KR20150120205A

KR20150120205A - 휴대용 방사선 검출장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20150120205A
Application number: KR1020140046157A
Authority: KR
Inventors: 박종원; 임용곤; 김영길; 이존휘
Original assignee: 아주대학교산학협력단; 한국해양과학기술원
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-10-27
Also published as: KR101672874B1

Abstract

휴대용 방사선 검출장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대용 방사선 검출장치는 방사선을 감지하여 전류신호로 변환하여 출력하는 센서부; 상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜주는 아날로그 신호 처리부; 상기 센서부의 온도를 측정하는 온도감지부; 상기 아날로그 신호 처리부에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호를 분석하여 방사선 검출 여부를 파악하되, 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시하는 방사선 검출부; 및 상기 방사선 검출 결과를 출력하는 결과 표시부를 포함한다.

Description

휴대용 방사선 검출장치 및 그 방법{APPARATUS FOR DETECTING RADIATION PORTABLE AND METHOD USING THE SAME}

본 발명은 휴대용 방사선 검출장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 온도 변화에 따른 오차를 제거하기 위한 온도보상 알고리즘이 적용된 휴대용 방사선 검출장치 및 그 방법에 관한 것이다.

해운 물류의 안전 및 보안이 세계적으로 강화되면서 이와 관련한 기술들이 지속적으로 연구되고 있다. 특히, 수입 컨테이너와 같은 컨테이너 화물을 검색하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이러한 연구내용 중에는 X선을 이용한 3차원 컨테이너 검색장치와 같은 규모가 큰 장치도 있고 휴대용 방사선 검출장치와 같은 규모가 작은 장치도 있다.

본 발명은 이들 중 휴대용 방사선 검출장치에 관한 것으로서, 종래에는 일반적으로 센서의 신호를 저장하는 프로세서와 저장된 데이터를 분석하고 출력하기 위한 프로세서를 별도로 사용함으로써, 신호처리가 빠른 반면 추가적인 파워소비를 일으키고 디버깅 및 유지보수가 어렵다는 단점이 있었다. 또한 종래에는 온도 변화에 따른 오차를 보정하기 위해 미리 설정된 샘플 소스를 활용함으로써 샘플이 항상 필요하고 온도가 변할 때마다 다시 보정해주어야 하는 단점이 있었다. 즉, 종래에는 온도의 변화에 실시간으로 대처할 수 없는 문제가 있었다.

따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해, 신호 처리와 분석 및 출력을 하나의 프로세서에서 처리하는 휴대용 방사선 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 온도 변화에 따른 오차를 제거하기 위해, 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시하는 휴대용 방사선 검출 장치 및 그 방법을 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 휴대용 방사선 검출 장치는 방사선을 감지하여 전류신호로 변환하여 출력하는 센서부; 상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜주는 아날로그 신호 처리부; 상기 센서부의 온도를 측정하는 온도감지부; 상기 아날로그 신호 처리부에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호를 분석하여 방사선 검출 여부를 파악하되, 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시하는 방사선 검출부; 및 상기 방사선 검출 결과를 출력하는 결과 표시부를 포함한다.

상기 센서부는 방사선과의 상호작용에 의거하여 발광현상을 일으키는 물질로 구성되어 방사선을 빛으로 변환하는 방사선 검출센서; 및 상기 방사선 검출센서를 통해 출력되는 미세한 빛을 전류로 변환시켜서 출력하는 광전자 증배관을 포함하고, 상기 아날로그 신호 처리부는 상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 전압펄스로 증폭시키는 전치 증폭기; 상기 전치 증폭기를 거친 신호를 증폭시키는 증폭기; 상기 증폭기를 거친 신호를 가우시안 신호로 변환시키는 신호 변환기; 상기 신호 변환기에서 발생되는 신호의 피크를 다음 단에서 읽을 때까지 유지시키는 피크 홀더; 및 상기 신호 변환기에서 신호가 발생되는 시점을 인식하여 이를 알리기 위한 신호를 다음 단에 전달하는 펄스 검출기를 포함하고, 상기 방사선 검출부는 상기 아날로그 신호 처리부에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC); 및 미리 설정된 동작 프로그램에 의거하여, 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 동작을 제어하고, 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)로부터 디지털 데이터를 읽어와서 분석하는 데이터 분석기를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 데이터 분석기는 상기 펄스 검출기에서 출력되는 신호의 라이징 엣지(rising edge)에 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 데이터를 읽어오고, 상기 디지털 데이터의 크기를 방사선 에너지 단위로 변환한 후 각 에너지에 대한 빈도수를 분석하여 방사선 물질 여부를 결정하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 데이터 분석기는 X축을 방사선 에너지로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현하고, 그 스펙트럼으로부터 방사선의 종류와 세기를 확인할 수 있다.

또한 상기 데이터 분석기는 상기 피크홀더를 초기화시켜주기 위한 신호를 발생하며, 상기 방사선 검출부의 보상값은 상기 방사선 검출센서를 구성하는 물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 제공하는 방사선 검출 방법은 방사선에 반응하여 빛을 발생시키는 단계; 상기 빛을 전류신호로 변환하는 단계; 상기 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜주는 아날로그 신호 처리 단계; 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 디지털 신호를 분석하여 데이터 크기별 빈도수를 측정하되, 상기 디지털 데이터 크기를 방사선 에너지 단위로 변환하여 X축을 방사선 에너지 크기로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현하는 단계; 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 현재 온도를 반영한 온도 보상을 실시하여 상기 방사선 스펙트럼을 보정하는 단계; 및 상기 보정된 방사선 스펙트럼에 의거하여 방사선 검출 여부 및 검출된 방사선의 종류와 세기를 확인하는 단계를 포함한다.

상기 상기 방사선 스펙트럼 보정 단계는 방사선에 반응하는 물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 상기 스펙트럼을 보정하며, 현재 온도를 감지하는 단계; 상기 현재 온도가 포함되는 온도 구간에 대응된 보상값을 검출하는 단계; 및 상기 보상값을 방사선 에너지 크기에 적용하여 상기 스펙트럼을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 신호 처리와 분석 및 출력의 하나의 프로세서에서 처리하도록 함으로써 전력의 낭비를 줄이고, 디버깅 및 유지보수가 용이한 장점이 있다. 또한, 본 발명은 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시함으로써 별도의 샘플 사용 없이 온도변화에 실시간으로 대응할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 휴대용 방사선 검출 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 센서부에 대한 개략적인 블록도이다.
도 3은 도 2에 예시된 센서부에 포함된 감마 검출 센서를 구성하는 물질의 온도 변화에 따른 동작 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 아날로그 신호 처리부에 대한 개략적인 블록도이다.
도 5는 도 4에 예시된 증폭기의 바람직한 동작 특성을 표로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2에 예시된 감마선 검출 센서의 출력 신호의 예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에 예시된 감마선 검출 센서의 출력 신호를 CR 회로와 RC 회로로 구현된 신호 변환기에서 가우시안 형태로 변환한 결과의 예를 도시한 도면이다.
도 8은 도 4에 예시된 신호 변환기에 대한 회로도이다.
도 9는 도 4에 예시된 피크홀더에 대한 회로도이다.
도 10은 도 4에 예시된 펄스 검출기에 대한 회로도이다.
도 11은 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 방사선 검출부에 대한 개략적인 블록도이다.
도 12는 본 발명의 일실시 예에 따른 방사선 검출 방법에 대한 개략적인 처리 흐름도이다.
도 13은 도 12에 예시된 온도 보상에 의한 방사선 스펙트럼 보정 단게에 대한 개략적인 처리 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도 보상을 알고리즘을 적용하기 전과 후를 비교하기 위한 도면이다.
도 15는 도 14에 예시된 예를 근거로, 본 발명에 개시된 온도보상 알고리즘 적용 전과 후를 비교한 결과를 표로 나타낸 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하되, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 한편 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. 또한 상세한 설명을 생략하여도 본 기술 분야의 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 부분의 설명은 생략하였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 휴대용 방사선 검출 장치에 대한 개략적인 블록도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 방사선 검출 장치는 센서부(100), 아날로그 신호 처리부(200), 방사선 검출부(300), 온도 센서(400) 및 결과 표시부(500)를 포함한다.

센서부(100)는 방사선을 감지하여 전류신호로 변환하여 출력한다.

아날로그 신호 처리부(200)는 방사선 검출을 위핸 처리 과정 중 발생하는 아날로그 신호들을 처리한다. 즉, 아날로그 신호 처리부(200)는 센서부(100)에서 출력되는 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜 주는 역할을 한다.

방사선 검출부(300)는 아날로그 신호 처리부(200)에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호를 분석하여 방사선 검출 여부를 파악하되, 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시한다. 이를 위해 방사선 검출부(300)는 사전에 각종 동작 프로그램을 저장하는 것이 바람직하며, 상기 보상값도 미리 저장할 수 있다.

온도 센서(400)는 센서부(100)의 온도를 감지하여 방사선 검출부(300)로 전달함으로써 상기 온도 보상시 실시간 온도를 반영할 수 있도록 한다.

결과 표시부(500)는 방사선 검출 결과를 출력한다.

도 2는 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 센서부(100)에 대한 개략적인 블록도이다. 도 2를 참조하면 센서부(100)는 감마선 검출 센서(110) 및 광전자 증배관(120)을 포함한다.

감마선 검출 센서(110)는 방사선, 특히, 감마선이 입사하였을 때 상호 작용에 의거하여 발광현상을 일으키는 물질(예컨대, NaI(T1) 신틸레이터)로 구성되어 입력되는 방사선을 빛으로 변환하여 출력한다. 이 때, 상기 발광현상을 일으키는 물질은 온도에 따라 방출되는 빛의 세기가 변하므로 이를 고려하지 않을 경우 오차가 발생할 수 있다. 따라서 정확한 방사선 검출 결과를 도출하기 위해 이러한 변화를 고려해야 한다. 본 발명에서는 이를 위해, 온도 변화에 따른 동작 특성을 고려하여 온도 구간별로 구간별 보상값을 다르게 설정하고, 방사선 검출 결과에 현재 온도에 대응되는 보상값을 적용함으로서 온도 변화에 따른 오차를 최소화하도록 한다.

감마선 검출을 위해 주로 사용되는 NaI(T1) 신틸레이터의 경우 도 3에 예시된 바와 같이 특정온도(약 30)에서 최대로 빛을 출력하고, 상기 온도(약 30)를 기준으로 온도가 낮아지거나 높아지면서 빛의 출력이 점차로 약해진다. 따라서, 본 발명에 따르면, NaI(T1) 신틸레이터를 발광물질로 사용하는 휴대용 방사선 검출 장치의 경우, 도 3의 예에서와 같이, 온도 구간을 [0-20]구간(G1), [20-30]구간(G2), [30-40]구간(G3), [40-60]구간(G4)로 구분하고, 각 구간별로 그래프의 기울기를 반영한 보상값을 미리 설정하여 방사선 검출 결과 출력 전에 그 보상값에 의거한 온도 보상을 실시할 수 있다. 예를 들어, [0-20]구간(G1)에서는 보상값을 0.28%로 설정하고, [20-30]구간(G2)에서는 보상값을 0.23%로 설정하고, [30-40]구간(G3)에서는 보상값을 0.3%로 설정하고, [40-60]구간(G4)에서는 보상값을 0.35%로 설정한 후, 방사선 검출 결과 출력전에 현재 온도를 측정하여 해당되는 보상값을 적용하여 방사선 검출 결과(예컨대, 방사선 스펙트럼)를 보정할 수 있는 것이다. 이 때, 도 3은 본 발명의 일 실시 예를 설명하기 위한 것일 뿐 이로 인해 본 발명이 한정되지는 않는다. 즉, 발광물질이 NaI(T1) 신틸레이터가 아닌 다른 물질인 경우 그 동작 특성에 따라 온도 구간이 다르게 설정될 수 있으며, 그 기울기 변화에 따라 보상값도 다르게 설정하는 것이 가능한 것이다.

광전자 증배관(120)은 감마선 검출 센서(110)에서 출력되는 미세한 빛을 전류로 변환시켜서 출력한다. 이를 위해 광전자 증배관은 입사창, 광전음극(Photocathode), 다이노드(Dynode), 애노드(Anode)들이 진공으로 밀봉된 튜브 형태로 구성되며, 감마선 검출 센서(110)에서 출력된 빛이, 입사창을 통해 입사된 후, 광전음극을 거치면서 광전자를 발생시키고, 이렇게 발생된 광전자들은 다이노드를 거치면서 점차 증폭되어 애노드에 모여 전류의 형태로 출력되는 것이다.

도 4는 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 아날로그 신호 처리부(200)에 대한 개략적인 블록도이다. 도 4를 참조하면, 아날로그 신호 처리부(200)는 전치 증폭기(Preamplifier)(210), 증폭기(Amplifier)(220), 신호 변환기(Pulse Shaper)(230), 피크 홀더(Peak Holder)(240), 펄스 검출기(Pulse Detector)(250)를 포함한다.

전치 증폭기(Preamplifier)(210)는 도 2의 광전자 증배관(120)에서 출력되는 전류의 세기가 매우 약하기 때문에 이를 전압펄스로 증폭시켜 출력한다.

증폭기(Amplifier)(220)는 전치 증폭기(210)를 거친 신호를 다시 증폭시켜 출력한다. 이는 전치 증폭기(210)를 거쳐 출력된 신호의 크기가 매우 작아서 가우시안 신호로 변환이 어려울 뿐 아니라 펄스의 발생 여부를 판단하기가 어렵기 때문이다. 한편, 핵종에서 발생하는 감마선은 일정한 주기를 가지고 발생하는 것이 아니라 확률적으로 발생하므로, 많은 양의 핵종이 가까이에 있는 경우 그 발생 주기가 함께 빨라진다. 따라서, 증폭기(220)는 반응 속도가 상기 발생주기를 따라 빨라져야 하며, 정확한 방사선 검출을 위해서 신호의 피크값을 정확하게 전달해야 하는 특성을 만족해야 한다. 이를 위해, 대역폭(Bandwidth)이 1.5GHz이고, 슬류레잇(Slewrate)이 350V/us인 특성을 만족하는 증폭기(220)를 채택하는 것이 바람직하며, 도 5에는 이러한 조건을 만족하는 증폭기(예를 들어, LMH6624)의 동작 특성을 표로 나타내었다. 도 5는 선택 가능한 바람직한 증폭기의 예를 나타낸 것 뿐, 본 발명이 이로 인해 제한되지는 않는다.

신호 변환기(Pulse Shaper)(230)는 증폭기(220)를 거친 신호를 가우시안 신호로 변환시켜준다. 이와 같이 신호를 변환하는 이유는, 도 2의 감마선 검출 센서(110)에서 출력된 신호의 경우 도 6에 예시된 바와 같이 하나의 펄스가 끝나기 전에 다른 펄스가 발생하면서 파일-업(Pile-up) 현상이 발생하여 정상적인 핵종 분석이 불가능하기 때문이다. 즉, 신호 변환기(230)는 증폭기(220)를 거쳐 입력되는 도 2의 감마선 검출 센서(110)의 출력 신호를 도 7에 예시된 바와 같은 가우시안 형태의 신호로 변환함으로써, 그 신호를 보다 빠르게 측정할 수 있도록 하고, 외부의 노이즈를 제거함으로써 정상적인 핵종 분석이 가능하도록 한다. 이를 위해 신호 변환기(230)는 CR회로와 RC회로를 포함하여 구현되며, 저항과 캐패시터의 크기를 변경해 시정수를 조절함으로써, 증폭기(220)를 거쳐 입력되는 신호를 가우시안 형태의 신호로 변환한다. 이러한 신호 변환기(230)의 예가 도 8에 예시되어 있다.

피크 홀더(Peak Holder)(240)는 신호 변환기(230)에서 발생되는 신호의 피크를 다음 단에서 읽을 때까지 유지시킨다. 즉, 상기 피크값을 방사선 검출부(300)의 ACD(도 11의 )에서 읽을 때까지 유지시킨다. 이를 위해, 피크 홀더(240)는 캐패시터를 포함하며, 상기 캐패시터의 용량 크기에 의거하여 반응속도 및 피크값 유지시간이 결정된다. 따라서 캐패시터의 용량 크기를 적절히 설정하는 것이 중요하다. 예를 들어, 캐패시터의 용량이 큰 경우 빠른 신호에 즉각 반응하지 못할 뿐만 아니라 입력된 신호의 피크보다 작은 값이 유지되고, 반대로 캐패시터의 용량이 작은 경우 피큭밧을 유지하지 못하고 베이스라인(baseline)으로 빠르게 떨어지기 때문에 다음 단에서 정확한 값을 읽을 수 없다. 따라서, 피크가 변하지 않고 오래 유지될 수 있도록 하기 위해서는, 고 에너지의 빠른 신호들의 피크를 모두 잡아낼 수 있는 범위 내에서 가장 큰 용량을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 피크 홀더(240)의 예가 도 9에 예시되어 있다.

펄스 검출기(Pulse Detector)(250)는 신호가 발생했을 때를 인식하여 이를 알려주는 회로를 말하는 것으로서, 신호 변환기(230)에서 신호가 발생되는 시점을 인식하여 이를 알리기 위한 신호를 다음 단(방사선 검출부(300)의 ACD(도 11의 )에 전달한다. 이로 인해, 펄스 검출기(250)는 방사선 검출부(300)의 ACD(도 11의 )를 활성화시키는 역할을 한다. 이를 위해, 펄스 검출기(250)는 미리 설정된 자연 방사선의 전압과 상기 신호 변환기에서 발생된 신호의 전압을 비교하는 비교기로 구성되며, 상기 비교기의 비교 결과 상기 신호 변환기에서 발생된 신호의 전압이 더 높은 경우 그 전압을 출력한다. 이러한 펄스 검출기(250)의 예가 도 10에 예시되어 있다.

도 11은 도 1에 예시된 휴대용 방사선 검출 장치에 포함된 방사선 검출부(300)에 대한 개략적인 블록도이다. 도 11을 참조하면 방사선 검출부(300)는 아날로그 디지털 변환기(Analog Digital Convertor, 이하 라 칭함)(310) 및 데이터 분석기(320)를 포함한다.

ADC(310)는 도 1의 아날로그 신호 처리부(200)에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환한다. 즉, 도 4의 피크 홀더(240)에서 출력되는 피크값을 디지털 신호로 변환한다.

데이터 분석기(320)는 미리 설정된 동작 프로그램에 의거하여, ADC(310)의 동작을 제어하고, ADC(310)로부터 디지털 데이터를 읽어 와서 방사선 검출을 위한 분석을 수행한다. 이를 위해, 데이터 분석기(320)는 도 4의 펄스 검출기(250)에서 출력되는 신호의 라이징 엣지(rising edge)에 ADC(310)의 데이터를 읽어온다. 즉, 데이터 분석기(320)는 상기 라이징 엣지(rising edge)에, 미리 설정된 인터럽트 서비스 함수(ISR: Interrupt Service Routine)을 실행시켜 ADC(310)의 데이터를 읽어오되, 하나 이상의 데이터를 배열에 저장해서 한 번에 읽어올 수 있다. 한편, ADC(310)의 데이터를 읽어온 후에는 도 4의 피크홀더(240)를 초기화시켜주기 위한 신호를 발생시킨다. 그러면 도 4의 피크홀더(240)는 상기 초기화 신호에 응답하여 유지시키고 있던 피크값을 초기화 한다.

또한 데이터 분석기(320)는 ADC(310)로부터 읽어온 디지털 데이터를 분석하여 방사선 물질 여부를 결정하는데, 이를 위해, 상기 디지털 데이터의 크기별 빈도수를 측정하되, 상기 디지털 데이터 크기를 방사선 에너지 단위로 변환하고 각 에너지에 대한 빈도수를 분석하여 방사선 물질 여부를 결정한다. 이를 위해 데이터 분석기(320)는 X축을 방사선 에너지로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현하고, 그 스펙트럼으로부터 방사선의 종류와 세기를 확인하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 디지털 데이터에 포함된 온도 변화에 따른 오차를 보상하기 위해, 데이터 분석기(320)는 미리 설정된 온도 보상 알고리즘을 수행하는데, 이는 도 2의 감마선 검출 센서(110)에 대한 설명시 언급한 바와 같이 발광물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 상기 온도 보상 알고리즘을 수행하는 것이 바람직하다. 또한 데이터 분석기(320)는 상기 온도 보상 알고리즘을 지속적으로 수행하는 것이 아니라, 방사선이 누적될 만큼의 시간을 고려하여 미리 설정한 보상주기(예컨대, 4초)마다 실시하는 것이 바람직하다.

도 12는 본 발명의 일실시 예에 따른 방사선 검출 방법에 대한 개략적인 처리 흐름도이다. 도 1 및 도 12를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 휴대용 방사선 검출 장치를 이용한 방사선 검출 방법은 다음과 같다.

먼저, 센서부(100)에서 방사선, 즉, 감마선을 검출한다(S100). 이 때, 센서부(100)에 포함된 발광물질이 감마선에 반응하여 빛을 발생시키면, 뒷단에 연결된 광전자 증배관(도 2의 )에서 그 빛을 전류 신호로 변환하여 출력한다.

그러면 아날로그 신호 처리부(200)에서는 그 전류신호를 분석 가능한 신호로 변형한다(S200). 즉 상기 전류신호가 미약하므로 이를 증폭하고, 그 신호에 포함된 잡음을 제거하여 분석 가능한 신호로 변형하는 것이다. 이를 위해 아날로그 신호 처리부(200)는 상기 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시킨다.

상기 아날로그 형태의 피크값을 전달받은 방사선 검출부(300)는 그 신호를 디지털 신호로 변환한 후(S300), 상기 디지털 신호를 분석하여 데이터 크기별 빈도수를 측정하되, 상기 디지털 데이터 크기를 방사선 에너지 단위로 변환하여 X축을 방사선 에너지 크기로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현한다(S400). 한편, 이 때 생성된 방사선 스펙트럼은 발광물질의 온도 특성에 따라 오차를 포함할 수 있으므로, 방사선 검출부(300)는 상기 발광물질의 온도 특성에 따라 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 현재 온도를 반영한 온도 보상을 실시하여 상기 방사선 스펙트럼을 보정한다(S500). 이 때, 상기 방사선 스펙트럼 보정 단계(S500)는 방사선에 반응하는 물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 상기 스펙트럼을 보정하는 것이 바람직하다. 또한, 방사선이 누적될 만큼의 시간을 고려하여 미리 설정한 보상주기(예컨대, 4초)마다 실시하는 것이 바람직하다.

그리고 상기 보정된 방사선 스펙트럼에 의거하여 방사선 검출 여부 및 검출된 방사선의 종류와 세기를 확인한다(S600).

도 13은 도 12에 예시된 온도 보상에 의한 방사선 스펙트럼 보정 단계(S500)에 대한 개략적인 처리 흐름도이다. 도 1 및 도 13을 참조하면, 온도 보상에 의한 방사선 스펙트럼 보정 단계(S500)는 상기 보상주기 마다 실시하기 위해, 대응된 시간만큼 대기하는 과정(S510)을 먼저 거친다. 그리고 상기 대기 시간이 경과하면 발광물질을 포함하는 센서부(100)의 현재온도(Cr.tmp)를 측정한다(S520). 상기 현재 온도(Cr.tmp)가 포함되는 온도 구간에 대응된 보상값을 검출하기 위해, 상기 현재 온도(Cr.tmp)와 발광물질의 피크온도(Pk.tmp)와 비교한다(S530). 도 2를 참조한 설명에서 예로 들어 설명한 바와 같이 발광물질이 NaI(T1) 신틸레이터인 경우, 그 피크 온도(Pk.tmp)가 30이므로, 상기 과정(S530)은 현재온도(Cr.tmp)가 30 보다 높은지 낮은지를 비교할 것이다. 상기 비교 결과 현재온도(Cr.tmp)가 피크 온도(Pk.tmp) 보다 낮은 경우 저온 보상값을 산출하고(S540), 현재온도(Cr.tmp)가 피크 온도(Pk.tmp) 보다 높은 경우 고온 보상값을 산출한다(S550). 상기 예에서와 같이 발광물질이 NaI(T1) 신틸레이터이고 현재 온도가 25인 경우, 도 2를 참조한 설명의 예를 참고하면, 보상값이 0.23%이므로, 상기 과정(S540)은 피크 온도(Pk.tmp)와 현재온도(Cr.tmp)의 차이값(5)에 상기 보상값(0.23)을 곱하여 저온 보상값(5*0.23)을 산출한다. 한편, 발광물질이 NaI(T1) 신틸레이터이고 현재 온도가 34인 경우, 도 2를 참조한 설명의 예를 참고하면, 보상값이 0.3%이므로, 상기 과정(S550)은 피크 온도(Pk.tmp)와 현재온도(Cr.tmp)의 차이값(4)에 상기 보상값(0.3)을 곱하여 고온 보상값(4*0.3)을 산출한다.

이와 같이 온도 구간별 보상값을 산출하였으면 그에 의거하여 방사선 스펙트럼을 보정한다(S560). 이와 같이 온도 보상에 의해 방사선 스펙트럼을 보정한 예가 도 14 및 도 15에 예시되어 있다.

도 14의 (a)는 온도 보상 전의 방사선 스펙트럼을 나타내고, (b)는 온도 보상 후의 방사선 스펙트럼을 나타낸다. 도 14의 (a)를 참조하면, 온도에 따라 방사선 스펙트럼의 위치가 이동하는 모습을 보이고 있다. 한편, 도 14의 (b)를 참조하면, 온도가 변하더라도 방사선 스펙트럼의 위치가 이동하지 않고 고정되어 있음을 알 수 있다. 도 15는 도 14에 예시된 예를 근거로, 본 발명에 개시된 온도보상 알고리즘 적용 전과 후를 비교한 결과를 표로 나타낸 도면이다. 도 15를 참조하면, 온도보상 알고리즘 적용 전과, 적용 후의 방사선 에너지 값의 위치 변화를 수치상으로 확인할 수 있다.

상술한 예시적인 시스템에서, 방법들은 일련의 단계 또는 블록으로써 순서도를 기초로 설명되고 있지만, 본 발명은 단계들의 순서에 한정되는 것은 아니며, 어떤 단계는 상술한 바와 다른 단계와 다른 순서로 또는 동시에 발생할 수 있다.

또한, 당업자라면 순서도에 나타낸 단계들이 배타적이지 않고, 다른 단계가 포함되거나 순서도의 하나 또는 그 이상의 단계가 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않고 삭제될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

휴대용 방사선 검출 장치에 있어서,
방사선을 감지하여 전류신호로 변환하여 출력하는 센서부;
상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜주는 아날로그 신호 처리부;
상기 센서부의 온도를 측정하는 온도감지부;
상기 아날로그 신호 처리부에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하고 상기 디지털 신호를 분석하여 방사선 검출 여부를 파악하되, 온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 구간별 온도 보상을 실시하는 방사선 검출부; 및
상기 방사선 검출 결과를 출력하는 결과 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 센서부는
방사선과의 상호작용에 의거하여 발광현상을 일으키는 물질로 구성되어 방사선을 빛으로 변환하는 방사선 검출센서; 및
상기 방사선 검출센서를 통해 출력되는 미세한 빛을 전류로 변환시켜서 출력하는 광전자 증배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 방사선 검출센서는
NaI(T1) 신틸레이터로 구현된 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방사선은
감마선인 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제1항에 있어서, 상기 아날로그 신호 처리부는
상기 센서부에서 출력되는 전류신호를 전압펄스로 증폭시키는 전치 증폭기;
상기 전치 증폭기를 거친 신호를 증폭시키는 증폭기;
상기 증폭기를 거친 신호를 가우시안 신호로 변환시키는 신호 변환기;
상기 신호 변환기에서 발생되는 신호의 피크를 다음 단에서 읽을 때까지 유지시키는 피크 홀더; 및
상기 신호 변환기에서 신호가 발생되는 시점을 인식하여 이를 알리기 위한 신호를 다음 단에 전달하는 펄스 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 증폭기는
대역폭(Bandwidth)이 1.5GHz이고, 슬류레잇(Slewrate)이 350V/us인 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 신호 변환기는
CR회로와 RC회로를 포함하여 구현되며,
시정수 조절에 의해 상기 증폭기를 거쳐 입력되는 신호를 가우시안 형태의 신호로 변환하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 피크 홀더는
상기 발생된 신호의 피크값을 유지시키기 위한 캐패시터를 포함하며,
상기 캐패시터의 용량 크기에 의거하여 반응속도 및 피크값 유지시간이 결정되는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 펄스 검출기는
미리 설정된 자연 방사선의 전압과 상기 신호 변환기에서 발생된 신호의 전압을 비교하는 비교기로 구성되며,
상기 비교기의 비교 결과 상기 신호 변환기에서 발생된 신호의 전압이 더 높은 경우 그 전압을 출력하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제5항에 있어서, 상기 방사선 검출부는
상기 아날로그 신호 처리부에서 출력된 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC); 및
미리 설정된 동작 프로그램에 의거하여, 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 동작을 제어하고, 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)로부터 디지털 데이터를 읽어와서 분석하는 데이터 분석기를 포함하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제10항에 있어서, 상기 데이터 분석기는
상기 펄스 검출기에서 출력되는 신호의 라이징 엣지(rising edge)에 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 데이터를 읽어오고, 상기 피크홀더를 초기화시켜주기 위한 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제11항에 있어서, 상기 데이터 분석기는
상기 라이징 엣지(rising edge)에, 미리 설정된 인터럽트 서비스 함수(ISR: Interrupt Service Routine)을 실행시켜 상기 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 데이터를 읽어오되, 하나 이상의 데이터를 배열에 저장해서 한 번에 읽어오는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제10항에 있어서, 상기 데이터 분석기는
상기 아날로그 디지털 변환기로부터 읽어온 디지털 데이터를 분석하여 데이터 크기별 빈도수를 측정하되, 상기 디지털 데이터 크기를 방사선 에너지 단위로 변환하고 각 에너지에 대한 빈도수를 분석하여 방사선 물질 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제13항에 있어서, 상기 데이터 분석기는
X축을 방사선 에너지로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현하고, 그 스펙트럼으로부터 방사선의 종류와 세기를 확인하는 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
제2항에 있어서, 상기 방사선 검출부의 보상값은
상기 방사선 검출센서를 구성하는 물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 것을 특징으로 하는 휴대용 방사선 검출 장치.
방사선 검출 방법에 있어서,
방사선에 반응하여 빛을 발생시키는 단계;
상기 빛을 전류신호로 변환하는 단계;
상기 전류신호를 증폭한 후 날카롭게 변형시켜 신호의 피크값을 유지시켜주는 아날로그 신호 처리 단계;
상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 디지털 신호를 분석하여 데이터 크기별 빈도수를 측정하되, 상기 디지털 데이터 크기를 방사선 에너지 단위로 변환하여 X축을 방사선 에너지 크기로 하고, Y축을 빈도수로 하는 방사선 스펙트럼을 구현하는 단계;
온도 구간별로 미리 설정된 보상값에 의거하여 현재 온도를 반영한 온도 보상을 실시하여 상기 방사선 스펙트럼을 보정하는 단계; 및
상기 보정된 방사선 스펙트럼에 의거하여 방사선 검출 여부 및 검출된 방사선의 종류와 세기를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
제16항에 있어서, 상기 방사선 스펙트럼 보정 단계는
방사선에 반응하는 물질의 온도 특성에 의거하여 온도 구간별로 서로 다르게 설정된 보상값에 의거하여 상기 스펙트럼을 보정하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
제17항에 있어서, 상기 방사선 스펙트럼 보정 단계는
현재 온도를 감지하는 단계;
상기 현재 온도가 포함되는 온도 구간에 대응된 보상값을 검출하는 단계; 및
상기 보상값을 방사선 에너지 크기에 적용하여 상기 스펙트럼을 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.
제18항에 있어서, 상기 방사선 스펙트럼 보정 단계는
방사선이 누적될 만큼의 시간을 고려하여 미리 설정한 보상주기마다 실시하는 것을 특징으로 하는 방사선 검출 방법.