KR20160108559A

KR20160108559A - 방사선 환경 내에서의 작업에 적합한 촬영 장치 및 그 장치를 사용한 카메라

Info

Publication number: KR20160108559A
Application number: KR1020167023361A
Authority: KR
Inventors: 귀욤 드쟈브당
Original assignee: 에르메스
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-09-19
Also published as: US20170010367A1; FR3016998B1; JP2017505909A; CA2938035A1; CN106104305A; RU2016134836A; CN106104305B; FR3016998A1; WO2015114237A1; EP3100071A1; EP3100071B1

Abstract

본 발명은 방사선 환경에서 영상을 획득하는 장치에 관한 것으로서, 이 장치는 영상 감지기(11, 12, 13); 영상 획득을 위한 영역(16); 감지기를 재생하기 위한 가열 영역(17); 감지기를 냉각하는 영역(18); 및 감지기들이 각 영역으로 차례대로 이동할 수 있게 하는 지지체(14);를 포함한다. 또한, 본 발명은 이러한 장치를 포함하는 카메라 및 특히 방사선 환경에서 감마선원 영상을 생성하는 카메라에 관한 것이다.

Description

방사선 환경 내에서의 작업에 적합한 촬영 장치 및 그 장치를 사용한 카메라{DEVICE FOR VIEWING PHOTONICS RADIATION, SUITABLE FOR WORKING IN A RADIOACTIVE ENVIRONMENT, AND CAMERA USING SUCH A DEVICE}

본 발명은 방사선 환경, 특히 감마선원 환경에서 영상을 촬영할 수 있는 장비 분야에 적용된다.

원자력 발전소나 방사성폐기물처리시설, 제염지역 등 핵관련시설의 유지관리, 점검, 운영 감시 또는 해체를 하는 경우와 같이, 방사선 환경에 놓인 부지나 건조물에서, 특히 가시광선 영역의 관측이 필요할 수 있다. 고방사선 환경에서도 사용할 수 있는 카메라들이 알려져 있으며, 이들은 주로 "튜브(tube)" 기술을 사용하고 있다. 하지만, 이와 같은 카메라들은 부피가 크고, 무거우며, 고가일 뿐만 아니라 디지털화되지 않는 흑백 영상만 생성할 수 있다는 단점까지 가지고 있다. 현재 디지털 카메라들은 방사선 환경에 매우 예민한데, 특히 디지털 카메라의 감지기가 방사선 환경에서 빠르게 포화상태에 이르거나 지나치게 빨리 파괴되어 방사선 환경에서 디지털 카메라를 사용할 수가 없다.

좀 더 예외적으로 원자력 사고가 발생한 경우, 방사능 누출원이나 오염원에 더 빠르고 더 정확한 조치를 취하기 위해서는 방사선분포도가 반드시 제작되어야 한다. 현재 감마카메라는 방사선 환경에 대한 민감도 때문에 방사능 오염 지역 상공에서 헬리콥터를 띄우는 방식 등을 통해 원격으로 사용되고 있다. 그러나 방사선원의 위치를 정확히 알기 위해서는 때때로 방사선이 가득한 공간 내에 카메라를 넣어 촬영해야 할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 특히 감마선원과 같은 방사선원의 위치를 특정하기 위하여, 방사선 환경에서 정지 화상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 하나 또는 복수의 장치들을 제안하는 것이다. 바람직하게는, 이와 같은 장치들은 1kGy에서 1MGy 사이의 누적선량과 최대 수 kGy/h, 때로는 수십 kGy/h의 방사선율을 견딜 수 있어야 한다.

방사선 환경에서 얻어진 영상은 감지기에 감마입자가 연속적으로 충돌함에 따라 서서히 점으로 가득 차게 되어 눈이 내린 것 같은 영상으로 나오게 된다. 높은 잔류자기로 인해 영상은 포화상태에 이르기까지, 즉 실질적으로 균일한 한 가지 색으로 뒤덮일 때까지, 서서히 점으로 가득 차게 되어 그 영상은 더 이상 쓸 수 없게 된다.

가시광선을 관측하는 경우, 방사선 환경에서 방출된 감마선은 똑같이 '눈이 내린 것 같은' 효과를 발생시켜 가시광선 영상을 쓸 수 없는 지경에 이르기까지 천천히 하얀 점으로 덮는다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 단독으로 또는 서로 조합하여 사용될 수 있는 여러 해결 방안이 등장하였다. 먼저, 특히 방사선에 노출된 후 재생될 수 있는 영상 감지기를 비롯한 전자 소자들이 등장했다. 가열에 의해 재생시키는 원리이다.

본 발명은, 방사선 환경에서 하나 또는 복수의 정지 화상 또는 동영상을 촬영하는 장치로서, 적어도 두 개의 영상 감지기와, 바람직하게는 가열을 통해, 교대로 각 감지기를 재생시킬 수 있는 수단을 포함하는 장치를 제공한다.

감지 수단은 감지기를 위한 지지체를 포함할 수 있으며, 이 지지체는 제 1 감지기가 영상 촬영 영역에 있고 제 2 감지기가 재생 영역에 있는 위치와, 제 1 감지기가 재생 영역에 있고 제 2 감지기가 영상 촬영 영역에 있는 위치 사이를 이동할 수 있다. 유리하게는, 재생 영역은 감지기 가열 영역과 가열 후 냉각 영역을 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는 세 개의 영상 감지기를 포함하며, 제 1 감지기가 영상 획득 영역에 놓일 때, 직전에 영상 획득 영역에 있던 제 2 감지기는 가열 영역에, 직전에 가열된 제 3 감지기는 냉각 영역에 놓인다.

가열 중에 각 부품, 특히 영상 감지기의 온도를 조절하기 위하여 온도 센서가 사용되는데, 예컨대 Prosensor™에 의해 공급되는 PT100™ 또는 PT1000™ 유형의 플래티넘 센서와 같은 온도 센서가 사용된다. 이러한 온도 센서는 유리하게는 감시 대상이 되는 부품에, 바람직하게는 고온용 접착제, 예컨대 Epotek™에 의해 공급되는 EPOTEK H77™ 접착제로 부착된다. 부품의 접착부가 녹지 않도록 하기 위하여, 바람직하게는 고온용 땜납선, 예컨대 Multicore™에 의해 공급되는 DHMP 500G REEL™ 땜납선이 사용된다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 장치에는 CMOS 기술을 활용한 동영상 감지기가 사용된다. 이러한 영상 감지기는 보통 가시광선 영역의 영상을 획득하기 위해 고안된 것이지만, 감마선을 획득하기 위한 용도로도 사용될 수 있다. 실제로, 감마선은 감지기에 상기한 '눈이 내린 것 같은 효과'를 만들어 낸다. 하지만 바로 이러한 효과를 통해, 고방사선 환경을 잘 견뎌내지 못하는 섬광카메라 같은 장치를 사용하지 않고도, 하나 또는 복수의 감마선원의 위치를 충분한 근사치로 예측함으로써 활용가능한 감마선 영상을 만들 수 있다.

재생 주기, 특히 가열 주기를 제어하는 수단, 및/또는 특히 데이터로 이미지 렌더링을 하기 위하여 감지기에서 수집된 데이터를 처리하는 수단은, 유리하게는 방사능 수치가 높은 영역 바깥에 원격으로 설치된다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 영상 획득 장치를 구성 부분으로 하는 카메라, 특히 방사선 환경으로부터 감지기들을 보호하면서 가시광선 영역의 영상을 촬영하기 위해 고안된 카메라를 제공한다.

바람직하게는, 이러한 카메라는 두 개의 구역을 가지는 몸체를 포함하고, 제 1 구역은 렌즈와 거울을 포함하며, 제 2 구역은 영상 획득 장치를 포함하는데, 상기 거울은 렌즈에 의해 전달된 방사선을 상기 장치의 영상 획득 영역에 비스듬히 비추도록 배치된다. 유리하게는, 상기 몸체는, 관측 대상이 아닌 방사선, 특히 인간의 가시광선 영역 바깥의 방사선이나 감지기들을 지나치게 빨리 포화시킬 감마선으로부터 영상 획득 장치를 보호하기 위한 보호막을 형성한다.

상기 카메라는 분광기를 더 포함할 수 있다. 분광기는 원자번호가 높은 금속, 바람직하게는 납이나 텅스텐으로 만든 플레이트일 수 있고, 이 플레이트에는 바람직하게는 원하는 관측 축에 평행한 원통형 또는 원뿔형의 구멍들이 형성된다.

분광기는, 렌즈 바로 뒤에 위치하는, 단일 감지기만을 사용하는 카메라 및/또는 본 발명에 따른 장치와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태들은 첨부된 도면을 참조한 예들을 통하여 이하에서 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1은 회전하는 지지체 위에 설치된 세 개의 감지기를 사용하는 본 발명에 따른 첫 번째 장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 병진 이동하는 지지체 위에 설치된 세 개의 감지기를 사용하는 본 발명에 따른 두 번째 장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 3은, 도 2의 장치를 사용한, 본 발명에 따른 카메라를 개략적으로 도시한 도면; 및
도 4는 도 1 또는 도 2에 표시된 장치와 결합하여 사용될 수 있는 분광기를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1은 방사선 환경에 노출된 카메라에 사용하기 적합한 영상 획득 장치(10)를 도시한다. 이 장치는 지지체(14)에 고정된 세 개의 감지기(11, 12, 13)를 포함한다. 이 실시예에서, 지지체는 수직인 중심축 X14 둘레를 회전하도록 설치되는 디스크이다.

상기 장치는 도 1에 점선으로 도시된 세 개의 영역(16, 17, 18)을 더 포함하며, 상기 영역들은:

- 세 개의 감지기 중 제 1 감지기(11)가 촬영 대상인 방사선에 노출되는 영상 획득 영역(16);

- 직전에 노출되었던 제 2 감지기(12)가 재생을 위해 가열되는 가열 영역(17);

- 가열되었던 제 3 감지기(13)가 냉각되는 냉각 영역(18);을 포함한다.

이와 같은 방식으로 배치된 각 감지기는 연속으로 회전하는 디스크(14)에 의하여 한 영역에서 다른 영역으로 차례로 이동한다. 따라서, 하나의 감지기는 영상 획득 영역에 노출되고, 첫 번째 회전 후 다음 감지기가 노출되는 동안, 가열 영역에서 가열되며, 그 후 세 번째 감지기가 차례로 노출되는 동안, 냉각 영역에서 냉각된다.

도 2는 본 발명에 따른 영상 획득 장치의 다른 실시예를 도시한 것이다. 이 실시예에서도 장치(20)는 세 개의 감지기(21, 22, 23)를 가지며, 스트립(24) 형태의 지지체를 포함한다. 세 개의 감지기는 스트립(24) 위에 나란히 배치된다. 이 장치는 도 2에서 볼 수 있듯이 5개의 영역을 더 포함할 수 있으며, 이 영역들은 왼쪽에서 오른쪽으로,

- 제 1 가열 영역(25);

- 제 1 냉각 영역(26);

- 영상 획득 영역(27);

- 제 2 가열 영역(28); 및

- 제 2 냉각 영역(29); 순으로 배치된다.

도 2에서, 스트립(24)은, 제 1 감지기(21)가 영상 획득 영역(27)에 위치하고, 제 2 감지기(22)가 제 1 냉각 영역(26)에 위치하며, 제 3 감지기(23)가 제 1 가열 영역(25)에 위치하도록 배치된다.

스트립(24)은 다섯 영역(25-29) 사이를 슬라이딩할 수 있도록 설치되어 스트립이 D14 방향에 평행하게 왼쪽에서 오른쪽으로 움직일 때 각 영역 사이를 아래와 같이 이동한다:

- 제 1 감지기(21)는 영상 획득 영역(27)에서 제 2 가열 영역(28)으로 이동하고, 그 후 제 2 가열 영역에서 제 2 냉각 영역으로 이동하고;

- 이와 동시에, 제 2 감지기(22)는 제 1 냉각 영역(26)에서 영상 획득 영역으로 이동하고, 그 후 영상 획득 영역(27)에서 제 2 가열 영역(28)으로 이동하며;

- 이와 동시에, 제 3 감지기(23)는 제 1 가열 영역(25)에서 제 1 냉각 영역(26)으로 이동하고, 그 후 제 1 냉각 영역(26)에서 영상 획득 영역(27)으로 이동한다.

그 후, 스트립(24)이 D14 방향에 평행하게 왼쪽으로 병진이동하여 도 2에 도시된 초기 위치로 돌아옴으로써 하나의 주기가 완성된다. 따라서, 각 감지기(21-23)는 한 주기 동안 영상 획득 영역, 가열 영역, 냉각 영역을 차례로 지나면서 도 1의 상기 장치와 동일한 효과를 제공한다.

도 3은, 방사선 환경에서 가시광 영상을 획득하기 위해 고안된, 본 발명에 따른 카메라(30)에서 도 2의 장치의 사용법을 도시한다.

도시된 실시예에서, 카메라(30)는 두 구역(31, 32)을 가지는 몸체(33)를 포함한다. 길이 방향으로 뻗은 구역들은 스트립(24)의 이동 방향 D14에 실질적으로 평행하다. 두 개의 구역(31, 32) 중 제 1 구역(31)은 카메라(30)의 광학 수단들(34, 36)을 포함한다. 제 2 구역(32)은 도 2의 영상 획득 장치(20)를 포함한다.

상기 구역들(31, 32)은 카메라(30) 외부의 주변 환경(38)으로부터 카메라 몸체(33)의 벽들(39)에 의해 실질적으로 고립되어 있다. 또한, 각 구역들(31, 32)은, 영상 획득 장치(20)의 영상 획득 영역(27)의 반대편에 위치한 측면 창(37)을 통해 서로 연통하는 부분을 제외하면, 몸체의 다른 벽들(39)에 의해 실질적으로 고립되어 있다. 상기 창(37)은 단순한 구멍일 수 있고, 또는 방사선을 투과하는 벽을 포함할 수도 있다.

상기 광학 수단은 렌즈(34)와 거울(36)을 포함한다. 제 1 구역(31)은 렌즈(34)가 자리 잡은 구멍(41)을 통하는 것 외에는 카메라(30)의 외부에 위치한 주변 환경(38)으로부터 카메라의 몸체(33)의 벽들(39)에 의해 실질적으로 고립되어 있고, 상기 구멍(41)은 카메라 몸체(33)의 길이 방향 일단에 형성된다. 거울(36)은 렌즈에서 오는 방사선을 상기 창(37)을 향해 반사시키도록 배치된다. 도시된 실시예에서 상기 거울(36)은 관측대상인 방사선 R을 그 초기 방향 DR에 90도로 반사시키도록 배치된다.

도 3에 표시된 위치에서, 상기 렌즈(34)는 실질적으로 광원을 향하고 있어서:

- 광선의 일부분 R이 DR 방향을 따라 렌즈(34)를 통해 카메라에 길이방향으로 들어가고, 그 후,

- 광선 R은 거울(36)에 비스듬히 반사되며, 그 후,

- 광선 R은 창(37)을 통과하여 영상 획득 장치(20)의 영상 획득 영역(27)으로 들어가며,

- 광선 R은 영상 획득 영역(27)에 위치한 감지기, 이 경우에는 제 1 감지기(21)에 닿는다.

이와 같은 카메라는 특히, 영상이 획득되는 가시광선을 방사선(radioactive radiation)으로부터 분리하기 위해 사용될 수 있다. 가시광선은 거울에 반사되는 반면, 방사선, 특히 감마선은 거울에 반사되지 않고 거울을 관통하기 때문이다.

도시된 실시예에서, 카메라 몸체(33)의 벽들(39)은 약 3cm 두께의 납 보호막을 포함한다. 상기 벽들(39)은 카메라(30)의 내장 전자부품들(도시되지 않음)도 보호한다. 따라서, 이러한 벽들과 거울(36)의 사용은 특히, 비관측대상이면서 감지기들을 너무 빨리 포화시키는 감마선 유형의 방사선으로 이루어진 노이즈로부터 감지기들(21-23)을 보호한다. 이러한 보호는 감지기가 재생되기 전에 영상 획득을 위해 사용될 수 있는 시간을 상당히 증가시킨다.

도 4에 도시된 실시예에서, 분광기(44)는 렌즈(34)의 카메라 바깥쪽 면에 장착되어 있다. 분광기는 실질적으로 감마선의 영향을 받지 않는 납, 텅스텐, 또는 높은 원자번호의 또 다른 금속으로 제작한 플레이트이다. 이러한 플레이트에는 원하는 관측 축 DR에 평행하게 원통형 또는 원뿔형 모양의 구멍이 형성된다. 분광기(44)는 관측 광원에서 방출되는 광자, 특히 감마 광자를 걸러내기 위해 사용되며, 이를 통해 분광기(44)의 축에 자리 잡은 영역에서 오는 광자들만이 렌즈(34)에 도달할 수 있다.

본 발명이 상기한 실시예에만 한정되는 것이 아님은 당연하다.

본 발명에 따른 두 개의 카메라가 3차원 정지화상 또는 동영상을 얻기 위해 사용될 수도 있다.

본 발명에 따른 카메라는, 영상 획득 장치를 위한 첫 번째 실시예, 즉 도 3에 적용된 병진 이동형 장치가 아니라 도 1에 도시된 회전형 영상 획득 장치를 사용할 수도 있다. 다른 지지체 또는 이동 방식도 사용될 수 있다.

노출, 가열, 냉각을 위한 최적의 시간에 따라, 유리하게는 세 개 이상의 감지기를 사용할 수 있을 것이며, 이에 따라 동일한 감지기가 다른 감지기에 비해 한 영역에서 더 많거나 적은 시간을 보내게 될 수 있다. 두 개의 감지기만을 사용하는 것도 충분할 수 있으며, 이 경우 하나의 감지기가 노출되는 동안 다른 감지기는 동시에 가열된 후 냉각된다.

본 발명에 따른 카메라의 보호벽은 방사선 환경으로부터 격리시키는데 적합한 다른 금속이나 그 어떤 재료로도 만들 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 방사선 환경에서 촬영되는 이미지가 필요한 모든 시스템에서 사용될 수 있다. 이러한 시스템은 앞서 설명한 바와 같이 특히 가시광선 및/또는 감마선을 촬영하기 위한 카메라를 포함할 수 있다.

Claims

방사선 환경에서 영상을 획득하기 위한 장치(10; 20)로서,
두 개 이상의 영상 감지기(11-13; 21-23)와, 바람직하게는 가열에 의해, 교대로 각 감지기를 재생시키기 위한 재생 수단(17; 25, 28)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항에 있어서,
- 영상을 획득하는 영역(16; 27); 및,
- 상기 감지기를 재생하는 하나 이상의 영역(17, 18; 25, 26, 28, 29);을 포함하고,
상기 장치는 상기 감지기를 위한 지지체(14; 24)를 더 포함하며, 상기 지지체는:
- 제 1 감지기(11; 21)가 영상 획득 영역에 놓이고 제 2 감지기(12, 13; 22, 23)가 재생 영역에 놓이는 위치;와,
- 제 2 감지기가 영상 획득 영역에 놓이고 제 1 감지기가 재생 영역에 놓이는 위치; 사이를 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항에 있어서,
상기 재생 영역은 유리하게는 감지기를 가열하는 영역(17; 25, 29)과 가열 후 감지기를 냉각하는 영역(18; 26, 29)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 지지체는 회전하는 지지체(14)인 것을 특징으로 하는 장치.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 지지체는 병진이동하는 지지체(24)인 것을 특징으로 하는 장치.
제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
세 개의 감지기를 포함하고,
제 1 감지기가 영상 획득 영역에 있는 동안, 직전에 영상 획득 영역에 있던 제 2 감지기는 가열 영역에 있고, 직전에 가열 영역에 있던 제 3 감지기는 냉각 영역에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
- 제 1 가열 영역(25);,
- 제 1 냉각 영역(26);,
- 영상 획득 영역(27);,
- 제 2 가열 영역(28); 및
- 제 2 냉각 영역(29);을 순서대로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
감마선 영상을 획득하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 영상 획득 장치(10, 20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
제9항에 있어서,
두 구역(31, 32)을 가지는 몸체(33)를 포함하고,
제 1 구역(31)은 렌즈(34)와 거울(36)을 포함하고, 제 2 구역(32)은 상기 영상 획득 장치(20)를 포함하며, 상기 거울은 상기 렌즈를 통해 전달된 방사선(R)을 상기 장치(20)의 영상 획득 영역(27)으로 반사하도록 비스듬히 배치되는 것을 특징으로 하는 카메라.
제10항에 있어서,
상기 몸체는 영상 획득 장치를 방사선으로부터 보호하는 보호막(39)을 형성하는 것을 특징으로 하는 카메라.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
분광기(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라.
제12항에 있어서,
상기 분광기는 원자번호가 높은 금속, 바람직하게는 납이나 텅스텐으로 형성된 플레이트이고, 상기 플레이트에는 바람직하게는 원하는 관측 축(DR)에 평행한 원통형 또는 원뿔형 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 카메라.