간 동안 지속적으로 계속하게 되며(S80), 설정된 작동시간이 도달한 경우, 일정시간 정지한 후, 다시 설정된 횟수, 작동시간 만큼 앞서 설명한 작동을 지속적으로 수행하게 된다(S90).
작동이 완료되면, 측정수단(50)은 작동 후 기준챔버(10) 내에 구비된 삼중수소 수(11)의 무게변화를 측정하고, 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 각각에 구비된 증류수(4)의 무게 변화를 측정하게 된다(S100).
그리고, 분석수단(60)은 이러한 무게변화로부터 기준챔버(10) 내에 구비된 삼중수소의 방사능 농도변화, 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 각각에 구비된 증류수(4)의 방사능 농도를 측정하여, 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 각각의 채취효율과 전제 채취챔버(20)의 채취효율을 연산하여 삼중수소 채취장비의 채취효율을 분석하게 된다(S110).
이하에서는 앞서 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110), 분석에 의한 실험데이터에 대해 설명하도록 한다. 제작된 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템(110)을 이용하여 삼중수소 채취장비의 채취효율을 측정하였다.
먼저, 약 12시간 동안 예비실험을 실행하여 유량률, 온도, 습도, 압력, 누수, 버블러 등이 정상적으로 작동하는지를 확인하였다. 정상적인 작동을 확인한 후, 제1채취챔버(21), 제2채취챔버(22), 제3채취챔버(23) 내로 증류수(4)를 투입하고, 표준이 될 삼중수소 수(11)를 기준챔버(10) 내로 투입하였다. 실험에 사용된 삼중수소 수(11)는 물에 삼중수소 수(11)가 녹아 있는 형태로 방사능 농도는 25.89 Bq/g이었고. 액체섬광계수기로 측정하기 적당한 농도가 되도록 희석하기 위해 증류수(4)를 삼중수소 수(11) 용액과 혼합하여 10시간 이상 흔들어 균질한 형태로 만든 후 기준챔버(10)에 투입하였다.
실험은 기준챔버(10)에 있는 삼중수소가 수증기 형태로 이동하므로 외부로 방출될 수 있기 때문에 방사성 후드에 배출관을 설치하고 실험하여 외부의 공기 중으로 방출될 수 있는 삼중수소에 의한 방사능 피폭을 방지하도록 하였다.
실험 조건은 두 가지 방법으로 각각 수행하였다. 첫 번째는 2 L/min의 유량률로 각 채취챔버(20)마다 300 g의 증류수(4)를 투입하고, 4시간 버블링을 한 후, 전체시료를 채취하여 방사능을 분석하고 다시 동일 조건으로 2시간 동안 버블링하여 시료를 채취하고, 다시 동일한 조건으로 2시간 동안 버블링하여 시료를 채취하고 난 후, 다시 동일한 조건으로 4시간 동안 버블링하여 시료를 채취하여 총 4회를 수행하였다.
두번째 실험은 4 L/min의 유량률로 2시간으로, 150 g의 증류수(4)를 각각의 채취챔버(20)에 투입하여 2시간 버블링을 한 후, 전체시료를 채취하여 방사능을 분석하고 다시 동일 조건으로 2시간 동안 버블링하여 시료를 채취하고, 다시 동일한 조건으로 3시간 동안 버블링하여 시료를 채취하고 난 후, 다시 동일한 조건으로 3시간 동안 버블링하여 시료를 채취하여 총 4회를 수행하였다.
도 6은 첫번째 실험에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)에 의해 측정된 실험 데이터를 나타낸 것이다. 도 6에서 나타낸 데이터에는 측정시간과 시료 ID(예를 들어, 1-2는 1회 시험에서 제1채취챔버(21)에서의 시료를 의미한다.), 채취챔버(20)에서 채취한 시료의 방사능 농도, 기준챔버(10)에서 채취한 시료의 방사능 감소량(삼중수소 수(11)에서 배출된 방사능 량), 각 채취챔버(20)의 채취효율, 전체 채취효율이 나타나 있음을 알 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 4시간 동안 제1채취챔버(21)에서의 채취효율은 95.46 %, 제2채취챔버(22)에서의 채취효율은 3.01 %, 제3채취챔버(23)는 1.04 %로 나타나 전체 채취효율은 99.51%로 산출되었다. 또한, 가동시간이 증가할수록 전체 포집효율은 97.31 %, 94.56 %, 12시간 가동에서는 93.09 %로 줄어들고 있음을 알 수 있다.
도 7은 두번째 실험에 따른 삼중수소 채취 장비의 채취효율 분석시스템(110)에 의해 측정된 실험 데이터를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이 2시간 동안 제1채취챔버(21)에서의 포집효율은 93.44 %, 제2채취챔버(22)에서 2.49 %, 제3채취챔버(23)는 1.37 %로 나타나 전체 채취효율은 97.30 %로 나타났음을 알 수 있다. 가동시간이 증가할 수록 전체 채취효율은 97.62 %, 98.52 %. 10시간 가동에서는 97.57 %로 나타났다.
위의 측정된 결과로부터, 원자력 발전소 현장에서 사용하고 있는 공기 중 삼중수소 채취장비의 포집효율을 측정할 수 있음을 알 수 있다. 문제로 예상되었던 유량률과 증류수(4) 양에서는 큰 차이를 보이지 않고 있다. 다만, 제1채취챔버(21)에서의 채취효율은 유량이 2 L/m인 경우가 4 L/m인 경우보다 가동시간이 4시간일 때 약 2 %정도 높게 나타났다. 따라서 효율적인 측정을 위해서는 2 L/m보다는 4 L/m으로 채집하여 분석하는 것이 훨씬 효율적일 것으로 판단된다.
1:삼중수소 채취장비
2:공기공급부
3:케이스
4:증류수
10:기준챔버
11:삼중수소 수
20:채취챔버
21:제1채취챔버
22:제2채취챔버
23:제3채취챔버
30:가스공급부
31:공급버블러
32:가스조절부
40:연결버블러
41:제1연결버블러
42:제2연결버블러
43:제3연결버블러
50:측정수단
60:분석수단
70:제어부
71:유량센서
72:온도센서
73:내부온도센서
74:습도센서
75:압력센서
100:삼중수소 채취장치의 채취효율 측정장치
110:삼중수소 채취장치의 채취효율 분석시스템

Claims (19)

  1. 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 있어서,
    내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버;
    내부에 증류수가 채워진 채취챔버;
    상기 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 가스공급부와 상기 기준챔버 사이에 연결되어, 상기 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 상기 가스를 버블링하는 공급버블러;
    상기 채취챔버와 상기 기준챔버 사이에 연결되어 상기 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 상기 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 및
    상기 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 공급버블러와 상기 연결버블러는 반투명한 튜브형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 공급버블러의 일측 끝단과 상기 기준챔버의 하부판 사이 간격 및 상기 연결버블러의 일측 끝단과 상기 채취챔버의 하부판 사이 간격은 0 초과 ~ 0.5 cm이하인 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  5. 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치에 있어서,
    내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버;
    내부에 증류수가 채워진 다수의 채취챔버;
    상기 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 가스공급부와 상기 기준챔버 사이에 연결되어, 상기 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 상기 가스를 버블링하는 공급버블러;
    상기 채취챔버와 상기 기준챔버 사이에 연결되어 상기 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 상기 채취챔버 내의 증류수에 버블링하고, 각각의 상기 채취챔버 사이에 연결되어 채취챔버에서 발생된 기체를 다른 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러; 및
    상기 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 각각의 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 채취챔버는 제1채취챔버, 제2채취챔버 및 제3채취챔버로 구성되고,
    상기 연결버블러는 상기 기준챔버와 상기 제1채취챔버 사이, 제1채취챔버와 상기 제2채취챔버 사이 및 상기 제2채취챔버와 상기 제3채취챔버 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 측정수단은 버블링이 완료된 후, 기준챔버 내의 삼중수소수, 상기 제1채취챔버 내의 증류수, 상기 제2채취챔버의 증류수, 상기 제3채취챔버 내의 증류수 각각의 방사능 농도를 측정하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정장치.
  8. 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템에 있어서,
    내부에 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수가 채워진 기준챔버;
    내부에 증류수가 채워진 다수의 채취챔버;
    상기 기준챔버 내로 가스를 공급하는 가스공급부;
    상기 가스공급부와 상기 기준챔버 사이에 연결되어, 상기 기준 챔버 내의 삼중수소 수로 상기 가스를 버블링하는 공급버블러;
    상기 채취챔버와 상기 기준챔버 사이에 연결되어 상기 기준챔버에서 버블링되어 발생된 기체를 상기 채취챔버 내의 증류수에 버블링하고, 각각의 상기 채취챔버 사이에 연결되어 채취챔버에서 발생된 기체를 다른 채취챔버 내의 증류수에 버블링하기 위한 연결버블러;
    상기 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 각각의 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 측정수단; 및
    상기 측정수단에서 측정된 방사능 농도 값을 기반으로 각각의 채취챔버의 체취효율과 삼중수소 채취장비의 채취효율을 분석하는 분석수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기준챔버 내로 공급되는 가스의 유량을 조절하는 가스조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 기준챔버 내로 공급되는 가스의 유량을 실시간으로 측정하는 유량센서, 기준챔버, 각각의 채취챔버 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서, 기준챔버, 각각의 채취챔버 내의 압력을 실시간으로 측정하는 압력센서 및 기준챔버 및 각각의 채취챔버 내의 습도를 실시간으로 측정하는 습도센서 중 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 유량센서, 상기 온도센서, 상기 압력센서 및 상기 습도센서에서 측정된 데이터를 전송받아 저장하고, 분석시스템을 모니터링하고 상기 가스조절부를 제어하며, 저장된 데이터를 상기 측정수단에 전송하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 측정수단 및 상기 분석수단은
    버블링 후에 상기 기준챔버 내로 투입된 삼중수소수의 무게감소량에 기반하여 기준챔버에서 배출된 삼중수소 농도값을 측정하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    각각의 상기 채취챔버에 투입된 증류수의 무게증가량에 기반하여 상기 채취챔버 내의 증류수가 흡착한 삼중수소의 농도값을 측정하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석시스템.
  14. 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정방법에 있어서,
    기준챔버 내로 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수를 투입시키고, 채취챔버 내로 증류수를 투입시키는 단계;
    상기 가스공급부가 공급버블러를 통해 기준챔버 내로 가스를 공급하여 버블링하는 단계;
    상기 기준챔버 내에서 버블링되어 일부 삼중수소수가 흡착된 기체가 발생되고, 상기 기체가 연결버블러에 의해 채취챔버 내의 증류수로 공급되어 버블링되는 단계; 및
    상기 가스공급부의 작동을 정지시키고, 측정수단이 상기 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 채취챔버는 제1채취챔버, 제2채취챔버 및 제3채취챔버로 구성되고,
    상기 증류수로 공급되어 버블링되는 단계는,
    기준챔버에서 발생된 기체가 제1연결버블러에 의해 제1채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계;
    제1채취챔버에서 발생된 기체가 제2연결버블러에 의해 제2채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계; 및
    제2채취챔버에서 발생된 기체가 제3연결버블러에 의해 제3채취챔버 내로 투입되어 버블링되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 측정방법.
  16. 제어부에서 가스 공급 유속, 버블링 시간 및 측정횟수를 설정하는 제1단계;
    기준챔버 내로 특정 방사능 농도를 갖는 삼중수소 수를 투입시키고, 채취챔버 내로 증류수를 투입시키는 제2단계;
    상기 가스공급부가 공급버블러를 통해 기준챔버 내로 설정된 유속으로 가스를 공급하여 버블링하는 제3단계;
    상기 기준챔버 내에서 버블링되어 일부 삼중수소수가 흡착된 기체가 발생되고, 상기 기체가 연결버블러에 의해 채취챔버 내의 증류수로 공급되어 버블링되는 제4단계;
    상기 가스공급부의 작동을 정지시키고, 측정수단이 상기 기준챔버 내의 삼중수소 수의 방사능 농도와 상기 채취챔버 내의 증류수의 방사능 농도를 측정하는 제5단계; 및
    분석수단이 상기 측정수단에 의해 측정된 데이터를 기반으로 상기 채취챔버의 채취효율 및 삼중 수소 채취장비의 전체 채취효율을 분석하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    설정된 버블링 시간 동안 상기 제3단계 및 상기 제4단계를 실행하고, 설정된 측정횟수 만큼 상기 제3단계 내지 상기 제6단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법.
  18. 제 16항에 있어서,
    제어부가 유량센서, 온도센서, 압력센서 및 습도센서에서 측정된 데이터를 전송받아 실시간으로 저장 및 모니터링하고 상기 가스조절부를 제어하며, 저장된 데이터를 상기 측정수단에 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18항 중 어느 한 항에 따른 삼중수소 채취장비의 채취효율 분석 방법을 실행하기 위한 프로그램 코드를 기록한 기록매체.
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