KR20200063667A - 섬광형 검출기와 자율주행장치를 활용한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법 - Google Patents

섬광형 검출기와 자율주행장치를 활용한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법 Download PDF

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Abstract

능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법에 관한 것으로, 400m 이상의 깊은 수심에서도 계측이 가능할 정도로 높은 내구성 및 안정성을 가지며 원격으로 관련 정보들을 송수신이 가능한 것은 물론 방사능 유출 사고발생시 신속하게 방사능 준위가 높은 지점을 찾아 능동적으로 이동한 후 확산 평가를 진행할 수 있도록 한 것이다.

Description

섬광형 검출기와 자율주행장치를 활용한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법{MARINE GAMMA-RAY ISOTOPES ANALYZER USING SCINTILLATION DETECTOR AND AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLES AND MARINE GAMMA-RAY ISOTOPES ANALYSIS METHOD THEREBY}
본 발명은 해양 감마핵종 분석기에 관한 것으로, 특히 400m 이상의 깊은 수심에서도 계측이 가능할 정도로 높은 내구성 및 안정성을 가지며 원격으로 관련 정보들을 송수신이 가능한 것은 물론 방사능 유출 사고발생시 신속하게 방사능 준위가 높은 지점을 찾아 능동적으로 이동한 후 확산 평가를 진행할 수 있도록 한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법에 관한 것이다.
2011년 발생한 후쿠시마 제1원자력 발전소 사고 당시 많은 양의 해수가 오염 확산되었고, 1946년부터 1993년까지 총 14개국이 많은 양의 방사성폐기물을 해양에 무단으로 투기한 사실이 알려지기도 하는 등 일련의 사건들이 발생하면서 해양방사선 또는 해양방사능의 모니터링은 매우 중요한 것으로 인식되고 있는 실정이다.
한국원자력안전기술원은 연단위로 해양방사능 조사보고서를 발간하는데, 선박을 활용하여 해수를 채취해 운반 후 실험실에서 전처리(핵종 분리 및 농축) 후 분석을 진행한다. 이러한 분석방법은 선박 운용비용만 하루에 수백~수천만원의 비용이 들며 시료 채취·운반 및 분석에 많은 시간과 인력이 소요되었다. 또한 채취 및 분석 과정에서 시료의 교란 가능성이 존재하는 등 비상상황 시 빠르고 정확한 계측에 적합하지도 않았다.
한편, 2005년 Tsabaris 등은 현장에서 해양 감마핵종을 분석하기 위해 부표 형태의 NaI(Tl) 검출기 시스템을 개발하였으나, 원격으로 관련 정보들을 송수신이 불가능하며 400m 이상의 깊은 수심을 계측하기 위해서는 검출기의 기계적 안정성이 떨어지는 것으로 알려져 있다.
또한 방사성폐기물 무단 투기 등의 방사능 유출 사고발생시 방사능 주위가 높은 지점을 찾아 이동한 후 사고지점을 인식하고 그 후 확산 평가를 진행하는 일련의 작업을 능동적으로 수행하지 못한다는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보 제2000-0032786호(2000.06.15)
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 400m 이상의 깊은 수심에서도 계측이 가능할 정도로 높은 내구성 및 안정성을 가지며 원격으로 관련 정보들을 송수신이 가능한 것은 물론 방사능 유출 사고발생시 신속하게 방사능 준위가 높은 지점을 찾아 능동적으로 이동한 후 확산 평가를 진행할 수 있도록 한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 능동형 해양 감마핵종 분석기는, 유선형의 몸체로 이루어지되 하단부가 노스콘(Nose cone)으로 이루어진 본체 케이싱; 상기 노스콘 외표면에 구비되어 해수 내 감마핵종이 방사하는 감마선을 검출하여 섬광 방출하는 섬광체; 상기 섬광체가 방출하는 섬광으로부터 방사능의 세기를 산출하는 제어기; 상기 본체 케이싱 내 상부에 설치되어 공기 주입에 의해 상기 본체 케이싱에 부력을 제공하는 블래더; 상기 본체 케이싱 내에서 상기 블래더에 주입되는 공기를 제공하는 부력펌프; 상기 본체 케이싱 내에서 상기 부력펌프 및 제어기에 전력을 제공하는 배터리; 상기 본체 케이싱의 상단부에 설치되어 상기 제어기 요청에 따라 정보들을 송수신하는 송수신 안테나;를 포함하며, 상기 해표면이나 수중에서 정지하여 부유할 때에는 상기 노스콘이 하측을 향하고 상기 송수신 안테나는 상측을 향하도록 수직하게 세워진 상태로 부유하고, 필요한 경우에는 상기 노스콘을 선미로 하여 이동할 수 있도록 한 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 본체 케이싱의 외주면에는 수중 이동시 상기 본체 케이싱의 자세를 안정적으로 유지시켜주는 복수의 블레이드가 더 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 복수의 블레이드 중 적어도 어느 하나는 수중 이동시 이동방향을 조절하기 위해 틸팅 가능하도록 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱의 중간에서 하단부 쪽으로 치우진 부위에 배터리의 전원을 인가하기 위한 단자를 구비한 안착부가 형성되고, 상기 안착부에 도킹되어 수중 이동을 위한 추진력을 발생시켜주는 추진체를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 추진체는, 상기 본체 케이싱의 안착부에 끼워지는 형태로 도킹되어 전원을 인가받는 링 형상의 도킹부와, 상기 도킹부를 중심으로 좌측과 우측 이격된 지점에 각각 설치되어 상기 본체 케이싱이 하단부를 선미로 하여 이동할 수 있도록 추진력을 발생시키는 프로펠러를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 섬광체는 YAlO3을 소재로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 섬광체의 외표면은 테프론 코팅함으로써 마찰저항을 줄이고 발수 및 암막 처리한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱 내에서 상기 섬광체가 방출한 섬광을 전달받아 증폭한 후 에너지구간별 정보를 상기 제어기에 전달하는 실리콘 광증배기(Silicon photomultipliers); 상기 본체 케이싱 내 하단부에서 상기 섬광체에서 방출한 섬광을 받아들여 상기 실리콘 광증배기로 안내하는 다수의 가이드 홀을 갖는 광가이드;를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱 내에 CTD 센서를 구비하여 해수의 수심별 전기전도도, 수온, 수심을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 송수신 안테나는 상기 본체 케이싱의 상단부에서 상측으로 길게 연장된 바(bar) 형태의 것으로 구비되어 해표면 인근에서 정지 상태로 부유할 때에는 상기 송수신 안테나가 해표면 위로 노출된 상태에서 정보를 송수신할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱 내 상부와 하부에는 각각 상기 본체 케이싱의 밸런스 조절을 위해 중량 조절이 가능한 밸런싱 웨이트가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 밸런싱 웨이트는, 원통형 하우징과, 상기 하우징 내에 삽입되어 적층되되 적층 개수에 의해 중량을 조절할 수 있도록 한 다수의 디스크형 단위 웨이트로 이루어지며, 상기 단위 웨이트는 금속소재의 몸체가 열십자형의 분할선을 중심으로 사분할되고, 그 분할된 몸체들은 중간에 개입된 탄성부재에 의해 결합되되 상기 탄성부재는 탄성을 갖는 고무소재로 구비되어, 상기 단위 웨이트가 상기 하우징에 삽입되어 적층될 때 하우징 내벽에 대하여 축소 가압된 상태가 되어 해양 감마핵종 분석기의 수중 이동시 상기 단위 웨이트가 상기 하우징으로부터 이탈되거나 불안정하게 변위되지 않도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 단위 웨이트의 중앙에는 끼움공이 형성되고, 상기 하우징의 중앙에는 상기 단위 웨이트의 끼움공에 대응하여 상기 단위 웨이트를 끼울 수 있도록 끼움봉이 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱 외측에는 초음파 송수신기가 설치되어 자율주행시 주변에 초음파를 조사함으로써 장애물을 감지하고 회피할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 본체 케이싱 내에는 해수를 이용하여 발전하는 해수발전기가 설치되고 상기 해수발전기가 발전하는 전력을 상기 배터리에 저장하도록 함으로써 하이브리드 타입의 전력 공급체계를 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법은, 전술된 능동형 해양 감마핵종 분석기 다수를 방사능 오염이 우려되는 지역의 해표면에 부유시켜 감마핵종이 방사하는 감마선을 실시간 검출하는 제1단계; 평소보다 높은 감마선이 검출되면 상기 해양 감마핵종 분석기를 자율이동시켜 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하는 제2단계; 상기 해양 감마핵종 분석기 중 적어도 어느 하나가 고준위 방사능 오염 지점을 찾은 경우 나머지 능동형 해양 감마핵종 분석기들 중 적어도 일부가 고준위 방사능 오염 지점에 집결하는 제3단계; 고준위 방사능 오염 지점에 집결한 해양 감마핵종 분석기들이 각각 해당 지점에서 일정 패턴을 따라 수중 이동하면서 방사능의 세기를 산출하는 제4단계; 각각의 해양 감마핵종 분석기들이 산출한 방사능 세기 정보를 수집하여 방사능 확산평가를 수행하는 제5단계;를 포함하는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1단계에서 상기 해양 감마핵종 분석기를 해표면에 부유시키는 지역은 원전 주변 지역이며, 원전의 방사능 유출 사고 시에는 상기 해양 감마핵종 분석기가 평소보다 높은 감마선을 검출하였는지 여부와 관계없이 상기 해양 감마핵종 분석기를 자율이동시켜 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하는 제2단계를 진행하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제4단계에서 상기 해양 감마핵종 분석기들이 수중 이동하는 패턴은 구불구불하게 이동하는 서펀틴 패턴, 주변으로 동심원을 그리면서 이동하는 동심원 패턴 중 어느 하나인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 의한 해양 감마핵종 분석기는 400m 이상의 깊은 수심에서도 계측이 가능할 정도로 높은 내구성 및 안정성을 가지며 원격으로 관련 정보들을 송수신이 가능한 것은 물론 방사능 유출 사고발생시 방사능 준위가 높은 지점을 찾아 능동적으로 이동한 후 확산 평가를 진행할 수 있다.
또한 본 발명은 위급상황에서 신속히 대응할 수 있고, 국가 간 방사성물질 관리역량 강화 및 불법 행위를 방지할 수 있으며, 효율적 방사능 조사 절차의 도입으로 인해 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기의 사시도
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기의 구성을 설명하기 위한 구성도
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기에서 추진체에 대해 설명하기 위한 일련의 참조사시도
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기에서 밸런싱 웨이트의 구성을 설명하기 위한 사시도
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법을 설명하기 위한 흐름도
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법을 설명하기 위한 일련의 참조도
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 의한 능동형 해양 감마핵종 분석기 및 해양 감마핵종 분석방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.
또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기의 구성을 설명하기 위한 구성도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기에서 추진체에 대해 설명하기 위한 일련의 참조사시도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기에서 밸런싱 웨이트의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기는 본체 케이싱(110), 섬광체(120), 섬광 전달모듈(130), CTD 센서(140a), 초음파 발진 증폭기(133), 초음파 송수신기(140b), GPS 수신기(140c), 부력펌프(150a), 블래더(150b), 배터리(150c), 밸런싱 웨이트(160), 제어기(170), 안테나(180), 추진체(190)를 포함하여 이루어진다.
이같은 본 발명은 상기 구성요소들을 통해 400m 이상의 깊은 수심에서도 계측이 가능할 정도로 높은 내구성 및 안정성을 가지며 원격으로 데이터 송수신이 가능한 것은 물론 방사능 유출 사고발생시 방사능 준위가 높은 지점을 찾아 능동적으로 이동한 후 신속히 방사능 확산 평가를 진행하는 것이 가능한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석기에 대해 상기 각 구성요소들을 중심으로 보다 상세히 설명한다.
상기 본체 케이싱(110)은 전체적으로 탄도와 유사하게 유선형의 몸체로 이루어지되 하단부는 노스콘(Nose cone)으로 이루어진다. 이같은 본체 케이싱(110)의 형태는 평상시 해표면이나 수중에서 정지하여 부유할 때에는 하단부의 노스콘이 하측을 향하는 한편 안테나(180)는 상측을 향하도록 수직하게 세워진 상태로 부유하는데 적합한 것은 물론, 상기 노스콘을 선미로 하는 눕혀진 상태에서 수중 이동하는 데에도 적합하다.
상기 본체 케이싱(110)의 외주면에는 수중 이동시 자세를 안정적으로 유지시켜주는 복수의 블레이드(115)가 설치된다. 이같은 블레이드(115)는 세 개 혹은 네 개가 본체 케이싱(110)을 중심으로 방사상으로 설치되는데, 복수의 블레이드(115) 중 적어도 어느 하나는 수중 이동시 방향변환을 위해 틸팅 가능한 가변형 블레이드로 설치된다. 이처럼 블레이드(115) 중 어느 하나가 가변 블레이드로서 틸팅 가능하도록 하기 위해서는 도면에 자세히 도시되지는 않았으나 틸팅 전용 소형모터와 상기 소형모터로부터 가변 블레이드에 회전력을 전달하기 위한 감속기어 어셈블리 정도를 구비하면 된다. 가변 블레이드의 틸팅 관련 구성은 지극히 일반적인 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 본체 케이싱(110)의 외주면에는 상기 추진체(190)의 도킹을 위한 안착부(111)가 구비되는데, 상기 안착부(111)의 위치는 상기 본체 케이싱(110)의 중간에서 하단부 쪽으로 치우진 지점의 부위가 적당하며 이는 상기 블레이드(115)보다 하측에 해당한다. 이같은 안착부(111)의 위치에 따르면 해양 감마핵종 분석기가 수중에서 이동할 때 추진체(190)가 본체 케이싱(110)을 밀어주기보다는 끌고 가는 구동 형태가 될 수 있는 것이다. 한편, 상기 안착부(111)에는 내부에 설치되는 배터리(150c)의 전원을 추진체(190)에 인가하고 제어기(170)의 제어명령을 전달하기 위한 단자(161)가 구비된다. 이로써 상기 추진체(190)가 본체 케이싱(110)에 도킹되기만 하면 곧바로 전원을 인가받아 동작하고 제어기(170)의 제어를 받을 수 있는 상태에 있게 된다.
상기 섬광체(120)는 노스콘 외표면에 구비되어 해수 내 감마핵종이 방사하는 감마선을 검출한 후 본체 케이싱(110) 내부 선단부에 마련된 섬광 전단수단으로 섬광을 방출한다. 여기서 주목할 수 있는 점은 상기 섬광체(120)의 소재로서 수심 400m에서 기계적 안정성이 현저하게 떨어지는 NaI(Tl)를 소재로 사용하는 대신 YAlO3(Ce)를 사용하였다는 점에 있다. YAlO3(Ce)의 경우 자체적으로 높은 강도를 지닌 섬광체(120)의 형성이 가능하기 때문에 NaI(Tl)처럼 높은 압력에 견디기 위해 별도의 덮개를 요구하지 않으며 설치면적을 넓힐 수 있다는 장점이 있다. 상기 YAlO3(Ce) 섬광체(120)가 직경 20 cm, 두께 2.5 cm의 제원으로 마련되는 경우 무려 6,000m의 수심에서도 견딜 수 있는 것으로 나타났으며, 계측효율 측면에서도 일반적인 3x3inch NaI(Tl)과 비교하였을 때 3배 이상 효율이 있는 것으로 나타났다. (이러한 성능 특성은 3차원 유동/구조해석과 몬테카를로 전산 모사를 통해 수립된 것이다.)
상기 섬광체(120)의 외표면에는 테프론(PTFE)을 수 mm 두께로 코팅한다. 이로써 마찰저항이 줄어들고 발수성능이 높아지며, 별도의 암막처리되어 별도의 암막처리가 필요 없는 복합적인 효과를 얻게 된다.
상기 섬광 전달모듈(130)은 PPMA 광가이드(131)와, 실리콘 광증배기(132)(SiPM)가 조합된 모듈 형태로 이루어진다. 여기서 상기 광가이드(131)는 도 2에 도시된 것처럼 본체 케이싱(110) 내 하단부에서 상기 섬광체(120)에서 방출한 섬광을 받아들여 실리콘 광증배기(132)로 안내하는 다수의 가이드 홀을 구비한다. 상기 실리콘 광증배기(132)는 본체 케이싱(110)의 하단부 내에서 섬광체(120)가 방출한 섬광을 전달받아 증폭한 후 에너지 구간별 정보를 제어기(170)에 전달하게 된다. 그러면 제어기(170)는 전달받은 섬광의 에너지 구간별 정보를 통해 방사능 세기를 산출할 수 있게 된다. 상기 실리콘 광증배기(132)의 경우 일반적인 PMT 보다 하중 및 전기 부하를 줄이고 시스템의 운영수명을 늘리는데 훨씬 유리하다. 그러므로 PPMA 광가이드(131)와 실리콘 광증배기(132)(SiPM)를 조합한 섬광 전달모듈(130)을 사용하는 경우 저전력의 소형 수중 자율주행장치를 구현하는데 있어 매우 유리하다는 장점이 있다.
상기 CTD 센서(140a)는 본체 케이싱(110) 내 상부 혹은 중간 지점에 설치되며 해수의 수심별 전기전도도(Conductivity), 수온(Temperature), 수심(Depth)을 측정하게 된다. 이처럼 본체 케이싱(110) 내에 CTD 센서(140a)가 설치되어 기능을 발휘하기 위해서는 본체 케이싱(110) 내부로 해수가 유입되어야 한다.
상기 초음파 송수신기(140b)는 상기 본체 케이싱(110) 외측에 설치된다. 이같은 초음파 송수신기(140b)는 본 발명에 의한 해양 감마핵종 분석기 다수가 자율주행할 때 서로에 대한 충돌을 방지하고 수중 장애물을 감지하여 회피하기 위해 필요하다. 여기서 상기 초음파 송수신기(140b)의 경우 편의상 본체 케이싱(110) 외측 일지점에만 설치된 것으로 도면에 도시되었으나 초음파의 송수신 범위를 넓히기 위해 가능하면 사방으로 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 본체 케이싱(110) 내부에는 초음파를 발진하여 증폭한 후 외부로 조사할 수 있도록 초음파 송수신기(140b)에 전달하는 초음파 발진 증폭기(133)가 설치된다.
상기 GPS 수신기(140c)는 GPS 위성에서 보내는 신호를 수신해 해양 감마핵종 분석기의 현재 위치정보를 얻기 위해 설치된다. 여기서 가능하다면 본체 케이싱(110)의 최상단에 GPS 수신기(140c)를 설치함으로써 해수로 인해 GPS 수신이 방해받는 것을 방지할 수 있도록 한다.
상기 부력펌프(150a)는 본체 케이싱(110) 내에서 블래더(150b)(bladder)에 주입되는 공기를 제공하는 역할을 하며, 상기 블래더(150b)는 신축 가능한 공기주머니로 본체 케이싱(110) 내 상부에 설치되어 상기 부력펌프(150a)에 의해 공기가 주입되면 팽창하면서 본체 케이싱(110)에 부력을 제공한다. 이같은 블래더(150b)는 특히 본 발명의 해양 감마핵종 분석기가 부표 형태로 해표면에 부유할 때 팽창한 상태가 되어 본체 케이싱(110)의 상단부가 상측으로 하여 세워진 상태를 유지하는데 중요한 역할을 하게 된다. 한편 상기 해양 감마핵종 분석기가 수중 이동하기 위해서 눕혀진 상태가 될 때에는 상기 부력펌프(150a)를 역으로 가동하여 블래더(150b)에 채워졌던 공기를 빼내어 축소시킴으로써 전체적인 밸런스를 맞추어준다.
상기 배터리(150c)는 본체 케이싱(110) 내 중앙 지점에 설치되며 부력펌프(150a), 제어기(170) 및 추진체(190)를 비롯하여 그 외 전력을 필요로 하는 모든 부품들에 전력을 제공하는 역할을 수행한다. 상기 배터리(150c)는 현재 기술수준에서 가장 적합한 것으로 여겨지는 리튬 이온 배터리(150c)로 구비될 수 있으나 다른 형태의 배터리(150c)로 구비될 수도 있음은 물론이다. 더욱이 전력원으로서 해수를 이용하여 전력을 생산하는 해수발전기를 함께 구비하여 하이브리드 타입의 전력 공급체계를 구성한다면 가장 이상적인 형태라 할 수 있다. 상기 해수발전기의 경우에도 어느 한 종류에만 국한되지 않고 해수를 이용하여 발전하는 모든 종류의 발전기들을 포함한다. 다만, 이같은 해수발전기의 경우 상기 본체 케이싱(110) 내부에 설치하기 적합하도록 소형화 경량화 가능한 것이면 바람직하다.
상기 밸런싱 웨이트(160)는 상기 본체 케이싱(110) 내 상부와 하부에 각각 설치되며 상기 본체 케이싱(110)의 밸런스를 조절하는 역할을 담당한다. 예를 들면 본 발명의 해양 감마핵종 분석기를 부표와 같이 해표면에 정지된 상태로 장기간 운용하기 위해서는 무게중심을 본체 케이싱(110)의 하단부 쪽으로 교정하여 주는 것이 바람직하고 정지 상태의 운용보다는 수중 이동을 위주로 운용하는 것을 염두에 둔다면 무게중심을 본체 케이싱(110)의 중앙으로 교정하여 주는 것이 바람직하다. 이를 위해 각각의 밸런싱 웨이트(160)는 하기와 같이 중량 조절이 가능하도록 구성된다.
즉, 도 5에서 볼 수 있는 것처럼 상기 밸런싱 웨이트(160)는 상부가 개구된 원통형 하우징(161)과, 상기 하우징(161) 내 챔버(161a)에 삽입되어 적층되되 적층 개수에 의해 중량을 조절할 수 있도록 한 다수의 디스크형 단위 웨이트(162)로 이루어진다.
상기 단위 웨이트(162)는 부식에 강한 스테인리스스틸 혹은 그와 유사한 금속소재를 사용한 몸체(162)가 열십자형의 분할선을 중심으로 사분할된다. 그리고 그 분할된 몸체(162)들은 중간에 개입된 탄성부재(162b)에 의해 결합된다. 여기서 주의할 점으로 상기 탄성부재(162b)는 탄성을 갖는 고무소재로 구비되어, 상기 단위 웨이트(162)가 하우징(161)에 삽입되어 적층될 때 하우징(161) 내벽에 대하여 축소 가압된 상태가 되도록 한다. 이로써 해양 감마핵종 분석기의 수중 이동시 단위 웨이트(162)가 하우징(161)으로부터 이탈되거나 불안정하게 변위되지 않도록 할 수 있다. 만일 단위 웨이트(162)가 하우징(161)에 적층된 상태에서 이탈되거나 변위된다면 해양 감마핵종 분석기의 수중 이동시 전체 밸런스가 깨어질 수 있으며 이동시 불안정한 흔들림이 발생하는 요인이 된다. 하지만, 본 발명은 탄성부재(162b)를 갖는 단위 웨이트(162)의 독특한 구성에 의해 이와 같은 문제를 해소할 수 있게 된다.
그리고, 단위 웨이트(162)의 중앙에는 끼움공(162a)이 형성되고, 하우징(161)의 중앙에는 상기 단위 웨이트(162)의 끼움공(162a)에 대응하여 상기 단위 웨이트(162)를 끼울 수 있도록 끼움봉(161b)이 구비된다. 이로써, 상기 하우징(161) 내에서 단위 웨이트(162)가 적층될 때 어긋남 없이 정밀하게 정렬된다.
상기 제어기(170)는 해양 감마핵종 분석기에서 모든 작동 부품들을 제어하고 정보들을 처리하는 역할을 하게 된다. 예컨대, 상기 제어기(170)는 섬광체(120)가 방출한 섬광이 실리콘 광증배기(132)를 거쳐 전달되면 방사능의 세기를 산출하고 이로부터 방사능 확산평가를 수행하며, 이때 얻어진 방사능 정보를 통신인터페이스와 송수신 안테나(180)를 통해 외부로 전송하는 역할을 수행한다. 상기 제어기(170)는 CTD 센서(140a)를 통해 측정된 해수의 수심별 전기전도도, 수온, 수심에 관한 정보, 상기 GPS 수신기(140c)를 통해 얻게 된 위치정보를 통신인터페이스와 송수신 안테나(180)를 통해 외부로 전송하는 역할도 한다. 또한, 상기 제어기(170)는 자율이동을 비롯하여 초음파 송수신기(140b)에서 얻어진 장애물 정보를 전달받아 이를 회피하기 위하여 추진체(190)와 가변 블레이드를 제어하는 역할도 수행한다. 또한, 상기 제어기(170)는 이동 및 부유시 필요한 정도로 부력을 조절할 수 있도록 부력펌프(150a)를 제어하는 역할도 수행한다.
상기 안테나(180)는 상기 본체 케이싱(110)의 상단부에 설치되어 제어기(170) 요청에 따라 방사능 정보, 위치정보, 전기전도도, 수온, 수심, 이동기록, 상태 정보 등의 다양한 정보들을 외부로 송수신하는 역할을 한다. 여기서 상기 안테나(180)는 상기 본체 케이싱(110)의 상단부에서 상측으로 길게 연장된 바(bar) 형태의 것으로 구비된다. 이는 해표면 인근에서 정지 상태로 부유할 때에 상기 안테나(180)가 해표면 위로 노출된 상태가 되도록 함으로써 송수신 감도를 최대한 확보하기 위함이다.
상기 추진체(190)는 도 3과 도 4에 도시된 것처럼 본체 케이싱(110)에 마련된 안착부(111)에 도킹되어 수중 이동을 위한 추진력을 발생시키는 역할을 하게 된다. 이를 위해 상기 추진체(190)는, 본체 케이싱(110)의 안착부(111)에 끼워지는 형태로 도킹되어 전원 및 제어에 필요한 데이터를 인가받는 링 형상의 도킹부(191)와, 상기 도킹부(191)를 중심으로 좌측과 우측 이격된 지점에 설치되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(194)와, 상기 프로펠러(194)에 회전력을 제공하는 구동모터(193)와, 상기 프로펠러(194) 외측을 감싸는 원관형의 노즐하우스(192)와, 상기 노즐하우스(192)와 도킹부(191)를 이격된 상태로 연결하는 중간 연결부로 이루어진다. 이로써 상기 추진체(190)를 본체 케이싱(110)에 간단히 도킹시키는 방법으로 본체 케이싱(110)에 대하여 수중 이동에 필요한 추진력을 제공할 수 있게 되며, 이때 본체 케이싱(110)의 하단부를 선미로 하는 눕혀진 형태로 이동하게 된다.
계속해서 아래에서는 전술된 해양 감마핵종 분석기를 이용하여 진행되는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법에 대해 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법을 설명하기 위한 일련의 참조도이다.
도시된 것처럼 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법은, 부유 및 감마선 실시간 검출 단계(S100), 자율이동 및 고준위 방사능 오염 지점 탐색 단계(S200), 고준위 방사능 오염 지점 집결 단계(S300), 패턴이동 및 방사능 세기 산출 단계(S400), 방사능 세기 정보 수집 및 방사능 확산평가 단계(S500)를 포함하여 이루어진다.
상기 부유 및 감마선 실시간 검출 단계(S100)에서는 도 7a에 도시된 것처럼 전술된 해양 감마핵종 분석기 다수를 방사능 오염이 우려되는 지역의 해표면에 부유시켜 감마핵종이 방사하는 감마선을 실시간 검출하게 된다. 이때 해양 감마핵종 분석기는 본체 케이싱(110)의 하단부가 하측을 향하고 안테나(180)가 설치된 상단부가 상측을 향하도록 해표면에서 세워진 상태로 부유하면서 거의 정지한 상태로 방사능 유출 여부를 모니터링한다. 원전 지역의 경우 방사능 오염이 우려되는 가장 대표적인 지역으로 도면에 도시된 것처럼 원전 주변 지역에 다수의 감마핵종 분석기를 부유시켜 방사능 유출을 모니터링한다.
상기 자율이동 및 고준위 방사능 오염 지점 탐색 단계(S200)에서는 평소보다 높은 감마선이 검출되면 도 7a에 도시된 것처럼 다수의 해양 감마핵종 분석기 중 하나 혹은 둘 이상이 자율이동하여 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하도록 한다. 만일 원전의 방사능 유출이 보고되는 경우에는 송수신 안테나(180)를 통해 해양 감마핵종 분석기가 자율이동하도록 함으로써 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하도록 한다.
상기 고준위 방사능 오염 지점 집결 단계(S300)에서는 상기 해양 감마핵종 분석기 중 적어도 어느 하나가 고준위 방사능 오염 지점을 찾은 경우 나머지 해양 감마핵종 분석기들 중 일부가 고준위 방사능 오염 지점에 집결하게 된다.
상기 패턴이동 및 방사능 세기 산출 단계(S400)에서는 고준위 방사능 오염 지점에 집결한 해양 감마핵종 분석기들이 도 7b와 도 7c에 도시된 것처럼 해당 지점에서 일정 패턴을 따라 수중 이동하면서 방사능의 세기를 산출하게 된다. 도 7b는 해양 감마핵종 분석기가 구불구불하게 이동하는 서펀틴 패턴을 따라 수중 이동하는 모습이며, 도 7c는 해양 감마핵종 분석기가 중앙으로부터 동심원 패턴을 따라 주변으로 이동하는 모습이다.
상기 방사능 세기 정보 수집 및 방사능 확산평가 단계(S500)에서는 각각의 해양 감마핵종 분석기들이 산출한 방사능 세기 정보를 제어기(170)가 수집하여 방사능 확산평가를 수행하게 된다.
이처럼 본 발명의 실시예에 의한 해양 감마핵종 분석방법은 해양 감마핵종 분석기가 단지 해표면 한 지점에 머물러 있는 것이 아니라 방사능 유출이 확인되는 대로 능동적으로 자율이동하면서 방사능 세기를 확인하고 방사능 확산평가를 수행함으로써 위급상황에서 신속히 대응할 수 있으며 국가 간 방사성물질 관리역량 강화 및 불법 행위를 방지할 수 있다. 또한, 효율적 방사능 조사 절차의 도입으로 인해 비용을 절감할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
110 : 본체 케이싱 120 : 섬광체
130 : 섬광 전달모듈 140a : CTD 센서
140b : 초음파 송수신기 140c : GPS 수신기
150a : 부력펌프 150b : 블래더
150c : 배터리 160 : 밸런싱 웨이트
161 : 하우징 162 : 단위 웨이트
162b : 탄성부재 170 : 제어기
180 : 송수신 안테나 190 : 추진체

Claims (18)

  1. 유선형의 몸체로 이루어지되 하단부가 노스콘(Nose cone)으로 이루어진 본체 케이싱;
    상기 노스콘 외표면에 구비되어 해수 내 감마핵종이 방사하는 감마선을 검출하여 섬광 방출하는 섬광체;
    상기 섬광체가 방출하는 섬광으로부터 방사능의 세기를 산출하는 제어기;
    상기 본체 케이싱 내 상부에 설치되어 공기 주입에 의해 상기 본체 케이싱에 부력을 제공하는 블래더;
    상기 본체 케이싱 내에서 상기 블래더에 주입되는 공기를 제공하는 부력펌프;
    상기 본체 케이싱 내에서 상기 부력펌프 및 제어기에 전력을 제공하는 배터리;
    상기 본체 케이싱의 상단부에 설치되어 상기 제어기 요청에 따라 정보들을 송수신하는 송수신 안테나;를 포함하며,
    상기 해표면이나 수중에서 정지하여 부유할 때에는 상기 노스콘이 하측을 향하고 상기 송수신 안테나는 상측을 향하도록 수직하게 세워진 상태로 부유하고, 필요한 경우에는 상기 노스콘을 선미로 하여 이동할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이싱의 외주면에는 수중 이동시 상기 본체 케이싱의 자세를 안정적으로 유지시켜주는 복수의 블레이드가 더 설치된 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 블레이드 중 적어도 어느 하나는 수중 이동시 방향변환을 위해 틸팅 가능하도록 가변 블레이드로 구비된 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이싱의 중간에서 하단부 쪽으로 치우진 부위에 배터리의 전원을 인가하기 위한 단자를 구비한 안착부가 형성되고, 상기 안착부에 도킹되어 수중 이동을 위한 추진력을 발생시켜주는 추진체를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 추진체는, 상기 본체 케이싱의 안착부에 끼워지는 형태로 도킹되어 전원을 인가받는 링 형상의 도킹부와, 상기 도킹부를 중심으로 좌측과 우측 이격된 지점에 각각 설치되어 상기 본체 케이싱이 하단부를 선미로 하여 이동할 수 있도록 추진력을 발생시키는 프로펠러를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체는 YAlO3을 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 섬광체의 외표면은 테프론 코팅함으로써 마찰저항을 줄이고 발수 및 암막 처리한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 본체 케이싱 내에서 상기 섬광체가 방출한 섬광을 전달받아 증폭한 후 에너지구간별 정보를 상기 제어기에 전달하는 실리콘 광증배기(Silicon photomultipliers);
    상기 본체 케이싱 내 하단부에서 상기 섬광체에서 방출한 섬광을 받아들여 상기 실리콘 광증배기로 안내하는 다수의 가이드 홀을 갖는 광가이드;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 본체 케이싱 내에 CTD 센서를 구비하여 해수의 수심별 전기전도도, 수온, 수심을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 송수신 안테나는 상기 본체 케이싱의 상단부에서 상측으로 길게 연장된 바(bar) 형태의 것으로 구비되어 해표면 인근에서 정지 상태로 부유할 때에는 상기 송수신 안테나가 해표면 위로 노출된 상태에서 정보를 송수신할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이싱 내 상부와 하부에는 각각 상기 본체 케이싱의 밸런스 조절을 위해 중량 조절이 가능한 밸런싱 웨이트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 밸런싱 웨이트는, 원통형 하우징과, 상기 하우징 내에 삽입되어 적층되되 적층 개수에 의해 중량을 조절할 수 있도록 한 다수의 디스크형 단위 웨이트로 이루어지며,
    상기 단위 웨이트는 금속소재의 몸체가 열십자형의 분할선을 중심으로 사분할되고, 그 분할된 몸체들은 중간에 개입된 탄성부재에 의해 결합되되 상기 탄성부재는 탄성을 갖는 고무소재로 구비되어, 상기 단위 웨이트가 상기 하우징에 삽입되어 적층될 때 하우징 내벽에 대하여 축소 가압된 상태가 되어 해양 감마핵종 분석기의 수중 이동시 상기 단위 웨이트가 상기 하우징으로부터 이탈되거나 불안정하게 변위되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단위 웨이트의 중앙에는 끼움공이 형성되고, 상기 하우징의 중앙에는 상기 단위 웨이트의 끼움공에 대응하여 상기 단위 웨이트를 끼울 수 있도록 끼움봉이 구비되는 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이싱 외측에는 초음파 송수신기가 설치되어 자율주행시 주변에 초음파를 조사함으로써 장애물을 감지하고 회피할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 능동형 해양 감마핵종 분석기.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 본체 케이싱 내에는 해수를 이용하여 발전하는 해수발전기가 설치되고 상기 해수발전기가 발전하는 전력을 상기 배터리에 저장하도록 함으로써 하이브리드 타입의 전력 공급체계를 구비하는 것을 특징으로 하는 능동형 감마핵종 분석기.
  16. 해양 감마핵종 분석방법으로서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 능동형 해양 감마핵종 분석기 다수를 방사능 오염이 우려되는 지역의 해표면에 부유시켜 감마핵종이 방사하는 감마선을 실시간 검출하는 제1단계;
    평소보다 높은 감마선이 검출되면 상기 해양 감마핵종 분석기를 자율이동시켜 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하는 제2단계;
    상기 해양 감마핵종 분석기 중 적어도 어느 하나가 고준위 방사능 오염 지점을 찾은 경우 나머지 능동형 해양 감마핵종 분석기들 중 적어도 일부가 고준위 방사능 오염 지점에 집결하는 제3단계;
    고준위 방사능 오염 지점에 집결한 해양 감마핵종 분석기들이 각각 해당 지점에서 일정 패턴을 따라 수중 이동하면서 방사능의 세기를 산출하는 제4단계;
    각각의 해양 감마핵종 분석기들이 산출한 방사능 세기 정보를 수집하여 방사능 확산평가를 수행하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 해양 감마핵종 분석방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1단계에서 상기 해양 감마핵종 분석기를 해표면에 부유시키는 지역은 원전 주변 지역이며,
    원전의 방사능 유출 사고 시에는 상기 해양 감마핵종 분석기가 평소보다 높은 감마선을 검출하였는지 여부와 관계없이 상기 해양 감마핵종 분석기를 자율이동시켜 고준위 방사능 오염 지점을 탐색하는 제2단계를 진행하는 것을 특징으로 하는 해양 감마핵종 분석방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 해양 감마핵종 분석기들이 수중 이동하는 패턴은 구불구불하게 이동하는 서펀틴 패턴, 주변으로 동심원을 그리면서 이동하는 동심원 패턴 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 해양 감마핵종 분석방법.
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