KR20240077036A - Muon tomography system using muon detector based on plastic scintillator and wavelength shifting fiber for monitoring of spent fuel - Google Patents

Muon tomography system using muon detector based on plastic scintillator and wavelength shifting fiber for monitoring of spent fuel Download PDF

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KR20240077036A
KR20240077036A KR1020220159095A KR20220159095A KR20240077036A KR 20240077036 A KR20240077036 A KR 20240077036A KR 1020220159095 A KR1020220159095 A KR 1020220159095A KR 20220159095 A KR20220159095 A KR 20220159095A KR 20240077036 A KR20240077036 A KR 20240077036A
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muon
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plastic scintillator
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정용현
박찬우
정희준
김명수
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한국원자력 통제기술원
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Abstract

본 발명은 미확인 핵물질 탐지, 사용후핵연료 감시, 핵폐기물 저장시설 감시, 공항만에서의 컨테이너 감시 등을 위해 사용되는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템에 관한 것으로, 뮤온의 하전입자를 섬광신호로 변환시키고 상기 변환된 섬광신호를 전달하는 플라스틱 섬광체와, 상기 플라스틱 섬광체로부터 전달받은 상기 변환된 섬광신호를 집속하고 상기 집속된 섬광신호를 전달하는 파장변이섬유, 및 상기 파장변이섬유로부터 전달받은 상기 흡수된 섬광신호를 전기신호로 각각 변환하는 다수의 광센서를 포함하는 뮤온 검출기; 상기 다수의 광센서의 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압을 조절하는 아날로그 신호처리 및 획득부; 상기 아날로그 신호처리 및 획득부의 출력 신호에서 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고, 특정 시간내에 획득된 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 동시계수를 측정하는 디지털 신호처리 및 획득부; 및 상기 디지털 신호처리 및 획득부의 출력신호를 입력받아 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치를 판별하는 검출위치 판별 알고리즘부를 포함하며, 상기 검출위치 판별 알고리즘부에서 판별된 상기 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치에 기초하여, 상기 뮤온 검출기는 상기 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치를 동시에 판별한다.The present invention relates to a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and wavelength shift fiber used for detection of unidentified nuclear materials, monitoring of spent nuclear fuel, monitoring of nuclear waste storage facilities, and container monitoring in airport bays, A plastic scintillator that converts muon charged particles into a flash signal and transmits the converted flash signal, a wavelength shift fiber that focuses the converted flash signal received from the plastic scintillator and transmits the focused flash signal, and the above A muon detector including a plurality of optical sensors each converting the absorbed scintillation signal transmitted from the wavelength shift fiber into an electric signal; an analog signal processing and acquisition unit that amplifies the output signals of the plurality of optical sensors and adjusts signal rise time, fall time, signal width, and offset voltage; Obtain signal response position, signal size, and signal measurement time information from the output signal of the analog signal processing and acquisition unit, and compare the signal measurement time for the charged particle acquired within a specific time to pass through the muon detector to determine whether the charged particle passed at the same time. A digital signal processing and acquisition unit that measures the simultaneous coefficient of counting signals; and a detection position determination algorithm unit that receives the output signal of the digital signal processing and acquisition unit and determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon, and detects the Based on the position and Y-axis detection position, the muon detector simultaneously determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon.

Description

플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템{MUON TOMOGRAPHY SYSTEM USING MUON DETECTOR BASED ON PLASTIC SCINTILLATOR AND WAVELENGTH SHIFTING FIBER FOR MONITORING OF SPENT FUEL}Muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber {MUON TOMOGRAPHY SYSTEM USING MUON DETECTOR BASED ON PLASTIC SCINTILLATOR AND WAVELENGTH SHIFTING FIBER FOR MONITORING OF SPENT FUEL}

본 발명은 뮤온 단층촬영 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미확인 핵물질 탐지, 사용후핵연료 감시, 핵폐기물 저장시설 감시, 공항만에서의 컨테이너 감시 등을 위해 사용되는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a muon tomography system, and more specifically, to a plastic scintillator and wavelength-shifting fiber-based system used for detection of unidentified nuclear materials, monitoring of spent nuclear fuel, monitoring of nuclear waste storage facilities, and container monitoring in airport bays. This relates to a muon tomography system using a muon detector.

최근, 다양한 분야에서 방사성 물질의 사용이 증가하고 있다. 이러한 환경에서는 방사성 물질의 도난, 분실, 탈취와 같은 위험성 또한 같이 증가한다. 이 중, 핵테러와 같은 방법으로 방사성 물질 악용 가능성이 대두되면서, 방사성 물질을 감시해야 할 필요성이 증가하고 있다.Recently, the use of radioactive materials is increasing in various fields. In this environment, risks such as theft, loss, and seizure of radioactive materials also increase. Among these, as the possibility of radioactive materials being misused in ways such as nuclear terrorism is emerging, the need to monitor radioactive materials is increasing.

이로 인해, 사용후핵연료, 핵폐기물, 미확인 핵물질 등의 도난 및 불법이전을 사전에 방지하는 것은 중요한 사안이다. 따라서 미확인 핵물질 탐지, 사용후핵연료 감시, 핵폐기물 저장시설 감시, 공항만에서의 컨테이너 감시 등을 위하여 핵물질을 보관하는 차폐체 내부를 탐지할 수 있는 검출 시스템의 개발이 필요하다.For this reason, it is important to prevent the theft and illegal transfer of spent nuclear fuel, nuclear waste, and unidentified nuclear materials in advance. Therefore, it is necessary to develop a detection system that can detect the inside of the shield storing nuclear materials for the purpose of detecting unidentified nuclear materials, monitoring spent nuclear fuel, monitoring nuclear waste storage facilities, and monitoring containers in airport bays.

이를 위해 기존에는 다양한 엑스선, 감마선, 그리고 중성자 계수 기반의 기술을 활용하였다. 이러한 기술들은 낮은 검출효율 및 이용자 피폭과 같은 한계점으로 인해 실제 사용에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.For this purpose, various X-ray, gamma-ray, and neutron counting-based technologies were used. These technologies have problems that make them difficult to apply in actual use due to limitations such as low detection efficiency and user exposure.

전술한 한계점을 보완할 수 있는 뮤온(Muon)을 활용한 단층 촬영 시스템을 활용하는 방법에 대한 연구가 전세계적으로 진행되고 있다. 이러한 뮤온은 우주에서 날아오는 양성자나 하전입자가 대기권과 상호작용하여 생성되며, 물질과 상호작용하면서 다중쿨롱산란을 하는 특징이 있다. 이러한 뮤온을 사용하는 단층 촬영 시스템은 뮤온의 높은 에너지로 인해 투과력이 좋아 콘크리트 및 철과 같은 물질을 투과할 수 있는 장점이 있다. 또한, 원자번호(Z)가 높은 물질과 반응할 때 산란 각도가 커지기 때문에 산란각도 계산을 통해 물질의 원자번호(Z) 판별이 가능하다. 그리고 자연방사선의 일종인 뮤온을 이용하여 이용자 피폭 문제가 없다는 장점이 있다. Research is being conducted worldwide on how to utilize a tomography system using muons to compensate for the above-mentioned limitations. These muons are created when protons or charged particles flying from space interact with the atmosphere, and have the characteristic of multiple Coulomb scattering while interacting with materials. A tomography system using muons has the advantage of being able to penetrate materials such as concrete and iron due to its good penetrating power due to the high energy of muons. Additionally, since the scattering angle increases when reacting with a material with a high atomic number (Z), it is possible to determine the atomic number (Z) of the material by calculating the scattering angle. Additionally, it has the advantage of using muons, a type of natural radiation, so there is no problem with user exposure.

현재 사용후핵연료 모니터링 시스템 구성을 위해 이용되고 있는 뮤온 검출 기술로는 가스뮤온 검출기(Gas-drift tubes), 기체 전자 증폭 뮤온 검출기(Gas electron multiplier detector) 등이 있다. Muon detection technologies currently used to construct spent nuclear fuel monitoring systems include gas-drift tubes and gas electron multiplier detectors.

그러나, 가스뮤온 검출기의 경우, 공간분해능이 높고 반응시간이 빠르다는 장점이 있지만, 기체 기반의 뮤온 검출기 사용으로 인한 검출효율이 낮다는 문제점이 있다. 또한, 측정된 뮤온의 2차원 검출위치 판별을 위해 X축 위치를 검출하는 부분과 Y축 위치를 검출하는 부분을 별도로 구성해야 하기 때문에 뮤온 검출기가 2중 구조로 제작되어야 한다는 문제점이 있다. However, gas muon detectors have the advantage of high spatial resolution and fast response time, but have the problem of low detection efficiency due to the use of gas-based muon detectors. In addition, there is a problem that the muon detector must be manufactured in a double structure because the part that detects the X-axis position and the part that detects the Y-axis position must be separately configured to determine the two-dimensional detection position of the measured muon.

또한, 기체 전자 증폭 뮤온 검출기의 경우, 공간분해능이 높고 반응시간이 빠르며 단일 구조의 뮤온 검출기로도 뮤온의 X축, Y축 검출위치 판별을 동시에 할 수 있다는 장점이 있으나, 기체 기반의 뮤온 검출기 사용으로 인한 낮은 검출효율 때문에 검출시간의 증가를 야기하는 문계점이 있다.In addition, the gas electron-amplified muon detector has the advantage of high spatial resolution, fast response time, and the ability to simultaneously determine the detection location of the muon on the X and Y axes with a single-structure muon detector. There is a problem that causes an increase in detection time due to low detection efficiency.

따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 우라늄과 플루토늄과 같은 높은 원자번호가지는 물질을 모니터링하기 위한 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 제공하고자 하는 것이다.Therefore, the purpose of the present invention was to solve the above problems, and to provide a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber for monitoring materials with high atomic numbers such as uranium and plutonium. This is what I want to do.

본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 뮤온의 하전입자를 섬광신호로 변환시키고 상기 변환된 섬광신호를 전달하는 플라스틱 섬광체와, 상기 플라스틱 섬광체로부터 전달받은 상기 변환된 섬광신호를 집속하고 상기 집속된 섬광신호를 전달하는 파장변이섬유, 및 상기 파장변이섬유로부터 전달받은 상기 흡수된 섬광신호를 전기신호로 각각 변환하는 다수의 광센서를 포함하는 뮤온 검출기; 상기 다수의 광센서의 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압을 조절하는 아날로그 신호처리 및 획득부; 상기 아날로그 신호처리 및 획득부의 출력 신호에서 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고, 특정 시간내에 획득된 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 동시계수를 측정하는 디지털 신호처리 및 획득부; 및 상기 디지털 신호처리 및 획득부의 출력신호를 입력받아 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치를 판별하는 검출위치 판별 알고리즘부를 포함하며, 상기 검출위치 판별 알고리즘부에서 판별된 상기 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치에 기초하여, 상기 뮤온 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치를 동시에 판별한다.The muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention includes a plastic scintillator that converts charged particles of muons into a scintillation signal and transmits the converted scintillation signal, and the above received from the plastic scintillator. A muon detector including a wavelength shift fiber that focuses the converted scintillation signal and transmits the focused scintillation signal, and a plurality of optical sensors that each convert the absorbed scintillation signal transmitted from the wavelength shift fiber into an electrical signal; an analog signal processing and acquisition unit that amplifies the output signals of the plurality of optical sensors and adjusts signal rise time, fall time, signal width, and offset voltage; Obtain signal response position, signal size, and signal measurement time information from the output signal of the analog signal processing and acquisition unit, and compare the signal measurement time for the charged particle acquired within a specific time to pass through the muon detector to determine whether the charged particle passed at the same time. A digital signal processing and acquisition unit that measures the simultaneous coefficient of counting signals; and a detection position determination algorithm unit that receives the output signal of the digital signal processing and acquisition unit and determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon, and detects the Based on the position and Y-axis detection position, the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon charged particle are simultaneously determined.

또한, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 뮤온의 하전입자를 섬광신호로 변환시키고 상기 변환된 섬광신호를 전달하는 플라스틱 섬광체와, 상기 플라스틱 섬광체로부터 전달받은 상기 변환된 섬광신호를 집속하고 상기 집속된 섬광신호를 전달하는 파장변이섬유, 및 상기 파장변이섬유로부터 전달받은 상기 흡수된 섬광신호를 전기신호로 각각 변환하는 다수의 광센서를 포함하는 뮤온 검출기; 상기 뮤온 검출기 간에 배치된 사용후핵연료봉이 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체; 상기 다수의 광센서의 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압을 조절하는 아날로그 신호처리 및 획득부; 상기 아날로그 신호처리 및 획득부의 출력 신호에서 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고, 특정 시간내에 획득된 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 동시계수를 측정하는 디지털 신호처리 및 획득부; 및 상기 디지털 신호처리 및 획득부의 출력신호를 입력받아 상기 뮤온의 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치를 동시에 판별하는 검출위치 판별 알고리즘부를 포함하며, 상기 검출위치 판별 알고리즘부에서 판별된 상기 뮤온의 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치에 기초하여, 상기 사용후핵연료 집합체에서 배출된 사용후핵연료의 위치를 판별한다.In addition, the muon tomography system using a plastic scintillator and a muon detector based on a wavelength shift fiber according to the present invention includes a plastic scintillator that converts charged particles of muons into a scintillation signal and transmits the converted scintillation signal, and a plastic scintillator that transmits the converted scintillation signal from the plastic scintillator. A muon detector including a wavelength shift fiber that focuses the received converted scintillation signal and transmits the focused scintillation signal, and a plurality of optical sensors that each convert the absorbed scintillation signal transmitted from the wavelength shift fiber into an electrical signal. ; a spent nuclear fuel assembly fully loaded with spent nuclear fuel rods disposed between the muon detectors; an analog signal processing and acquisition unit that amplifies the output signals of the plurality of optical sensors and adjusts signal rise time, fall time, signal width, and offset voltage; Obtain signal response position, signal size, and signal measurement time information from the output signal of the analog signal processing and acquisition unit, and compare the signal measurement time for the charged particle acquired within a specific time to pass through the muon detector to determine whether the charged particle passed at the same time. A digital signal processing and acquisition unit that measures the simultaneous coefficient of counting signals; And a detection position determination algorithm unit that receives the output signal of the digital signal processing and acquisition unit and simultaneously determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the charged particle of the muon, wherein the detection position determination algorithm unit determines Based on the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon charged particle, the position of the spent nuclear fuel discharged from the spent nuclear fuel assembly is determined.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 설계상 단일 구조로 구성된 하나의 뮤온 검출기를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득할 수 있어, 제조비용이 상대적으로 저렴하다는 이점이 있다.As described above, the muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention can simultaneously acquire the X and Y axis positions through a single muon detector composed of a single structure by design, It has the advantage of relatively low manufacturing costs.

또한, 뮤온 측정을 위한 충분한 밀도를 가진 플라스틱 섬광체를 사용하기에, 검출효율과 짧은 검출시간을 제공할 수 있다는 이점이 있다.Additionally, since a plastic scintillator with sufficient density for muon measurement is used, there is an advantage in that it can provide detection efficiency and short detection time.

또한, 설계상 단일 구조로 구성된 하나의 뮤온 검출기 및 상대적으로 저렴한 플라스틱 섬광체를 사용하기 때문에 대면적 뮤온 검출기 구성에 유리하다는 이점이 있다.In addition, because it uses a single muon detector composed of a single structure in design and a relatively inexpensive plastic scintillator, it has the advantage of being advantageous in constructing a large-area muon detector.

도 1은 통상의 뮤온의 다중 쿨롱 산란을 개략적으로 도시한 도시도이다.
도 2는 통상의 PoCA 알고리즘을 사용하여 복원된 이미지의 예를 도시한 도시도이다.
도 3은 통상의 뮤온 단층 촬영 시스템을 개략적으로 도시한 도시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 개략적 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 구현을 개략적으로 도시한 도시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 사용후핵연료 집합체를 도시한 도시도이다.
도 7a 내지 도 7c는 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션된 라인 프로파일을 도시한 도시도이다.
도 8a 내지 도 8c는 2번째 열 및 4번째 열이 배출된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션된 라인 프로파일을 도시한 도시도이다.
Figure 1 is a diagram schematically showing multiple Coulomb scattering of a typical muon.
Figure 2 is a diagram showing an example of an image restored using a typical PoCA algorithm.
Figure 3 is a diagram schematically showing a typical muon tomography system.
Figure 4 is a schematic block diagram of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.
Figure 5 is a diagram schematically showing the implementation of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.
Figure 6 is a diagram showing a spent nuclear fuel assembly simulated using a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.
7A-7C are diagrams illustrating simulated line profiles of a fully loaded spent nuclear fuel assembly.
8A to 8C are diagrams illustrating simulated line profiles of spent fuel assemblies with the second and fourth rows discharged.

이하, 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통하여 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 보다 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략될 것이다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 클라이언트나 운용자, 사용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention will be described in more detail through a detailed description of embodiments with reference to the drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technology or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the client, operator, or user. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

도면 전체에 걸쳐 같은 참조번호는 같은 구성 요소를 가리킨다.Like reference numbers refer to like elements throughout the drawings.

도 1은 통상의 뮤온의 다중 쿨롱 산란을 개략적으로 도시한 도시도이며, 도 2는 통상의 PoCA 알고리즘을 사용하여 복원된 이미지의 예를 도시한 도시도이며, 도 3은 통상의 을 개략적으로 도시한 도시도이며, 도 4는 본 발명에 따른 의 개략적 블록 구성도이며, 도 5는 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 구현을 개략적으로 도시한 도시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 사용후핵연료 집합체를 도시한 사용후핵연료 모니터링을 위한 도시도이며, 도 7a 내지 도 7c는 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션된 라인 프로파일을 도시한 도시도이며, 도 8a 내지 도 8c는 2번째 열 및 4번째 열이 배출된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션된 라인 프로파일을 도시한 도시도이다.Figure 1 is a diagram schematically showing multiple Coulomb scattering of a typical muon, Figure 2 is a diagram schematically showing an example of an image restored using a typical PoCA algorithm, and Figure 3 is a schematic diagram showing a typical image. It is a schematic diagram, Figure 4 is a schematic block diagram of according to the present invention, and Figure 5 is a schematic illustration of the implementation of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and wavelength shift fiber according to the present invention. Figure 6 is a diagram for spent nuclear fuel monitoring showing a spent nuclear fuel assembly simulated using a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention, Figure 7a Figures 7c are diagrams showing simulated line profiles of fully loaded spent fuel assemblies, and Figures 8a - 8c are diagrams showing simulated line profiles of spent fuel assemblies with the second and fourth rows discharged. It is also a city.

뮤온 단층 촬영의 원리Principles of muon tomography

태양계의 고에너지 입자인 1차 입자(주로, 고에너지 양성자와 무거운 원자 핵)는 지구의 상층 대기와 상호 작용하여 파이온을 생성하며, 하전된 파이온은 하전된 뮤온으로 붕괴한다.Primary particles (mainly high-energy protons and heavy atomic nuclei), which are high-energy particles in the solar system, interact with the Earth's upper atmosphere to generate pions, and charged pions decay into charged muons.

이렇게 생성된 뮤온은 전자보다 200배 무거운 105.7 MeV/c2의 질량을 가지며, 포지티브 대 네거티브 플럭스의 전하 비율은 약 1.3이다.The muon created in this way has a mass of 105.7 MeV/c2, which is 200 times heavier than the electron, and the charge ratio of positive to negative flux is about 1.3.

또한, 뮤온은 해수면에서 1/cm2/min의 유속으로 평균 에너지가 3~4 GeV인 고 침투성 입자이기에, 뮤온이 물질을 통과할 때 쿨롱 힘의 영향을 받는다, 뮤온이 물질의 원자를 통과할 때 전자를 공격하여 분자 궤도에서 전자를 제거할 수 있는데, 이를 이온화라고 한다. In addition, muons are highly penetrative particles with an average energy of 3 to 4 GeV at a flow rate of 1/cm2/min at sea level, so they are affected by the Coulomb force when muons pass through materials. When muons pass through atoms of materials. By attacking electrons, electrons can be removed from molecular orbitals, which is called ionization.

이하, 도 1을 참조하여 통상의 뮤온의 다중 쿨롱 산란을 살펴보고자 한다.Hereinafter, we will look at the multiple Coulomb scattering of typical muons with reference to FIG. 1.

도 1에 도시된 바와 같이, 뮤온은 물질의 원자핵과 상호 작용하기 때문에 작은 각도 편차가 많이 발생하고 전자기 상호 작용을 통해 에너지를 잃으며, 이 현상으로 인해 다중 쿨롱 산란이 발생한다. 즉, 뮤온은 통과하는 물질의 핵 전하와 상호작용하여 다중 쿨롱 산란을 일으킨다.As shown in Figure 1, muons interact with the atomic nuclei of the material, resulting in many small angular deviations and losing energy through electromagnetic interactions, which causes multiple Coulomb scattering. In other words, muons interact with the nuclear charges of the material they pass through, causing multiple Coulomb scattering.

이러한, 다중 쿨롱 산란은 뮤온의 들어오는 궤적과 나가는 궤적 사이의 산란각 분포를 초래하며, 초래된 산란 각도 분포는 이하 식 1로 표현될 될 수 있다.This multiple Coulomb scattering results in a scattering angle distribution between the incoming and outgoing trajectories of the muon, and the resulting scattering angle distribution can be expressed as Equation 1 below.

여기서 와 들어오는 뮤온의 속도와 운동량, l/X0은 복사 길이로 나타낸 물질의 두께이다.here and the velocity and momentum of the incoming muon, l/X 0 is the thickness of the material expressed in terms of radiation length.

일반적으로, 고에너지 전하를 띤 입자는 제동복사(bremsstrahlung)에 의해 물질에서 에너지를 잃고, 고 에너지 광자는 쌍 생성에 의해 손실되므로, 제동복사 및 쌍 생성이 발생할 확률은 방사 길이로 나타나며, 방사 길이는 이하 식 2로 정의된다.In general, high-energy charged particles lose energy in matter by bremsstrahlung, and high-energy photons are lost by pair creation, so the probability that bremsstrahlung and pair creation occur is expressed in the radial length. is defined by Equation 2 below.

여기서, A는 물질의 원자 질량, ρ는 물질의 밀도, Z는 물질의 원자 번호이다. Here, A is the atomic mass of the substance, ρ is the density of the substance, and Z is the atomic number of the substance.

통상적으로, 방사 길이는 물질의 원자 번호가 증가함에 따라 감소하므로 산란 각도는 원자 번호에 비례한다. 따라서, 원자 번호가 더 높은 물질은 궤적에서 더 많은 편향을 유발한다. Typically, the radiation length decreases as the atomic number of the material increases, so the scattering angle is proportional to the atomic number. Therefore, materials with higher atomic numbers cause more deflections in the trajectory.

이하, 표 1은 다양한 물질의 방사 길이를 보여준다.Table 1 below shows the radial lengths of various materials.

물질matter Z#Z# 방사 길이(㎝)Radiation length (cm) water 36.0836.08 폴리에틸렌polyethylene 47.947.9 차폐 콘크리트shielding concrete 10.710.7 알루미늄aluminum 1313 8.98.9 steel 2626 1.761.76 구리copper 2929 1.431.43 텅스텐tungsten 7474 0.350.35 lead 8282 0.560.56 우라늄uranium 9292 0.320.32

뮤온 단층 촬영Muon tomography

뮤온 단층 촬영은 물질의 원자 번호(Z)에 비례하는 뮤온의 다중 쿨롱 산란으로 인한 산란 각도를 사용한다. 뮤온의 궤적을 추적하여 처짐 정도를 계산한 다음 물질을 판별할 수 있으므로, 뮤온 단층 촬영은 Z-판별(Z-discrimination)로 알려진 프로세스인 high-Z 물질을 검출하는 데 매우 유용하다.Muon tomography uses the scattering angle due to multiple Coulomb scattering of muons, which is proportional to the atomic number (Z) of the material. Muon tomography is very useful for detecting high-Z material, a process known as Z-discrimination, because the trajectory of the muon can be traced, the degree of deflection can be calculated, and then the material can be identified.

뮤온 단층 촬영을 위한 재구성 알고리즘Reconstruction algorithm for muon tomography

뮤온 단층 촬영은 뮤온 궤적의 들어오고 나가는 궤적의 교차 포인트로 표적 위치를 결정하고, 궤적 사이의 정도의 차이로 물질의 원자번호를 결정한다. Muon tomography determines the target location by the intersection point of the incoming and outgoing muon trajectories, and determines the atomic number of the material by the difference in degree between the trajectories.

뮤온은 물질을 통과할 때 다수의 작은 각도 산란을 많이 겪기에, 뮤온이 상호 작용하는 특정 위치를 계산하기가 어렵다. 이를 해결하기 위해, 2 개의 뮤온 궤적의 스큐(skew) 라인의 가장 가까운 포인트를 계산하는 PoCA(Point-of-Closest-Approach) 알고리즘이 사용된다.Muons undergo a lot of small-angle scattering as they pass through matter, making it difficult to calculate the specific locations where muons interact. To solve this, the Point-of-Closest-Approach (PoCA) algorithm is used, which calculates the closest point of the skew line of two muon trajectories.

PoCA 알고리즘은 뮤온 검출기에서 상호 작용의 최소 제곱 피팅으로 얻은 가장 가까운 위치를 근사하고 두 개의 장착된 트랙 사이의 산란 각도를 계산한다. 트랙 사이의 가장 짧은 선은 두 선 사이에서 가장 가까운 포인트 쌍을 찾아 계산되며, 선의 중간 포인트가 뮤온의 산란 포인트로 간주된다.The PoCA algorithm approximates the nearest position obtained by least squares fitting of the interactions in the muon detector and calculates the scattering angle between the two mounted tracks. The shortest line between tracks is calculated by finding the closest pair of points between the two lines, and the midpoint of the line is taken as the scattering point of the muon.

이하, 도 2를 참조하여, 통상의 통상의 PoCA 알고리즘을 사용하여 복원된 이미지의 예를 살펴보고자 한다. Hereinafter, with reference to FIG. 2, we will look at an example of an image restored using a typical PoCA algorithm.

도 2에 도시된 바와 같은 통상의 PoCA 알고리즘을 사용하여 복원된 이미지의 예에서, 데이터 포인트는 뮤온이 표적과 상호작용하여 산란된 위치를 의미한다. 이 위치는 PoCA 알고리즘을 사용하여 추정되며, 포인트의 색상은 계산된 산란 각도를 의미하며, 우측의 색상 막대는 산란 각도의 분포를 나타낸다.In an example of an image restored using a conventional PoCA algorithm as shown in Figure 2, the data points represent the positions where muons were scattered by interacting with the target. This position is estimated using the PoCA algorithm, the color of the point represents the calculated scattering angle, and the color bar on the right represents the distribution of scattering angles.

Pb(납), U(우라늄)과 같은 high-Z 타겟 물질에서 하이앵글 포인트가 재구성되며, 우라늄 타겟을 통과한 대부분의 뮤온은 4~7°산란되어 있다.High-angle points are reconstructed from high-Z target materials such as Pb (lead) and U (uranium), and most muons that pass through the uranium target are scattered at 4 to 7°.

뮤온 단층 촬영 시스템 모델링Muon tomography system modeling

뮤온 단층 촬영 시스템 모델링은 GEANT4를 사용하여 수행되었다.Muon tomography system modeling was performed using GEANT4.

이하, 도 3을 참조하여 통상의 뮤온 단층 촬영 시스템을 살펴보고자 한다.Hereinafter, we will look at a typical muon tomography system with reference to FIG. 3.

도 3에 도시된 바와같이, 통상의 뮤온 단층 촬영 시스템은 최소 4개의 2차원 위치 감지 뮤온 검출기가 필요하다. 물질 위쪽의 2개의 탐지기와 물질 아래쪽의 다른 2개의 탐지기는 각각 뮤온의 들어오는 궤적과 나가는 궤적을 측정하기에, 뮤온의 산란각과 상호작용 위치를 계산할 수 있다. 그런데, 일반적인 건식저장용기 감시에서는 뮤온 검출기를 용기 아래에 설치할 수 없다.As shown in Figure 3, a typical muon tomography system requires at least four two-dimensional position-sensitive muon detectors. Two detectors on top of the material and two detectors on the bottom of the material measure the incoming and outgoing trajectories of the muon, respectively, so the scattering angle and interaction position of the muon can be calculated. However, in general dry storage container monitoring, the muon detector cannot be installed under the container.

이제 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 구성을 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIG. 4, we will look at the configuration of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 뮤온 검출기(100), 아날로그 신호처리 및 획득부(200), 디지털 신호처리 및 획득부(300), 및 검출위치 판별을 위한 검출위치 판별 알고리즘부(400)로 구성된다.As shown in Figure 4, the muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention includes a muon detector 100, an analog signal processing and acquisition unit 200, and a digital signal processing and acquisition. It consists of a unit 300 and a detection position determination algorithm unit 400 for determining the detection position.

여기서, 뮤온 검출기(100)는 뮤온의 하전입자가 통과하면, 통과한 뮤온의 하전입자를 섬광신호(즉, 광자)로 변환시키는 플라스틱 섬광체(plastic scintillator, 110)와, 변환된 섬광신호를 집속하여 다수의 실리콘 광전자 증배관(silicon photomultiplier, 이하, "SiPM"으로 총칭함) 광센서(150)로 전달하는 파장변이섬유(WLS fiber, wavelength shifting fiber, 130), 및 파장변이섬유(130)로부터 전달된 섬광신호를 전기신호로 변환하는 SiPM 광센서(150)로 구성되며, SiPM 광센서(150)로부터 출력된 SiPM 광센서 출력신호를 아날로그 신호처리 및 획득부(200)로 전달한다.Here, the muon detector 100 includes a plastic scintillator (110) that converts the charged particles of the muon into scintillation signals (i.e. photons) when the charged particles of the muon pass through, and focuses the converted scintillation signal. A plurality of silicon photomultipliers (hereinafter collectively referred to as “SiPM”) are transmitted from the wavelength shifting fiber (WLS fiber, 130) transmitted to the optical sensor 150, and the wavelength shifting fiber 130. It consists of a SiPM optical sensor 150 that converts the flash signal into an electrical signal, and transmits the SiPM optical sensor output signal output from the SiPM optical sensor 150 to the analog signal processing and acquisition unit 200.

또한, 아날로그 신호처리 및 획득부(200)는 SiPM 광센서(150)로부터 전달받은 SiPM 광센서 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압 등을 조절하며, 조절된 신호를 디지털 신호처리 및 획득부(300)로 전달한다.In addition, the analog signal processing and acquisition unit 200 amplifies the SiPM optical sensor output signal received from the SiPM optical sensor 150, adjusts the signal rise time, fall time, signal width, offset voltage, etc., and adjusts the adjusted signal. is transmitted to the digital signal processing and acquisition unit 300.

또한, 디지털 신호처리 및 획득부(300)는 아날로그 신호처리 및 획득부(200)로부터 전달받은 조절된 신호를 ADC, TDC, FPGA(Field-Programmable Gate Array), 또는 ASICs(Application Specific Integrated Circuits)를 통하여 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고 특정 시간내에 획득된 뮤온의 하전입자가 뮤온 검출기(100)를 통과한 신호측정시간을 비교하여 동시계수를 측정한다. 여기서, 동시계수는 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 계수이다.In addition, the digital signal processing and acquisition unit 300 processes the adjusted signal received from the analog signal processing and acquisition unit 200 through ADC, TDC, FPGA (Field-Programmable Gate Array), or ASICs (Application Specific Integrated Circuits). Through this, information on the signal reaction position, signal size, and signal measurement time is acquired, and the signal measurement time for the charged muon particles obtained within a specific time to pass through the muon detector 100 is compared to measure the simultaneous coefficient. Here, the simultaneous coefficient is a coefficient calculated by comparing the signal measurement time for the charged particle to pass through the muon detector and counting the signals that passed simultaneously.

또한, 검출위치 판별 알고리즘부(400)는 디지털 신호처리 및 획득부(300)로부터 디지털화된 출력신호를 컴퓨터로 입력받아 뮤온의 X축 검출위치, Y축 검출위치를 판별한다. 검출위치 판별 알고리즘부(400)는 SiPM 광센서(150)의 출력신호 중 신호측정시간 정보를 활용하여 단일 뮤온 입자로 인해 발생한 출력신호라는 것을 동시계수 판별을 통해 확인하며, 출력신호 중 신호크기 정보를 활용하여 동시에 발생한 출력신호의 신호크기 합계를 문턱값과의 비교를 통해 잡음(noise)을 제거하며, 출력신호 중 신호반응위치와 신호크기 정보를 활용하여 X축 검출위치 알고리즘 적용하며, 출력신호 중 신호반응위치와 신호크기 정보를 활용하여 Y축 검출위치 알고리즘 적용함으로써, 뮤온 검출위치(X, Y)를 판별한다.In addition, the detection position determination algorithm unit 400 receives the digitized output signal from the digital signal processing and acquisition unit 300 into a computer and determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the muon. The detection position determination algorithm unit 400 uses signal measurement time information among the output signals of the SiPM optical sensor 150 to confirm through simultaneous coefficient discrimination that the output signal is generated by a single muon particle, and signal size information among the output signals. It removes noise by comparing the sum of the signal sizes of simultaneously generated output signals with the threshold value, and applies the X-axis detection position algorithm using the signal response position and signal size information among the output signals. By applying the Y-axis detection position algorithm using the signal response position and signal size information, the muon detection position (X, Y) is determined.

한편, X축 검출위치 알고리즘은 인접한 파장변이섬유(130) 간의 출력신호 분포를 앵거 로직(Anger logic)을 활용하여 분석함으로써 X축 위치를 획득하는 방식이다. 즉, X축 검출위치 알고리즘은 N번째 파장변이섬유(130)의 끝에 위치한 SiPM 광센서(150)에서 측정된 신호를 SiPMa n 으로, N번째 파장변이섬유(130)의 반대편 끝에 위치한 SiPM 광센서(150)에서 측정된 신호를 SiPMb n 으로 각각 정의하고, 신호의 합계인 N번째 파장변이섬유에서 측정된 총 신호를 SiPMtotal n 으로 정의한다. N번째 파장변이섬유 신호의 합인 SiPMtotal n들과 앵거 로직을 활용하여 이하 수식과 같이 X축 위치를 판별한다.Meanwhile, the X-axis detection position algorithm is a method of obtaining the X-axis position by analyzing the output signal distribution between adjacent wavelength shift fibers 130 using Anger logic. In other words , the The signals measured in (150) are respectively defined as SiPM b n , and the total signal measured at the Nth wavelength shift fiber, which is the sum of the signals, is defined as SiPM total n . SiPM total n , which is the sum of the Nth wavelength shift fiber signals, and Anger logic are used to determine the X-axis position as shown in the formula below.

여기서, X는 X 방향에서의 뮤온 상호작용이며, w는 가중계수이다.Here, X is the muon interaction in the X direction, and w is the weighting factor.

이에 반해, Y축 검출위치 알고리즘은 하나의 파장변이섬유(130)에 부착된 두 개의 SiPM 광센서(150) 간의 신호 크기 비율을 계산하여 Y축 위치를 획득한다. X축 검출위치 알고리즘과 동일하게 N번째 파장변이섬유(130)의 끝에 위치한 SiPM 광센서(150)에서 측정된 신호를 SiPMa n 으로, N번째 파장변이섬유(130)의 반대편 끝에 위치한 SiPM 광센서(150)에서 측정된 신호를 SiPMb n 으로 각각 정의한다. N번째 파장변이섬유(130)에서 측정된 신호들의 비율(ratio)을 계산하고 이하 수식을 통해 Y축 위치를 판별한다. On the other hand, the Y-axis detection position algorithm calculates the signal size ratio between the two SiPM optical sensors 150 attached to one wavelength shift fiber 130 to obtain the Y-axis position. In the same way as the The signals measured in (150) are respectively defined as SiPM b n . The ratio of signals measured at the Nth wavelength shift fiber 130 is calculated and the Y-axis position is determined using the formula below.

여기서 Y는 Y 방향에서의 뮤온 상호작용이다.Here Y is the muon interaction in the Y direction.

이러한 알고리즘은 하나의 뮤온 검출기(100)를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득할 수 있으며, 대면적 플라스틱 섬광체(110)에서 발생된 광자를 적은 수의 SiPM 광센서(150)를 사용하여 수집하기 때문에 필요한 채널수를 감소시킨다. 따라서, 아날로그 신호처리 획득부(200) 및 디지털 신호처리 및 획득부(300)를 간소화하여 개발비용 절감의 효과를 가질 수 있다.This algorithm can simultaneously acquire the Therefore, the number of channels required is reduced. Therefore, the analog signal processing and acquisition unit 200 and the digital signal processing and acquisition unit 300 can be simplified to reduce development costs.

본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 단일 구조로 구성된 하나의 뮤온 검출기(100)를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득할 수 있고 상대적으로 저렴한 플라스틱 섬광체(110)를 사용하기 때문에 대면적 뮤온 검출기 구성에 유리하다. 또한, 플라스틱 섬광체(110)는 뮤온 측정을 위한 충분한 밀도를 가지고 있어 상대적으로 높은 검출효율을 가지는 장점이 있다.The muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention can simultaneously acquire the Because it uses (110), it is advantageous for constructing a large-area muon detector. In addition, the plastic scintillator 110 has a sufficient density for muon measurement and has the advantage of relatively high detection efficiency.

이에 반해, 종래의 뮤온 검출기 구조는 플라스틱 섬광체 위아래로 파장변이섬유를 배열하여 하나의 뮤온 검출기를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득하고자 하였다. 이렇게 넓은 면적의 플라스틱 섬광체를 사용하는 뮤온 검출기 특성상 전체 면적에서의 공간분해능이 균일하게 측정되어야 하지만, 이전 구조에서는 공간분해능이 균일하지 못하고 광센서와 떨어진 영역에서는 공간분해능이 낮게 측정되는 한계점이 있었다.In contrast, the conventional muon detector structure attempted to simultaneously acquire the X and Y axis positions through a single muon detector by arranging wavelength shift fibers above and below a plastic scintillator. Due to the nature of the muon detector using a plastic scintillator with such a large area, the spatial resolution must be measured uniformly over the entire area, but in the previous structure, the spatial resolution was not uniform and there were limitations in measuring the spatial resolution at a low level in areas far from the optical sensor.

따라서, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 통상의 뮤온 검출기 구조의 한계점을 보완하기 위해 플라스틱 섬광체의 상단면에만 파장변이섬유를 부착하고 X, Y 축 위치를 알고리즘을 이용하여 동시에 측정하였다. Therefore, the muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention attaches a wavelength shift fiber only to the top surface of the plastic scintillator to compensate for the limitations of the typical muon detector structure and The positions were measured simultaneously using an algorithm.

본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 인위적인 선원이 요구되지 않기 때문에 구성이 간단하고, 작업자의 피폭 문제가 없다는 장점이 있다. 뮤온 단층촬영 시스템용 뮤온 검출기(100)는 플라스틱 섬광체(110)로 구성되어 있어 뮤온 측정을 위한 충분한 밀도를 가지고 있어 상대적으로 높은 검출효율을 가진다. 또한, 뮤온 검출기의 설계상 하나의 뮤온 검출기를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득할 수 있는 장점이 있고 상대적으로 저렴한 플라스틱 섬광체가 사용되기 때문에 경제적인 측면에서의 장점이 있다. 본 발명에 따른 뮤온 검출기(100)는 목적인 사용후핵연료 건전성 검증, 공항만의 컨테이너 검사, 핵폐기물 드럼 검사 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.The muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength-shifting fiber according to the present invention has the advantage of being simple in construction because it does not require artificial sources and eliminating the problem of worker radiation exposure. The muon detector 100 for the muon tomography system is composed of a plastic scintillator 110 and has sufficient density for muon measurement, resulting in relatively high detection efficiency. In addition, due to the design of the muon detector, there is an advantage in that the X and Y axis positions can be acquired simultaneously through a single muon detector, and there is an economic advantage because a relatively inexpensive plastic scintillator is used. It is expected that the muon detector 100 according to the present invention can be used for the purposes of verifying the health of spent nuclear fuel, inspecting containers only at airports, and inspecting nuclear waste drums.

이제, 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 구현을 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIG. 5, we will look at the implementation of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 구현은 각각 한 쌍의 뮤온 검출기(100)가 사선으로 배치하도록 설계한다. 들어오고 나가는 뮤온을 추적하기 위한 각각 한 쌍의 뮤온 검출기(100)는 높이 차이가 100cm인 타겟의 반대쪽에 배치된다. 200 x 200cm2 크기의 각 뮤온 검출기(100)는 플라스틱 섬광체(110), 파장변이섬유(130), 및 SiPM 광센서(150)로 구현되는데, 가늘고 긴 파장변이섬유(110)를 플라스틱 섬광체(110) 상단에 부착하고, 각 파장변이섬유(110)의 양 끝에 SiPM 광센서(150)를 연결한다. 뮤온 검출기(100)에서 뮤온 상호작용의 X-위치는 파장변이섬유(130) 간의 신호 크기를 비교하여 얻을 수 있고, Y-위치는 하나의 파장변이섬유(130)에 부착된 2개의 SiPM 광센서(150) 간의 신호 크기를 비교하여 얻을 수 있기에, 하나의 뮤온 검출기로 X 및 Y 위치를 동시에 검출할 수 있다. X 및 Y 위치를 검출할 수 있는 뮤온 검출기의 공간 분해능을 평가하고, 뮤온 검출기를 공간 분해능을 기반으로 픽셀로 분할한다. 20 x 20 x 10cm3 크기의 리드 블록이 FOV(Field Of View)의 중앙에 위치한다. 뮤온의 에너지는 3 GeV로 설정했고 우주선 샤워 생성기로 구축된 물리적 리스트가 사용된다.As shown in FIG. 5, the implementation of the muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention is designed so that each pair of muon detectors 100 are arranged diagonally. A pair of muon detectors 100 for tracking incoming and outgoing muons are placed on opposite sides of a target with a height difference of 100 cm. Each muon detector 100 with a size of 200 ) Attached to the top, and connect SiPM optical sensors (150) to both ends of each wavelength shift fiber (110). In the muon detector 100, the Since it can be obtained by comparing the signal size between (150), the X and Y positions can be detected simultaneously with a single muon detector. The spatial resolution of the muon detector capable of detecting X and Y positions is evaluated, and the muon detector is divided into pixels based on the spatial resolution. A lead block measuring 20 x 20 x 10 cm 3 is located in the center of the FOV (Field Of View). The energy of the muon is set to 3 GeV and a physical list constructed with a cosmic ray shower generator is used.

본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 성능을 정량적으로 평가하기 위해 감도와 Z-판별이 계산된다. 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템의 성능을 정량적으로 평가하기 위한 2 가지 특징적인 요소는 이하 식 3, 4로 정의된다.Sensitivity and Z-discrimination are calculated to quantitatively evaluate the performance of the muon tomography system using the muon detector based on the plastic scintillator and wavelength shift fiber according to the present invention. Two characteristic factors for quantitatively evaluating the performance of a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber are defined as Equations 3 and 4 below.

식 3에서, 감도는 검출된 뮤온 수와 입사 뮤온 수의 비율, 즉, 들어오는 뮤온의 수에 대한 재구성된 포인트 수의 비율이다.In equation 3, sensitivity is the ratio of the number of detected muons to the number of incident muons, i.e., the ratio of the number of reconstructed points to the number of incoming muons.

Z-판별은 검출된 총 뮤온 수에 대한 타겟에 일정 정도로 산란된 뮤온 수의 비율이다. Z-판별은 표적의 위치와 원자 번호(Z)에 대한 정보를 제공한다. 감도와 Z-판별이 모두 증가하면 사용후핵연료 모니터링 시스템의 성능이 더 우수한 것으로 간주될 수 있다.Z-discrimination is the ratio of the number of muons scattered to a certain extent on the target to the total number of muons detected. Z-discrimination provides information about the target's location and atomic number (Z). If both sensitivity and Z-discrimination are increased, the performance of the spent fuel monitoring system can be considered better.

사용후핵연료에 대한 뮤온 단층 촬영 시스템 시뮬레이션 모니터링Muon tomography system simulation monitoring for spent nuclear fuel

사용후핵연료 집합체의 손실을 검출하기 위해 사용후핵연료에 대한 뮤온 단층 촬영 시스템을 이용하여 Geant4 시뮬레이션을 수행하였다. 타당성 조사는 사용후핵연료를 모델링하고 라인 프로필을 분석하여 수행되었으며, 시뮬레이션에서는 2차원 뮤온 검출기, 사용후핵연료 집합체, 및 외부 차폐가 고려된다. To detect the loss of spent nuclear fuel assemblies, Geant4 simulations were performed using a muon tomography system for spent nuclear fuel. A feasibility study was conducted by modeling spent fuel and analyzing line profiles, and the simulations considered a two-dimensional muon detector, spent fuel assembly, and external shielding.

이제, 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 사용후핵연료 집합체를 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIG. 6, we will look at a spent nuclear fuel assembly simulated using a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템을 사용하여 시뮬레이션된 사용후핵연료 집합체는 8 x 8 사용후핵연료봉으로 구성된 5 x 5 사용후핵연료 집합체 어레이가 외부 차폐 내부에 모델링된다. As shown in FIG. 6, the spent nuclear fuel assembly simulated using a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention is 5 x 5 consisting of 8 x 8 spent nuclear fuel rods. The spent fuel assembly array is modeled inside the external shield.

여기서, 사용후핵연료봉의 길이는 82cm, 직경은 0.95cm이며, 외부 차폐는 스테인리스 스틸(7.92g/cm3)과 Holtite-A 중성자 차폐(1.61g/cm3)로 구성된다.Here, the length of the spent nuclear fuel rod is 82 cm and the diameter is 0.95 cm, and the external shielding is made of stainless steel (7.92 g/cm 3 ) and Holtite-A neutron shielding (1.61 g/cm 3 ).

또한, 외부 치수는 높이 4.5m, 지름 2.4m이며, 사용후핵연료의 농도는 U-234(0.0442%), U-235(5%), U-236(0.023%), U-238(94.9328%)로 설정하며, 사용후핵연료의 밀도는 10.4g/cm3 이다. 뮤온은 LLNL(Lawrence Livermore National Laboratory)에서 배포한 CRY(Cosmic-Ray Shower Generator) 라이브러리를 사용하여 시뮬레이션되며, osmic-ray shower Generator에서 구축한 물리적 리스트가 사용된다.In addition, the external dimensions are 4.5m in height and 2.4m in diameter, and the concentrations of spent nuclear fuel are U-234 (0.0442%), U-235 (5%), U-236 (0.023%), and U-238 (94.9328%). ), and the density of spent nuclear fuel is 10.4g/cm 3 . Muons are simulated using the Cosmic-Ray Shower Generator (CRY) library distributed by Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), and a physical list constructed from the osmic-ray shower generator is used.

또한, 두 가지 경우를 가정한다. 첫째, 모든 연료 집합체가 존재하는 경우와, 둘째, 한 행 또는 열에 있는 연료 집합체가 손실되는 경우를 가정하며, 따라서 Geant4 시뮬레이션은 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체와 배출된 사용후핵연료 집합체의 2번째 열 및 4번째 열의 두 가지 경우에 대해 수행된다.Additionally, two cases are assumed. Firstly, it assumes the case where all fuel assemblies are present and secondly, the case where fuel assemblies in one row or column are lost, so the Geant4 simulation assumes the case of fully loaded spent fuel assemblies and a second row of discharged spent fuel assemblies. and 4th column.

이제, 도 7a 내지 7c를 참조하여 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션화된 라인 프로필을 살펴보고자 한다.We now turn to Figures 7A-7C to examine simulated line profiles of a fully loaded spent fuel assembly.

도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이, 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체에서 분출되는 연료 집합체의 위치를 구별할 수 있음을 보여준다. 여기서, 도 7a는 시뮬레이션화된 사용후핵연료 집합체 및 뮤온 검출기 형상을 도시하며, 도 7b는 재구성된 X-Y 이미지를 도시하며, 도 7c는 라인 프로필을 도시한다. As shown in FIGS. 7A to 7C, it is shown that the position of the fuel assembly ejected from the fully loaded spent nuclear fuel assembly can be distinguished. Here, FIG. 7A shows a simulated spent fuel assembly and muon detector geometry, FIG. 7B shows a reconstructed X-Y image, and FIG. 7C shows a line profile.

이제, 도 8a 내지 8c를 참조하여 2번째 열 및 4번째 열이 배출된 사용후핵연료 집합체의 시뮬레이션화된 라인 프로필을 살펴보고자 한다.Now, with reference to FIGS. 8A to 8C, we will look at the simulated line profiles of the spent fuel assemblies with the second and fourth rows discharged.

도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 2번째 열 및 4번째 열이 배출된 사용후핵연료 집합체에서 분출되는 연료 집합체의 위치를 구별할 수 있음을 보여준다. 여기서, 도 8a는 시뮬레이션화된 사용후핵연료 집합체 및 뮤온 검출기 형상을 도시하며, 도 8b는 재구성된 X-Y 이미지를 도시하며, 도 8c는 라인 프로필을 도시한다. As shown in FIGS. 8A to 8C, the second and fourth rows show that the positions of the fuel assemblies ejected from the discharged spent nuclear fuel assemblies can be distinguished. Here, FIG. 8A shows a simulated spent fuel assembly and muon detector geometry, FIG. 8B shows a reconstructed X-Y image, and FIG. 8C shows a line profile.

본 발명에 사용된 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 사용후핵연료의 물질구성을 규명하기 위한 것이 아니라 사용후핵연료 집합체의 손실을 탐지하는 것을 목적으로 하므로, 우라늄과 플루토늄과 같이 원자번호가 유사한 사용후핵연료의 물질 조성을 구별하는 것은 불가능하나, 시뮬레이션 결과를 바탕으로 건식저장용기 내부의 사용후핵연료 집합체 손실 검사가 가능하며, 이를 위해 대각선으로 배치된 뮤온 단층 촬영 시스템을 활용할 수 있다.The muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber used in the present invention is not intended to determine the material composition of spent nuclear fuel, but rather to detect the loss of spent nuclear fuel assemblies, so uranium and Although it is impossible to distinguish the material composition of spent nuclear fuel with similar atomic numbers, such as plutonium, it is possible to inspect the loss of spent nuclear fuel assemblies inside a dry storage container based on simulation results, and for this purpose, a diagonally arranged muon tomography system is used. You can utilize it.

전술한 바와 같은 본 발명에 따른 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템은 설계상 단일 구조로 구성된 하나의 뮤온 검출기를 통해 X, Y축 위치를 동시에 획득할 수 있어, 제조비용이 상대적으로 저렴하며, 또한, 뮤온 측정을 위한 충분한 밀도를 가진 플라스틱 섬광체를 사용하기에, 검출효율과 짧은 검출시간을 제공할 수 있으며, 또한, 설계상 단일 구조로 구성된 하나의 뮤온 검출기 및 상대적으로 저렴한 플라스틱 섬광체를 사용하기 때문에 대면적 뮤온 검출기 구성에 유리하다.As described above, the muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber according to the present invention can simultaneously acquire the The cost is relatively low, and by using a plastic scintillator with sufficient density for muon measurement, it can provide detection efficiency and short detection time. In addition, by design, it is a single muon detector composed of a single structure and a relative Because it uses an inexpensive plastic scintillator, it is advantageous for constructing a large-area muon detector.

본 발명에서는 시뮬레이션 결과를 기반으로 건식 저장 모니터링을 위한 적절한 기하학적 파라미터를 도출했으며, 본 발명에 따른 뮤온 단층 촬영장치는 건식저장용기의 사용후핵연료를 감시하기에 충분한 타당성을 가지고 있음을 확인하였다.In the present invention, appropriate geometric parameters for dry storage monitoring were derived based on simulation results, and it was confirmed that the muon tomography device according to the present invention has sufficient validity for monitoring spent nuclear fuel in dry storage containers.

이상과 같이 본 발명은 양호한 실시 예에 근거하여 설명하였지만, 이러한 실시 예는 본 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이므로, 본 발명이 속하는 기술분야의 숙련자라면 본 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시 예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능할 것이다. 그러므로, 본 발명의 보호 범위는 본 발명의 기술적 사상의 요지에 속하는 변화 예나 변경 예 또는 조절 예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.As described above, the present invention has been described based on preferred embodiments, but these embodiments are not intended to limit the present invention but are intended to illustrate the present invention, so those skilled in the art to which the present invention pertains can carry out the above-mentioned embodiments without departing from the technical idea of the present invention. Various changes, changes, or adjustments to the example may be possible. Therefore, the protection scope of the present invention should be interpreted as including all changes, modifications, or adjustments that fall within the gist of the technical idea of the present invention.

100: 뮤온 검출기 110: 플라스틱 섬광체
130: 파장변이섬유 150: SiPM 광센서
200: 아날로그 신호처리 및 획득부
300: 디지털 신호처리 및 획득부
400: 검출 위치 판별 알고리즘부
100: muon detector 110: plastic scintillator
130: Wavelength shift fiber 150: SiPM optical sensor
200: Analog signal processing and acquisition unit
300: Digital signal processing and acquisition unit
400: Detection position determination algorithm unit

Claims (9)

뮤온의 하전입자를 섬광신호로 변환시키고 상기 변환된 섬광신호를 전달하는 플라스틱 섬광체와, 상기 플라스틱 섬광체로부터 전달받은 상기 변환된 섬광신호를 집속하고 상기 집속된 섬광신호를 전달하는 파장변이섬유, 및 상기 파장변이섬유로부터 전달받은 상기 흡수된 섬광신호를 전기신호로 각각 변환하는 다수의 광센서를 포함하는 뮤온 검출기;
상기 다수의 광센서의 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압을 조절하는 아날로그 신호처리 및 획득부;
상기 아날로그 신호처리 및 획득부의 출력 신호에서 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고, 특정 시간내에 획득된 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 동시계수를 측정하는 디지털 신호처리 및 획득부; 및
상기 디지털 신호처리 및 획득부의 출력신호를 입력받아 상기 뮤온의 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치를 동시에 판별하는 검출위치 판별 알고리즘부를 포함하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
A plastic scintillator that converts muon charged particles into a flash signal and transmits the converted flash signal, a wavelength shift fiber that focuses the converted flash signal received from the plastic scintillator and transmits the focused flash signal, and the above A muon detector including a plurality of optical sensors each converting the absorbed scintillation signal transmitted from the wavelength shift fiber into an electric signal;
an analog signal processing and acquisition unit that amplifies the output signals of the plurality of optical sensors and adjusts signal rise time, fall time, signal width, and offset voltage;
Obtain signal response position, signal size, and signal measurement time information from the output signal of the analog signal processing and acquisition unit, and compare the signal measurement time for the charged particle acquired within a specific time to pass through the muon detector to determine whether the charged particle passed at the same time. A digital signal processing and acquisition unit that measures the simultaneous coefficient of counting signals; and
Using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber, including a detection position determination algorithm unit that receives the output signal of the digital signal processing and acquisition unit and simultaneously determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the charged particle of the muon. Muon tomography system.
청구항 1에 있어서,
상기 검출위치 판별 알고리즘부는,
상기 다수의 광센서의 출력신호 중 신호측정시간 정보를 활용하여 단일 뮤온 입자로 인해 발생한 출력신호라는 것을 상기 동시계수 판별을 통해 확인하며,
상기 출력신호 중 신호크기 정보를 활용하여 동시에 발생한 출력신호의 신호크기 합계를 문턱값과의 비교를 통해 노이즈를 제거하며,
상기 출력신호 중 신호반응위치와 신호크기 정보를 활용하여 X축 검출위치 알고리즘 적용하며,
상기 출력신호 중 신호반응위치와 신호크기 정보를 활용하여 Y축 검출위치 알고리즘 적용함으로써, 뮤온 검출위치를 판별하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 1,
The detection position determination algorithm unit,
Using signal measurement time information among the output signals of the plurality of optical sensors, it is confirmed through the simultaneous coefficient determination that the output signal is generated by a single muon particle,
Using signal size information among the output signals, noise is removed by comparing the sum of signal sizes of simultaneously generated output signals with a threshold value,
The X-axis detection position algorithm is applied using the signal response position and signal size information among the output signals,
A muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and wavelength shift fiber that determines the muon detection position by applying a Y-axis detection position algorithm using the signal response position and signal size information among the output signals.
청구항 2에 있어서,
상기 X축 검출위치 알고리즘은 인접한 파장변이섬유 간의 출력신호 분포를 앵거 로직(Anger logic)을 활용하여 광점의 중심을 분석함으로써 X축 위치를 획득하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 2,
The X-axis detection position algorithm obtains the X-axis position by analyzing the center of the light spot using Anger logic for the output signal distribution between adjacent wavelength shift fibers. Tomography system.
청구항 2에 있어서,
상기 Y축 검출위치 알고리즘은 하나의 파장변이섬유에 부착된 두 개의 광센서 간의 신호 크기 비율을 계산하여 Y축 위치를 획득하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 2,
The Y-axis detection position algorithm calculates the signal size ratio between two optical sensors attached to one wavelength shift fiber to obtain the Y-axis position. A muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber.
청구항 1에 있어서,
상기 사용후핵연료 모니터링 시스템은 Geant4 시뮬레이션을 통해, 상기 뮤온 검출기 간 거리, FOV(Field Of View), 및 상기 뮤온 검출기의 픽셀 크기에 대한 파라미터를 최적화하며,
상기 뮤온 검출기의 픽셀 크기와 상기 뮤온 검출기 사이의 거리는 Z-판별에 사용되며,
상기 FOV 크기는 감도에 사용되는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 1,
The spent nuclear fuel monitoring system optimizes parameters for the distance between the muon detectors, FOV (Field Of View), and pixel size of the muon detector through Geant4 simulation,
The pixel size of the muon detector and the distance between the muon detector are used for Z-discrimination,
The FOV size is a muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and wavelength shift fiber used for sensitivity.
청구항 1에 있어서,
상기 다수의 검출기는 다수의 실리콘 광전자 증배관(silicon photomultiplier, SiPM) 광센서인 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 1,
A muon tomography system using a plastic scintillator and a wavelength shift fiber-based muon detector, where the plurality of detectors are a plurality of silicon photomultiplier (SiPM) optical sensors.
청구항 1에 있어서,
상기 디지털 신호처리 및 획득부는 상기 아날로그 신호처리 및 획득부로부터 전달받은 조절된 신호를 ADC, TDC, FPGA(Field-Programmable Gate Array), 또는 ASICs(Application Specific Integrated Circuits)를 통하여 상기 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 1,
The digital signal processing and acquisition unit converts the adjusted signal received from the analog signal processing and acquisition unit into the signal response position and signal through ADC, TDC, FPGA (Field-Programmable Gate Array), or ASICs (Application Specific Integrated Circuits). A muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and wavelength shift fiber that acquires size and signal measurement time information.
청구항 1에 있어서,
상기 뮤온 검출기 간에는 사용후핵연료봉이 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체가 배치되는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
In claim 1,
A muon tomography system using a muon detector based on a plastic scintillator and a wavelength shift fiber in which a spent nuclear fuel assembly fully loaded with spent nuclear fuel rods is placed between the muon detectors.
뮤온의 하전입자를 섬광신호로 변환시키고 상기 변환된 섬광신호를 전달하는 플라스틱 섬광체와, 상기 플라스틱 섬광체로부터 전달받은 상기 변환된 섬광신호를 집속하고 상기 집속된 섬광신호를 전달하는 파장변이섬유, 및 상기 파장변이섬유로부터 전달받은 상기 흡수된 섬광신호를 전기신호로 각각 변환하는 다수의 광센서를 포함하는 뮤온 검출기;
상기 뮤온 검출기 간에 배치된 사용후핵연료봉이 완전히 적재된 사용후핵연료 집합체;
상기 다수의 광센서의 출력신호를 증폭하고, 신호 상승시간, 하강시간, 신호폭, 오프셋 전압을 조절하는 아날로그 신호처리 및 획득부;
상기 아날로그 신호처리 및 획득부의 출력 신호에서 신호반응위치, 신호크기, 신호측정시간 정보를 획득하고, 특정 시간내에 획득된 상기 하전입자가 상기 뮤온 검출기를 통과한 상기 신호측정시간을 비교하여 동시에 통과한 신호를 카운트한 동시계수를 측정하는 디지털 신호처리 및 획득부; 및
상기 디지털 신호처리 및 획득부의 출력신호를 입력받아 상기 뮤온의 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치를 동시에 판별하는 검출위치 판별 알고리즘부를 포함하며,
상기 검출위치 판별 알고리즘부에서 판별된 상기 뮤온의 하전입자의 X축 검출위치 및 Y축 검출위치에 기초하여, 상기 사용후핵연료 집합체에서 배출된 사용후핵연료의 위치를 판별하는 플라스틱 섬광체 및 파장변이섬유 기반의 뮤온 검출기를 이용한 뮤온 단층 촬영 시스템.
A plastic scintillator that converts muon charged particles into a flash signal and transmits the converted flash signal, a wavelength shift fiber that focuses the converted flash signal received from the plastic scintillator and transmits the focused flash signal, and the above A muon detector including a plurality of optical sensors each converting the absorbed scintillation signal transmitted from the wavelength shift fiber into an electric signal;
a spent nuclear fuel assembly fully loaded with spent nuclear fuel rods disposed between the muon detectors;
an analog signal processing and acquisition unit that amplifies the output signals of the plurality of optical sensors and adjusts signal rise time, fall time, signal width, and offset voltage;
Obtain signal response position, signal size, and signal measurement time information from the output signal of the analog signal processing and acquisition unit, and compare the signal measurement time for the charged particle acquired within a specific time to pass through the muon detector to determine whether the charged particle passed at the same time. A digital signal processing and acquisition unit that measures the simultaneous coefficient of counting signals; and
It includes a detection position determination algorithm unit that receives the output signal of the digital signal processing and acquisition unit and simultaneously determines the X-axis detection position and Y-axis detection position of the charged particle of the muon,
A plastic scintillator and a wavelength shift fiber that determine the location of spent nuclear fuel discharged from the spent nuclear fuel assembly based on the X-axis detection position and Y-axis detection position of the charged particle of the muon determined by the detection position determination algorithm unit. Muon tomography system using a muon-based muon detector.
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