KR20210112113A - 감마선원 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4개의 방사선 검출기로부터 얻어지는 감마선 에너지 스펙트럼에서 관심 대상의 감마선에너지 피이크(gamma-ray energy peak)의 상대비를 이용하여 임의의 기준점으로부터 3차원 공간상에서 감마선원의 위치와 방사능을 산출할 수 있는 감마선원 검출 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 감마선원 검출 방법은, (a) 4개의 방사선 검출기를 임의의 3차원 좌표계 상에 배치하는 단계와, (b) 4개의 방사선 검출기로 감마선 에너지를 측정하는 단계와, (c) 4개의 방사선 검출기로 측정되는 감마선 에너지로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 생성하는 단계와, (d) (c) 단계에서 생성된 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고 순계수율(Ci)을 산출하는 단계와, (e) 임의의 3차원 좌표계 상에서 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

감마선원 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING GAMMA-RAY SOURCE}
본 발명은 감마선원 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국부적 감마선원 오염 위치 또는 분실된 감마선원의 위치가 육안으로 확인되지 않을 때 감마선 측정을 통해 감마선원의 위치와 방사능을 검출할 수 있는 감마선원 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
원자력발전소 사고 또는 방사선비상 시 국부적으로 오염되거나 분실된 고준위 방사능의 감마선원이 존재할 수 있으며 적절한 초기 대응 및 후속 조치를 위해서는 신속하고 정확한 방사선원의 위치 탐지 및 방사능 준위가 평가되어야 한다.
현재, 감마선원의 핵종과 위치, 방사능 농도를 검출하기 위한 다양한 장치가 제안된 바 있으나, 효율적이면서 저비용으로 감마선원의 위치와 방사능 농도를 검출할 수 있는 장치를 개발하려는 연구가 지속되고 있다.
등록특허공보 제2042342호 (2019.11.07.)
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 4개의 방사선 검출기로부터 얻어지는 감마선 에너지 스펙트럼에서 관심 대상의 감마선에너지 피이크(gamma-ray energy peak)의 상대비를 이용하여 임의의 기준점으로부터 3차원 공간상에서 감마선원의 위치와 방사능을 산출할 수 있는 감마선원 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 감마선원 검출 방법은, (a) 4개의 방사선 검출기를 임의의 3차원 좌표계 상에 배치하는 단계; (b) 상기 4개의 방사선 검출기로 감마선 에너지를 측정하는 단계; (c) 상기 4개의 방사선 검출기로 측정되는 감마선 에너지로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 생성하는 단계; (d) 상기 (c) 단계에서 생성된 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고 순계수율(Ci)을 산출하는 단계; 및 (e) 상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 상기 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출하는 단계;를 포함한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 상기 4개의 방사선 검출기를 각각 xz 평면 상에 놓이도록 배치하되, 상기 4개의 방사선 검출기 중 3개를 x축 상에서 이격되도록 배치할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 4개의 방사선 검출기 중 나머지 하나를 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나와 x축 좌표는 같되, z축 좌표는 다른 값을 갖도록 배치할 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나를 상기 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치할 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)는 다음의 수식1, 수식2 및 수식3을 통해 산출될 수 있다.
[수식1]
Figure pat00001
<수식 2>
Figure pat00002
<수식 3>
Figure pat00003
(Ci는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(net count rate), Cij는 I번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Ci)에서 j번째 방사선 검출기(Dj)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Cj)을 뺀 계수율(Cij=Ci-Cj), xi,yi,zi는 각각 i번째 방사선 검출기의 x축 좌표, y축 좌표, 및 z축 좌표)
본 발명에 따른 감마선원 검출 방법은, 상기 (e) 단계 이후, (f) 상기 임의의 3차원 좌표계 상의 기준점으로부터 감마선원의 직선거리(Ls)를 다음의 수식4를 이용하여 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
[수식4]
Figure pat00004
(Ls는 임의의 기준점에서 감마선원까지의 직선거리)
본 발명에 따른 감마선원 검출 방법은, 상기 (e) 단계 이후, (g) 다음의 수식5를 이용하여 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
[수식5]
Figure pat00005
(A는 감마선원의 방사능(Bq), εi는 감마선원에 대한 i번째 방사선 검출기의 검출효율, Iγ는 감마선원의 핵종 및 에너지에 따른 감마선 방출비, ki는 측정조건에 따른 보정인자)
한편, 상술한 바와 같은 목적을 해결하기 위한 본 발명에 따른 감마선원 검출 장치는, 감마선 에너지를 측정하고 감마선 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있는 4개의 방사선 검출기; 상기 4개의 방사선 검출기가 임의의 3차원 좌표계 상에 배치되도록 상기 4개의 방사선 검출기를 지지하는 프레임; 및 상기 4개의 방사선 검출기로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 획득하여 분석하는 분석부;를 포함하고, 상기 분석부는, 상기 4개의 방사선 검출기로부터 획득되는 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고, 순계수율(Ci)을 산출하며, 상기 임의의 3차원 좌표계에서 상기 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출할 수 있다.
상기 프레임은, 상기 4개의 방사선 검출기 중에서 3개의 방사선 검출기를 상기 임의의 3차원 좌표계 x축 상에서 놓이도록 지지하는 가로대와, 상기 가로대와 수직을 이루도록 상기 가로대의 일측에 연결되고, 상기 4개의 방사선 검출기 중에서 나머지 하나를 상기 가로대에 놓이는 3개의 방사선 검출기와 다른 높이에 놓이도록 지지하는 세로대를 포함할 수 있다.
상기 프레임은, 상기 가로대 및 상기 세로대에 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 상기 4개의 방사선 검출기를 상기 가로대 또는 상기 세로대를 따라 이동할 수 있도록 지지하는 4개의 슬라이더를 포함할 수 있다.
상기 4개의 방사선 검출기는, 상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 xz 평면 상에 배치되도록 상기 프레임에 결합되되, 상기 4개의 방사선 검출기 중 3개는 x축 상에서 이격되도록 배치되고, 나머지 하나는 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나와 x축 좌표는 같되, z축 좌표는 다른 값을 갖도록 배치되며, 상기 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나는 상기 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치되며, 상기 분석부는, 상기 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 다음의 수식1, 수식2 및 수식3을 통해 산출할 수 있다.
[수식1]
Figure pat00006
<수식 2>
Figure pat00007
<수식 3>
Figure pat00008
(Ci는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(net count rate), Cij는 I번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Ci)에서 j번째 방사선 검출기(Dj)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Cj)을 뺀 계수율(Cij=Ci-Cj), xi,yi,zi는 각각 i번째 방사선 검출기의 x축 좌표, y축 좌표, 및 z축 좌표)
상기 분석부는, 다음의 수식5를 이용하여 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출할 수 있다.
[수식5]
Figure pat00009
(A는 감마선원의 방사능(Bq), εi는 감마선원에 대한 i번째 방사선 검출기의 검출효율, Iγ는 감마선원의 핵종 및 에너지에 따른 감마선 방출비, ki는 측정조건에 따른 보정인자)
본 발명에 따르면, 감마선원에 의한 오염 위치 또는 분실된 감마선원의 위치가 육안으로 확인되지 않을 때, 4개의 방사선 검출기로부터 획득되는 감마선 에너지 스펙트럼에서 관심 대상의 감마선 에너지 피이크(gamma-ray energy peak)의 상대비를 이용함으로써, 임의의 기준점으로부터 감마선원의 3차원 공간 상의 위치와 방사능을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 감마선원 검출 장치는 구조가 단순하고, 저비용으로 효율적으로 감마선원을 검출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 장치를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 장치의 프레임에 4개의 방사선 검출기가 배치된 모습을 나타낸 것이다.
도 3은 도 2의 일부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 검법을 단계별로 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 검법에서 4개의 방사선 검출기가 배치된 임의의 3차원 좌표계를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 감마선원 검출 장치 및 방법을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 장치를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 장치의 프레임에 4개의 방사선 검출기가 배치된 모습을 나타낸 것이다.
도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 장치(100)은 미지의 감마선원에서 방출되는 감마선 에너지를 측정하기 위한 복수의 방사선 검출기(120)를 구비하는 검출 유닛(110)과, 검출 유닛(110)으로부터 검출 신호를 수신하여 분석하는 분석부(150)와, 디스플레이(160)를 포함한다. 이러한 감마선원 검출 장치(100)은 감마선원에 의한 오염 위치 또는 분실된 감마선원의 위치가 육안으로 확인되지 않을 때, 검출 유닛(110)부터 획득되는 감마선 에너지 스펙트럼에서 관심 대상의 감마선 에너지 피이크(gamma-ray energy peak)의 상대비를 이용함으로써, 임의의 기준점으로부터 감마선원의 3차원 공간 상의 위치와 방사능을 산출할 수 있다.
검출 유닛(110)은 4개의 방사선 검출기(120)와, 4개의 방사선 검출기(120)를 지지하는 프레임(130)을 포함한다.
각각의 방사선 검출기(120)는 감마선원에서 발생하는 감마선 에너지를 측정하고 감마선 에너지 스펙트럼을 생성한다. 방사선 검출기(120)로는 플라스틱 섬광체와 광전자증배관을 포함하는 섬광형 방사선 검출기 등 감마선원에서 발생하는 방사선을 검출할 수 있는 다양한 종류의 것이 이용될 수 있다. 방사선 검출기(120)는 감마선 에너지를 측정하는 검출부(121)와, 검출부(121)가 측정한 감마선 에너지를 수신하여 감마선 에너지 스펙트럼을 생성하는 신호 처리부(122)를 포함한다. 여기에서, 감마선 에너지 스펙트럼 x축을 에너지 값으로, y축을 광자 계수로 하는 그래프로 나타낼 수 있다. 감마선 에너지로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 생성하는 방법은 공지된 것이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 2 및 도 3에 나타낸 것과 같이, 프레임(130)은 4개의 방사선 검출기(120)가 임의의 3차원 좌표계 상에 배치되도록 상기 4개의 방사선 검출기(120)를 지지한다. 프레임(130)은 가로대(131)와, 세로대(134)와, 복수의 슬라이더(138)와, 바닥 지지기구(140)를 포함한다.
가로대(131)는 프레임(130)이 놓이는 바닥에 대해 평행하게 배치되어 방사선 검출기(120)를 프레임이 놓이는 바닥에 대해 평행한 방향으로 이격되도록 지지할 수 있다. 도시된 것과 같이, 가로대(131)에는 4개의 방사선 검출기(120) 중에서 3개의 방사선 검출기(120)가 이격되도록 배치될 수 있다. 각각의 방사선 검출기(120)에 대한 3차원 위치 좌표를 정의하는 임의의 3차원 좌표계는 가로대(131)를 x축으로 하여 설정될 수 있다. 따라서, 가로대(131)에 결합되는 3개의 방사선 검출기(120)는 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치될 수 있다.
가로대(131)에는 복수의 바닥 지지기구(140)가 결합된다. 바닥 지지기구(140)는 가로대(131)를 프레임(130)이 놓이는 바닥으로부터 이격시키는 역할을 한다. 도시된 것과 같이, 바닥 지지기구(140)는 삼발이 구조를 취할 수 있다. 즉, 바닥 지지기구(140)는 가로대(131)에 연결되는 조인트부(141)와, 조인트부(141)에 힌지 결합되는 복수의 지지대(142)를 포함한다. 조인트부(141)는 볼조인트 구조를 취하여 바닥 지지기구(140)는 가로대(131)를 틸팅 가능하게 지지할 수 있다. 또한, 바닥 지지기구(140)는 가로대(131)의 높이를 조절할 수 있다.
바닥 지지기구(140)는 도시된 구조 이외에, 가로대(131)를 지지할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.
세로대(134)는 가로대(131)와 수직을 이루도록 가로대(131)의 일측에 연결되어 방사선 검출기(120)를 지지할 수 있다. 세로대(134)에는 4개의 방사선 검출기(120) 중에서 가로대(131)에 결합되지 않는 나머지 하나의 방사선 검출기(120)가 결합될 수 있다. 방사선 검출기(120)의 3차원 위치 좌표를 정의하는 임의의 3차원 좌표계는 세로대(134)를 z축으로 하여 설정될 수 있다. 그리고 임의의 3차원 좌표계의 기준점은 가로대(131)과 세로대(134)가 교차하는 부분에 위치할 수 있다. 세로대(134)에 결합되는 하나의 방사선 검출기(120)는 임의의 3차원 좌표계의 z축 상에서 놓일 수 있다. 세로대(134)에 놓이는 방사선 검출기(120)는 가로대(131)에 놓이는 방사선 검출기(120)와 다른 높이에 위치할 수 있다. 따라서, 4개의 방사선 검출기 중에서 가로대(131)에 놓이는 3개의 방사선 검출기(120)는 각각의 3차원 위치 좌표 중 z축 좌표가 0으로 같은데 반해, 세로대(134)에 놓이는 방사선 검출기(120)는 3차원 위치 좌표 중 z축 좌표가 다른 방사선 검출기(120)의 z축 좌표와 다른 값이 될 수 있다.
세로대(134)는 가로대(131)로부터 하측으로 연장되어 그 하단부가 프레임(130)이 배치되는 바닥에 놓일 수 있다. 세로대(134)의 끝단에는 바닥에 박힐 수 있는 고정핀(136)이 돌출된다. 고정핀(136)이 바닥에 박힘으로써 프레임(130)이 바닥에 움직이지 않게 고정될 수 있다.
가로대(131) 및 세로대(134)에는 방사선 검출기(120)를 지지하는 슬라이더(138)가 각각 슬라이드 이동 가능하게 결합된다. 가로대(131)에 결합되는 슬라이더(138)는 가로대(131)의 가로대 레일(132)을 따라 선형 이동할 수 있다. 세로대(134)에 결합되는 슬라이더(138)는 세로대(134)의 세로대 레일(135)을 따라 선형 이동할 수 있다. 슬라이더(138)에 방사선 검출기(120)가 결합됨으로써, 가로대(131) 또는 세로대(134) 상에서 방사선 검출기(120)의 위치 변경이 쉽게 이루어질 수 있다.
도면에 자세히 나타내지는 않았으나, 가로대(131) 및 세로대(134)에는 눈금이 표시될 수 있다. 방사선 검출기(120)를 가로대(131) 또는 세로대(134)에 위치시킬 때 가로대(131) 또는 세로대(134)에 표시된 눈금을 보고 임의의 3차원 좌표계의 기준점으로부터 이격된 방사선 검출기(120)의 거리를 쉽게 확인할 수 있다.
이와 같이, 복수의 방사선 검출기(120)를 프레임(130)에 고정함으로써 각각의 방사선 검출기(120)를 임의의 3차원 좌표계 상의 적절한 위치에 배치할 수 있다. 도시된 것과 같이, 4개의 방사선 검출기(120) 중에서 3개의 방사선 검출기(120)를 가로대(131)에 결합하고, 나머지 하나의 방사선 검출기(120)를 세로대(134)에 결합함으로써, 4개의 방사선 검출기(120)를 임의의 3차원 좌표계의 xz 평면 상에 배치시킬 수 있다. 그리고 임의의 3차원 좌표계 상에서 4개의 방사선 검출기(120) 중 3개는 x축 상에서 이격되도록 배치하고, 나머지 하나는 x축 상에서 이격 배치되는 3개의 방사선 검출기(120) 중 어느 하나의 x축 좌표와 같은 x축 좌표를 갖도록 배치하는 것이 가능하다. 또한, 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기(120) 중 어느 하나는 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치할 수 있다. 4개의 방사선 검출기(120)를 이러한 방식으로 배치하면, 후술할 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표 산출에 필요한 수식을 단순화시킬 수 있는 장점이 있다.
프레임(130)에 결합되는 방사선 검출기(120)는 그 위치가 변경되거나 흔들리지 않는 안정적인 자세에서 감마선원의 방사선을 검출하는 것이 감마선원의 3차원 위치 좌표를 정확하게 산출하는데 유리하다. 따라서, 프레임(130)은 바닥에 쓰러지거나 흔들리지 않게 고정될 필요가 있다. 이를 위해 프레임(130)에는 복수의 지지 케이블(144)이 연결된다. 복수의 지지 케이블(144)은 세로대(134)로부터 각기 다른 방향으로 연장되도록 세로대(134)에 결합되어 바닥에 고정됨으로써, 프레임(130)을 쓰러지거나 흔들리지 않게 지지할 수 있다.
분석부(150)는 4개의 방사선 검출기(120)로부터 획득한 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감사선원을 검출한다. 즉, 분석부(150)는 감마선원의 핵종을 판별하고 순계수율(Ci)을 산출하며, 임의의 3차원 좌표계 상에서 4개의 방사선 검출기(120) 각각의 위치 좌표를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표를 산출할 수 있다. 또한, 분석부(150)는 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출할 수 있다.
이러한 분석부(150)에 의한 구체적인 감마선원 검출 방법에 대해서는 후술하기로 한다.
디스플레이(160)는 검출된 감마선원에 대한 각종 정보를 출력할 수 있다. 즉, 방사선 검출기(120)가 생성하는 감마선원의 감마선 에너지 스펙트럼이나, 분석부(150)에 의한 각종 분석 결과가 디스플레이(160)에 표시될 수 있다.
이 밖에, 도면에 나타내지는 않았으나, 본 발명의 일실시예에 따른 방사성 핵종 판별 장치(100)는 메모리를 더 포함할 수 있다. 메모리에는 사전 설정된 감마선원의 핵종이나, 감마선원에 대한 각 방사선 검출기(120)의 검출효율, 감마선원의 핵종 및 감마선 에너지에 따른 감마선 방출비 등이 저장될 수 있다. 분석부(150)는 사전 설정되어 메모리에 저장되어 있는 정보를 이용하여 감마선원을 검출할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 방법에 대하여 설명한다.
도 4에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 감마선원 검출 방법은, 방사선 검출기 배치 단계(S10)와, 감마선 에너지 측정 단계(S20)와, 감마선 에너지 스펙트럼 생성 단계(S30)와, 감마선원의 핵종 판별 및 순계수율 산출 단계(S40)와, 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표 산출 단계(S50)와, 감마선원의 직선거리 산출 단계(S60)와, 방사능 평가 단계(S70)를 포함한다.
먼저, 방사선 검출기 배치 단계(S10)에서 4개의 방사선 검출기(120)를 프레임(130) 상의 적절한 위치에 위치시킨다. 이때, 4개의 방사선 검출기(120)를 도 5에 나타낸 것과 같은 상대 위치를 갖도록 임의의 3차원 좌표계 상에 배치할 수 있다. 즉, 4개의 방사선 검출기(120)를 임의의 3차원 좌표계의 xz 평면 상에 배치시키되, 3개는 x축 상에서 이격되도록 배치하고, 나머지 하나는 x축 상에서 이격 배치되는 3개의 방사선 검출기(120) 중 어느 하나의 x축 좌표와 같은 x축 좌표를 갖도록 배치할 수 있다. x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기(120)는 각각의 y축 좌표 및 z축 좌표가 0이 된다. 또한, 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기(120) 중 어느 하나를 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치할 수 있다. 즉, 4개의 방사선 검출기(120) 중에서 하나는 그 3차원 위치 좌표가 (0,0,0)이 될 수 있다.
다음으로, 감마선 에너지 측정 단계(S20)에서 4개의 방사선 검출기(120)로 감마선 에너지를 측정한다.
다음으로, 감마선 에너지 스펙트럼 생성 단계(S30)에서 4개의 방사선 검출기(120)로 측정되는 감마선 에너지로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 생성한다.
다음으로, 감마선원의 핵종 판별 및 순계수율 산출 단계(S40)에서 생성된 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고 순계수율(Ci)을 산출한다. 여기에서, 순계수율(Ci)은 도 5에 나타낸 임의의 3차원 좌표계에서 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(count rate)이다.
다음으로, 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표 산출 단계(S50)에서 도 5와 같은 임의의 3차원 좌표계 상에서 상기 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 미지의 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출한다. 이때, 미지의 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)는 다음의 수식1, 수식2 및 수식3을 통해 산출될 수 있다.
[수식1]
Figure pat00010
<수식 2>
Figure pat00011
<수식 3>
Figure pat00012
여기에서, Ci는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(net count rate)이고, Cij는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Ci)에서 j번째 방사선 검출기(Dj)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Cj)을 뺀 계수율(Cij=Ci-Cj)을 나타내며, xi,yi,zi는 각각 i번째 방사선 검출기의 x축 좌표, y축 좌표, 및 z축 좌표를 나타낸다.
다음으로, 감마선원의 직선거리 산출 단계(S60)에서 도 5에 나타낸 임의의 3차원 좌표계 상의 기준점으로부터 감마선원의 직선거리(Ls)를 다음의 수식4를 이용하여 산출한다.
[수식4]
Figure pat00013
여기에서, Ls는 임의의 3차원 좌표계 상의 기준점에서 감마선원까지의 직선거리이다.
다음으로, 방사능 평가 단계(S70)에서 다음의 수식5를 이용하여 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출한다.
[수식5]
Figure pat00014
여기에서, A는 감마선원의 방사능(Bq)이고, εi는 감마선원에 대한 i번째 방사선 검출기의 검출효율이며, Iγ는 감마선원의 핵종 및 에너지에 따른 감마선 방출비이며, ki는 측정조건에 따른 보정인자를 나타낸다. 방사선 검출기의 검출효율은 방사선 검출기(120)에 따라 다를 수 있으며, 각각의 방사선 검출기(120)에 대해 거리에 따라 설정될 수 있다. 이러한 방사선 검출기의 검출효율은 방사선 검출기(120)에 따라 시뮬레이션을 통해 사전 설정될 수 있다. 그리고 감마선 방출비는 감마선원의 핵종과 감마선 에너지에 따라 달라질 수 있으며, 핵종에 따라 사전에 조사되어 저장될 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면, 감마선원에 의한 오염 위치 또는 분실된 감마선원의 위치가 육안으로 확인되지 않을 때, 4개의 방사선 검출기(120)로부터 획득되는 감마선 에너지 스펙트럼에서 관심 대상의 감마선 에너지 피이크(gamma-ray energy peak)의 상대비를 이용함으로써, 임의의 기준점으로부터 감마선원의 3차원 공간 상의 위치와 방사능을 산출할 수 있다.
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 검출 유닛(110)의 프레임(130)은 도시된 것과 같이 가로대(131)와, 세로대(134)와, 복수의 바닥 지지기구(140)를 포함하는 구조 이외에, 복수의 방사선 검출기(120)를 지지할 수 있는 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다.
또한, 검출 유닛(110)에 구비되는 방사선 검출기(120)는 4개 이상의 다양한 개수로 변경될 수 있고, 이 경우 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표를 산출하는데 이용되는 수식이 다소 변경될 수 있다.
또한, 임의의 3차원 좌표계 상에 배치되는 방사선 검출기들(120)의 상대 위치는 변경될 수 있고, 방사선 검출기들(120)의 위치에 따라 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표를 산출하는데 이용되는 수식이 다소 변경될 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100 : 감마선원 검출 장치 110 : 검출 유닛
120 : 방사선 검출기 121 : 검출부
122 : 신호 처리부 130 : 프레임
131 : 가로대 134 : 세로대
138 : 슬라이더 140 : 바닥 지지기구
144 : 지지 케이블 150 : 분석부
160 : 디스플레이

Claims (12)

  1. (a) 4개의 방사선 검출기를 임의의 3차원 좌표계 상에 배치하는 단계;
    (b) 상기 4개의 방사선 검출기로 감마선 에너지를 측정하는 단계;
    (c) 상기 4개의 방사선 검출기로 측정되는 감마선 에너지로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 생성하는 단계;
    (d) 상기 (c) 단계에서 생성된 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고 순계수율(Ci)을 산출하는 단계; 및
    (e) 상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 상기 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 상기 4개의 방사선 검출기를 각각 xz 평면 상에 놓이도록 배치하되, 상기 4개의 방사선 검출기 중 3개를 x축 상에서 이격되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 4개의 방사선 검출기 중 나머지 하나를 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나와 x축 좌표는 같되, z축 좌표는 다른 값을 갖도록 배치하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서,
    상기 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나를 상기 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서, 상기 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)는 다음의 수식1, 수식2 및 수식3을 통해 산출되는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
    [수식1]
    Figure pat00015

    <수식 2>
    Figure pat00016

    <수식 3>
    Figure pat00017

    (Ci는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(net count rate), Cij는 I번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Ci)에서 j번째 방사선 검출기(Dj)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Cj)을 뺀 계수율(Cij=Ci-Cj), xi,yi,zi는 각각 i번째 방사선 검출기의 x축 좌표, y축 좌표, 및 z축 좌표)
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (f) 상기 임의의 3차원 좌표계 상의 기준점으로부터 감마선원의 직선거리(Ls)를 다음의 수식4를 이용하여 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
    [수식4]
    Figure pat00018

    (Ls는 임의의 기준점에서 감마선원까지의 직선거리)
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (g) 다음의 수식5를 이용하여 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 방법.
    [수식5]
    Figure pat00019

    (A는 감마선원의 방사능(Bq), εi는 감마선원에 대한 i번째 방사선 검출기의 검출효율, Iγ는 감마선원의 핵종 및 에너지에 따른 감마선 방출비, ki는 측정조건에 따른 보정인자)
  8. 감마선 에너지를 측정하고 감마선 에너지 스펙트럼을 생성할 수 있는 4개의 방사선 검출기;
    상기 4개의 방사선 검출기가 임의의 3차원 좌표계 상에 배치되도록 상기 4개의 방사선 검출기를 지지하는 프레임; 및
    상기 4개의 방사선 검출기로부터 감마선 에너지 스펙트럼을 획득하여 분석하는 분석부;를 포함하고,
    상기 분석부는,
    상기 4개의 방사선 검출기로부터 획득되는 감마선 에너지 스펙트럼으로부터 감마선원의 핵종을 판별하고, 순계수율(Ci)을 산출하며,
    상기 임의의 3차원 좌표계에서 상기 4개의 방사선 검출기의 위치를 이용하여 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 산출하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 프레임은,
    상기 4개의 방사선 검출기 중에서 3개의 방사선 검출기를 상기 임의의 3차원 좌표계 x축 상에서 놓이도록 지지하는 가로대와,
    상기 가로대와 수직을 이루도록 상기 가로대의 일측에 연결되고, 상기 4개의 방사선 검출기 중에서 나머지 하나를 상기 가로대에 놓이는 3개의 방사선 검출기와 다른 높이에 놓이도록 지지하는 세로대를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 프레임은,
    상기 가로대 및 상기 세로대에 슬라이드 이동 가능하게 결합되어 상기 4개의 방사선 검출기를 상기 가로대 또는 상기 세로대를 따라 이동할 수 있도록 지지하는 4개의 슬라이더를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 4개의 방사선 검출기는, 상기 임의의 3차원 좌표계 상에서 xz 평면 상에 배치되도록 상기 프레임에 결합되되, 상기 4개의 방사선 검출기 중 3개는 x축 상에서 이격되도록 배치되고, 나머지 하나는 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나와 x축 좌표는 같되, z축 좌표는 다른 값을 갖도록 배치되며, 상기 임의의 3차원 좌표계의 x축 상에서 이격되도록 배치되는 3개의 방사선 검출기 중 어느 하나는 상기 임의의 3차원 좌표계의 기준점에 위치하도록 배치되며,
    상기 분석부는, 상기 감마선원에 대한 3차원 위치 좌표(xs , ys , zs)를 다음의 수식1, 수식2 및 수식3을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 장치.
    [수식1]
    Figure pat00020

    <수식 2>
    Figure pat00021

    <수식 3>
    Figure pat00022

    (Ci는 i번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(net count rate), Cij는 I번째 방사선 검출기(Di)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Ci)에서 j번째 방사선 검출기(Dj)에 의해 측정된 관심 에너지에 대한 순계수율(Cj)을 뺀 계수율(Cij=Ci-Cj), xi,yi,zi는 각각 i번째 방사선 검출기의 x축 좌표, y축 좌표, 및 z축 좌표)
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분석부는,
    다음의 수식5를 이용하여 검출된 감마선원의 방사능(A)을 산출하는 것을 특징으로 하는 감마선원 검출 장치.
    [수식5]
    Figure pat00023

    (A는 감마선원의 방사능(Bq), εi는 감마선원에 대한 i번째 방사선 검출기의 검출효율, Iγ는 감마선원의 핵종 및 에너지에 따른 감마선 방출비, ki는 측정조건에 따른 보정인자)
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