KR20230035984A - 삼중수소 감시기 교정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정장치는 삼중수소 저장탱크, 삼중수소 저장탱크의 후단에 연결된 압력 조정기, 압력 조정기에 연결된 복수의 볼륨 탱크, 볼륨탱크와 압력 조정기 사이에 연결된 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치, 삼중수소 저장탱크, 압력 조정기, 볼륨탱크, 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치 사이를 연결하여 폐루프를 형성하는 배관, 배관에 설치된 복수의 밸브를 포함한다.

Description

삼중수소 감시기 교정장치{CALIBRATION DEVICE FOR TRITIUM MONITOR}
본 발명은 삼중수소 감시기 교정장치에 관한 것으로, 특히 단일 농도 삼중 수소를 이용하는 삼중수소 감시기 교정장치에 관한 것이다.
실시간으로 공기 중 삼중 수소의 방사능양을 측정하는 '공기 중 삼중수소 감시기' 교정(calibration)을 위해서는 삼중 수소 표준 가스에 대한 감시기의 측정 결과를 상호 비교해야 한다.
현재 국내에서는 삼중 수소 표준 가스에 대한 표준이 없으며, 해외에는 삼중 수소 표준 가스를 봄베 형태로 해서 교정용을 판매중이다.
그러나, 시판되는 삼중수소 표준가스 봄베는 상대적으로 단일 농도로, 고농도로 고압으로 압축되어 있어 삼중 수소 농도 제어 장치 없이는 교정에 사용할 수가 없다.
따라서, 본 발명은 단일 농도의 삼중수소 표준 가스를 이용하여, 삼중수소 농도 제어 장치 없이도, 삼중수소 감시기를 교정할 수 있는 삼중수소 감시기 교정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정장치는 삼중수소 저장탱크, 삼중수소 저장탱크의 후단에 연결된 압력 조정기, 압력 조정기에 연결된 복수의 볼륨 탱크, 볼륨탱크와 압력 조정기 사이에 연결된 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치, 삼중수소 저장탱크, 압력 조정기, 볼륨탱크, 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치 사이를 연결하여 폐루프를 형성하는 배관, 배관에 설치된 복수의 밸브를 포함한다.
상기 배관은 압력 조정기와 삼중수소감시기 사이를 연결하는 주 배관, 주 배관과 각각의 볼륨 탱크 사이를 연결하는 순환 배관을 포함하고, 순환 배관은 주 배관으로부터 볼륨 탱크를 통해서 다시 주 배관으로 유체가 이동하는 순환 구조를 형성할 수 있다.
상기 볼륨탱크는 서로 다른 부피를 가질 수 있다.
상기 볼륨탱크는 압력 조정기로부터 멀어질수록 부피가 증가할 수 있다.
상기 배관과 연결되어 질소를 공급하는 질소 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서와 같이 복수의 볼륨 탱크를 연결하면, 용이하게 다양한 농도의 삼중수소 농도를 측정할 수 있으며, 최소 삼중 수소 농도를 약 3uCi/cm3까지 제어할 수 있다.
따라서, 별도의 삼중수소 농도 제어 장치 없이도, 다양한 농도의 삼중수소를 교정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
이하, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정 장치는 삼중수소 저장탱크(100), 삼중수소 저장탱크(100)의 후단에 연결된 압력 조정기(110), 미터링 볼륨(metering volume)(115)과 복수의 볼륨 탱크(200)를 포함한다. 미터링 볼륨(115)은 고압으로 충전된 삼중수소 표준가스 봄베에 있는 삼중수소를 일정압력(주로 대기압)하에서 볼륨 탱크로 주입하기 위한 장치이다. 즉, 가스 봄베에 있는 표준 삼소 수소를 미터링 볼륨(115)으로 주입한 후, 가스 봄베 출구 밸브는 격리를 하고, 미터링 볼륨(115) 출구 밸브를 열어 후단의 볼륨 탱크에 표준 삼중 수소를 주입한다.
삼중수소 저장탱크(100), 압력조정기(110) 및 복수의 볼륨탱크(200)는 배관(P)으로 연결될 수 있으며, 배관(P)에 설치된 격리 밸브(S)를 통해서 다수의 폐루프가 형성될 수 있다. 배관(P)에는 배관(P) 내부의 삼중수소를 순환시키기 위한 순환펌프(120)가 연결될 수 있으며, 배관(P)에는 삼중수소 감시기(130)와 피교정장치(140)가 연결될 수 있다.
삼중수소 감시기(130)는 기준기로서 후술하는 루프 내 희석된 삼중 수소 농도가 실제로 계산한 농도로 정확하게 구현되었는지를 확인하기 위해 설치되는 것으로, 교정이 완료되어 교정이 필요하지 않다.
피교정장치(140)는 교정이 필요한 공기 중 삼중수소 감시기이다.
볼륨탱크(200)는 측정하고자 하는 농도 수에 따라서 복수로 설치될 수 있으며, 예를 들어, 도 1에서와 같이 6개의 볼륨탱크(200)가 설치될 수 있다. 이때, 6개의 볼륨탱크(200)는 서로 다른 부피를 가질 수 있으며, 순차적으로 증가하거나 감소하도록 직렬 연결될 수 있다.
즉, 6개의 볼륨탱크를 크기가 작은 순으로, 순차적으로 제1 볼륨탱크(21), 제2 볼륨탱크(22), 제3 볼륨탱크(23), 제4 볼륨탱크(24), 제5 볼륨탱크(25) 및 제6 볼륨탱크(26)가 연결될 수 있다. 제1 볼륨탱크(21)는 0.1ℓ, 제2 볼륨탱크(22)는 0.3ℓ, 제3 볼륨탱크(23)는 1.6ℓ, 제4 볼륨탱크(24)는 8.0ℓ, 제5 볼륨탱크(25)는 10ℓ 및 제6 볼륨탱크(26)는 20ℓ일 수 있다.
도 1에서와 같이, 6개의 볼륨탱크(200)가 연결될 경우, 볼륨탱크(200), 배관(P) 및 밸브(S)을 통해서 7개의 폐루프(이하, 루프라 함)가 형성될 수 있다. 즉, 볼륨탱크(200)를 포함하지 않는 1개의 루프와, 볼륨탱크를 누적으로 포함시켜 서로 다른 부피가 형성되는 6개의 루프가 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 형성되는 폐루프를 설명하기 위한 도면이다.
표 1은 본 발명의 일 실시예에 따라서 형성되는 폐루프의 부피 산출을 설명하기 위한 표이다.
[표 1]
Figure pat00001
도 2 및 표 1을 참조하면, 제1 루프(LP1)(점선 (1) 참조)는 볼륨탱크를 포함하지 않는 루프로, 제1 루프(LP1)에서 형성되는 제1 부피(V1)는, 삼중수소 감시기(130), 피교정장치(140)를 포함하는 장치 부피(SV1)와 배관 부재의 부피(SV2) 합이다. 배관 부피(SV2)는 본 발명의 일 실시예에 따라 삼중수소 감시기 교정 장치에 연결된 모드 배관의 내부 부피의 합이다.
도 3 및 표 1을 참조하면, 제2 루프(LP2)(점선 (2) 참조)는 제1 볼륨탱크(21)를 포함하며, 제2 루프(LP2)에서 형성되는 제2 부피(V2)는, 제1 부피(V1)와 제1 볼륨탱크(21)의 부피(TV1)의 합이다.
도 4 및 표 1을 참조하면, 제3 루프(LP3)(점선 (3) 참조)는 제2 볼륨탱크(22)를 포함하며, 제3 루프(LP3)에서 형성되는 제3 부피(V3)는, 제2 부피(V2)와 제2 볼륨탱크(22)의 부피(TV2)의 합이다.
제4 루프(LP4), 제5 루프(LP5), 제6 루프(LP6), 제7 루프(LP7)의 각각의 부피에 대해서도 제1 루프(LP1) 내지 제3 루프(LP3)와 동일하게 구할 수 있다. 즉, 볼륨 챔버를 포함하지 제1 루프의 부피에, 볼륨 챔버를 하나씩 추가할 때의 부피를 각각 구할 수 있다.
표 1을 참조하면, 제4 루프(LP4)는 제3 볼륨탱크(23)를 포함하며, 제4 루프(LP4)에서 형성되는 제4 부피(V4)는, 제3 부피(V3)와 제3 볼륨탱크의 부피(TV3)의 합이다.
제5 루프(LP5)는 제4 볼륨탱크(24)를 포함하며, 제5 루프(LP5)에서 형성되는 제5 부피(V5)는, 제4 부피(V4)와 제4 볼륨탱크의 부피(TV4)의 합이다.
제6 루프(LP6)는 제5 볼륨탱크(25)를 포함하며, 제6 루프(LP6)에서 형성되는 제6 부피(V6)는, 제5 부피(V5)와 제5 볼륨탱크의 부피(TV5)의 합이다.
제7 루프(LP7)는 제6 볼륨탱크(26)를 포함하며, 제7 루프(LP7)에서 형성되는 제7 부피(V7)는, 제6 부피(V6)와 제6 볼륨탱크의 제6 부피(TV6)의 합이다.
각 루프별 농도는 하기 [수학식 1]을 이용하여 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00002
이때, M은 삼중수소 감시기(Tritirum monitor, UUT)에서 기준 농도[Ci/ℓ], C는 삼중수소표준가스 실린더(tritum standard)의 농도[7uCi/ℓ 내지 50uCi/ℓ], D는 삼중수소표준가스의 방사능 붕괴상수(기준일로부터 측정일까지 붕괴되는 양), Pg는 삼중수소표준가스 실리더 출구압(Regulator outlet pressure), Pa는 삼중수소 감시기(tritium monitor, UUT)에서 압력[대기압], Vm은 삼중수소표준가스 주입량(metering volume, 14cm3), Vt는 삼중수소표준가스 최초 주입량(cm3)+삼중수소 감시기 검출기 볼륨(cm3)+배관(hose) 볼륨(cm3)이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기 교정장치를 이용하여, 교정하는 방법에 대해서 설명한다.
먼저, 도 1에 도시한 삼중수소 감시기 교정장치의 각 루프별 체적을 측정한다.
도 1에 도시한 감시기는 삼중수소 저장 탱크(100), 압력조정기(110) 및 6개의 볼륨 탱크(200), 미터링 볼륨(115), 삼중수소 감시기(130), 피교정장치(140), 배관(P)을 포함할 수 있으며, 각각의 부피 및 이를 포함하는 각각의 폐루프에서의 실제 측정된 부피는 [표 1]에 도시하였고, 각각의 폐루프를 형성하기 위한 밸브의 개도 상태는 [표 2] 및 [표 3]에 도시하였다.
[표 2]는 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 표준가스 감시기에서 형성되는 각 루프별 체적을 실제 측정한 표이다.
[표 2]
Figure pat00003
[표 3]은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중수소 감시기의 초기 밸브 개도 상태를 나타낸 표이고, [표 4]는 각각의 폐루프를 형성하기 위한 밸브의 개도 상태를 나타낸 표이다.
[표 3]
Figure pat00004
[표 4]
Figure pat00005
본 발명의 일 실시예에 따른 교정 방법은 미터링 볼륨(115)에 일정 압력 하에 삼중 수소를 주입한 후, [표 4]에서와 같이 각 루프별로 밸브를 배열하고 순환펌프를 순환시켜 삼중 수소 가스를 측정할 수 있다.
각각의 폐루프의 농도를 계산하기 위해서, 삼중수소 표준가스는 순환펌프를 이용하여 일정시간 순환시켜, 농도 평형을 시킨 후 삼중수소 감시기로 농도를 측정하고 교정을 수행할 수 있다.
도 1, [표 3] 및 [표 4]를 참조하면, 먼저 V1 밸브를 개방한 후, 압력 조정기(regulator pressure set valve)(110)를 이용하여, 주입하고자 하는 압력을 설정한다.
그리고, V3 및 V4 밸브를 개방한 후, 압력 조정기(110)의 출구 압력을 기록한다. 압력 조정기를 통해 설정된 주입 압력으로 배출되므로, 압력 조정기(110)의 출구 압력이 볼륨 탱크에 주입되는 최초의 가압 압력이다. 최초의 압력은 기준 농도를 계산하기 위한 것으로, 상기 [수학식 1]을 이용하여, 최초로 주입되는 삼중수소 표준 가스의 예상 농도를 계산하고, 이를 기준 농도로 한다.
이후, V3 및 V4 밸브를 닫는다. 이때, V3 및 V4 밸브는 V5 및 V6 밸브를 개방하기 전에 닫는다. metering volume 후단의 V5, V6를 개방하기 전에 V3 및 V4를 닫지 않고 개방된 상태로 V5, V6를 개방하면 삼중 수소 표준 가스의 정확한 농도 계산이 불가능하다.
그런 다음, [표 3]의 밸브 개폐도를 참고하여 제1 루프(LP1)부터 제7 루프(LP7)까지 각각의 루프에 따른 밸브를 개폐한 후, 각각의 루프에서 순환되는 삼중수소의 농도를 상기 [수학식 1]을 통해서 계산한다.
각각의 루프에 따른 농도는 [표 1]에 도시한 실제 부피를 이용하여 계산하는 것으로, 각각의 루프에서 계산된 삼중수소 농도 값을 비교하여, 교정 인자(Nr)를 산출할 수 있다. 교정인자는 하기 [수학식 2]를 통해서 구할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00006
이때, M은 피교정장비[Ci/ℓ]에서 측정된 농도, MR은 삼중수소 계산농도[Ci/ℓ]로 수학식 1에서 계산된 M이다.
[표 5]는 각 루프에서 교정 인자를 계산한 표이다.
Figure pat00007
이처럼 농도에 따라 구해진 교정 인자는 피교정장비를 통해 실제 현장에서 삼중 수소 농도를 측정한 결과를 보정할 때 사용될 수 있다. 이상에서와 같이 본 발명의 일 실시예에서와 같이 복수의 서로 다른 크기의 볼륨탱크를 연결하고, 복수의 폐루프를 형성하면 용이하게 다양한 농도의 삼중수소 농도를 측정할 수 있다.
따라서, 삼중수소 표준 가스를 1회 주입하는 것만으로도 다양한 범위의 농도를 구현할 수 있다. 따라서, 삼중 수소 표준 가스 사용량 또한 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 삼중수소 저장탱크,
    상기 삼중수소 저장탱크의 후단에 연결된 압력 조정기,
    상기 압력 조정기에 연결된 복수의 볼륨 탱크,
    상기 볼륨탱크와 상기 압력 조정기 사이에 연결된 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치,
    상기 삼중수소 저장탱크, 압력 조정기, 볼륨탱크, 삼중수소감시기, 펌프 및 피교정장치 사이를 연결하여 폐루프를 형성하는 배관,
    상기 배관에 설치된 복수의 밸브
    를 포함하는 삼중수소 감시기 교정장치.
  2. 제1항에서,
    상기 배관은 상기 압력 조정기와 상기 삼중수소감시기 사이를 연결하는 주 배관,
    상기 주 배관과 각각의 상기 볼륨 탱크 사이를 연결하는 순환 배관
    을 포함하고,
    상기 순환 배관은 상기 주 배관으로부터 상기 볼륨 탱크를 통해서 다시 상기 주 배관으로 유체가 이동하는 순환 구조를 형성하는 삼중수소 감시기 교정장치.
  3. 제1항에서,
    상기 볼륨탱크는 서로 다른 부피를 가지는 삼중수소 감시기 교정장치.
  4. 제3항에서,
    상기 볼륨탱크는 상기 압력 조정기로부터 멀어질수록 상기 부피가 증가하는 삼중수소 감시기 교정장치.
  5. 제1항에서,
    상기 배관과 연결되어 질소를 공급하는 질소 공급부
    를 더 포함하는 삼중수소 감시기 교정장치.
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