KR20200007591A - 중성자선과 엑스선을 이용하는 비파괴 검사 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, X-선과 중성자선을 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부; 상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이동부; 상기 검사대상체를 투과한 X-선 및 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득하기 위한 영상시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 중성자선과 엑스선을 사용하여 검사대상체의 성질을 외부에서 분석할 수 있는 비파괴 검사 시스템에 관한 것이다.
비파괴 검사란 제품을 파괴하지 않고도 제품 내부의 성질을 외부에서 검사하는 것을 의미한다. 비파괴 검사 시스템이란 비파괴 검사를 구현하는 장비들의 집합을 가리킨다. 비파괴 검사와 비파괴 검사 시스템은 의료, 보안, 검역 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.
비파괴 검사 시스템의 예는 다양하다. 그 중 하나는 방사선을 이용한 컨테이너 검색기다. 컨테이너 검색기를 통해, 항만 또는 공항에서는 화물이나 우편물 등의 신속한 검사가 가능하게되며, 수출입 화물을 적재한 컨테이너에 방사선을 조사하고 그로부터 획득된 영상을 판독하여 컨테이너 내부의 미허가 품목이나 위험물 적재 여부 등을 검사할 수 있게 된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1304104(2013.08.29.)에는 컨테이너 검색기의 일 예인 화물검색장치가 개시되어 있다. 특허문헌에 개시된 화물검색장치는 X-선과 중성자선을 동시에 사용하며, 이종(異種) 방사선을 동시에 사용하는데, 이는 하나의 방사선만으로는 화물 검색의 한계가 존재하기 때문이다.
예를 들면, X-선만을 조사하는 경우에 검색대상물의 형태를 육안으로 볼 수 있으나, 검색대상물의 물질 정보에 대하여는 알 수 없고, 중성자선만을 조사하는 경우에 검색대상물의 물질 정보에 대하여 알 수 있으나, 검사 대상체의 형태에 관해서는 탐지가 어려운 한계가 있다.
한편, 종래의 X-선과 중성자선을 동시에 사용하는 비파괴 검사 시스템은, X-선 검출장치와 중성자선 검출장치가 서로 분리되어 있으며, X-선 발생장치에서 발생된 X-선과와 중성선 발생장치에서 발생된 중성선이 검사 대상체에 각각 조사되면, X-선 검출장치는 검색대상체를 통과한 X-선을 검출하여 검색대상체의 형태정보를 탐지하고, 중성자선 검출장치는 검색대상물을 통과한 중성자선을 검출하여 검색대상체의 물질정보를 탐지하도록 구성된다.
다만, 종래의 X-선 검출을 위한 X-선 영상모듈과 중성자선 검출을 위한 중성자선 영상모듈은 서로 별개로 제작되므로, 제작 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 두 가지 종류의 방사선을 각각 검사 대상체에 조사한 후 투과된 방사선으로부터 검사 대상체의 영상 정보를 각각 획득해야 하므로 시스템이 대형화되어야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은, 중성자와 X-선을 동시에 발생시키고 검사대상체에 조사한 후, 검사대상체에 투과된 영상 정보를 획득하도록 이루어지는 비파괴 검사 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 중성자와 X-선을 발생 및 검출하기 위해, 종래에 두 대로 분리 구성되는 것을 하나의 장치로 통합하여, 장치의 소형화 및 경량화를 도모하여 이동형 복합방사선 비파괴 검사 시스템의 개발에 적용하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템은, X-선과 중성자선을 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부; 상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이동부; 상기 검사대상체를 투과한 X-선 및 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득을 위한 영상시스템을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 방사선 발생부는, 전자빔을 발생시키도록 형성되는 전자총; 상기 전자총에 연결되며, 상기 전자총에서 발생되는 전자빔을 가속하도록 형성되는 전자 가속기; 및 상기 전자 가속기에 연결되고, 상기 전자 가속기에서 가속된 전자빔을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성되는 타겟시스템을 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 타겟 시스템은, 전자빔을 조사 받으면 위치, 회전각, 및 상기 전자빔의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수 중 적어도 하나의 변수에 따라 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시키도록 형성되는 다중 방사선 발생 표적 혼합체; 및 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체의 위치, 회전각 및 상기 전자빔의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수 중 적어도 하나를 변경 가능하도록 구동력을 제공하는 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체는, 다수의 영역으로 구획되는 판으로 형성되고, 서로 다른 종류의 방사선을 발생시키는 표적들이 상기 판의 각 영역마다 적어도 하나씩 배치되며, 상기 구동부는 회전축에 의해 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체와 연결되고, 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체를 회전시켜 전자빔을 조사받는 표적을 결정하도록 이루어질 수 있다.
이때, 상기 판은 원판으로 구성되고, 상기 표적들은 각각 부채꼴로 형성되며, 상기 구동부는 상기 회전축에 의해 상기 원판의 중심에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 방사선 발생부는, 상기 전자총, 상기 전자 가속기 및 상기 타겟 시스템을 동기화시키도록 형성되는 트리거 시스템을 더 포함하고, 상기 트리거 시스템은, 상기 전자총의 전자빔 발생 속도에 맞춰 상기 표적들의 위치, 회전각 및 상기 전자빔의 경로 상에 중첩된 표적의 수 중 적어도 하나를 변경하기 위한 동기화 신호를 발생시키도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 검사대상체 이동부는, 상기 검사대상체가 위치되는 원판플레이트; 상기 원판플레이트의 하부에 결합되어 상기 원판플레이트의 거동을 형성하는 지지기둥; 및 상기 지지기둥의 하단부에 설치되어 지면을 지지하도록 이루어지는 레그를 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 지지기둥의 내측에는 상기 원판플레이트의 상하 병진 운동과 시계 시계 또는 반시계 방향으로의 회전 운동이 가능하도록 모터가 설치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 방사선 검출부는, 상기 방사선 발생부로부터 시간차를 두고 X-선과 중성자선의 조사시 동기화 신호를 발생시키는 동기화 유닛; 및 상기 동기화 신호에 따라 상기 X-선 또는 중성자선을 검출하는 방사선 검출 유닛을 포함하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 동기화 유닛은, 상기 방사선 발생부의 X-선 또는 중성자선의 조사 시점과 상기 방사선 검출부의 검출 시점을 서로 동기화시키도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 검사대상체 이동부에 인접하게 설치되어, 상기 검사대상체로부터 발생되는 방사선을 검출하도록 이루어지는 방사선 탐지부를 더 포함할 수 있다.
또한, X-선 또는 중성자선의 외부 누설을 제한하도록, 상기 X-선 또는 중성자선의 진행 경로를 따라 주위에 형성되는 차폐부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 X-선과 중성자선은, 상기 방사선 발생부로부터 서로 번갈아 가면서 기설정된 시간차를 두고 발생되어 상기 방사선 검출부를 향해 조사될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 방사선 검출부는, 방사선 발생장치의 X-선 또는 중성자선의 조사 시점과 동기화되도록 이루어져 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선을 검출하도록 구성될 수 있다.
이때, 상기 방사선 검출부는, 수직방향으로 연장되고 직사각형의 기둥 형태로 형성되는 방사선 검출부 본체; 및 상기 방사선 검출부 본체의 내부에 적층되게 설치되어, 상기 방사선 발생부에서 조사된 X-선과 중성자선을 검출하도록 복수의 방사선 영상센서 모듈을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템에 대해 설명하면 다음과 같다.
방사선 발생부에서 X-선과 중성자선을 동시에 발생시킬 수 있으며 이를 검사 대상체에 투과시킨 후, 투과된 영상 정보에 근거하여 검사대상체의 물질 분별이 가능하게 된다.
또한, 방사선 발생부로부터 X-선과 중성자선을 시간차를 두고 교대로 조사하고 방사선 발생부와 방사선 검출부를 동기화시켜, 동기화 신호에 따라X-선과 중성자선의 두 신호를 구분하여 처리함으로써 높은 해상도를 유지하면서 물질정보가 담긴 영상을 구현할 수 있게 된다.
또한, X-선에만 의존하던 기술과 차별화되어 중성자를 이용하여 물질정보까지 파악할 수 있으며 컴팩트한 구조를 가지는 비파괴 검사 시스템에 의해, 사회 안전망 구축을 위한 보안검색기 등에 활용할 수 있게 된다.
도 1은, 본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 방사선 발생부의 내부 모습을 나타내는 개념도이다.
도 3은, 타겟 시스템의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 4는, 검사 대상체 이동부의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5, 도 1 비파괴 시스템을 측면에서 바라본 모습을 보여주는 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 따른 비파괴 검사 시스템(100)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 검사대상체를 투과한 X- 선과 중성자선을 통해 영상정보를 획득하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 2는, 방사선 발생부의 내부 모습을 나타내는 개념도이다.
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도 4는, 검사 대상체 이동부의 모습을 나타내는 사시도이다.
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도 6은, 본 발명의 따른 비파괴 검사 시스템(100)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은, 검사대상체를 투과한 X- 선과 중성자선을 통해 영상정보를 획득하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템(100)을 나타내는 개념도이다.
비파괴 검사 시스템(100)은 제품을 파괴하지 않고도 제품 내부의 성질을 외부에서 검사하는 것을 의미하는 것으로, 비파괴 검사를 구현하기 위한 장비들의 집합을 가리킨다. 비파괴 검사 시스템(100)은 의료, 보안, 검역 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 특히, 항공 수화물의 검색, 항만 또는 공항에서 화물이나 우편물 등의 검사, 수출입 화물을 적재한 컨테이너를 검색하기 위한 컨테이너 검색장치 등에 응용될 수 있다.
비파괴 검사 시스템(100)은, 검사대상체(10)에 방사선을 조사하고 투과된 방사선 정보를 통해 검사대상체(10)의 내부 영상을 얻는 시스템을 의미한다. 여기서, 검사대상체(10)란, 항공 수화물, 컨테이너, 보안 검색 대상용 여행자 가방 등 다양한 것을 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템(100)은 검사대상체(10)를 통과한 X-선(11)과 중성자선(12)을 검출하고, 검사대상체(10)에 관한 영상 정보를 획득하도록 구성된다. 비파괴 검사 시스템(100)은, 방사선 발생부(110), 검사 대상체 이동부(120), 방사선 검출부(130) 및 영상 시스템(미도시)을 포함하도록 구성된다.
방사선 발생부(110)는 X-선(11)과 중성자선(12)을 일체로 발생시키고 검사대상체(10)에 조사되도록 구성된다. 이때, X-선(11)은 검사대상체(10)의 형태 정보를 검색하기 위해 검사대상체(10)에 조사될 수 있으며, 중성자선(12)은 검사 대상체(10)의 물질 정보, 예를 들면 PVC, Graphite, Sugar, Wood, Glass, 방사성 물질, Al, Fe, Pb 등을 검색하기 위해 조사될 수 있다.
방사선 발생부(110)는 방사선을 발생시키도록 구성되는 것으로, 예를 들면, 전자총(112, 도 2 참고)에서 발생된 전자빔을 전자 가속기(113)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔을 타겟(114)에 충돌시켜 타겟으로부터 방사선을 형성시킬 수 있다. 이에 관한 자세한 내용은 후술하기로 한다.
검사 대상체 이동부(120)는 검사대상체(10)의 위치를 가변시키는 역할을 하는 것으로, 검사 대상체 이동부(120)에 위치되는 검사대상체(10)를 상하 병진운동시키거나, 시계 또는 반시계 방향으로 회전시켜 검사대상체(10)에 방사선이 조사하는 역할을 한다.
방사선 검출부(130)는 방사선 발생부(110)로부터 발생된 X-선(11)과 중성자선(12)을 검사대상체(10)를 통과한 후, 이를 각각 검출하는 역할을 한다. 방사선 검출부(130)는, 방사선 검출부 본체(131)와 복수의 방사선 영상 센서 모듈(132)을 포함하도록 이루어진다.
영상 시스템(미도시)은 방사선 검출부(130)에서 검출된 결과에 근거하여 영상을 생성하는 역할을 하는 것으로, 검사대상체(10)를 투과한 X-선(11)과 중성자선(12)에 근거하여, 검사대상체(10)에 관한 영상을 생성하는 역할을 하도록 이루어진다.
도 2는, 방사선 발생부(110)의 내부 모습을 나타내는 개념도이다.
방사선 발생부(110)는 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시키도록 형성된다. 방사선 발생부(110)는, 여러 종류의 방사선 중 X-선(11)과 중성자선(12)을 시간차를 두고 교대로 발생시키도록 이루어진다. 예를 들면, X-선(11)과 중성자선(12)은 300~400 Hz의 시간차를 두고 서로 번갈아 가면서 조사되도록 구성될 수 있다.
방사선 발생부(110)는 여러 종류의 방사선을 발생시키기 위해 각 방사선 종류마다 장비들을 필요로 하는 것이 아니라, 하나의 전자총과 하나의 전자 가속기, 그리고 다중 방사선 발생 표적 혼합체만 요구된다.
또한, 방사선 발생부(110)는 적어도 하나 이상의 콜리메이터(미도시)를 포함할 수 있다. 콜리메이터(미도시)는 타겟과 방사선 검출부(130)의 사이에 배치되는 것으로, 후술할 타겟시스템(114)으로부터 발생되는 방사선을 비파괴 검사에 적합하도록 가공하는 역할을 한다.
방사선 발생부(110)은 전자총(112), 전자 가속기(113), 및 타겟 시스템(114)을 포함하도록 구성될 수 있다.
전자총(112)은 전자빔(E)을 발생시키는 것으로, 전자총(112)은 전극을 구비하며 전극에 전류가 인가되면 전자빔(E)이 발생될 수 있게 된다.
전자 가속기(113)는 전자총(112)에서 발생되는 전자빔(E)을 가속하도록 형성된다. 전자 가속기(113)에 구비되는 번처 캐비티(buncher cavity)와 가속 캐비티(acceleration cavity)를 순차적으로 통과하면서 전자빔(E)이 가속된다.
타겟 시스템(114)은 전자 가속기(113)에서 가속된 전자빔(E)을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성된다. 전자총(112), 전자 가속기(113), 및 타겟 시스템(114)은 순차적으로 연결되며 고진공 상태를 유지한다. 전자 가속기(113)와 타겟 시스템(114)은 고진공 플랜지(116)에 의해 연결된다.
본 발명의 타겟 시스템(114)은, 하나의 전자총(112)에서 발생되어 하나의 전자 가속기(113)에서 가속된 전자빔(E)을 조사받아 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 발생시킬 수 있다. 타겟 시스템(114)은 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시키기 위해 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)와 구동부(114b)를 포함한다.
다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)는 변수에 따라 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시킬 수 있다. 여기서 다중 방사선은 X-선과 중성자를 의미할 수 있다. 표적 혼합체란 어느 한 방사선을 발생시키는 표적을 복수로 갖는다는 것을 의미한다. 또한 변수란 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 위치, 회전각, 표적의 수, 표적의 종류 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.
구동부(114b)는 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 위치, 회전각 및 전자빔(E)의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수 중 적어도 하나를 변경 가능하도록 구동력을 제공한다. 변수가 위치인 경우, 구동부(114b)는 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)를 이동시켜 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 위치를 변화시킨다. 변수가 회전각인 경우, 구동부(114b)는 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)를 회전시켜 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 회전각을 변화시키게 된다. 변수가 전자빔(E)의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수인 경우, 구동부(114b)는 표적들 중 적어도 일부를 상기 전자빔(E)의 경로상에 배치되게 하거나 상기 전자빔(E)의 경로상으로부터 이탈되도록 한다. 따라서 구동부(114b)는 전자빔(E)의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수를 변화시키게 된다.
타겟 시스템(114)은 트리거 시스템(115)을 더 포함한다. 예컨대 신호 발생기는 트리거 시스템(115)으로 이용될 수 있다. 방사선 발생부(110)로부터 발생되는 방사선의 종류는 전자빔(E)이 타겟 시스템(114)의 어느 표적에 충돌하느냐에 따라 결정된다. 이에, 방사선 발생부(110)로부터 발생되는 방사선의 종류나 발생 주기를 조절하기 위해서, 전자총(112), 전자 가속기(113), 그리고 타겟 시스템(114)이 동기화되어야 한다.
도 3은, 타겟 시스템(114)의 모습을 나타내는 개념도이다.
다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)는 다수의 영역으로 구획되는 원 형태의 판으로 이루어질 수 있다. 상기 판의 각 영역에는 표적들(114a1, 114a2, 114a3)이 적어도 하나씩 배치될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)는 3개의 영역으로 구획될 수 있다. 각 영역마다 표적(114a1, 114a2, 114a3)이 하나씩 배치되면 각 표적들(114a1, 114a2, 114a3)은 부채꼴 형상으로 이루어질 수 있다.
각 표적들(114a1, 114a2, 114a3)은 서로 다른 종류의 방사선을 발생시키도록 형성된다. 예컨대 제1 영역에서는 X-선 발생용 표적이 배치되고, 제2 영역에는 중성자 발생용 표적이 배치될 수 있으며, 제3 영역은 전자빔(E)이 충돌하지 않고 지나가도록 비어 있는 영역인 전자빔(E) 발생용 표적으로 형성할 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템(100)은 방사선 발생부(110)를 통해, X-선과 중성자선이 발생되도록 구성되므로, 제1 영역에는 X-선 발생용 표적이 배치되고, 제2 영역에는 중성자 발생용 표적이 배치될 수 있으며, 제3 영역에는 비어 있는 영역으로 전자빔(E) 발생용 표적으로 배치시키는 것이 바람직할 것이다.
원판 형태의 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)가 몇 개의 영역으로 구획될 것인지, 각 영역의 크기는 얼마일지는, 각 영역에 어떤 표적이 배치될지는 방사선 발생부(110)의 설계에 따라 정해질 수 있을 것이다.
구동부(114b)는 회전력을 발생시키는 모터로 구성된다. 모터가 회전축(114c)에 의해 원판의 중심에 연결되면, 모터에서 발생된 회전력이 회전축(114c)을 통해 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)에 전달될 수 있다. 이에 따라 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)는 회전축(114c)을 중심으로 회전될 수 있다.
전자빔(E)은 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 중심을 향해 조사되는 것이 아니라 상기 중심으로부터 편심된 위치에 조사된다. 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)는 중심으로부터 편심된 위치에 전자빔(E)을 조사받을 수 있는 위치에 설치된다.
어떤 표적(114a1, 114a2, 114a3)이 전자빔(E)을 조사받는지는 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 회전각에 의해 결정된다. 이를테면 구동부(114b)가 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)를 회전시켜 전자빔(E)을 조사받는 표적(114a1, 114a2, 114a3)을 결정할 수 있다.
앞선 예에서 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)이 회전함에 따라 제1 영역에 전자빔(E)이 충돌하게 되면, 엑스선이 발생하게 된다. 마찬가지로 제2 영역에 전자빔(E)이 충돌하게 되면 중성자가 발생하게 된다. 제3 영역에 전자빔(E)이 충돌하게 되면 전자빔(E)이 그냥 통과된다.
트리거 시스템(115)은 전자총(112)의 전자빔(E) 발생 속도에 맞춰 상기 표적들(114a1, 114a2, 114a3)의 회전각을 변경하기 위한 동기화 신호를 발생시킨다. 구동부(114b)는 트리거 시스템(115)에서 발생되는 동기화 신호에 근거하여 표적들(114a1, 114a2, 114a3)의 회전각을 변경시킨다. 트리거 시스템(115)에 의해 전자총(112), 전자 가속기(113), 그리고 타겟 시스템(114)이 동기화되면, 방사선 발생부(110)로부터 발생되는 방사선의 종류와 방사선의 발생 주기가 제어될 수 있게 된다.
예를 들어 제1 영역, 제2 영역, 제3 영역이 모두 같은 크기를 갖는다면 부채꼴의 중심각은 120°다. 그리고 전자빔(E)의 발생 반복률이 300Hz라고 가정해 본다. 트리거 시스템(115)에 의해 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 회전 속도가 전자빔(E) 발생 반복률과 마찬가지로 300Hz로 동기화 된다면, 100Hz당 한번씩 서로 다른 종류의 방사선이 발생될 수 있을 것이다.
이와 같이 표적의 크기(부채꼴의 중심각), 표적의 종류, 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 회전각, 다중 방사선 발생 표적 혼합체(114a)의 회전 속도 등은 방사선 발생부(110)에 발생하는 방사선의 종류와 방사선의 발생 주기를 결정하는 변수가 될 수 있게 된다.
도 4는, 검사 대상체 이동부(120)의 모습을 나타내는 사시도이다.
비파괴 검사 시스템(100)은, 방사선 발생부(110)로부터 생성된 X-선과 중성자선을 조사하며, 검사대상체(10)를 검사 대상체 이동부(120)를 통해, 상하 이동 또는 어느 일 방향(시계 또는 반시계 방향)으로 회전시켜, 검사 대상체(10)에 관한 영상 정보를 획득하도록 구성된다.
검사대상체 이동부(120)는, 검사대상체(10)가 위치되는 원판플레이트(121)와, 원판플레이트(121)의 하부에 결합되어 원판플레이트(121)의 거동을 형성하는 지지기둥(123), 지지기둥(123)의 하단부에 설치되어 지면을 지지하도록 이루어지는 레그(124)를 포함하도록 이루어진다.
원판플레이트(121)는 원판프레임(122)으로부터 상부로 분리되어 돌출될 수 있다. 지지기둥(123)은 원판플레이트(121)의 거동을 형성하는 역할을 하는 것으로 길이가 인장되거나 수축되도록 이루어질 수 있다. 지지기둥(123)의 길이가 인장되면 원판플레이트(121)는 원판프레임(122)으로부터 분리되어 상부로 돌출될 수 있게 될 것이다. 이를 통해, 원판플레이트(121)에 위치되는 검사대상체(10)를 상하로 병진 운동시켜, 검사대상체(10)의 상하 높이 전부의 영역에 방사선이 조사될 수 있도록 한다.
또한, 원판플레이트(121)는 지지기둥(123)의 내측에 위치되는 모터(미도시)를 통해, 원판플레이트(121)의 시계 또는 반시계 방향으로의 회전 운동이 구현되도록 한다. 이를 통해, 검사대상체(10)의 전영역에 해당하는 각도로 방사선이 조사될 수 있도록 한다.
도 5, 도 1의 비파괴 시스템(100)을 측면에서 바라본 모습을 나타내는 개념도이다.
방사선 검출부(130)는, 방사선 발생부(110)와 마주보도록 검사대상체 이동부(120)의 맞은편에 배치될 수 있다.
방사선 검출부(130)는, 방사선 검출부 본체(131), 방사선 영상센서 모듈(132) 및 동기화 유닛(미도시)를 포함하도록 구성된다.
방사선 검출부 본체(131)는 수직방향으로 연장되는 직사각 기둥 형태로 구성될 수 있다. 방사선 검출부 본체(131)는 방사선이 조사되는 방향을 기준하여 전방면을 통해 방사선이 조사되도록 한다.
방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 검출부 본체(131)의 내부에 복수 개가 적층되게 설치될 수 있다. 이때, 각 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선의 검출시 왜곡되는 것을 방지하기 위해, 방사선 검출부 본체(131)의 저면에서 상방향으로 갈수록 전방면을 향해 가까워지도록 기설정된 곡률을 가지도록 적층 형성될 수 있다.
방사선 검출부 본체(131)의 하부에 위치되는 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 검출부 본체(131)의 후방면에 인접하게 배치되고, 방사선 검출부 본체(131)의 상부에 위치되는 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은, 방사선 검출부 본체(131)의 전방면에 인접하게 설치될 수 있다. 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 발생부(110)로부터 거의 유사한 거리만큼 이격되게 배치될 수 있다.
복수의 방사선 영상센서 모듈은 X-선 섬광체(미도시), 중성자 섬광체(미도시), 광 검출기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
X-선 섬광체(미도시)는 X-선(11)과 상호 작용하여, X-선(11)에 의한 섬광을 방출하도록 이루어지는 것으로, 입사된 X-선(11)으로부터 에너지를 흡수하여 들뜬 전자상태로 되었다가 기저상태로 되돌아감에 따라 들뜬 상태와 기저상태의 에너지차에 해당하는 파장을 가진 전자파를 방출하여 빛을 발생시킨다.
중성자 섬광체(미도시)는 중성자선(12)과 상호 작용하여 중성자선(12)에 의한 섬광을 방출하도록 이루어진다. 중성자 섬광체(미도시)는 입사된 중성자선으로부터 에너지를 흡수하여 들뜬 상태로 되었다가 기저상태로 되돌아감에 따라 들뜬 상태와 기저사태의 에너지차에 해당하는 파장을 가진 전자파를 방출함으로 빛을 발생시킨다.
광 검출기(미도시)는 반도체 공정을 통해 기판의 양면에 X-선 섬광체와 중성자 섬광체가 장착되어, X-선 섬광체 또는 중성자 섬광체로부터 발생된 섬광을 흡수하여, 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전류를 발생시킨다. 이를 통해, 광 검출기는 검색대상체를 투과하며 물질 및 영상정보가 담긴 방사선을 각각 검출할 수 있게 된다.
동기화 유닛(미도시)는, 방사선 발생부(110)와 방사선 검출부(130)를 동기화 시키는 역할을 한다. 동기화 유닛은, 방사선 발생부로부터 신호를 받아 X-선 또는 중성자 신호를 동기화 신호를 출력한다. 광 검출기(미도시)는 동기화 신호를 받아 X-선 또는 중성자에 해당하는 신호를 구분하여 검출할 수 있게 된다.
예를 들면, 방사선 발생부(110)로부터 X-선(11)이 조사되면, 동기화 유닛(미도시)은 X-선(11)에 해당하는 동기화 신호를 출력하여 광검출기에 보내고, 광 검출기는 X-선 섬광체에서 발생된 X-선 섬광을 검출하여, 광 검출기로부터 검출된 신호에 의해 형태 정보가 담긴 영상을 구현할 수 있다.
방사선 발생부(110)로부터 중성자선(12)이 조사되면, 동기화 시스템(미도시)은 중성자선에 해당하는 동기화 신호를 출력하여 광검출기에 보내고, 광검출기는 중성자선에서 발생된 중성자선 섬광을 검출하여, 광검출기로부터 검출된 신호에 의해 물질 정보가 담긴 영상을 구현할 수 있게 된다.
X-선(11)과 중성자선(12)은 방사선 발생부에서 시간차를 두고 서로 번갈아 가면서 발생되어 조사되고, 방사선 검출부는 동기화 유닛(미도시)으로부터 동기화 신호를 받아, X-선 또는 중성자선의 검출시점이 방사선 발생부의 X-선 또는 중성자선의 조사시점과 동기화되어 X-선 검출신호와 중성자선 검출신호를 구분할 수 있게 된다.
X-선과 중성자선 각각의 입사신호와 X-선과 중성자선 각각의 검출신호는 서로 동기화되어 일대일 대응되게 배치될 수 있으며, X-선 영상센서 모듈과 중성자선 영상센서 모듈이 단일 센서로 복합 구성됨으로써 X-선과 중성자선의 동시 검출이 가능므로, 기존의 해상도를 유지하면서 물질정보가 담긴 영상을 구현할 수 있게 된다.
이에, X-선 검출 유닛과 중성자선 검출 유닛 각각을 하나의 방사선 검출부(130)로 복합 구성하여 비파괴 검사 시스템(110)을 구현할 수 있으므로, 비파괴 검사 시스템의 소형화 및 경량화가 이루어질 수 있게 된다.
도 6은, 본 발명의 따른 비파괴 검사 시스템(100)의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 비파괴 검사 시스템(100)은 검사대상체(10)를 통과한 X-선(11)과 중성자선(12)을 검출하고, 검사대상체(10)에 관한 영상 정보를 획득하도록 구성된다. 비파괴 검사 시스템(100)은, 방사선 발생부(110), 검사 대상체 이동부(120), 방사선 검출부(130), 영상 시스템(미도시), 차폐부(미도시) 및 방사선 탐지부(140)을 포함하도록 이루어진다.
방사선 발생부(110)는 X-선(11)과 중성자선(12)을 일체로 발생시키고 검사대상체(10)에 조사되도록 구성된다. 이때, X-선(11)은 검사대상체(10)의 형태 정보를 검색하기 위해 검사대상체(10)에 조사될 수 있으며, 중성자선(12)은 검사 대상체(10)의 물질 정보, 예를 들면 PVC, Graphite, Sugar, Wood, Glass, 방사성 물질, Al, Fe, Pb 등을 검색하기 위해 조사될 수 있다.
방사선 발생부(110)는 방사선을 발생시키도록 구성되는 것으로, 예를 들면, 전자총(112, 도2 참고)에서 발생된 전자빔을 전자 가속기(113)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔을 타겟시스템(114)에 충돌시켜 타겟으로부터 방사선을 형성시킬 수 있다.
검사 대상체 이동부(120)는 검사대상체(10)의 위치를 가변시키는 역할을 하는 것으로, 검사 대상체 이동부(120)에 위치되는 검사대상체(10)를 상하 병진운동시키거나, 시계 또는 반시계 방향으로 회전시켜 검사대상체(10)에 방사선이 조사하는 역할을 한다.
방사선 검출부(130)는 방사선 발생부(110)로부터 발생된 X-선(11)과 중성자선(12)을 검사대상체(10)를 통과한 후, 이를 각각 검출하는 역할을 한다. 방사선 검출부(130)는, 방사선 검출부 본체(131)와 복수의 방사선 영상 센서 모듈(132)을 포함하도록 이루어진다.
영상 시스템(미도시)은 방사선 검출부(130)에서 검출된 결과에 근거하여 영상을 생성하는 역할을 하는 것으로, 검사대상체(10)를 투과한 X-선(11)과 중성자선(12)에 근거하여, 검사대상체(10)에 관한 영상을 생성하는 역할을 하도록 이루어진다.
방사선 탐지부(140)는 검사대상체 이동부(120)에 설치되어, 검사대상체(10)로부터 발생되는 방사선을 검출하는 역할을 하게 된다. 방사선 탐지부(140)는 감마카메라 또는 컴프턴카메라를 의미할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 비파괴 검사 시스템은, X-선 또는 중성자선의 외부 누설을 제한하도록, X-선 또는 중성자선의 진행 경로를 따라 주위에 형성되는 차폐부(미도시)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 차폐부는 방사선이 주위로 방출되는 것을 막을 수 있도록, 사방이 두꺼운 금속 벽으로 폐쇄 공간을 형성하도록 이루어질 수 있을 것이다.
도 7은, 검사대상체(10)를 투과한 X-선과 중성자선을 통해 영상정보를 획득하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
앞서 살펴본 바와 같이, 영상 시스템(미도시)은 방사선 검출부(130)에서 검출된 결과에 근거하여 영상을 생성하는 역할을 하는 것으로, 검사대상체(10)를 투과한 X-선(11)과 중성자선(12)에 근거하여 검사대상체(10)에 관한 영상을 생성하는 역할을 하게 된다.
방사선 발생부(110)에 의해 생성된 X-선(11)과 중성자선(12)은 검사대상체에 투과되면, 방사선 검출부(130)에서는 X-선 영상정보와 중성자선 영상정보를 획득하게 된다.
X-선(11)은 물질 내 전자와 주로 반응하므로 물질의 원자번호에 의해 감쇄계수가 결정된다. 중성자선은 물질 내 수소와 주로 반응하므로 수소의 분포에 따라 감쇠계수가 결정되게 된다. 이러한 복합방사선에 의한 검사대상체에 관한 영상 정보를 통해 물질분별계수(R-value)를 획득한 후, 대략 20가지 이상의 물질을 분별할 수 있는 영상을 획득하게 된다.
이와는 별개로, 방사선 탐지부(140)는 검사대상체 이동부(120)에 인접하게 설치되고, 검사대상체(10)로부터 발생되는 방사선을 검출하는 역할을 하며, 방사선 물질을 탐지한 후 이로부터 영상정보를 획득하게 된다.
그 후, 복합방사선에 의한 물질 분별 영상과 방사선 탐지부에 의해 획득된 영상정보를 조합한 후 검사대상체(10)에 대한 최종 영상 정보를 획득하여, 검사 대상체(10)에 대한 정보를 얻을 수 있게 된다.
이상에서 설명된 비파괴 검사 시스템은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 검사대상체
11 : X-선
12 : 중성자선 100: 비파괴 검사 시스템
110: 방사선 발생부 112: 전자총
113: 전자가속기 114: 타겟시스템
115: 트리거시스템 120: 검사 대상체 이동부
121: 원판플레이트 122: 원판프레임
130: 방사선 검출부 131: 방사선 검출부 본체
132: 방사선 영상센서 모듈 140: 방사선 탐지부
12 : 중성자선 100: 비파괴 검사 시스템
110: 방사선 발생부 112: 전자총
113: 전자가속기 114: 타겟시스템
115: 트리거시스템 120: 검사 대상체 이동부
121: 원판플레이트 122: 원판프레임
130: 방사선 검출부 131: 방사선 검출부 본체
132: 방사선 영상센서 모듈 140: 방사선 탐지부
Claims (15)
- X-선과 중성자선을 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부;
상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이동부;
상기 검사대상체를 투과한 X-선 및 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및
상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득하기 위한 영상시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 방사선 발생부는,
전자빔을 발생시키도록 형성되는 전자총;
상기 전자총에 연결되며, 상기 전자총에서 발생되는 전자빔을 가속하도록 형성되는 전자 가속기; 및
상기 전자 가속기에 연결되고, 상기 전자 가속기에서 가속된 전자빔을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성되는 타겟 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 타겟 시스템은,
전자빔을 조사 받으면 위치, 회전각, 및 상기 전자빔의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수 중 적어도 하나의 변수에 따라 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시키도록 형성되는 다중 방사선 발생 표적 혼합체; 및
상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체의 위치, 회전각 및 상기 전자빔의 경로상에 중첩되게 배치된 표적의 수 중 적어도 하나를 변경 가능하도록 구동력을 제공하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체는, 다수의 영역으로 구획되는 판으로 형성되고,
서로 다른 종류의 방사선을 발생시키는 표적들이 상기 판의 각 영역마다 적어도 하나씩 배치되며,
상기 구동부는 회전축에 의해 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체와 연결되고, 상기 다중 방사선 발생 표적 혼합체를 회전시켜 전자빔을 조사받는 표적을 결정하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 판은 원판으로 구성되고,
상기 표적들은 각각 부채꼴로 형성되며,
상기 구동부는 상기 회전축에 의해 상기 원판의 중심에 연결되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 방사선 발생부는,
상기 전자총, 상기 전자 가속기 및 상기 타겟 시스템을 동기화시키도록 형성되는 트리거 시스템을 더 포함하고,
상기 트리거 시스템은, 상기 전자총의 전자빔 발생 속도에 맞춰 상기 표적들의 위치, 회전각 및 상기 전자빔의 경로 상에 중첩된 표적의 수 중 적어도 하나를 변경하기 위한 동기화 신호를 발생시키는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 검사대상체 이동부는,
상기 검사대상체가 위치되는 원판플레이트;
상기 원판플레이트의 하부에 결합되어 상기 원판플레이트의 거동을 형성하는 지지기둥; 및
상기 지지기둥의 하단부에 설치되어 지면을 지지하도록 이루어지는 레그를 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 지지기둥의 내측에는 상기 원판플레이트의 상하 병진 운동과 시계 시계 또는 반시계 방향으로의 회전 운동이 가능하도록 모터가 설치되는 것을 특징으로 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출부는,
상기 방사선 발생부로부터 시간차를 두고 X-선과 중성자선의 조사시 동기화 신호를 발생시키는 동기화 유닛; 및
상기 동기화 신호에 따라 상기 X-선 또는 중성자선을 검출하는 방사선 검출 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제9항에 있어서,
상기 동기화 유닛은, 상기 방사선 발생부의 X-선 또는 중성자선의 조사 시점과 상기 방사선 검출부의 검출 시점을 서로 동기화시키는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 검사대상체 이동부에 인접하게 설치되어, 상기 검사대상체로부터 발생되는 방사선을 검출하도록 이루어지는 방사선 탐지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 X-선 또는 중성자선의 외부 누설을 제한하도록, 상기 X-선 또는 중성자선의 진행 경로를 따라 주위에 형성되는 차폐부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 X-선과 중성자선은, 상기 방사선 발생부로부터 서로 번갈아 가면서 기설정된 시간차를 두고 발생되어 상기 방사선 검출부를 향해 조사되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 방사선 검출부는, 방사선 발생장치의 X-선 또는 중성자선의 조사 시점과 동기화되도록 이루어져 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선을 검출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템. - 제14항에 있어서,
상기 방사선 검출부는, 수직방향으로 연장되고 직사각형의 기둥 형태로 형성되는 방사선 검출부 본체; 및
상기 방사선 검출부 본체의 내부에 적층되게 설치되어, 상기 방사선 발생부에서 조사된 X-선과 중성자선을 검출하도록 복수의 방사선 영상센서 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 비파괴 검사 시스템.
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
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| KR1020180081873A KR20200007591A (ko) | 2018-07-13 | 2018-07-13 | 중성자선과 엑스선을 이용하는 비파괴 검사 시스템 |
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|---|---|---|---|---|
| KR102284602B1 (ko) * | 2020-02-03 | 2021-08-03 | 한국원자력연구원 | 중성자선과 엑스선을 이용하는 보안 검색 장치 |
| KR20230049478A (ko) * | 2021-10-06 | 2023-04-13 | (주)엠이피 | 비파괴 검사시스템 |
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-
2018
- 2018-07-13 KR KR1020180081873A patent/KR20200007591A/ko active Search and Examination
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR102284602B1 (ko) * | 2020-02-03 | 2021-08-03 | 한국원자력연구원 | 중성자선과 엑스선을 이용하는 보안 검색 장치 |
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