KR20220056408A

KR20220056408A - 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기

Info

Publication number: KR20220056408A
Application number: KR1020200140962A
Authority: KR
Inventors: 김경환; 신상원
Original assignee: 한일원자력(주)
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-06
Also published as: KR102483516B1; WO2022092708A1

Abstract

본 발명은 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 라돈의 알파붕괴시 발생하는 알파 입자로 인해 발생한 이온 전하를 단일 탐침봉을 통하여 펄스화하여 검출하고 알파 입자가 미세하게 연달아 발생하는 경우에도 누락 없이 입자의 개수를 측정함으로써 측정 정확도를 향상시킨 라돈 측정기에 관한 것이다.

Description

알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기{RADON DETECTOR USING PULSIFIED ALPHA PARTICLE}

알파 입자는 우라늄이나 라듐과 같은 방사성 물질이 알파 붕괴를 하는 도중에 방출된다. 이 과정에서 때로는 원래의 원자핵이 들뜬 상태에 놓이기도 하며, 남는 에너지는 감마선 방출을 통해서 방출되기도 한다. 베타 붕괴와 달리, 알파 붕괴는 강한 상호작용에 의해 이루어진다.

알파 입자가 방출될 때, 원소의 원자 질량은 거의 4 amu가 줄어든다. 이는 4개의 핵자를 잃기 때문이다. 원자는 2개의 양성자 손실로 인해 원자번호가 2 감소하며, 새로운 원소가 된다. 예를 들어, 라듐은 알파 붕괴를 통해 라돈이 된다.

알파 입자는 전하와 무거운 질량 때문에, 쉽게 물질에 흡수되며, 공기 중에서는 몇 센티미터 밖에 나아가지 못한다. 휴지 한장에도 흡수되며, 사람의 외피층(약 40 마이크로미터, 몇 개 가량의 세포 두께)에도 흡수된다. 이러한 이유로 먹거나 흡입하지 않는다면 일반적으로는 위험하지 않다. 하지만, 무거운 질량 및 강한 흡수성 때문에, 일단 체내에 진입하게 된다면, 가장 위험한 전리 복사이기도 하다. 가장 강하게 이온화 하며, 어느 정도의 양에 노출된다면 여러가지 피폭 증세를 보이기도 한다. 알파 입자에 의한 염색체의 피해는 동일한 양의 다른 종류의 방사선에 의한 피해에 비해 100배 이상 크다.

인체의 건강에 막대한 영향을 미치는 라돈(Rn)의 실내 농도를 정확하게 평가하기 위하여, 그동안 여러 종류의 계측기와 다양한 측정 방법 및 장치들이 널리 개발되어 사용되어 왔는데 라돈(Rn)은 무색, 무취의 비활성기체이므로 반응성이 없어서 직접 측정은 어렵고 라돈(Rn)의 알파(α) 붕괴 시 발생하는 알파 입자의 빈도가 라돈 농도에 비례하므로 대기중의 알파 입자를 검출하여 실내 라돈 농도를 측정한다. 즉, 알파 입자를 정확하게 검출하는 것이 곧 실내 라돈 농도를 정확히 측정하는 방법이다.

예컨대 종래 기술 중에서 펄스형 이온화 챔버를 이용한 알파 입자 검출 기술이 존재한다. 펄스형 이온화 챔버는 금속으로 된 상자 내부에 탐침 형태의 전극을 설치하고 금속 원통과 내부 탐침 사이에 바이어스 전압을 인가하여 전기장을 형성한 구조이다. 이 이온 챔버 내부에서 알파 붕괴가 발생하여 알파입자가 방출되면 공기와의 충돌로 알파입자는 소멸되지만 이온 전하가 발생하므로 이를 중앙 탐침을 통하여 흡수하여 신호를 증폭하면 알파입자를 검출할 수 있다. 그러나 이온화 챔버의 경우 전기적 노이즈에 민감하여 측정회로를 꾸미기가 곤란하고, 알파 입자가 미세하게 연달아 발생하여 탐침에 짧은 시간 간격을 갖는 다수의 미세 전하가 접촉되는 경우에는 펄스의 개수를 계수하는 데에 큰 오차가 발생하는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0023599호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 라돈의 알파붕괴시 발생하는 알파 입자로 인해 발생한 이온 전하를 단일 탐침봉을 통하여 펄스화하여 검출하고 알파 입자가 미세하게 연달아 발생하는 경우에도 누락 없이 입자의 개수를 측정함으로써 측정 정확도를 향상시킨 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일례에 따른 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기는, 이온화 챔버 내에서 탐침부를 이루는 이온 검출용 탐침에서 검출된 알파 입자에 대응하는 전기적 펄스를 생성하는 알파 입자 검출부; 상기 전기적 펄스를 처리하여, 상기 알파 입자 검출부에서 검출된 알파 입자의 개수를 계수하는 펄스 처리부; 상기 알파 입자 검출부 및 상기 펄스 처리부의 전반적인 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 알파 입자 검출부, 상기 펄스 처리부 및 상기 제어부에 전력을 공급하는 전원부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 알파 입자 검출부는, 상기 탐침부를 물리적으로 감싸 전기적으로 차폐하는 탐침부 실드;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 탐침부 실드는, 상기 이온화 챔버의 일부에 결합되며, 중심을 관통하여 절연부, 제1 단자 및 제2 단자가 형성되어 있는 BNC 커넥터일 수 있다.

또한, 상기 절연부는 상기 탐침부와 상기 이온화 챔버를 절연시킬 수 있다.

또한, 상기 BNC 커넥터의 상기 제1 단자에는 상기 탐침부가 전기적으로 연결되어, 상기 탐침부의 일단은 상기 이온화 챔버의 내부에, 상기 탐침부의 타단은 상기 이온화 챔버의 외부에 각각 위치하도록 할 수 있다.

또한, 상기 BNC 커넥터의 제2 단자는 접지되도록 할 수 있다.

또한, 상기 탐침부로부터 입력되는 전기적 신호를 증폭하는 전치증폭부;및 상기 전치증폭부를 전기적으로 차폐하는 전치증폭부 실드;를 더 포함하는 것이 좋다.

나아가, 상기 전치증폭부로부터 입력받은 전기적 신호의 전류를 증폭하고, 일정한 신호 지연을 발생시키는 전압 폴로워부;및 상기 전치증폭부 및 상기 전압 폴로워부로부터 각각 전기적 신호를 입력받은 후 이를 차동증폭함으로써 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 펄스를 생성하는 차동증폭부;를 더 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 펄스 처리부는, 상기 알파 입자 검출부로부터 입력된 전기적 신호의 전위가 소정의 펄스 발생 기준 전압보다 큰지 여부를 판단하고, 상기 전기적 신호의 전위가 상기 펄스 발생 기준 전압보다 높은 경우, 단위 시간 당 전압 변화량이 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시각의 전위를 제1 최대 전압으로 설정하고, 상기 제1 최대 전압이 발생한 시각 이후에 소정의 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출되면, 상기 제1 최대 전압이 발생한 시각에 펄스가 검출된 것으로 판단할 수 있다.

또한, 상기 펄스 처리부는, 상기 제1 최대 전압이 발생한 이후, 상기 전기적 신호의 전위가 상기 펄스 발생 기준 전압보다 낮아지면, 상기 전기적 신호의 전위가 다시 상기 펄스 발생 기준 전압보다 높아질 때까지 펄스 개수를 계수하지 않을 수 있다.

또한, 상기 펄스 처리부는, 상기 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출된 시각 이후에 다시 단위 시간 당 상기 전기적 신호의 전압 변화량이 양(+)이 된 경우, 상기 전기적 신호의 단위 시간 당 전압 변화량이 재차 음(-)으로 변화하는 시각의 전위를 제2 최대 전압으로 설정하고, 상기 제2 최대 전압이 발생한 시각 이후에 소정의 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출되면, 상기 제2 최대 전압이 발생한 시각에 펄스가 검출된 것으로 판단할 수 있다.

본 발명을 이용하면, 라돈의 알파붕괴시 발생하는 알파 입자로 인해 발생한 이온 전하를 단일 탐침봉을 통하여 펄스화하여 검출하고 알파 입자가 미세하게 연달아 발생하는 경우에도 누락 없이 입자의 개수를 측정함으로써 측정 정확도를 향상시킨 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기를 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기의 일례를 나타낸 블록도,
도 2는 도 1의 실시예에서 알파 입자 검출부를 더욱 구체적으로 나타낸 블록도,
도 3은 도 2의 알파 입자 검출부의 일례에 따른 회로도,
도 4는 탐침부 실드로서 사용되는 BNC 커넥터가 이온화 챔버 및 탐침부와 결합된 경우를 예시한 도면,
도 5는 도 2의 알파 입자 검출부에서 출력되는 펄스의 파형을 예시한 그래프,
도 6은 펄스 처리부의 펄스 처리 알고리즘을 설명하기 위하여 예시한 그래프이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기의 일례를 나타낸 블록도이다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기(1)의 일례는, 알파 입자 검출부(10), 펄스 처리부(20), 제어부(30), 전원부(40), 입력부(50) 및 표시부(60)를 포함하여 이루어진다.

알파 입자 검출부(10)는 이온화 챔버 및 이온 검출용 탐침을 더 포함하며, 이온 검출용 탐침에서 검출된 알파 입자에 대응하는 펄스를 생성한다. 생성된 펄스는 펄스 처리부(20)로 전달된다.

펄스 처리부(20)는 알파 입자 검출부(10)로부터 입력되는 펄스를 처리하여, 알파 입자 검출부(10)에서 검출된 알파 입자의 개수를 계수한다.

제어부(30)는 라돈 측정기(1)의 전반적인 동작을 제어한다.

전원부(40)는 라돈 측정기(1)의 각 구성요소에 전력을 공급하여 라돈 측정기(1)가 정상적으로 동작할 수 있도록 한다.

입력부(50)는 라돈 측정기(1)의 구체적인 동작을 위한 사용자의 입력을 수신한다. 예컨대 입력부(50)는 적어도 하나의 터치형 센서 스위치를 포함하여 이루어지는 센서 스위치 모듈이 될 수 있으며, 그 밖에도 사용자의 조작에 따른 입력 신호를 받아들일 수 있는 것이라면 키보드, 키패드, 기타 어떠한 입력 인터페이스도 가능하며, 2 이상의 입력 인터페이스의 조합도 가능하다.

표시부(60)는 라돈 측정기(1)에서 측정된 라돈 농도, 알파 입자의 개수, 기타 라돈 측정기(1)에서 표시하고자 하는 다양한 정보를 표시한다. 표시부(60)는 정보를 시각적으로 표시하여 사용자에게 제공할 수 있는 것이라면 LCD 디스플레이, LED 디스플레이, LED 램프 어레이, 기타 어떠한 표시 장치도 가능하며, 2 이상의 표시 장치의 조합도 가능하다.

도 2는 도 1의 실시예에서 알파 입자 검출부를 더욱 구체적으로 나타낸 블록도이다.

도 2에서 나타낸 바와 같이, 알파 입자 검출부(10)는, 이온화 챔버(100), 탐침부(200), 탐침부 실드(300), 전치증폭부(400), 전치증폭부 실드(450), 전압 폴로워부(500) 및 차동증폭부(600)를 포함하여 이루어진다.

이온화 챔버(100)는 검출 대상이 되는 알파 입자를 포집하기 위하여 라돈 측정기(1)가 배치되는 공간의 공기의 일부를 가두는 역할을 한다. 이온화 챔버(100)는 공기가 유통될 수 있도록 금속성 원통의 적어도 일부가 개방된 형상을 하는 것이 일반적이다.

탐침부(200)는 이온화 챔버(100)의 내부에 이온화 챔버(100)와 접촉하지 않도록 배치된다. 탐침부(200)는 이온화 챔버(100) 내부에 머무르는 공기 중에서 알파 붕괴에 따라 발생한 알파 입자에 의하여 대전된 이온(이하 편의상 “라돈 이온”이라 표현한다)을 검출하게 된다.

탐침부 실드(300)는 탐침부(200)를 물리적으로 감싸 전기적으로 차폐해줌으로써 탐침부(200)로 외부의 노이즈가 유입되지 않도록 한다.

전치증폭부(400)는 탐침부(200)에서 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 신호를 증폭하여 이후의 회로 구성요소에 전달한다.

전치증폭부 실드(450)는 전치증폭부(400)를 물리적으로 감싸 전기적으로 차폐해줌으로써 전치증폭부(400)로 외부의 노이즈가 유입되지 않도록 한다.

전압 폴로워부(500)는 전치증폭부(400)로부터 입력받은 전기적 신호의 전류를 증폭하고, 일정한 신호 지연을 발생시킨다.

차동증폭부(600)는 전치증폭부(400) 및 전압 폴로워부(500)로부터 각각 전기적 신호를 입력받은 후 이를 차동증폭함으로써 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 펄스를 생성하고, 이를 펄스 처리부(20)로 전달한다.

도 3은 도 2의 알파 입자 검출부의 일례에 따른 회로도이다.

명세서 전체에서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

이온화 챔버(100)는 일정 전압으로 대전되기 위하여, 양(+)의 값을 갖는 소정의 바이어스 전원(110)이 인가된다. 바이어스 전원(110)은 전원부(40)로부터 제공될 수 있다.

한편, 전원부(40)는 3.7V 정격전압을 갖는 리튬폴리머 배터리 등 2차 전지로부터 전력을 공급받을 수 있다. 이 경우, 전원부(40)는 2차 전지의 전압을 승압하는 회로를 더 갖추고, 전원부(40)로부터의 출력 전압이 라돈 측정기(1)의 회로에 공급되는 전원전압, 예컨대 12V이 되도록 할 수 있다.

그런데 이온화 챔버(100)의 경우, 챔버 내의 공기를 약 50V 전후의 전압으로 대전시켜야 한다. 이 경우, 전원부(40)의 출력 전압인 예컨대 12V는 지나치게 낮은 전압이 된다. 따라서, 바이어스 전원(110)은 전원부(40)로부터 공급받는 약 12V의 전원전압을 입력전압으로 하고, 약 50V 전후의 대전전압을 출력전압으로 하는 승압회로를 더 포함하도록 할 수 있다.

이를 통하여, 하나의 3.7V 정격전압을 갖는 2차 전지 전원으로부터 서로 다른 전압인 전원전압(12V)과 대전전압(50V)을 모두 이용할 수 있게 된다.

탐침부(200)는 이온화 챔버(100)의 내부에 배치되되, 이온화 챔버(100)와 접촉하지 않도록 배치된다. 이를 위하여 탐침부(200)를 이온화 챔버(100)로부터 절연시켜주기 위한 절연 부재(도면에 나타내지 않음)가 탐침부(200)와 이온화 챔버(100)의 사이에 더 배치될 수 있다.

예컨대, 탐침부 실드(300)로서 금속성의 BNC 커넥터가 사용될 수 있다. 즉, BNC 커넥터의 몸체를 이온화 챔버(100)의 일측 표면에 볼트-너트 구조를 통하여 물리적으로 고정시키고, 탐침부(200)는 BNC 커넥터의 몸체 내부의 절연체로 둘러싸여진 도선의 일단에 연결되도록 할 수 있다. BNC 커넥터의 일단에 연결된 탐침부(200)가 이온화 챔버(100)의 내부에 배치되므로, BNC 커넥터의 도선의 타단은 이온화 챔버(100)의 외부에 배치된다.

한편, BNC 커넥터 내부의 도선을 둘러싼 절연체가 앞서 탐침부(200)를 이온화 챔버(100)로부터 절연시켜주기 위한 절연 부재로서 작용할 수 있다.

또한, 탐침부 실드(300)는 라돈 측정기(1)의 회로의 그라운드(GND)에 연결시킴으로써 탐침부(200)로 유입되는 외부 노이즈를 한층 저감시킬 수 있다.

예컨대, BNC 커넥터에 존재하는 두 개의 단자 중 탐침이 연결되지 않은 단자를 회로의 그라운드(GND)에 접속시킬 수 있다.

도 4는 탐침부 실드로서 사용되는 BNC 커넥터가 이온화 챔버 및 탐침부와 결합된 경우를 예시한 도면이다.

도 4에서 나타낸 바와 같이, 이온화 챔버(100)는 측면 챔버(120)와 상면 챔버(130)가 결합하여 이루어진다.

BNC 커넥터(310)는 상면 챔버(130)의 중앙부에 결합되며, BNC 커넥터(310)의 중심을 관통하여 절연부(312), 제1 단자(314) 및 제2 단자(316)가 형성되어 있다.

BNC 커넥터(310)의 절연부(312)는 앞서 도 3을 참조하여 언급한 바와 같이 탐침부(200)가 이온화 챔버(100)로부터 전기적으로 절연되도록 한다.

BNC 커넥터(310)의 제1 단자(314)에는 도 4에서 나타낸 바와 같이 탐침부(200)를 이루는 탐침이 전기적으로 연결되어, 일단은 이온화 챔버(100)의 내부에, 타단은 이온화 챔버(100)의 외부에 각각 위치하게 된다.

BNC 커넥터(310)의 제2 단자(316)는 인쇄회로기판(도면에 나타내지 않음)의 그라운드(GND)에 접지되도록 도선을 연결시키게 된다.

다시 도 3으로 돌아가면, 전치증폭부(400)는 탐침부(200)에서 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 신호를 일정 정도 증폭하여 이후의 회로 구성요소에 전달한다. 전치증폭부(400)는 라돈 이온 검출 신호의 증폭을 수행하기 위하여 적합한 신호 증폭을 수행하기 위한 범위 내에서 다양한 공지 기술을 사용할 수 있다.

전치증폭부(400)의 입력단은 탐침부(200)의 단자 중 이온화 챔버(100)의 외부에 노출된 쪽에 연결되며, 전치증폭부(400)의 출력단은 전압 폴로워부(500)의 입력단 및 차동증폭부(600)의 입력단에 각각 연결된다. 또한 전치증폭부(400)의 일단은 라돈 측정기(1)의 회로에서 그라운드(GND)에 접지되도록 한다.

전치증폭부 실드(450)는 전치증폭부(400)를 물리적으로 감싸 전기적으로 차폐해줌으로써 전치증폭부(400)로 외부의 노이즈가 유입되지 않도록 하기 위한 것으로서, 동박 또는 알루미늄박 등의 금속성 포일처럼 전기적인 차폐가 가능한 다양한 소재로부터 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

전압 폴로워부(500)는 전치증폭부(400)로부터 입력받은 전기적 신호의 전류를 증폭하고, 일정한 신호 지연을 발생시킨다. 따라서, 전치증폭부(400)로부터 입력받은 전기적 신호는 전압 폴로워부(500)의 출력단에서 소정의 시간 간격만큼 지연되어 출력되고, 이는 차동 증폭부(600)의 입력단 중 양(+)의 입력단으로 연결된다.

차동증폭부(600)는 전치증폭부(400) 및 전압 폴로워부(500)로부터 각각 전기적 신호를 입력받은 후 이를 차동증폭한다.

차동증폭부(600)의 입력단 중 양(+)의 입력단은 전압 폴로워부(500)의 출력단에 연결되며, 음(-)의 입력단은 전치증폭부(400)의 출력단에 연결된다.

차동증폭부(600)에서는 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 펄스가 차동증폭되어 생성되며, 생성된 펄스는 펄스 처리부(20)로 전달된다.

도 5는 도 2의 알파 입자 검출부에서 출력되는 펄스의 파형을 예시한 그래프이다.

도 5에서 나타낸 그래프는 차동증폭부(600)에서 펄스 처리부(20)로 입력되는 펄스의 파형을 예시한 그래프이다.

도 5에서 나타낸 바와 같이, 대기 중의 알파 입자에 의하여 대전된 라돈 이온 각각에 대하여 전기적 펄스가 펄스 처리부(20)로 전달된다.

펄스 처리부(20)에서는 펄스 형태를 관찰하기 위하여, 종래 기술에서 사용되는 GPIO 인터럽트 방식을 사용하는 대신, 아날로그 입력 방식을 적용한다.

예컨대, 도 5의 예에서 펄스 처리부(20)는 알파 입자 검출부(10)의 차동증폭부(600)로부터 입력되는 전기적 펄스들 중에서 1.5V 이상의 전압을 갖는 펄스만을 계수하도록 할 수 있다.

도 5에서 동그라미로 표시한 부분(C1 및 C2)은 극히 짧은 시간 간격으로 두 개의 펄스가 검출된 경우를 나타낸 것이다.

이러한 경우, 펄스 2개가 합쳐져서 종래 기술에 따른 라돈 측정기에서는 이들 펄스를 2개가 아닌 1개로 인식하는 경우가 많았다.

그러나, 본 발명에서는 펄스 처리부(20)의 특유의 구성 및 처리 알고리즘을 통하여 누락되는 펄스가 없이 정확한 펄스 계수가 가능하도록 하고 있다.

도 6은 펄스 처리부의 펄스 처리 알고리즘을 설명하기 위하여 예시한 그래프이다.

도 5 및 도 6의 예에서 펄스의 발생 여부를 판단하는 기준 전압(“펄스 발생 기준 전압”)을 1.5V라고 할 때, 입력 신호의 전압이 1.5V를 넘어서는 상황(시각 A)이 되면, 펄스 처리부(20)는 시각 A 이후에 최대 전압이 검출되는 시각(시각 B)을 찾는다. 최대 전압이 검출되는 시각은, 해당 시각(예컨대 시각 B)까지의 단위 시간 당 전압의 변화량이 양(+)이었다가, 해당 시각(예컨대 시각 B) 이후의 단위 시간 당 전압의 변화량이 음(-)이 되는 시각을 찾음으로써 검출할 수 있다. 다시 말해, 계속해서 전압이 상승하다가 전압이 하강하기 시작하는 시각이 최대 전압 시각이 된다.

시각 B를 “1차 최대 전압 시각”으로 설정한다.

이후, 1차 최대 전압 시각(시각 B)의 전압, 즉 1차 최대 전압에 비하여 소정의 “임계 전위차”보다 낮은 전압, 예컨대 0.025V만큼 낮은 전압이 검출된다면(시각 C), 펄스가 1개 검출된 것으로 취급한다. 1차 최대 전압과의 전위차가 0.025V보다 작은 경우에는 노이즈로 판단함으로써 별다른 처리를 하지 않는다.

만약 입력 신호의 전압이 펄스 발생 기준 전압인 1.5V 이하로 떨어지게 되면(시각 D), 다시 1.5V 이상의 입력 신호가 감지되기 전까지는 펄스 계수 동작을 하지 않는다.

만약 입력 신호의 전압이 1.5V 이상인 상황에서 다시 전압 상승이 발생하는 경우에는 “2차 최대 전압 시각”을 찾는다.

즉, 시각 E에서는 단위 시간 당 전압의 변화량이 다시 양(+)으로 변화하고 있으므로, 시각 E 이후 단위 시간 당 전압의 변화량이 재차 음(-)으로 변화하기 직전에 2차 최대 전압이 나타나게 되는 시각(시각 F)이 나타나게 된다.

시각 F를 “2차 최대 전압 시각”으로 설정한다.

앞서와 마찬가지로, 2차 최대 전압 시각보다 0.025V 낮은 전압이 검출되면(시각 G) 펄스가 추가로 1개 더 발생한 것으로 판단한다.

이와 같이, 단위 시간 당 전압의 변화량이 양(+)에서 음(-)으로 변화하였는지 여부를 판단함으로써 극히 인접한 시간 간격을 두고 발생한 다수의 알파 입자를 검출할 수 있게 된다. 이는, 단위 시간당 변화량이 양(+)인 구간과 음(-)인 구간의 사이에는 반드시 위로 볼록한 지점(예컨대 시각 B의 지점 및 시각 F의 지점)이 존재하여야 한다는 연속되고 미분 가능한 함수에 관한 수학적 원리를 기초로 한다.

이처럼 펄스 처리부(20)에서 특유의 구성 및 처리 알고리즘을 통하여 누락되는 펄스가 없이 발생한 펄스의 개수를 계수할 수 있도록 함으로써, 알파 입자가 미세하게 연달아 발생하는 경우에도 측정 정확도 향상이 가능하게 된다.

위에서 개시한 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

1 . . . . . . 라돈 측정기
10 . . . . . . 알파입자 검출부
20 . . . . . . 펄스 처리부
30 . . . . . . 제어부
40 . . . . . . 전원부
50 . . . . . . 입력부
60 . . . . . . 표시부
100 . . . . . . 이온화 챔버
200 . . . . . . 탐침부
300 . . . . . . 탐침부 실드
400 . . . . . . 전치증폭기부
450 . . . . . . 전치증폭기부 실드
500 . . . . . . 전압 폴로워부
600 . . . . . . 차동 증폭기부
110 . . . . . . 바이어스 전원부
120 . . . . . . 측면 챔버
130 . . . . . . 상면 챔버
312 . . . . . . 절연부
314 . . . . . . BNC 커넥터 제1 단자
316 . . . . . . BNC 커넥터 제2 단자

Claims

이온화 챔버 내에서 탐침부를 이루는 이온 검출용 탐침에서 검출된 알파 입자에 대응하는 전기적 펄스를 생성하는 알파 입자 검출부;
상기 전기적 펄스를 처리하여, 상기 알파 입자 검출부에서 검출된 알파 입자의 개수를 계수하는 펄스 처리부;
상기 알파 입자 검출부 및 상기 펄스 처리부의 전반적인 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 알파 입자 검출부, 상기 펄스 처리부 및 상기 제어부에 전력을 공급하는 전원부;를 포함하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제1항에 있어서,
상기 알파 입자 검출부는,
상기 탐침부를 물리적으로 감싸 전기적으로 차폐하는 탐침부 실드;를 더 포함하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제2항에 있어서,
상기 탐침부 실드는,
상기 이온화 챔버의 일부에 결합되며, 중심을 관통하여 절연부, 제1 단자 및 제2 단자가 형성되어 있는 BNC 커넥터인, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제3항에 있어서,
상기 절연부는 상기 탐침부와 상기 이온화 챔버를 절연시키는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제3항에 있어서,
상기 BNC 커넥터의 상기 제1 단자에는 상기 탐침부가 전기적으로 연결되어, 상기 탐침부의 일단은 상기 이온화 챔버의 내부에, 상기 탐침부의 타단은 상기 이온화 챔버의 외부에 각각 위치하도록 하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제3항에 있어서,
상기 BNC 커넥터의 제2 단자는 접지되는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제2항에 있어서,
상기 탐침부로부터 입력되는 전기적 신호를 증폭하는 전치증폭부;및
상기 전치증폭부를 전기적으로 차폐하는 전치증폭부 실드;를 더 포함하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제2항에 있어서,
상기 전치증폭부로부터 입력받은 전기적 신호의 전류를 증폭하고, 일정한 신호 지연을 발생시키는 전압 폴로워부;및
상기 전치증폭부 및 상기 전압 폴로워부로부터 각각 전기적 신호를 입력받은 후 이를 차동증폭함으로써 검출된 라돈 이온에 따른 전기적 펄스를 생성하는 차동증폭부;를 더 포함하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제1항에 있어서,
상기 펄스 처리부는,
상기 알파 입자 검출부로부터 입력된 전기적 신호의 전위가 소정의 펄스 발생 기준 전압보다 큰지 여부를 판단하고,
상기 전기적 신호의 전위가 상기 펄스 발생 기준 전압보다 높은 경우, 단위 시간 당 전압 변화량이 양(+)에서 음(-)으로 변화하는 시각의 전위를 제1 최대 전압으로 설정하고, 상기 제1 최대 전압이 발생한 시각 이후에 소정의 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출되면, 상기 제1 최대 전압이 발생한 시각에 펄스가 검출된 것으로 판단하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제9항에 있어서,
상기 펄스 처리부는,
상기 제1 최대 전압이 발생한 이후, 상기 전기적 신호의 전위가 상기 펄스 발생 기준 전압보다 낮아지면, 상기 전기적 신호의 전위가 다시 상기 펄스 발생 기준 전압보다 높아질 때까지 펄스 개수를 계수하지 않는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.
제9항에 있어서,
상기 펄스 처리부는,
상기 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출된 시각 이후에 다시 단위 시간 당 상기 전기적 신호의 전압 변화량이 양(+)이 된 경우, 상기 전기적 신호의 단위 시간 당 전압 변화량이 재차 음(-)으로 변화하는 시각의 전위를 제2 최대 전압으로 설정하고, 상기 제2 최대 전압이 발생한 시각 이후에 소정의 임계 전위차보다 낮은 전압이 검출되면, 상기 제2 최대 전압이 발생한 시각에 펄스가 검출된 것으로 판단하는, 알파 입자의 펄스 검출을 통한 라돈 측정기.