KR20190130097A - 누설 선량의 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엑스선의 누설을 실시간으로 감지하는 모니터링 시스템에 관한 것으로서, 피검사물을 내부에 수용하여 하는 검사부의 케이싱 외부에 배치되어 누설되는 방사선량에 대한 감지신호를 생성하는 복수의 감시부(1300), 상기 감시부의 감지신호에 따라 각 감시부의 위치에서의 측정선량을 데이터화하는 검출부와, 측정선량과 기준선량을 대비하는 판단부와, 측정선량이 기준선량 이상인 경우 검사부의 작동을 차단하도록 하는 차단부와, 통신부를 구비하는 제어부(1500) 및 상기 통신부와 무선으로 연결되어 제어부로부터의 측정선량 및 차단에 대한 정보를 원격으로 수신하여 시각화하는 모니터링부(2000)를 포함하는 누설 선량의 모니터링 시스템을 제공한다.

Description

누설 선량의 모니터링 시스템{MONITORING SYSTEM FOR RADIATION DOSE}

본 발명은 엑스선 검사장치와 관련된 것으로서, 보다 구체적으로는 엑스선의 누설을 실시간으로 감지하여 인체 및 장비의 안전성을 향상할 수 있는 누설 선량의 모니터링 시스템에 관한 것이다.

엑스선을 이용한 물질 분석 방법은 엑스선 반사 분석법(XRR), 소각 엑스선 산란법(SAXS) 및 엑스선 회절 분석법(XRD) 등으로 구분된다. 그밖에도 CT방식의 엑스선 검사는 진단, 수술중 실시간 이미징, 수술후 예후평가 등 다양한 임상분야는 물론 항공화물검색 목적 또는 마이크로구조물과 같은 산업체 생산품에 대한 비파괴검사(nondestructive inspection) 목적에도 응용되고 있다.

일례로 엑스선 회절 분석법(XRD)은 시료의 결정 구조를 연구하기 위한 기술로서, 시료는 단색의 엑스선으로 조사되고, 회절피크의 위차와 광도가 검출기에 의해 측정된다. 특징적인 산란각과 산란광의 광도는 연구 대상 시료의 격자면과 이러한 격자면을 차지하는 원자수에 좌우되는데, 소정이 파장(λ) 및 격자면의 간격(d)에 대하여, 엑스선이 브래그 조건(nλ=2dsinθ, n:산란차수)을 만족하는 각(θ)으로 격자면에 입사한다. 응력, 고용체 또는 기타 조건에 의한 격자면의 변형에 의해 관창 가능한 XRD스펙트럼의 변화가 일어나므로 시료의 구조를 파악할 수 있는 것이다.

도 1은 종래기술의 엑스선 분석장치의 구성을 간략하게 도시한 개념도이다.

시료(S)는 소정의 시료 테이블상에 배치되고, 엑스선 발생장치(11)는 상기 시료(S)의 표면을 향하여 엑스선의 컨버징빔(14)을 지향시킨다.

검출기(16)는 상기 시료로부터 산란된 엑스선(15)을 감지하도록 배치되고, 이와 같은 구성은 엑스선 회절 분석 장비나 엑스선 반사 분석 장비의 개념에 공통된다.

이러한 분석장치에 있어서 방사선에 누출에 의한 피폭의 문제가 야기되는데, 이를 해결하기 위하여 분석장치 전체를 소정의 차폐챔버 안에 구비하거나 일부에 소정의 차폐부재들을 배치하는 방식들이 제안되기도 한다.

그런데, 차폐챔버를 구성하는 경우 비경제적일 뿐만 아니라 조작이 불편한 문제가 있고, 장치의 부분들에 차폐부재를 배치하는 경우에는 생산성이 현저히 떨어질 뿐만 아니라 방사선을 완전히 차폐할 수는 없기 때문에 인체나 장비에 피폭이 발생될 가능성이 상존하는 문제가 있다. 이를 고려하여 소정의 밀폐 케이싱에 피검사물의 입출이 가능한 도어를 구비하기도 한다.

특히, 컨베이어 방식으로 이송되는 물품의 검사에 있어서는 차폐를 완전하게 담보할 수 없고, 부식이나 용접불량 등의 원인으로 방사선 누설이 발생하는 사례가 종종 발생된다.

이를 위하여, 엑스선을 이용한 검사장치의 외부에서 휴대하여 작업자가 방사선량을 측정하여 대응할 수 있도록 하는 휴대용 선량계가 사용되기도 한다. 한국 등록특허공보 제10-0661900호는 종래기술의 휴대용 방사선 측정 장치를 개시하고 있다.

그러나, 이러한 휴대용 방사선 측정장치는 휴대가 번거롭고 각 위치별로 지속적인 누설을 검사하는 데 시간이 과도하게 소요되는 문제가 있어 활용성이 낮다.

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 실시간으로 방사선의 누설을 감지하여 피폭에 의한 문제를 방지할 수 있도록 하는 누설 선량의 모니터링 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 피검사물을 내부에 수용하여 하는 검사부의 케이싱 외부에 배치되어 누설되는 방사선량에 대한 감지신호를 생성하는 복수의 감시부(1300), 상기 감시부의 감지신호에 따라 각 감시부의 위치에서의 측정선량을 데이터화하는 검출부와, 측정선량과 기준선량을 대비하는 판단부와, 측정선량이 기준선량 이상인 경우 검사부의 작동을 차단하도록 하는 차단부와, 통신부를 구비하는 제어부(1500) 및 상기 통신부와 무선으로 연결되어 제어부로부터의 측정선량 및 차단에 대한 정보를 원격으로 수신하여 시각화하는 모니터링부(2000)를 포함하는 누설 선량의 모니터링 시스템을 제공한다. 따라서, 실시간으로 방사선 누설에 대한 정보를 획득하여 안전성을 향상할 수 있다.

일실시예로서 상기 검출부는 감시부로부터 전송된 감지신호에 대해 온도에 따른 감도를 보정하여 측정선량을 산출할 수 있고,

상기 차단부는 검사부의 작동 차단시 청각적 또는 시각적 경보를 사용자에게 제공할 수 있다.

또한, 상기 검출부는 각각의 감시부에 대한 위치별 정보에 기초하여 측정선량을 통하여 케이싱의 방사선 누설부위를 추적하고 모니터링부에서 시각화하여 표현하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라, 엑스선 등을 이용한 검사 과정에서 실시간으로 방사선의 누출을 확인할 수 있으므로 장비 및 인체에 대한 피폭의 위험을 미연에 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 휴대용 선량계 등을 통하여 사용간에 선량을 측정하여야 하는 불편함을 제거할 수 있고 간단한 구조를 통하여 종래의 검사장비들에 적용할 수 있어 경제적인 효과가 있다.

도 1은 종래기술의 엑스선 분석장치의 구성을 간략하게 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 누설 선량의 모니터링 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 누설 선량의 모니터링 시스템에서 제어부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 개념에 따라 누설 선량을 모니터링하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 누설 선량의 모니터링 시스템을 상세히 설명한다.

이하 설명에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자나 장치를 사이에 두고 연결되어 있는 경우를 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발에서 설명되는 '부'들은 소정의 독립된 장치이거나 하나 이상의 시스템 상에 구현되는 알고리즘 또는 그 조합으로 구성될 수 있을 것이다.

본 발명은 기본적으로, 피검사물을 내부에 수용하여 하는 검사부의 케이싱 외부에 배치되는 하나 이상의 감시부와, 상기 감시부에서 감시된 누설 방사선량이 기준선량 이상인 경우 엑스선발생부의 작동을 차단하는 누설 선량의 모니터링 시스템을 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 누설 선량의 모니터링 시스템의 구성도이다.

본 발명이 적용되는 검사부(1000)는 기본적으로 내부에 엑스선발생부(1100)와 디텍터(1600)를 수용하고 그 사이에 배치되는 피검사물(S)의 내부나 물성을 검사하는 것을 주요한 예시로 하나, 방사선을 발생하는 다양한 종류의 검사장치에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

따라서, 상기 감시부(1300)는 X 선과 γ 선은 물론 α, β, 전자선, 양전자선, 양성자선, 중양성자선, 중이온선, 중간자선, 핵분열조각 그리고 중성자선 등에 반응하는 다양한 종류의 방사선 센서를 포함하여 구성될 수 있으며, 이러한 방사선 센서는 예를 들어, 기체형 검출기, 섬광체형 검출기, 광섬유형 검출기 또는 반도체형 검출기일 수 있다. 바람직하게는 상기 감시부(1300)는 CsI 신틸레이터(Scintillator)와 포토다이오드(Photodiode)를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따라 엑스선발생부(1100)는, 엑스선빔을 방출하는 다양한 형태의 장비가 사용되고, 내부에 전자총과 타겟을 구비한 엑스선관이 사용되며, 바람직하게는 내부가 대략 진공상태이며 고출력인 클로즈드 타입(closed type)의 튜브가 사용될 수 있다. 상기 전자총으로부터 발생된 전자가 타겟에 충돌하면, 엑스선빔이 출력되어 소정의 테이블에 안착된 피검사물(S)에 조사될 수 있을 것이다. 디텍터(1600)는 검출된 산란빔을 전기신호화하여 제어부(1500)로 전송하는 기능을 수행할 수 있을 것이다.

상기 제어부(1500)는 엑스선발생부(1100)의 가동을 제어하는 제어신호를 발생할 수 있을 것이며, 상기 감시부(1300)와 연결되는 제어부(1500)는 엑스선발생부(1100) 및 디텍터(1600)의 컨트롤러와 일체로 구성되거나 물리적으로 분리되어 연결되는 구성일 수 있을 것이다. 아와 관련되어 제어부(1500)의 구체적인 실시예는 후술한다.

상기 피검사물(S)은 물질의 시편, 용액, 소정의 형상을 가지는 물체 등 다양한 물성과 형태를 가질 수 있다.

검사부(1000)는 상기한 바와 같이 엑스선발생부(1100)와 디텍터(1600)을 포함하며 및 피검사물(S)이 안착될 수 있는 소정의 공간을 마련하고 외부로 방사선이 유출되지 않도록 어느 정도 차폐된 형태로 이루어진다. 따라서, 검사부(1000)의 외형은 케이싱(1010)이 이루고 있으며, 이러한 케이싱(1010)은 피검사물(S)의 출입을 위한 도어나, 예를 들어 컨베이어와 같은 이송장치의 이송경로에 배치되는 경우 출입부를 구비할 수 있을 것이다.

본 발명에서는 상기 케이싱(1010)의 외곽 복수의 개소에 감시부(1300)를 구비하여 누설되는 방사선을 감지하고 감지신호를 제어부(1500)로 전송하여 비정상적인 누설이 발생된 경우 엑스선발생부(1100)의 작동을 중단하도록 하는데, 이러란 방사선의 누설은 도어가 불완전하게 폐쇄된 경우, 케이싱(1010)의 접합부위의 손상이나 부식이 발생된 경우 등 다양한 원인일 수 있다. 이와 관련된 구체적인 설명은 후술한다.

이를 위하여 일반적으로 직사각 형태로 구성되는 케이싱(1010)의 외벽 전, 후, 좌, 우의 4개소에 감시부(1300)가 배치될 수 있을 것이나 상기 케이싱(1010)의 형태나 배치 위치 및 개수는 선택적이다.

한편, 상기 제어부(1500)는 감시부(1300)로부터 전송받은 실시간의 방사선 누설정보를 원격으로 모니터링부(2000)에 전송하여 사용자가 이를 즉시 확인할 수 있도록 하는바, 이를 통하여 휴대용 선량계의 기능을 대체할 수 있게 된다.

상기 모니터링부(2000)는 휴대가 가능한 스마트폰이나 PDA, 노트북과 같은 다양한 멀티미디어 기기들일 수 있으며 개인용컴퓨터는 물론 화상으로 정보를 구현할 수 있는 다양한 영상장치를 포함할 수 있다.

상기 모니터링부(2000)와 제어부(1500)의 통신은 무선통신 방식으로 이루어지는 것이 바람직하며, 지그비(Zigbee) 통신, 블루투스(Bluetooth), 로라(LoRa; Long Range) 통신, Wifi, 적외선통신 등 다양한 통신방식이 적용될 수 있을 것이다. 다만 유선의 연결방식을 배제하는 것은 아니다. 또한, 경우에 따라 3G나 4G와 같은 이동통신망을 통하여 통신이 수행될 수도 있음은 물론이다.

도 3은 본 발명의 누설 선량의 모니터링 시스템에서 제어부의 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.

제어부(1500)는 기본적으로 감시부(1300)의 각각에서 감시된 방사선량에 대한 감지신호를 수신하여 누설이 발생되는 경우 검사부(1000)의 작동을 중단시키고 사용자에게 경고하는 기능을 수행할 수 있다.

이를 위하여, 상기 제어부(1500)는 각각의 감시부(1300)로부터 감지신호를 수신하여 이를 데이터화하는 검출부(1510)와, 설정된 방사선량보다 큰지 여부를 판단하는 판단부(1520)와, 검사부(1000)의 작동을 중단시키도록 하는 차단부(1530)를 구비할 수 있다. 여기서 검사부(1000)의 작동 중지란, 엑스선발생부(1100)의 작동중지, 고전압발생기(미도시)의 제어전압 입력 중단, 전체적인 장비의 전력 차단 등 방사선 방출을 제어할 수 있는 다양한 방식을 포함한다.

상기 검출부(1510)에서는 각각의 감시부(1300)에 대한 위치별로 누설된 방사선량에 대한 감지신호의 정보를 수신하여 저장하는데, 이러한 위치별 정보는 누설 위치를 추적하는 데 기능할 수 있을 것이다. 예를 들어, 케이싱(1010)의 각각의 위치별로 누설 방사선량에 대한 수치를 산출하고, 그 사이의 위치별로 평균값 내지는 예측 값 등을 평가한 다음 누설량이 높은 위치를 추적하여 최소 케이싱(1010)의 평면상 누설 위치에 대한 예측값을 도출해낼 수 있을 것이다.

또한, 상기 검출부(1510)는 감시부(1300)로부터 수신된 감지신호에 대한 수치를 보정하여 정확성을 향상하도록 할 수 있으며, 일실시예로서 온도 및 감도의 상관관계에 대한 보상기능을 수행할 수 있을 것이다. 정상적인 감시의 온도범위는 예를 들어 -10℃ 내지 45℃ 일 수 있다. 추가적인 실시예로서, 에너지 보정의 기능을 구비할 수 있으며 각 감시부(1300)의 위치별로 거리 등의 요소에 따른 에너지 값들에 대한 보상을 수행할 수 있다.

상기 검출부(1510)로 입력되는 감시부(1300)의 에너지 감지범위는 바람직하게는 아래와 같이 설정될 수 있다.

엑스선 에너지: 8KeV ~ 199 KeV

γ선 에너지: 200 ~ 5999 keV

또한, 방사선량에 대한 감시범위는 아래와 같이 설정될 수 있을 것이다.

Dose rate range: 0.001 uSv/h ~ 999.9 uSv/h

Accumulated dose range: 0~999mSv, 0~99 month

판단부(1520)는 상기 검출되거나 검출되어 보상된 감지값인 측정선량을 설정된 기준선량과 비교하는 기능을 수행하며, 기준선량 이상인 경우 차단부(1530)를 작동하도록 한다. 상기 기준선량은 방사선의 허용정도의 기준에 따라 다양하게 설정될 수 있을 것이다. 바람직하게는 상기 기준선량은 1 uSv/hr일 수 있다.

이러한 차단부(1530)는 엑스선발생부(1100)를 구비한 검사부(1000)에 적용되는 경우 고출력전압발생기 등의 가동계통을 비상 정지시키는 기능을 수행하게 되며, 이에 따라 검사가 계속되는 중에 방사선의 누설이 발생되는 경우 바람직하지 않은 피폭을 방지하도록 한다.

추가적으로, 상기 차단부(1530)는 케이싱(1010)의 도어(미도시), 더욱 정확하게는 도어의 록킹장치에 연결되어 록킹하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 실수로 도어가 개방되거나 록킹되지 않은 상태로 검사부(1000)가 구동되는 경우 누설이 감지되면 차단부(1530)가 도어의 록킹장치를 강제 잠금하여 피해를 방지하도록 하는 것이다. 상기 검사부(1000)의 작동중지 또는 록킹장치의 잠금은 선택적, 추가적으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 차단부(1530)에 의하여 중지 또는 잠금이 이루어지는 경우 추가적으로 사용자에게 시각적 또는 청각적으로 경보신호를 전달하는 구성을 구비할 수 있으며, 이를 위하여 LED램프의 발광 또는 경보음의 발생 등을 위한 시청각적인 장치들이 차단부(1530)에 연결될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 실시예에 따라 모니터링부(2000)와 무선으로 연결되는 경우 원격 통신을 위하여 통신부(1540)를 구비할 수 있으며, 이러한 모니터링부(2000)와 통신부(1540)의 통신 방식은 상기한 바와 같으므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

이러한 통신부(1540)는 기본적으로 측정선량을 실시간으로 시각화하여 모니터링부(2000)에 표시하도록 하며, 누설이 발생한 경우의 경보나 누설 위치에 대한 정보를 표시할 수 있을 것이다. 다만, 통신부(1540)의 제어를 통하여 감시부(1300)의 감지신호에 대한 측정선량의 변환시 보정값의 적용이나, 기준선량의 변경, 엑스선발생부(1100)의 작동중지, 도어 록킹 등의 동작을 위하여 모니터링부(2000)에서 사용자의 입력을 받아 통신부(1540)를 통하여 수신할 수 있으며, 제어부(1500)는 이러한 사용자의 명령에 따라 정보를 변환하거나 검사부(1000)의 작동을 제어할 수 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 개념에 따라 누설 선량을 모니터링하는 방법을 나타내는 흐름도이다.

검사부(1000)에 제어전력을 인가하여 엑스선 구동(S110)이 이루어지면, 제어부(1500)는 감시부(1300)의 작동을 개시하여 선량 감시(S120)를 하게 된다.

상기 선량 감시(S120) 단계에서는 각각의 감시부(1300)에서 실시간으로 누설 방사선에 대한 감지신호를 제어부(1500)로 전송하고 제어부(1500)의 검출부(1510)에서는 감지신호를 보정하여 데이터화하여 측정선량을 산출하게 된다. 다만, 경우에 따라 상기 감지신호는 바로 측정선량으로 기록될 수도 있다.

판단부(1520)에서 측정선량과 기준선량을 비교하여 누설되었는지 또는 누설 허용치 이상이 되었는지를 판단(S130)하게 되는데, 이때 기준선량은 1 uSv/hr 일 수 있음은 상기한 바와 같다. 이렇게 판단(S130) 단계에서 측정선량이 기준선량 이상이 되는 경우 차단부(1530)에서는 검사부(1000)의 제어입력을 제한하거나 엑스선발생부(1100)와 연결되는 고전압발생기의 작동을 중단함으로써 방사선의 생성을 차단하도록 셧다운(S140)하게 된다. 이러한 셧다운 단계에서 도어에 대한 록킹을 수행할 수 있으며, 음향 또는 시각적으로 사용자에게 경보를 제공할 수 있음은 상기한 바와 같다.

이와 같이 기본적으로 측정선량이 기준선량에 미달하는지 궤환적으로 검출 및 판단하게 되며 누설에 대한 판단을 실시간으로 수행하게 되는 것이다.

한편, 본 발명에서는 복수의 감시부(1300)에 대한 위치관계 및 측정선량에 대한 강도의 비교 및 선량 예측을 통하여 누설을 추적(S150)할 수 있으며, 이러한 누설 추적 결과에 따라 사용자는 셧다운(S140) 단계 이후에 케이싱(1010)의 불량 등을 점검할 수 있다.

상기 감시된 선량 및 측정선량이나 누설된 위치 등에 대한 정보는 통신부(1540)를 통하여 모니터링부(2000)에 원격송신(S151)됨으로써 원격지에서도 사용자가 실시간으로 확인할 수 있다.

상술된 본 발명의 누설 선량의 모니터링 시스템에 의하여, 엑스선 등을 이용한 검사 과정에서 실시간으로 방사선의 누출을 확인할 수 있으므로 장비 및 인체에 대한 위험성을 미연에 차단할 수 있는 이점이 있다.

또한, 휴대용 선량계 등을 통하여 사용간에 선량을 측정하여야 하는 불편함을 제거할 수 있고 간단한 구조를 통하여 종래의 검사장비들에 적용할 수 있어 경제적인 장점이 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1000...검사부 1010...케이싱
1100...엑스선발생부 1300...감시부
1500...제어부 1510...검출부
1520...판단부 1530...차단부
1540...통신부 1600...디텍터
2000...모니터링부

Claims (3)

1. 피검사물을 내부에 수용하여 하는 검사부의 케이싱 외부에 배치되어 누설되는 방사선량에 대한 감지신호를 생성하는 복수의 감시부(1300);
   상기 감시부의 감지신호에 따라 각 감시부의 위치에서의 측정선량을 데이터화하는 검출부와, 측정선량과 기준선량을 대비하는 판단부와, 측정선량이 기준선량 이상인 경우 검사부의 작동을 차단하도록 하는 차단부와, 통신부를 구비하는 제어부(1500); 및
   상기 통신부와 무선으로 연결되어 제어부로부터의 측정선량 및 차단에 대한 정보를 원격으로 수신하여 시각화하는 모니터링부(2000);를 포함하는 누설 선량의 모니터링 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 검출부는,
   감시부로부터 전송된 감지신호에 대해 온도에 따른 감도를 보정하여 측정선량을 산출하며,
   상기 차단부는,
   검사부의 작동 차단시 청각적 또는 시각적 경보를 사용자에게 제공하는 누설 선량의 모니터링 시스템.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 검출부는,
   각각의 감시부에 대한 위치별 정보에 기초하여 측정선량을 통하여 케이싱의 방사선 누설부위를 추적하고 모니터링부에서 시각화하여 표현하는 누설 선량의 모니터링 시스템.
   

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