WO2020130317A1 - 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치 - Google Patents

이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치 Download PDF

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WO2020130317A1
WO2020130317A1 PCT/KR2019/014018 KR2019014018W WO2020130317A1 WO 2020130317 A1 WO2020130317 A1 WO 2020130317A1 KR 2019014018 W KR2019014018 W KR 2019014018W WO 2020130317 A1 WO2020130317 A1 WO 2020130317A1
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radon
air
alpha
particle detection
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고재준
김영권
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주식회사 에프티랩
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    • H01J47/00—Tubes for determining the presence, intensity, density or energy of radiation or particles
    • H01J47/02—Ionisation chambers
    • H01J47/026—Gas flow ionisation chambers

Definitions

  • the present invention uses a characteristic that the half-life of radon (Radon, Rn-222) and debate (Thoron, Rn-220) is significantly different in a radon meter using an ionization chamber so that the two can be easily distinguished and measured. It relates to a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber.
  • the human body is exposed to natural radiation that is normally present in nature and is being investigated, and the natural radiation radiates from space, such as alpha rays, beta rays, gamma rays, etc., emitted from radioactive isotopes present in the atmosphere and soil or rocks.
  • natural radiation such as alpha rays, beta rays, gamma rays, etc.
  • radioactive isotopes present in the atmosphere and soil or rocks.
  • cosmic rays that are irradiated to the human body along with the rays.
  • the human body is being irradiated with artificial radiation (e.g., medical radiation, TV, fluorescent lamps, radiation generated from all products such as computers, transportation means, etc.) generated from the self-citation of civilization in addition to the natural radiation.
  • artificial radiation e.g., medical radiation, TV, fluorescent lamps, radiation generated from all products such as computers, transportation means, etc.
  • the International Atomic Energy Agency sets the recommended value of 3 mSv (radiation irradiation unit) per year, and accordingly, in Korea, the radiation exposure by processed products is 1 mSv or more per year. Radiation safety guide allowances are set to avoid exceeding.
  • radon Radar, Rn-222
  • the irradiation of alpha radiation by radon (Radon, Rn-222) gas contained in the air which accounts for about 50% or more of the radiation dose received by a person among the natural radiation as described above, is particularly separately performed.
  • radon concentration in the air varies from country to country, but is recommended to be maintained at approximately 60 to 200 Bq/m 3 or less, and the Republic of Korea is currently recommending indoor air quality as 4 pCi/l (148 Bq/m). 3 ) is the situation.
  • isotopes in radon classified as radioactive gas there are about 40 isotopes in radon classified as radioactive gas, of which the two are the most stable, Rn-222 with a half-life of 3.8 days and Rn-220 with a half-life of 56 seconds.
  • the rest of the isotopes of radon are very unstable within 1 second and are rarely found in the atmosphere.
  • Rn-220 with a half-life of 56 seconds is an isotope of radon, but unlike Rn-222 originating from the decay chain of uranium (U), it is derived from the decay chain of thorium (Th) and is called thoron. Discussions rarely exist outdoors due to its short half-life, and are rarely found indoors, only 50 cm from the wall or floor. Therefore, the above-mentioned indoor radon concentration recommendation standards for each country are targeted at Rn-222, and what we often refer to as "radon" also means Rn-222, and Rn-220 is classified as a discussion.
  • radon gas which is the main cause of radiation exposure to the general public, continuously moves to the ground through soil or gravel surrounding the building, and penetrates into the room through the space of the building or the pores of concrete.
  • radon that penetrates from surrounding soil is known to be a major cause of indoor radon, and construction materials such as concrete, gypsum board, gravel, and brick are also contaminants of indoor radon.
  • radon since radon is well soluble in water, it also enters the room through the movement of groundwater, and the indoor movement through water penetrates due to the capillary phenomenon or water pressure through the pores of concrete, and the higher the temperature in the room, the pressure The lower it is, the more radon gas is allowed to enter the room.
  • the alpha particle radiation emitted from radon is directly irradiated to the lung cells and the cells are destroyed, so that the primary carcinogen that has a very strong biological effect on humans such as lung cancer induction to be.
  • Radon is a colorless, odorless inert gas, so it is reactive. Since it is difficult to measure directly, the frequency of alpha particles generated when alpha ( ⁇ ) decay of radon is proportional to the concentration of radon, so indoor alpha radon concentration is measured by detecting and using alpha particles in the atmosphere. In other words, detecting alpha particles accurately is a method to accurately measure indoor radon concentration.
  • a device for detecting alpha particles surface barrier type, high purity semiconductor detector (pure Ge), scintillation detector, solid state junction counter, pulse ionization chamber (pulsed ionization chamber) and the like are used.
  • the surface of the semiconductor is formed with a depletion layer such as a p-n junction due to surface level or oxide film, and thus the surface vicinity becomes an obstacle for charge transfer.
  • a depletion layer such as a p-n junction due to surface level or oxide film
  • gold is deposited on the surface of the n-type si at about 100 ⁇ m/cm 2 to make it one electrode, and radiation is incident on the back surface.
  • the thickness of the depletion layer is about 50 to 500 ⁇ m, and it is mainly used for the detection of charged particles generated by alpha radiation because the energy loss at the surface is small, and because of its good energy resolution, it is emitted from radon and debate.
  • the energy difference of alpha particles can be used to distinguish radon from debate. This is called Alpha Spectroscopy.
  • the high purity semiconductor detector is also generally referred to as a pure Ge detector. It is a high-purity Ge crystal with very little impurity concentration or defects. It has a very high electrical resistance at low temperatures and a high bias voltage.
  • the difference from Ge(Li) is that it can be stored at room temperature and cooled down with liquid nitrogen only for measurement, so it is easy to maintain and its energy resolution is inferior to Ge(Li).
  • the price is very high and liquid nitrogen cooling is essential, so there is a drawback that the volume is very large.
  • the scintillation detector it has been known for a long time that charged particles emit light when they hit a certain substance, but the emission by alpha radiation of zinc emulsion (ZnS) or NaI coating is particularly strong, and detection and counting are possible with a magnifier in the dark.
  • ZnS zinc emulsion
  • NaI coating is particularly strong, and detection and counting are possible with a magnifier in the dark.
  • scintillation a substance exhibiting this phenomenon
  • scintillator a substance exhibiting this phenomenon
  • the combination of a photomultiplier tube with a scintillator is called a scintillation detector, but a method used for counting as a pulse output is called a scintillation counter.
  • the method that reads the output in direct current is mainly used for dosimetry and uses a scintillator, so it is called a scintillation dosimeter, and any solid, liquid, or gas is used in the scintillator. It says.
  • the advantage is that the sensitivity is very high, and the disadvantage is that the zinc emulsion (ZnS) or NaI coating film is weak to moisture, so the durability is low, and the expensive photomultiplier is necessary, so the price is very high.
  • the solid junction counter is a solid reverse-biased pn junction semiconductor that can be manufactured in a compact and mobile form with a counter designed to collect ionic charges from alpha particles passing through a depletion layer, but the metal electrode surface of the detector should not be scratched or peeled off.
  • the pulsed ionization chamber is a structure in which an electrode in the form of a probe is installed in the center of a cylindrical box made of metal, and an electric field is formed by applying a bias voltage between the metal cylinder and the inner probe.
  • the alpha particles When an alpha decay occurs within the ionization chamber and the alpha particles are released, the alpha particles are destroyed by collision with the air, but ionic charge is generated, so that they can be absorbed through the central probe and amplify the signal to detect the alpha particles.
  • the sensor itself is composed of a metal cylinder and a probe, it is very inexpensive, durable, and irrelevant to light, so it has the advantage of improving air permeability.
  • the input impedance is close to infinity and is sensitive to electrical noise, the signal-to-noise ratio is high. It is very difficult to decorate, so this ionization chamber was mainly used as an integral type to easily remove noise rather than a pulse type.
  • the remaining problem is that in the ionization chamber method, unlike the semiconductor method, it is difficult to distinguish between radon and discussion by Alpha Spectroscopy. The reason is that the energy resolution of the ion signal by the alpha particles obtained in the ionization chamber is low.
  • the present invention has been devised to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to use an ionization chamber method used to measure indoor radon concentration, which is one of indoor air quality-related factors. It is intended to provide a radon and discussion measurement apparatus using an ionization chamber that can measure the difference between the two using the large half-life difference between radon (Rn-222) and discussion (Thoron, Rn-220).
  • the air inlet pump for introducing the outside air and transmitting it to at least one path;
  • the air introduced from the air inlet pump is delivered through the first gas pipe on the first path, and the alpha ( ⁇ ) particles emitted from the radon and the discussion contained in the air introduced into the ionization chamber of a certain size are detected and electrically
  • a first sensor module that outputs an alpha particle detection signal of the signal;
  • An air inflow delay module configured to receive air introduced from the air inflow pump through a second gas pipe on a second path and delay the output for a predetermined delay time;
  • a product that receives the air output from the air inflow delay module detects radon contained in the air introduced into the ionization chamber of a certain size, and alpha ( ⁇ ) particles emitted from the panel and outputs an alpha particle detection signal of an electrical signal.
  • a normal or abnormal alpha particle detection signal by comparing and analyzing signal pattern information data and waveforms according to a pre-stored external noise signal type by receiving each of the alpha particle detection signals of the electrical signals output from the first and second sensor modules in real time.
  • radon using an ionization chamber comprising a control module that counts the normal alpha particle detection signals distinguished during a predetermined measurement time, and calculates a radiation concentration value based on the counted number of normal alpha particle detection signals. It is to provide a discussion measuring device.
  • the first and second sensor modules have a cylindrical box structure made of a metal material, a nozzle for air inlet and outlet is provided, and an ionization chamber that forms an electric field therein by applying a bias power to the surface;
  • a main probe unit which is disposed in the ionization chamber and absorbs ionic charge generated when alpha ( ⁇ ) collapse occurs in the ionization chamber;
  • a guard ring portion coupled to the other side of the ionization chamber so that the main probe portion penetrates inward, and provided to absorb leakage current generated between the ionization chamber and the main probe portion and flow to the ground side;
  • An auxiliary probe having one end disposed through the inner side of the guard ring and disposed in the ionization chamber and spaced apart from the main probe at regular intervals and having ambient noise introduced therein;
  • First and second preamplifiers respectively connected to the other ends of the main probe unit and the auxiliary probe unit, and amplifying electrical micro signals inputted from the main probe unit and the auxiliary probe unit to a
  • the bias power applied to the surface of the ionization chamber may be a DC voltage in the range of 50V to 300V.
  • the main probe unit may be provided to detect the ionic charge generated by the collision of the alpha particles and air generated when alpha ( ⁇ ) decay occurs in the ionization chamber.
  • the length of the auxiliary probe may be shorter than the length of the main probe.
  • the exposed region of the auxiliary probe portion in the ionization chamber may be smaller than the exposed region of the main probe portion.
  • the first and second sensor modules have a cylindrical box structure made of a metal material, a nozzle for air inlet and outlet is provided, and an ionization chamber that forms an electric field therein by applying a bias power to the surface;
  • One end is disposed in the ionization chamber, the probe portion absorbs the ionic charge generated when the alpha ( ⁇ ) collapse occurs in the ionization chamber;
  • a guard ring unit coupled to the other side of the ionization chamber to penetrate the probe portion inward, and provided to absorb leakage current generated between the ionization chamber and the probe portion and flow to the ground side; Noise that is connected between the guard ring and the ground, and sends a direct current (DC) type leakage current generated between the ionization chamber and the probe to the ground, and detects and outputs alternating current (AC) noise Detection unit;
  • First and second preamplifiers respectively connected to the other ends of the probe unit and the output terminals of the noise detector, and amplifying electrical fine signals input from the probe and
  • the bias power applied to the surface of the ionization chamber may be a DC voltage in the range of 50V to 300V.
  • the probe unit may be provided to detect the ionic charge generated by the collision of the alpha particles and air generated when the alpha ( ⁇ ) decay occurs in the ionization chamber.
  • the noise detector may be formed by electrically connecting at least one active element among a resistor, a capacitor, and a diode in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • the air inflow delay module is made of a plurality of cases stacked up and down with a predetermined space so that the air introduced therein can stay for a certain period of time, but air can pass between each case stacked up and down. So that at least one hole can be formed.
  • maze-shaped partitions may be installed in a space portion of at least one of the plurality of cases.
  • the air inflow delay module a plurality of times in the form of a circular spring to the air pipe having a predetermined length so that the air introduced from the air inlet pump passes through and is delayed for a predetermined delay time to be output to the second sensor module. It can be formed by winding.
  • the delay time of the air inlet delay module may be a time ranging from 5 minutes to 10 minutes.
  • the preset measurement time may be a time ranging from 10 minutes to 60 minutes.
  • the control module receives the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the first sensor module in real time and compares and analyzes the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type to analyze the normal or abnormal alpha
  • the particle detection signal may be distinguished, the normal alpha particle detection signal distinguished during a predetermined measurement time may be counted, and the first radiation concentration value may be calculated based on the counted number of normal alpha particle detection signals.
  • the control module receives the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the second sensor module in real time and compares and analyzes the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type to analyze the normal or abnormal alpha
  • the particle detection signal may be distinguished, the normal alpha particle detection signal distinguished during a predetermined measurement time may be counted, and the second radiation concentration value may be calculated based on the counted number of normal alpha particle detection signals.
  • control module may calculate a third radiation concentration value by calculating a difference between the calculated second radiation concentration value from the calculated first radiation concentration value.
  • control module controls the calculated second radiation concentration value to be displayed on a display screen as a radon concentration value, and controls the calculated third radiation concentration value to be displayed on a display screen as a discussion concentration value.
  • the air inlet pump for introducing the outside air to be delivered to the first gas pipe having a predetermined length; It is provided to receive the air introduced from the air inlet pump through the first gas pipe to be output to a second gas pipe having a predetermined length, and into the air introduced through the first gas pipe into an ionization chamber having a predetermined length.
  • It compares and analyzes the signal pattern information data and waveforms according to the external noise signal type received and stored, distinguishes the normal or abnormal alpha particle detection signal, counts the normal alpha particle detection signal distinguished during the preset measurement time, and counts the normal Calculates the first radiation concentration value based on the number of alpha particle detection signals, outputs a control signal to stop the air inlet pump after the air inlet pump is operated for a certain driving time, and simultaneously opens and closes the air.
  • the control signal is output so that the valve is closed, and after waiting for a predetermined waiting time, the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the sensor module is provided in real time to display the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type.
  • the normal or abnormal alpha particle detection signal is distinguished, the normal alpha particle detection signal is distinguished during a predetermined measurement time, and the second radiation concentration value is calculated based on the counted number of normal alpha particle detection signals. It is to provide a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber including a control module.
  • the sensor module a cylindrical box structure of a metal material, is provided with a nozzle for air inlet and outlet, the ionization chamber to form an electric field therein by applying a bias power to the surface;
  • a main probe unit which is disposed in the ionization chamber and absorbs ionic charge generated when alpha ( ⁇ ) collapse occurs in the ionization chamber;
  • a guard ring portion coupled to the other side of the ionization chamber so that the main probe portion penetrates inward, and provided to absorb leakage current generated between the ionization chamber and the main probe portion and flow to the ground side;
  • An auxiliary probe having one end disposed through the inner side of the guard ring and disposed in the ionization chamber and spaced apart from the main probe at regular intervals and having ambient noise introduced therein;
  • First and second preamplifiers respectively connected to the other ends of the main probe unit and the auxiliary probe unit, and amplifying electrical micro signals inputted from the main probe unit and the auxiliary probe unit to a predetermined size;
  • the bias power applied to the surface of the ionization chamber may be a DC voltage in the range of 50V to 300V.
  • the main probe unit may be provided to detect the ionic charge generated by the collision of the alpha particles and air generated when alpha ( ⁇ ) decay occurs in the ionization chamber.
  • the length of the auxiliary probe may be shorter than the length of the main probe.
  • the exposed region of the auxiliary probe portion in the ionization chamber may be smaller than the exposed region of the main probe portion.
  • the sensor module is a cylindrical box structure of a metal material, a nozzle for air inlet and outlet is provided, and an ionization chamber to form an electric field therein by applying a bias power to the surface;
  • One end is disposed in the ionization chamber, the probe portion absorbs the ionic charge generated when the alpha ( ⁇ ) collapse occurs in the ionization chamber;
  • a guard ring unit coupled to the other side of the ionization chamber so that the probe portion penetrates inward, and provided to absorb leakage current generated between the ionization chamber and the probe portion and flow to the ground side; Noise that is connected between the guard ring and the ground, and sends a direct current (DC) type leakage current generated between the ionization chamber and the probe to the ground, and detects and outputs alternating current (AC) noise Detection unit;
  • First and second preamplifiers respectively connected to the other ends of the probe unit and the output terminals of the noise detector, and amplifying electrical fine signals inputted from the probe unit and
  • the bias power applied to the surface of the ionization chamber may be a DC voltage in the range of 50V to 300V.
  • the probe unit may be provided to detect the ionic charge generated by the collision of the alpha particles and air generated when the alpha ( ⁇ ) decay occurs in the ionization chamber.
  • the noise detector may be formed by electrically connecting at least one active element among a resistor, a capacitor, and a diode in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • control module may calculate a third radiation concentration value by calculating a difference between the calculated second radiation concentration value from the calculated first radiation concentration value.
  • control module controls the calculated second radiation concentration value to be displayed on a display screen as a radon concentration value, and controls the calculated third radiation concentration value to be displayed on a display screen as a discussion concentration value.
  • the driving time of the air inlet pump may be 10 to 60 minutes.
  • the predetermined measurement time may be a time ranging from 10 minutes to 60 minutes.
  • the predetermined waiting time may be a time ranging from 5 minutes to 10 minutes.
  • the radon and discussion measuring apparatus using the ionization chamber of the present invention as described above, in the ionization chamber method used to measure the indoor radon concentration, one of the indoor air quality related elements There is an advantage in that the two can be measured by using the large half-life difference between radon (Rn-222) and discussion (Thoron, Rn-220).
  • radon and debate are all measured together, or only radon is measured separately to compare the radon and debate concentrations in the air. have.
  • FIG. 1 is an overall block configuration diagram for explaining a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram for specifically explaining an example of the first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram for specifically explaining another example of the first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing waveforms obtained by measuring typical output signal waveforms of the first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention with an oscilloscope.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a configuration of an air intake delay module applied to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating another example of an air intake delay module applied to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an overall block configuration diagram for explaining a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to another embodiment of the present invention.
  • first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components.
  • first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.
  • second component may be referred to as a first component.
  • Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise.
  • FIG. 1 is an overall block configuration diagram for explaining an apparatus for measuring radon and discussion using an ionization chamber according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is one of first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention 3 is a configuration diagram for specifically describing an example
  • FIG. 3 is a configuration diagram for specifically describing another example of the first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an embodiment of the present invention
  • a typical output signal waveform of the first and second sensor modules applied to an example is a diagram showing a result waveform measured with an oscilloscope
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining an example of an air intake delay module applied to an embodiment of the present invention 6 is a schematic view showing the configuration of another air inflow delay module applied to one embodiment of the present invention.
  • radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to an embodiment of the present invention, the air inlet pump 100, the first sensor module 200, the air inlet delay module ( 300), a second sensor module 400, a control module 500, and a power supply module 600.
  • the radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to an embodiment of the present invention further includes a display module 700, a storage module 800, an audio output module 900, and/or a communication module 950. It can contain.
  • the radon and discussion measuring apparatus using the ionization chamber according to an embodiment of the present invention may have more components or fewer components. have.
  • the air inflow pump 100 performs a function of introducing outside air and transmitting it to at least one path.
  • the air inlet pump 100 is preferably made of a small-sized, high-durability small air inlet pump having a flow rate of between about 0.5 lpm to 1.5 lpm, but is not limited thereto, and the outside air is introduced and discharged through at least one path. Any air pump that can be used is applicable.
  • the first sensor module 200 receives the air introduced from the pump 100 for air inflow through the first gas pipe L1 on the first path, and the radon contained in the air introduced into the ionization chamber of a certain size ( Radon, Rn-222) and/or discussion (Thoron, Rn-220) detects alpha ( ⁇ ) particles emitted and performs a function of outputting an alpha particle detection signal of an electrical signal.
  • the air inflow delay module 300 receives the air introduced from the air inflow pump 100 through the second gas pipe L2 on the second path and for a predetermined delay time (preferably, about 5 to 10 minutes). ) Perform the function of delaying output.
  • a plurality of cases (300-1 to 300) having a predetermined space portion (A) so that the air introduced therein can stay for a certain time -N) is made by being stacked up and down, but may be configured such that at least one hole H is formed to allow air to pass between each case 300-1 to 300-N stacked up and down.
  • the partitions (not shown) in the form of a maze are installed in the space portion A of at least one of the plurality of cases 300-1 to 300-N.
  • the air intake delay module 300 shown in FIG. 5 is composed of a plurality of layers in the form of a square (or triangular, circular, elliptical, or polygonal, etc.) similar to the building structure, and between each floor and each floor. At least one small hole is perforated to allow air to pass at a minimum, and it is configured to take a long enough time for the air introduced into the first floor to escape through the uppermost floor.
  • each layer a labyrinth shape and elongate the air movement path.
  • the air introduced from the air inlet pump 100 is passed for a predetermined delay time (preferably, about 5 minutes to 10 minutes) It may be formed by winding the air pipe 310 having a predetermined length in a circular spring form a plurality of times so as to be delayed and output to the second sensor module 400.
  • the air inflow delay module 300 ′ shown in FIG. 6 is a module in which a long air pipe 310 through which the inflowed air passes is wound in a circular shape to lengthen the path and minimize the volume.
  • the delay time is at least 5 minutes or more as described by adjusting the inner diameter of the air pipe 310 and the number of times it is wound in a circle.
  • the second sensor module 400 receives the air output from the air inlet delay module 300, and includes radon (Rdon, Rn-222) and/or discussion included in the air introduced into the ionization chamber of a certain size (Thoron, Rn-220) detects the alpha ( ⁇ ) particles emitted and performs the function of outputting the alpha particle detection signal of the electrical signal.
  • the first and second sensor modules 200 and 400 will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4 as follows.
  • the first and second sensor modules 200 and 400 of an example applied to an embodiment of the present invention the ionization chamber (Ionization Chamber) 210, the main probe 220, the guard ring 230, the auxiliary probe 240, the first and second preamplifiers 250a and 250b, and a differential amplifier 260, a bias power supply 10, and the like.
  • the ionization chamber 210 is formed of a cylindrical box structure made of conductive materials, and a nozzle (not shown) for air inflow and exhaust is formed on the outer circumferential surface and/or the bottom surface, and the ionization chamber ( Ions generated during alpha ( ⁇ ) decay by applying an electric bias power supply (10) with a high voltage to the surface of 210 to form an electric field between the main probe 220 in the ionization chamber 210 and the inner surface of the ionization chamber 210 The current may be absorbed by the main probe unit 220.
  • the ionization chamber 210 has a simple structure and can be implemented at a low price, and has a high sensitivity effect through three-dimensional measurement.
  • the high voltage bias power source 10 applied to the surface of the ionization chamber 210 uses a stable DC voltage in the range of about 50V to 300V (preferably, about 50V to 150V), thereby making the alpha within the ionization chamber 210.
  • the power (eg, voltage or current) supplied from the high voltage bias power source 10 may be changed and applied in various ways according to a measurement range and sensitivity.
  • the main probe unit 220 absorbs ionic charges generated when alpha ( ⁇ ) decay occurs due to radon (Radon, Rn-222) and/or discussion (Thoron, Rn-220) nuclides in the ionization chamber 210 Made of a long rod-shaped conductive material so as to be able to do so, one end of which is disposed in the ionization chamber 210, and absorbs ionic charge generated when alpha ( ⁇ ) decays in the air introduced into the ionization chamber 210 To perform.
  • the main probe unit 220 is an alpha particle generated when alpha ( ⁇ ) decays by radon (Rn-222) and/or discussion (Thoron, Rn-220) gas in the air introduced into the ionization chamber 210 It is preferably provided to detect, but is not limited to, it may be provided to detect all radioactive gases emitting alpha ( ⁇ ) particles.
  • the guard ring 230 is made of a cylindrical conductive material, and is coupled to the other side of the ionization chamber 210 so that the main probe 220 penetrates therein, and the ionization chamber 210 and the main probe 220 It performs the function of absorbing the leakage current generated therebetween and flowing it to the ground side.
  • a problem occurs in that a signal-to-noise ratio (SNR) is not good because the current signal and the leakage current signal obtained from the main probe unit 220 are combined.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • the auxiliary probe unit 240 is made of a rod-shaped conductive material having a predetermined length so that background noise can be introduced therein, one end of which penetrates the inside of the guard ring unit 230 into the ionization chamber 210 It is arranged to be spaced apart from the main probe 220 at regular intervals.
  • the length of the auxiliary probe unit 240 is preferably made shorter than the length of the main probe unit 220, the exposure area of the auxiliary probe unit 240 in the ionization chamber 210 is the main probe unit 220 It is preferably arranged smaller than the exposed area.
  • the input terminals of the first and second preamplifiers 250a and 250b are electrically connected to the main probe unit 220 and the auxiliary probe unit 240, respectively, and the main probe unit 220 and the auxiliary probe unit 240 are provided. It performs the function of firstly amplifying the electrical fine signals input from each to a certain size.
  • the output terminals of the first and second preamplifiers 250a and 250b are electrically connected to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-), respectively, and the first and second preamplifiers.
  • the first and second sensor modules 200 and 400 of another example applied to an embodiment of the present invention are largely an ionization chamber 210', a probe 220', and a guard ring 230' ), noise detection unit 240', first and second preamplifiers 250a' and 250b', and differential amplifier 260'.
  • the ionization chamber 210' is formed of a cylindrical box structure made of conductive materials, and a nozzle (not shown) for air inflow and exhaust is formed on the outer circumferential surface and/or the bottom surface, and the ionization chamber
  • a high voltage bias power source 10' to the surface of the 210', an alpha ( ⁇ ) is generated by forming an electric field between the probe 220' in the ionization chamber 210' and the inner surface of the ionization chamber 210'.
  • the ion current generated during collapse may be absorbed by the probe 220'.
  • the ionization chamber 210' has a simple structure and can be implemented at an inexpensive price, and has an effect capable of three-dimensional measurement.
  • the high-voltage bias power supply 10' applied to the surface of the ionization chamber 210' uses a stable DC voltage in the range of about 50V to 300V (preferably, about 50V to 150V), so that the ionization chamber 210' When alpha decay occurs within, it is a condition that can effectively generate additional ionic charges. Meanwhile, power (for example, voltage or current) supplied from the high voltage bias power supply 10' may be changed and applied in various ways according to a measurement range and sensitivity.
  • the probe unit 220' is capable of transmitting ionic charges generated when alpha ( ⁇ ) decay occurs due to radon (Radon, Rn-222) and/or discussion (Thoron, Rn-220) nuclides in the ionization chamber 210'. It is made of a long rod-shaped conductive material so that it can be absorbed. One end is disposed in the ionization chamber 210', and ion charge generated when alpha ( ⁇ ) decays in air introduced into the ionization chamber 210' It performs the function of absorbing.
  • the probe 220' is the alpha generated when alpha ( ⁇ ) collapses by radon (Rn-222) and/or discussion (Thoron, Rn-220) gas in the air introduced into the ionization chamber 210'. It is preferably provided to detect particles, but is not limited thereto, and may be provided to detect all radioactive gases emitting alpha ( ⁇ ) particles.
  • the guard ring portion 230' is made of a cylindrical conductive material, and is coupled to the other side of the ionization chamber 210' so that the probe portion 220' penetrates therein, and the ionization chamber 210' and the probe portion ( 220') to absorb the leakage current generated between and flow to the ground (Ground) side.
  • the noise detection unit 240' is electrically connected between the guard ring unit 230' and the ground, and maintains the potential of the guard ring unit 230' slightly higher than the ground, so that the ionization chamber 210' and the probe A DC (DC) type leakage current generated between the parts 220' is flowed to the ground side, and noise of the AC (AC) type is detected and output to the second preamplifier 150b' described later. Perform a function.
  • DC DC
  • the auxiliary probe unit 240 is removed, and the noise detector 240' is used to act as the auxiliary probe unit 240 using the guard ring unit 230'. It has the advantage of being installed and structurally simpler than one embodiment.
  • the noise detector 240 ′ is preferably formed by electrically connecting at least one active element among a resistor, a capacitor, and a diode in series, parallel, or a combination of series and parallel. .
  • the first and second preamplifiers 250a' and 250b' have their input terminals electrically connected to the outputs of the probe 220' and the noise detector 240', respectively, and the probe 220' and the noise detector It performs a function of first amplifying the electrical fine signals input from each of 240' to a predetermined size.
  • the output terminals of the first and second preamplifiers 250a' and 250b' are electrically connected to the non-inverting terminal (+) and the inverting terminal (-), respectively.
  • FIG. 4 is a waveform obtained by measuring typical output signal waveforms of the first and second sensor modules applied to an embodiment of the present invention with an oscilloscope, and when the components of the present invention are applied, noise is significantly reduced to detect alpha particle signals.
  • the difference between and the background noise signal that is, the signal-to-noise ratio has been greatly improved (very large clean signal waveform-B), so it has the effect of more accurately detecting the frequency of occurrence of alpha particles, which makes the ionization chamber
  • the results are applied to the radon and debate measuring devices used.
  • control module 500 performs overall control of the radon and discussion measuring apparatus using the ionization chamber according to an embodiment of the present invention, and is preferably made of a micro control unit (MCU), particularly Normal or abnormal alpha by comparing and analyzing signal pattern information data and waveforms according to pre-stored external noise signal types by receiving the alpha particle detection signals of electrical signals output from the first and second sensor modules 200 and 400, respectively, in real time It performs the function of distinguishing the particle detection signal.
  • MCU micro control unit
  • control module 500 counts normal alpha particle detection signals distinguished during a predetermined measurement time (eg, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.), and radiates based on the number of counted normal alpha particle detection signals. It performs the function of calculating the concentration values respectively.
  • a predetermined measurement time eg, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.
  • the predetermined measurement time is preferably made of a time in the range of about 10 minutes to 60 minutes.
  • control module 500 receives the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the first sensor module 200 in real time and compares and analyzes the signal pattern information data and waveforms according to the pre-stored external noise signal type to perform normal or
  • the abnormal alpha particle detection signal is distinguished, and the normal alpha particle detection signal distinguished during a predetermined measurement time (for example, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.) is counted, based on the number of counted normal alpha particle detection signals.
  • a predetermined measurement time for example, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.
  • a function of calculating the first radiation concentration value may be performed.
  • control module 500 receives the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the second sensor module 400 in real time and compares and analyzes the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type, and performs normal or
  • the abnormal alpha particle detection signal is distinguished, and the normal alpha particle detection signal distinguished during a predetermined measurement time (for example, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.) is counted, based on the number of counted normal alpha particle detection signals.
  • a predetermined measurement time for example, 10 minutes, 30 minutes, 1 hour, etc.
  • control module 500 may perform a function of calculating a third radiation concentration value by calculating a difference between the calculated second radiation concentration value from the calculated first radiation concentration value.
  • control module 500 controls the calculated second radiation concentration value to be displayed on the display screen, that is, the display module 700 as a radon concentration value, and the calculated third radiation concentration value as a discussion concentration value.
  • a function of controlling to be displayed on the display screen, that is, the display module 700 may be performed.
  • the embodiments described herein include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs) , It can be implemented using at least one of processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing functions. In some cases, such embodiments may be implemented by the control module 500.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • embodiments such as procedures or functions may be implemented with separate software modules that perform at least one function or operation.
  • the software code can be implemented by software applications written in the appropriate programming language.
  • the software code is stored in the storage module 800 and can be executed by the control module 500.
  • the power supply module 600 includes each module, that is, an air inflow pump 100, a first sensor module 200, an air intake delay module 300, a second sensor module 400, a control module 500, and display It performs a function of supplying power required for the module 700, the storage module 800, the audio output module 900, and/or the communication module 950, and commercial AC power is supplied for continuous power supply.
  • AC 220V is preferably implemented to be converted to a direct current (DC) power source, but is not limited thereto, and may be implemented with a conventional portable battery.
  • the power supply module 600 may supply power required for the bias power sources 10 and 10' provided in the first and second sensor modules 200 and 400 under the control of the control module 500.
  • the display module 700 includes the first to third radiation concentration values calculated by the control of the control module 500, and various states of the device (for example, presence or absence of failure of components including various sensors, alarm, etc.) It can be configured to display the back on the screen.
  • the display module 700 includes, for example, a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode display (LED), a thin film transistor liquid crystal display (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), an organic light emitting diode (Organic Light Emitting Diode, OLED), Flexible Display, Plasma Display Panel (PDP), Surface Alternating Lighting (ALiS), Digital Light Source Processing (DLP), Silicon Liquid Crystal (LCoS), Surface Conduction Type electron-emitting device display (SED), field emission display (FED), laser TV (quantum dot laser, liquid crystal laser), photoelectric liquid display (FLD), interferometric modulator display (iMoD), thick film dielectric electricity (TDEL), It may include at least one of a quantum dot display (QD-LED), a telescopic pixel display (TPD), an organic light emitting transistor (OLET), a laser fluorescent display (LPD), and a three-dimensional display (3D display), but is not limited thereto. Any number
  • the storage module 800 performs daily and/or various status information data of the device (eg, presence or absence of failure of components including various sensors, alarm information data, etc.), including the calculated first to third radiation concentration values. Alternatively, it performs a function of storing a database (DB) by day and/or weekly and/or monthly and/or quarterly and/or yearly.
  • DB database
  • the storage module 800 includes, for example, a flash memory type, a hard disk type, a multimedia card micro type, and a card type memory (for example, SD or XD memory) Etc.), RAM (Random Access Memory, RAM), SRAM (Static Random Access Memory), ROM (Read-Only Memory, ROM), EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), It may include a storage medium of at least one of a magnetic memory, a magnetic disk, and an optical disk.
  • the audio output module 900 includes the first to third radiation concentration values calculated according to the control of the control module 500, and various status information data of the device (eg, presence or absence of failures of components including various sensors, It performs a function of outputting voice information such as alarm information data) so that the user can listen audibly.
  • various status information data of the device eg, presence or absence of failures of components including various sensors, It performs a function of outputting voice information such as alarm information data
  • the voice output module 900 is preferably implemented as a normal speaker, but is not limited thereto, and may be implemented as a connection jack including a voice amplification circuit so that a user can listen through earphones or headphones. .
  • the communication module 950 includes the first to third radiation concentration values calculated according to the control of the control module 500, and various state information data of the device (for example, presence or absence of failure of components including various sensors, alarm) Information data, etc.) to the external user terminal 30 through the communication network 20.
  • various state information data of the device for example, presence or absence of failure of components including various sensors, alarm) Information data, etc.
  • the communication network 20 is, for example, short-range communication (eg, Bluetooth (Bluetooth) communication, ZigBee (ZigBee) communication, UWB (Ultra Wideband) communication, RFID (Radio Frequency Identification) communication or infrared (IR) communication, etc.), Ethernet It can be composed of (Ethernet) or a mobile communication network, and may be a communication network that is a high-speed period network of a large communication network capable of large-capacity, long-distance voice and data services, and Wi-Fi to provide Internet or high-speed multimedia services. It may be a next-generation wireless network including Wibro, Wimax, and the like.
  • short-range communication eg, Bluetooth (Bluetooth) communication, ZigBee (ZigBee) communication, UWB (Ultra Wideband) communication, RFID (Radio Frequency Identification) communication or infrared (IR) communication, etc.
  • Ethernet can be composed of (Ethernet) or a mobile communication network, and may be
  • the Internet is a TCP/IP protocol and various services existing in a higher layer, namely, Hyper Text Transfer Protocol (HTTP), Telnet, File Transfer Protocol (FTP), Domain Name System (DNS), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP), Refers to a global open computer network structure that provides Simple Network Management Protocol (SNMP), Network File Service (NFS), and Network Information Service (NIS), and the user terminal 30 can be connected to the communication module 950.
  • HTTP Hyper Text Transfer Protocol
  • Telnet Telnet
  • FTP File Transfer Protocol
  • DNS Domain Name System
  • SMTP Simple Mail Transfer Protocol
  • SNMP Simple Network Management Protocol
  • NFS Network File Service
  • NIS Network Information Service
  • the Internet may be a wired or wireless Internet, or may be a core network integrated with a wired public network, a wireless mobile communication network, or a portable Internet.
  • the communication network 20 is a mobile communication network, it may be a synchronous mobile communication network or an asynchronous mobile communication network.
  • An example of the asynchronous mobile communication network is a wideband code division multiple access (WCDMA) communication network.
  • the mobile communication network may include, for example, a radio network controller (RNC).
  • RNC radio network controller
  • the WCDMA network is taken as an example, it may be a next-generation communication network such as a 3G LTE network, a 4G network, a 5G network, or an IP network based on other IPs.
  • the communication network 20 serves to mutually transmit signals and data between the user terminal 30 and the communication module 950.
  • the external user terminal 30 includes the first to third radiation concentration values transmitted from the communication module 950 through pre-installed radon and discussion detection related application services, and various state information data of the device (eg, various sensors) Receives the presence or absence of failures of components and alarms, alarm information data, etc.), and performs a function of displaying on the display screen of the corresponding user terminal 30 in the form of text and/or graphs so that the user can visually view it based on this. can do.
  • various state information data of the device eg, various sensors
  • the user terminal 30 applied to an embodiment of the present invention is at least one of a smart phone (Smart Phone), smart pad (Smart Pad) or smart note (Smart Note) to communicate through the wireless Internet or the mobile Internet
  • a smart terminal device in addition to a personal PC, notebook PC, Palm (PC), mobile game machine (Mobile play-station), DMB (Digital Multimedia Broadcasting) phone with a communication function, tablet PC, iPad (iPad )
  • DMB Digital Multimedia Broadcasting
  • the air introduced through the continuously operating air inflow pump 100 is provided with first and second sensor modules through two paths. It is delivered to (200 and 400), wherein the first sensor module 200 is quickly delivered within about 5 seconds, usually through only the first gas pipe L1, and the second sensor pipe 4000 has a second gas pipe ( L2) by inserting the air inlet delay module (300, 300') is usually delayed for about 5 minutes or more to be delivered.
  • the first sensor module 200 reaches almost all of the radon and discussion in the introduced air with little loss, but only the second sensor module 400 reaches radon. The reason comes from the difference in the half-life of the two radioactive gases.
  • the amount of discussion is reduced to about 1/32 or less while passing through the air inflow delay modules 300 and 300' for about 5 minutes or more.
  • the second sensor module 400 mainly uses radon's only alpha decay signal, that is, the alpha particles.
  • the detection signal is output and transmitted to the control module 500.
  • the control module 500 since the concentration of radon and discussion is proportional to the number of signal outputs per hour of the first and second sensor modules 200 and 400, the control module 500 has the concentration of radon and discussion from the signal of the first sensor module 200. Since the concentration value of radon is known from the signal of the second sensor module 400, the difference between the two concentration values can be obtained, and the concentration values of radon and debate can be known simultaneously.
  • FIG. 7 is an overall block configuration diagram for explaining a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to another embodiment of the present invention.
  • radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to another embodiment of the present invention, the air inlet pump (100'), sensor module (200'), air opening and closing valve (300') , Control module 400', and power supply module 500'.
  • the radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to another embodiment of the present invention is a display module 600', storage module 700', voice output module 800', and/or communication module 900' ) And the like.
  • a radon and discussion measuring apparatus using an ionization chamber according to another embodiment of the present invention may have more components or less components.
  • the air inflow pump 100 ′ performs a function of introducing outside air and transmitting it to the first gas pipe L1 ′ having a predetermined length.
  • the air inflow pump 100' is preferably made of a low-noise, high-durability small air intake pump having a flow rate of between about 0.5 lpm to 1.5 lpm, as in the embodiment of the present invention described above, but is not limited thereto. Any air pump capable of introducing outside air and discharging it through at least one path is applicable.
  • the sensor module 200' is provided to receive the air introduced from the air inlet pump 100' through the first gas pipe L1' and output to the second gas pipe L2' having a predetermined length.
  • the sensor module 200' is the same as the first and second sensor modules 200 and 400 applied to the above-described embodiment of the present invention, detailed descriptions thereof will be described in detail in the above-described embodiment of the present invention. For reference (see FIGS. 2 to 4).
  • the valve 300' for opening and closing the air discharges air transmitted through the second gas pipe L2' to the outside in response to an opening/closing operation by an external control signal, that is, a control signal output from the control module 400'. It is installed on the second gas pipe L2' so as to be blocked.
  • control module 400' performs overall control of the radon and discussion measuring apparatus using the ionization chamber according to another embodiment of the present invention, and is preferably made of a micro control unit (MCU),
  • MCU micro control unit
  • the control signal is output so that the valve 300' for opening and closing the air is opened, and at the same time, the control signal is output so that the air inflow pump 100' is operated for a predetermined driving time (preferably, about 10 minutes to about 60 minutes).
  • the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type are compared and analyzed to detect the normal or abnormal alpha particle detection signal. It performs the distinguishing function.
  • control module 400 counts the normal alpha particle detection signals distinguished during a predetermined measurement time (preferably, about 10 minutes to about 60 minutes), and based on the number of counted normal alpha particle detection signals. 1 Performs the function of calculating the radiation concentration value.
  • control module 400' outputs a control signal so that the air inlet pump 100' is stopped after the air inlet pump 100' is operated for a predetermined driving time, and at the same time, the valve 300' for opening and closing the air ) Outputs a control signal to close, waits for a predetermined waiting time (preferably, about 5 to 10 minutes), and receives the alpha particle detection signal of the electrical signal output from the sensor module 200' in real time. It compares and analyzes the signal pattern information data and waveform according to the pre-stored external noise signal type to distinguish the normal or abnormal alpha particle detection signal.
  • control module 400 counts the normal alpha particle detection signal distinguished during a predetermined measurement time, and performs a function of calculating the second radiation concentration value based on the counted number of normal alpha particle detection signals.
  • control module 400 ′ may perform a function of calculating a third radiation concentration value by calculating a difference between the calculated second radiation concentration value from the calculated first radiation concentration value.
  • control module 400 ′ controls the calculated second radiation concentration value to be displayed on the display screen, that is, the display module 600 ′ as a radon concentration value, and also discusses the calculated third radiation concentration value as a discussion concentration.
  • a function of controlling to be displayed on the display screen, that is, the display module 600' may be performed.
  • the power supply module 500', the display module 600', the storage module 700', the audio output module 800', and the communication module 900' are applied to one embodiment of the present invention described above. Since the power supply module 600, the display module 700, the storage module 800, the audio output module 900, and the communication module 950 are the same, detailed description thereof is detailed in one embodiment of the present invention described above. Reference will be made to the description (see FIG. 1).
  • the radon and discussion measuring apparatus using the ionization chamber according to another embodiment of the present invention described above is a valve for opening and closing the air without the air inlet delay module 300 ( 300'), using only one sensor module 200', and controlling the driving of the air inlet pump 100' and the air opening/closing valve 300' in the control module 400'. It is a point.
  • radon and discussion could be measured at the same time, but in another embodiment of the present invention, it was measured sequentially.
  • the valve 300' for opening and closing the air is opened and the pump 100' for air inflow is continuously operated for a predetermined driving time, for example, about 10 minutes to 60 minutes, while the external air is passed through the sensor module 200'.
  • the alpha decay signal measured by the module 200' that is, the alpha particle detection signal is input to the control module 400', and the concentration value of radon and debate is first measured.
  • the air inlet pump 100' was stopped, and at the same time, the valve 300' for opening and closing the air was closed and waited for about 5 minutes or more to reduce the concentration to about 1/32 or less using a short half-life of the discussion.
  • the alpha decay signal measured by the sensor module 200' that is, the alpha particle detection signal is controlled by the control module 400'. Enter to measure the concentration value of radon only. Again, the concentration values of radon and debate can be known from the two measurement results.
  • the present invention can be widely used in radon and debate measuring devices.

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Abstract

본 발명은 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치에 관한 것으로, 실내 공기질 관련 요소들 중 하나인 실내 라돈 농도를 측정하는데 사용되는 이온화 챔버 방식에서 라돈(Radon, Rn-222)과 토론(Thoron, Rn-220)의 큰 반감기 차이를 이용하여 공기 중의 라돈과 토론의 농도를 각각 구분하여 측정할 수 있다.

Description

이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치
본 발명은 이온화 챔버를 사용하는 라돈 측정기에서 라돈(Radon, Rn-222)과 토론(Thoron, Rn-220)의 반감기가 크게 차이가 난다는 특성을 이용하여 이 둘을 쉽게 구별하여 측정할 수 있도록 한 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 인체는 평상시에 자연에 존재하는 자연방사선에 노출되어 조사를 받고 있으며, 상기 자연방사선으로 대기 및 흙이나 암석에 존재하는 방사성 동위원소에서 방사되는 알파선, 베타선, 감마선 등과 우주에서 방사되어 태양광선과 함께 인체에 조사되는 우주선(cosmic ray)등이 있다.
또한, 인체는 상기 자연방사선 외에 문명의 이기에서 발생되는 인공방사선(예컨대, 의료용 방사선, TV, 형광등, 컴퓨터 등 전자제품이나 기계, 운송수단 등 모든 제품에서 발생되는 방사선)을 조사 받고 있는 실정이다.
상기와 같이 인체가 조사 받는 방사선은 인체에 각종 영향을 미치게 되므로 국제원자력기구에서는 연간 3 mSv(방사선조사 단위)의 권고치를 설정하고 있으며, 이에 따라 우리나라에서는 가공제품에 의한 방사선 피폭량이 연간 1 mSv 이상 초과하지 않도록 하는 방사선 안전 가이드 허용치를 설정하고 있다.
특히, 상기에서와 같은 자연방사선 중 사람이 받게 되는 방사선량의 약 50％ 이상을 차지하는 공기 중에 포함되어 있는 라돈(Radon, Rn-222) 가스에 의한 알파방사선의 조사(照射)에 대하여서는 특별히 별도로 관리하고 있으며, 통상적으로 대기 중 라돈농도를 국가마다 다르지만 대략 60 내지 200 Bq/m3 이하로 유지할 것을 권고하고 있고, 대한민국은 현재 실내 공기질 권고 기준으로서 라돈 농도를 4 pCi/l(148 Bq/m3)로 지정하고 있는 실정이다.
상기와 같이 방사성 가스로 분류되는 라돈에는 40여종의 동위원소가 존재하는데 이중 반감기 3.8일의 Rn-222와 반감기 56초의 Rn-220, 이 두 종류가 가장 안정적이다. 나머지 라돈의 동위 원소들은 반감기가 1초 이내로 매우 불안정하여 대기 중에서 거의 발견되지 않는다.
또한, 반감기 56초의 Rn-220은 라돈의 동위원소이지만, Rn-222가 우라늄(U)의 붕괴사슬에서 기원한 것과 달리 토륨(Th)의 붕괴 사슬로부터 나온 것이어서 토론(thoron)이라고 구분하여 부른다. 토론은 그 짧은 반감기로 인하여 실외에서는 거의 존재하지 못하고 실내에서도 벽이나 바닥으로부터 약 50cm만 떨어지면 거의 발견되지 않는다. 따라서, 상기 서술한 각 국가별 실내 라돈농도 권고 기준은 Rn-222를 대상으로 한 것이고, 흔히 우리가 "라돈"이라 칭하는 것도 Rn-222를 뜻하며, Rn-220은 토론이라고 구분하여 칭한다.
상기와 같이 일반인에 대한 방사선 노출의 주요 원인인 라돈 기체는 건물 주변을 감싸고 있는 토양이나 자갈 등을 통해 지속적으로 지상으로 이동하며, 이는 건물의 공간이나 콘크리트의 기공 등을 통해 실내로 침투하게 되며, 이와 같이 주변 토양으로부터 침투하는 라돈이 실내 라돈의 주요 원인이 되는 것으로 알려져 있고, 콘크리트, 석고보드, 자갈, 벽돌 등의 건축자재 또한 실내 라돈의 오염원이 된다.
또한, 라돈은 물에 잘 용해되므로 지하수의 이동을 통해 실내에 유입되기도 하고, 물을 통한 실내 이동은 콘크리트의 기공을 통한 모세관 현상이나 수압으로 인해 침투하게 되며, 실내의 온도가 높을수록, 압력이 낮을수록 라돈 기체는 실내로 더 많이 유입되도록 되어 있다.
상기와 같이 대기에 존재하는 라돈 기체는 호흡을 통하여 폐에 흡입되면 라돈에서 방출되는 알파 입자방사선이 직접 폐 세포에 조사되어 세포가 파괴되므로 폐암 유발 등 인간에게 매우 강한 생물학적 영향을 미치는 1급 발암 물질이다.
상기와 같이 인체의 건강에 막대한 영향을 미치는 라돈의 실내 농도를 정확하게 평가하기 위하여, 그동안 여러 종류의 계측기와 다양한 측정 방법 및 장치들이 널리 개발되어 사용되어 왔는데 라돈은 무색, 무취의 불활성기체이므로 반응성이 없어서 직접 측정은 어렵고 라돈의 알파(α) 붕괴 시 발생하는 알파입자의 빈도가 라돈 농도에 비례하므로 대기중의 알파입자를 검출하여 이용하여 실내 라돈 농도를 측정한다. 즉, 알파입자를 정확히 검출하는 것이 곧 실내 라돈 농도를 정확히 측정하는 방법이다.
일반적으로 알파입자를 검출하기 위한 장치로 표면 장벽형(Surface barrier type), 고순도형 반도체 검출기(pure Ge), 신틸레이션(scintillation, 섬광)검출기, 고체접합계수기(solid state junction counter), 펄스형 이온화 챔버(pulsed ionization chamber) 등이 사용되고 있다.
상기 표면 장벽형 검출기에 대하여 살펴보면, 반도체의 표면은 표면준위나 산화피막 등 때문에 p-n 접합과 같은 공핍층이 형성되어 있어 표면 부근이 전하이동의 장애물로 되어있다. 실용적인 것으로는 n형 si의 표면에 금을 100㎛/㎠정도로 증착시켜 이것을 한쪽 전극으로 하고 이면에 방사선을 입사시킨다.
여기서, 공핍층의 두께는 약 50∼500㎛로 여러 가지가 있고 표면에서의 에너지 손실이 작기 때문에 주로 알파 방사선으로 발생하는 하전 입자의 검출에 사용되며, 에너지 분해능이 좋으므로 라돈과 토론에서 방출되는 알파입자의 에너지 차이를 이용하여 라돈과 토론을 구별할 수 있다. 이를 알파입자 분광법(Alpha Spectroscopy)이라고 한다.
이러한 알파입자 분광법의 단점은 외부 빛을 차단해야 하므로 밀폐형에 가까워서 공기유통이 원활하지 못하므로 주로 강제 순환 펌프를 이용해야 한다. 또한 반드시 반도체 표면에 하전 입자가 충돌해야 측정이 가능하므로, 상대적으로 높은 고전압의 바이어스 전압을 걸어야 하고, 표면 면적이 넓은 반도체 검출 소자가 요구되므로 가격이 비싸며, 검출 효율이 2D 측정의 한계로 낮다.
상기 고순도 반도체 검출기는 일반적으로 pure Ge검출기라고도 부른다. 불순물 농도나 결함이 매우 작은 고순도의 Ge결정체이며 저온에서 전기저항이 매우 높고, 높은 바이어스 전압도 걸 수 있다. Ge(Li)와 다른 점은 상온에서 보존할 수 있고 측정할 때만 액체질소로 냉각시켜 사용하면 되기 때문에 유지하기에 편하고 에너지 분해능도 Ge(Li)에 비하여 손색이 없으므로 실용화되고 있다. 단, 가격이 매우 비싸며 액체질소 냉각이 필수여서 부피가 매우 크다는 결점이 있다.
상기 신틸레이션 검출기에 대하여 살펴보면, 하전 입자가 어떤 물질에 부딪히면 발광하는 현상은 오래 전부터 알려져 있지만 유화아연(ZnS) 또는 NaI 도막의 알파 방사선에 의한 발광은 특히 강하고 암실에서는 확대경으로 검출 및 계수가 가능하다.
이와 같은 발광을 신텔레이션(scintillation, 섬광)이라 하고, 이러한 현상을 나타내는 물질을 신틸레이터라 한다. 그리고, 신틸레이터에 광전자 증배관을 결합한 것을 신틸레이션 검출기라 부르지만 특히 펄스출력으로서 계수에 사용하는 방법을 신틸레이션 계수관이라 한다.
한편, 출력을 직류적으로 읽는 방법을 취한 것은 주로 선량측정에 사용되고 있으며 신틸레이터를 사용하고 있으므로 신틸레이션 선량계라 하고, 신틸레이터에는 고체, 액체, 기체 어느 것이나 쓰이고 있으며 액체를 사용하고 있으면 액체 신틸레이션 계수 장치라 한다. 장점은 감도가 매우 높다는 것이고 단점은 유화아연(ZnS) 또는 NaI 도막이 습기에 약해서 내구성이 떨어지며 고가의 광증배관이 반드시 필요하여 가격이 매우 비싸다는 점이다.
상기 고체 접합계수기는 고체 역바이어스 p-n 접합반도체로서 공핍층(depletion layer)을 통과하는 알파입자로부터 이온 전하를 수집하도록 된 계수기로 소형, 이동형으로 제작할 수 있으나 검출기의 금속 전극표면이 긁히거나 벗겨지면 안 되며 외부 빛이 절대 유입되어서는 안 되는 등의 문제점이 있다. 최근 측정 센서를 이온 함으로 구성하여 빛, 먼지로부터 보호하여 보급형이자 간이형으로 실내 라돈 농도를 느리게 측정하는데 주로 사용되는데(최초 data 표시에만 24시간∼48시간 소요), 감도가 0.02~0.03CPM/pCi/l로 매우 낮아서 실시간 알파입자 검출 장치로는 사용되지 못하고 있는 형편이다.
상기 펄스형 이온화 챔버(pulsed ionization chamber)는 금속으로 된 원통형 상자 내부 중앙에 탐침 형태의 전극을 설치하고 금속 원통과 내부 탐침 사이에 바이어스 전압을 인가하여 전기장을 형성한 구조이다.
이러한 이온화 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. 센서 자체가 금속 원통과 탐침으로 구성되어 매우 저렴하며 내구성이 좋고 빛과 무관하므로 통기성을 좋게 할 수 있다는 장점이 있으나 입력 임피던스(impedance)가 무한대에 가까워서 전기적 노이즈에 민감하므로 신호 대 노이즈비가 높게 측정 회로를 꾸미기가 매우 어려워서 주로 이 이온화 챔버는 펄스형 보다는 노이즈를 쉽게 없앨 수 있는 적분형으로 많이 쓰였다.
그러나, 최근 이온화 챔버의 근본적인 문제인 전기적인 노이즈를 아날로그 방식의 차동회로를 이용하여 효과적으로 제거함으로써 실시간으로 저렴하게 알파입자를 검출할 수 있는 기술이 등장하여 이온화 챔버 방식으로 된 실시간 보급형 라돈 측정기가 실생활에 널리 쓰이게 되었다.
그러나, 여전히 남아있는 문제점은 이온화 챔버 방식에서는 반도체 방식과는 달리 알파입자 분광법(Alpha Spectroscopy)으로 라돈과 토론을 구별하기 어렵다는 것이다. 그 이유는 이온화 챔버 내에서 얻어지는 알파입자에 의한 이온 신호의 에너지 분해능이 낮기 때문이다.
따라서, 일반적인 보급형 이온화 챔버 방식의 라돈 측정기에서는 라돈뿐만 아니라 토론도 함께 측정되어 라돈+토론의 형태로 결과 값이 나타나므로 혼동의 여지를 줄 수 있다. 그러므로 실내 라돈농도 측정 시 토론에 의한 간섭을 피하기 위해서는 측정기를 벽이나 바닥으로부터 통상 약 50cm 이상 이격하여 설치해야만 했었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 실내 공기질 관련 요소들 중 하나인 실내 라돈 농도를 측정하는데 사용되는 이온화 챔버 방식에서 라돈(Radon, Rn-222)과 토론(Thoron, Rn-220)의 큰 반감기 차이를 이용하여 이 둘을 구별하여 측정할 수 있도록 한 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 외부의 공기를 유입하여 적어도 하나의 경로로 전달하는 공기 유입용 펌프; 상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 제1 경로 상의 제1 가스배관을 통해 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 제1 센서모듈; 상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 제2 경로 상의 제2 가스배관을 통해 전달받아 일정 지연시간동안 지연시켜 출력하는 공기유입 지연모듈; 상기 공기유입 지연모듈로부터 출력된 공기를 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 제2 센서모듈; 및 상기 제1 및 제2 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 각각 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 방사선 농도 값을 각각 산출하는 제어모듈을 포함하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 제1 및 제2 센서모듈은, 금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버; 일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 주 탐침부; 내측으로 상기 주 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 주 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비하는 가드링부; 일단이 상기 가드링부의 내측을 관통하여 상기 이온화 챔버 내에 배치됨과 아울러 상기 주 탐침부와 일정간격으로 이격되도록 배치되며, 주변 노이즈가 유입되도록 구비하는 보조 탐침부; 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부의 타단에 각각 연결되며, 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및 상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 주 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 보조 탐침부의 길이는 상기 주 탐침부의 길이보다 짧게 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버 내에서 상기 보조 탐침부의 노출영역이 상기 주 탐침부의 노출영역보다 작게 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 및 제2 센서모듈은, 금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버; 일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 탐침부; 내측으로 상기 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비되는 가드링부; 상기 가드링부와 접지 사이에 연결되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생하는 직류(DC)형의 누설전류를 상기 접지측으로 흘려 보내주고, 교류(AC)형의 노이즈를 검출하여 출력하는 노이즈 검출부; 상기 탐침부의 타단 및 상기 노이즈 검출부의 출력단에 각각 연결되며, 상기 탐침부 및 상기 노이즈 검출부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및 상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 노이즈 검출부는, 저항, 콘덴서 및 다이오드 중 적어도 어느 하나의 능동 소자를 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 공기유입 지연모듈은, 내부에 유입된 공기가 일정시간 머무를 수 있도록 소정의 공간부를 갖는 복수 개의 케이스들이 상하로 적층되어 이루어지되, 상기 상하로 적층된 각 케이스 사이에 공기가 통할 수 있도록 적어도 하나의 홀이 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 복수 개의 케이스들 중 적어도 하나의 케이스의 공간부에 미로 형태의 칸막이들이 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 공기유입 지연모듈은, 상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기가 통과되어 일정 지연시간동안 지연시켜 상기 제2 센서모듈로 출력되도록 일정 길이를 갖는 공기파이프를 원형의 스프링 형태로 복수 회 감아서 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 공기유입 지연모듈의 지연시간은, 5분 내지 10분 범위의 시간으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 기 설정된 측정시간은, 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 제1 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 제2 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 외부의 공기를 유입하여 일정 길이를 갖는 제1 가스배관으로 전달하는 공기 유입용 펌프; 상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 상기 제1 가스배관을 통해 전달받아 일정 길이를 갖는 제2 가스배관으로 출력되도록 구비되고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 상기 제1 가스배관을 통해 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 센서모듈; 외부의 제어신호에 의한 개폐동작에 따라 상기 제2 가스배관을 통해 전달된 공기가 외부로 배출 또는 차단되도록 상기 제2 가스배관 상에 설치되는 공기 개폐용 밸브; 및 상기 공기 개폐용 밸브가 개방되도록 제어신호를 출력함과 동시에 상기 공기 유입용 펌프가 일정 구동시간동안 가동되도록 제어신호를 출력한 후 상기 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출하고, 상기 공기 유입용 펌프가 일정 구동시간동안 가동된 후 상기 공기 유입용 펌프가 정지되도록 제어신호를 출력함과 동시에 상기 공기 개폐용 밸브가 폐쇄되도록 제어신호를 출력하고, 기 설정된 대기시간동안 기다린 후 상기 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출하는 제어모듈을 포함하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 센서모듈은, 금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버; 일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 주 탐침부; 내측으로 상기 주 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 주 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비하는 가드링부; 일단이 상기 가드링부의 내측을 관통하여 상기 이온화 챔버 내에 배치됨과 아울러 상기 주 탐침부와 일정간격으로 이격되도록 배치되며, 주변 노이즈가 유입되도록 구비하는 보조 탐침부; 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부의 타단에 각각 연결되며, 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및 상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 주 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 보조 탐침부의 길이는 상기 주 탐침부의 길이보다 짧게 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버 내에서 상기 보조 탐침부의 노출영역이 상기 주 탐침부의 노출영역보다 작게 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 센서모듈은, 금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버; 일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 탐침부; 내측으로 상기 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비되는 가드링부; 상기 가드링부와 접지 사이에 연결되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생하는 직류(DC)형의 누설전류를 상기 접지측으로 흘려 보내주고, 교류(AC)형의 노이즈를 검출하여 출력하는 노이즈 검출부; 상기 탐침부의 타단 및 상기 노이즈 검출부의 출력단에 각각 연결되며, 상기 탐침부 및 상기 노이즈 검출부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및 상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비될 수 있다.
바람직하게, 상기 노이즈 검출부는, 저항, 콘덴서 및 다이오드 중 적어도 어느 하나의 능동 소자를 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어모듈은, 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어할 수 있다.
바람직하게, 상기 공기 유입용 펌프의 구동시간은 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 기 설정된 측정시간은 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 기 설정된 대기시간은 5분 내지 10분 범위의 시간으로 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치에 따르면, 실내 공기질 관련 요소들 중 하나인 실내 라돈 농도를 측정하는데 사용되는 이온화 챔버 방식에서 라돈(Radon, Rn-222)과 토론(Thoron, Rn-220)의 큰 반감기 차이를 이용하여 이 둘을 구별하여 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 이온화 챔버 방식의 라돈 측정기에서도 라돈과 토론이 모두 함께 측정되거나 혹은 라돈만 따로 측정하게 하여 이를 간단히 비교함으로써 공기 중의 라돈과 토론의 농도를 각각 구분하여 측정할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고가의 반도체 센서나 고사양의 DSP(Digital Signal Processing) 장치를 사용하지 않으므로 저렴한 가격의 라돈과 토론의 구분 측정이 가능한 이온화 챔버 방식의 실시간 연속 라돈 검출 장치를 제작할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 일 예를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 다른 예를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 전형적인 출력신호 파형을 오실로스코프로 측정한 결과 파형을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 공기유입 지연모듈의 일 예를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 공기유입 지연모듈의 다른 예를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 일 예를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 다른 예를 구체적으로 설명하기 위한 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 전형적인 출력신호 파형을 오실로스코프로 측정한 결과 파형을 나타낸 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 공기유입 지연모듈의 일 예를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 적용된 공기유입 지연모듈의 다른 예를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는, 크게 공기 유입용 펌프(100), 제1 센서모듈(200), 공기유입 지연모듈(300), 제2 센서모듈(400), 제어모듈(500), 및 전원공급모듈(600) 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는 표시모듈(700), 저장모듈(800), 음성출력모듈(900), 및/또는 통신모듈(950) 등을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 1 내지 도 6에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
공기 유입용 펌프(100)는 외부의 공기를 유입하여 적어도 하나의 경로로 전달하는 기능을 수행한다.
이러한 공기 유입용 펌프(100)는 유량이 약 0.5lpm~1.5lpm 사이의 저소음 고내구성의 소형 공기유입 펌프로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 외부의 공기를 유입하여 적어도 하나의 경로로 배출할 수 있는 공기 펌프라면 모두 적용 가능하다.
제1 센서모듈(200)은 공기 유입용 펌프(100)로부터 유입된 공기를 제1 경로 상의 제1 가스배관(L1)을 통해 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220)에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 기능을 수행한다.
공기유입 지연모듈(300)은 공기 유입용 펌프(100)로부터 유입된 공기를 제2 경로 상의 제2 가스배관(L2)을 통해 전달받아 일정 지연시간동안(바람직하게, 약 5분 내지 10분 정도) 지연시켜 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 공기유입 지연모듈(300)의 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부에 유입된 공기가 일정시간 머무를 수 있도록 소정의 공간부(A)를 갖는 복수 개의 케이스들(300-1 내지 300-N)이 상하로 적층되어 이루어지되, 상하로 적층된 각 케이스(300-1 내지 300-N) 사이에 공기가 통할 수 있도록 적어도 하나의 홀(H)이 형성되도록 구성될 수 있다.
이때, 도면에 도시되진 않았지만, 복수 개의 케이스들(300-1 내지 300-N) 중 적어도 하나의 케이스의 공간부(A)에 미로 형태의 칸막이들(미도시)이 설치됨이 바람직하다.
즉, 도 5에 도시된 공기유입 지연모듈(300)은, 빌딩 구조와 유사하게 사각형(또는 삼각형, 원형, 타원형, 또는 다각형 등) 형태의 여러 개의 층으로 구성되어 있으며, 각 층과 층 사이엔 적어도 한 개의 작은 구멍만 뚫려 있어서 최소한으로 공기가 통하도록 되어 있고, 1층에 해당하는 곳으로 유입된 공기가 최상층으로 공기가 빠져나가는데 까지 충분히 오랜 시간이 걸리도록 구성한다.
한편, 토론의 반감기가 약 56초 정도인 것을 고려하면 층의 개수와 높이 등을 조절하여 입력된 공기가 방출될 때 까지 최소 5분 이상 걸리도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 각 층의 내부 구조를 미로 형태로 하여 공기의 이동경로를 길게 하면 더욱 바람직하다.
그리고, 공기유입 지연모듈(300')의 다른 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 공기 유입용 펌프(100)로부터 유입된 공기가 통과되어 일정 지연시간동안(바람직하게, 약 5분 내지 10분 정도) 지연시켜 제2 센서모듈(400)로 출력되도록 일정 길이를 갖는 공기파이프(310)를 원형의 스프링 형태로 복수 회 감아서 형성될 수도 있다.
즉, 도 6에 도시된 공기유입 지연모듈(300')은, 유입된 공기가 통과하는 긴 공기파이프(310)를 원형으로 감아서 경로는 길게 하고 부피는 최소화한 모듈이다. 이때, 공기파이프(310)의 내경과 원형으로 감은 횟수를 조절하여 서술한 것처럼 지연시간이 최소 5분 이상이 되도록 한다.
제2 센서모듈(400)은 공기유입 지연모듈(300)로부터 출력된 공기를 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220)에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 일 예의 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)은, 크게 이온화 챔버(Ionization Chamber)(210), 주 탐침부(220), 가드링부(230), 보조 탐침부(240), 제1 및 제2 전치 증폭기(250a 및 250b), 그리고 차동 증폭기(260), 바이어스 전원(10) 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 이온화 챔버(210)는 전도성 물질(Conductive Materials)로 된 원통형 상자구조로 이루어지는 바, 그 외주면 및/또는 바닥면에 공기 유입 및 배출을 위한 노즐(미도시)이 형성되어 있으며, 이온화 챔버(210)의 표면에 고전압의 바이어스 전원(10)을 인가하여 이온화 챔버(210) 내의 주 탐침부(220)와 이온화 챔버(210) 내부 표면 사이에 전기장을 형성시킴으로써 알파(α) 붕괴 시 발생되는 이온 전류를 주 탐침부(220)로 흡수시킬 수 있다. 이러한 이온화 챔버(210)는 그 구성이 단순하고 저렴한 가격으로 구현할 수 있으며, 3차원적인 측정으로 고감도인 효과가 있다.
또한, 이온화 챔버(210)의 표면에 인가되는 고전압의 바이어스 전원(10)은 약 50V 내지 300V 범위(바람직하게, 50V 내지 150V 정도)의 안정적인 직류전압을 사용함으로써, 이온화 챔버(210) 내에서 알파 붕괴가 발생할 경우 효과적으로 추가적인 이온 전하가 발생할 수 있는 조건이 된다. 한편, 고전압의 바이어스 전원(10)에서 공급되는 전원(예컨대, 전압 또는 전류)은 측정범위 및 감도(sensitivity) 등에 따라 다양하게 변경하여 적용할 수 있다.
주 탐침부(220)는 이온화 챔버(210) 내에서 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220) 핵종 등에 의한 알파(α) 붕괴가 발생되었을 때 생겨난 이온 전하를 흡수할 수 있도록 기다란 봉 형태의 전도성 물질로 이루어지는 바, 그 일단이 이온화 챔버(210) 내에 배치되어 있으며, 이온화 챔버(210) 내에 유입된 공기에서 알파(α) 붕괴 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 기능을 수행한다.
이러한 주 탐침부(220)는 이온화 챔버(210) 내에 유입된 공기에서 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220) 기체에 의한 알파(α) 붕괴 시 생성된 알파입자를 검출하도록 구비됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 알파(α)입자를 방출하는 모든 방사성 기체를 검출하도록 구비될 수도 있다.
가드링부(230)는 원통형의 전도성 물질로 이루어지는 바, 그 내측으로 주 탐침부(220)가 관통되도록 이온화 챔버(210)의 타측에 결합되어 있으며, 이온화 챔버(210)와 주 탐침부(220) 사이에서 발생하는 누설 전류를 흡수하여 접지(Ground)측으로 흘려주는 기능을 수행한다.
이러한 가드링부(230)가 구비되지 않으면 주 탐침부(220)에서 얻어진 전류 신호와 누설 전류 신호가 합쳐져서 신호 대 잡음 비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 안 좋게 되는 문제가 발생된다.
보조 탐침부(240)는 주변 노이즈(Background Noise)가 유입될 수 있도록 소정 길이를 갖는 봉 형태의 전도성 물질로 이루어지는 바, 그 일단이 가드링부(230)의 내측을 관통하여 이온화 챔버(210) 내에 배치되어 있으며, 주 탐침부(220)와 일정간격으로 이격되도록 배치되어 있다.
한편, 보조 탐침부(240)의 길이는 주 탐침부(220)의 길이보다 짧게 이루어짐이 바람직하며, 이온화 챔버(210) 내에서 보조 탐침부(240)의 노출영역이 주 탐침부(220)의 노출영역보다 작게 배치됨이 바람직하다.
제1 및 제2 전치 증폭기(250a 및 250b)는 그 입력단이 주 탐침부(220) 및 보조 탐침부(240)에 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 주 탐침부(220) 및 보조 탐침부(240)로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 일차 증폭하는 기능을 수행한다.
그리고, 차동 증폭기(260)는 제1 및 제2 전치 증폭기(250a 및 250b)의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 및 제2 전치 증폭기(250a 및 250b)로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차에 비례하여 증폭함으로써, 노이즈 신호를 효과적으로 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력할 수 있다.
즉, 차동 증폭기(260)를 통해 차동 증폭하게 되면, 주 탐침부(220) 및 보조 탐침부(240)를 통해 유입되는 동일한 위상을 갖는 노이즈를 효과적으로 상쇄시킬 수 있으며, 고감도 저잡음의 알파입자 검출신호를 정확하고 신속하게 얻을 수 있다.
도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 적용된 다른 예의 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)은, 크게 이온화 챔버(210'), 탐침부(220'), 가드링부(230'), 노이즈 검출부(240'), 제1 및 제2 전치 증폭기(250a' 및 250b'), 및 차동 증폭기(260') 등을 포함하여 이루어진다.
여기서, 이온화 챔버(210')는 전도성 물질(Conductive Materials)로 된 원통형 상자구조로 이루어지는 바, 그 외주면 및/또는 바닥면에 공기 유입 및 배출을 위한 노즐(미도시)이 형성되어 있으며, 이온화 챔버(210')의 표면에 고전압의 바이어스 전원(10')을 인가하여 이온화 챔버(210') 내의 탐침부(220')와 이온화 챔버(210') 내부 표면 사이에 전기장을 형성시킴으로써 알파(α) 붕괴 시 발생되는 이온 전류를 탐침부(220')로 흡수시킬 수 있다. 이러한 이온화 챔버(210')는 그 구성이 단순하고 저렴한 가격으로 구현할 수 있으며, 3차원적인 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 이온화 챔버(210')의 표면에 인가되는 고전압의 바이어스 전원(10')은 약 50V 내지 300V 범위(바람직하게, 50V 내지 150V 정도)의 안정적인 직류전압을 사용함으로써, 이온화 챔버(210') 내에서 알파 붕괴가 발생할 경우 효과적으로 추가적인 이온 전하가 발생할 수 있는 조건이 된다. 한편, 고전압의 바이어스 전원(10')에서 공급되는 전원(예컨대, 전압 또는 전류)은 측정범위 및 감도(sensitivity) 등에 따라 다양하게 변경하여 적용할 수 있다.
탐침부(220')는 이온화 챔버(210') 내에서 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220) 핵종 등에 의한 알파(α) 붕괴가 발생되었을 때 생겨난 이온 전하를 흡수할 수 있도록 기다란 봉 형태의 전도성 물질로 이루어지는 바, 그 일단이 이온화 챔버(210') 내에 배치되어 있으며, 이온화 챔버(210') 내에 유입된 공기에서 알파(α) 붕괴 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 기능을 수행한다.
이러한 탐침부(220')는 이온화 챔버(210') 내에 유입된 공기에서 라돈(Radon, Rn-222) 및/또는 토론(Thoron, Rn-220) 기체에 의한 알파(α) 붕괴 시 생성된 알파입자를 검출하도록 구비됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 알파(α)입자를 방출하는 모든 방사성 기체를 검출하도록 구비될 수도 있다.
가드링부(230')는 원통형의 전도성 물질로 이루어지는 바, 그 내측으로 탐침부(220')가 관통되도록 이온화 챔버(210')의 타측에 결합되어 있으며, 이온화 챔버(210')와 탐침부(220') 사이에서 발생하는 누설 전류를 흡수하여 접지(Ground)측으로 흘려주는 기능을 수행한다.
노이즈 검출부(240')는 가드링부(230')와 접지(Ground) 사이에 전기적으로 연결되어 있으며, 가드링부(230')의 전위를 접지보다 약간 높게 유지하여, 이온화 챔버(210')와 탐침부(220') 사이에서 발생하는 직류(DC)형의 누설 전류를 접지(Ground)측으로 흘려 보내주고, 교류(AC)형의 노이즈를 검출하여 후술하는 제2 전치 증폭기(150b')로 출력하는 기능을 수행한다.
따라서, 본 발명의 다른 예에서는 전술한 일 예와는 달리 보조 탐침부(240)를 제거하고, 가드링부(230')를 이용하여 보조 탐침부(240)의 역할을 하도록 노이즈 검출부(240')를 설치한 점이 특징이며 구조적으로 일 실시예보다 간단하다는 장점이 있다.
이러한 노이즈 검출부(240')는 예컨대, 저항(Resistance), 콘덴서(Condenser) 및 다이오드(Diode) 중 적어도 어느 하나의 능동 소자를 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 이루어짐이 바람직하다.
제1 및 제2 전치 증폭기(250a' 및 250b')는 그 입력단이 탐침부(220') 및 노이즈 검출부(240')의 출력단에 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 탐침부(220') 및 노이즈 검출부(240')로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 일차 증폭하는 기능을 수행한다.
그리고, 차동 증폭기(260')는 제1 및 제2 전치 증폭기(250a' 및 250b')의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 전기적으로 연결되어 있으며, 제1 및 제2 전치 증폭기(250a' 및 250b')로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차에 비례하여 증폭함으로써, 노이즈 신호를 효과적으로 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력할 수 있다.
즉, 차동 증폭기(260')를 통해 차동 증폭하게 되면, 탐침부(220') 및 노이즈 검출부(240')를 통해 유입되는 동일한 위상을 갖는 노이즈를 효과적으로 상쇄시킬 수 있으며, 고감도 저잡음의 알파입자 검출신호를 정확하고 신속하게 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈의 전형적인 출력신호 파형을 오실로스코프로 측정한 결과 파형으로서, 본 발명의 구성요소들을 적용하였을 때 노이즈가 대폭 감소하여 알파입자 검출신호와 배경 노이즈 신호와의 차이, 즉 신호 대 노이즈 비가 매우 향상되었음(매우 큰 깨끗한 신호 파형-B)을 쉽게 알 수 있으며, 따라서 보다 정확히 알파 입자의 발생 빈도를 검출하는 효과가 있으며, 이는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치에 적용한 결과이다.
그리고, 제어모듈(500)은 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치의 전반적인 제어를 수행하는 바, 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit, MCU)으로 이루어짐이 바람직하며, 특히 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 각각 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하는 기능을 수행한다.
또한, 제어모듈(500)은 기 설정된 측정시간(예컨대, 10분, 30분, 1시간 등)동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 방사선 농도 값을 각각 산출하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 기 설정된 측정시간은 약 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 제어모듈(500)은 제1 센서모듈(200)로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간(예컨대, 10분, 30분, 1시간 등)동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 제어모듈(500)은 제2 센서모듈(400)로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간(예컨대, 10분, 30분, 1시간 등)동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 제어모듈(500)은 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 제어모듈(500)은 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면 즉, 표시모듈(700)에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면 즉, 표시모듈(700)에 표시되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
여기에 설명되는 다양한 실시예는 예를 들어, 소프트웨어, 하드웨어 또는 이들의 조합된 것을 이용하여 컴퓨터 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록매체 내에서 구현될 수 있다.
하드웨어적인 구현에 의하면, 여기에 설명되는 실시예는 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs (digital signal processors), DSPDs (digital signal processing devices), PLDs (programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기능 수행을 위한 전기적인 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. 일부의 경우에 그러한 실시예들이 제어모듈(500)에 의해 구현될 수 있다.
소프트웨어적인 구현에 의하면, 절차나 기능과 같은 실시예들은 적어도 하나의 기능 또는 작동을 수행하게 하는 별개의 소프트웨어 모듈과 함께 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션에 의해 구현될 수 있다. 또한, 소프트웨어 코드는 저장모듈(800)에 저장되고, 제어모듈(500)에 의해 실행될 수 있다.
전원공급모듈(600)은 각 모듈 즉, 공기 유입용 펌프(100), 제1 센서모듈(200), 공기유입 지연모듈(300), 제2 센서모듈(400), 제어모듈(500), 표시모듈(700), 저장모듈(800), 음성출력모듈(900), 및/또는 통신모듈(950) 등에 필요한 전원을 공급하는 기능을 수행하는 바, 계속적인 전원 공급을 위해 상용 교류(AC) 전원(예컨대, AC 220V)을 직류(DC) 전원으로 변환되도록 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 통상의 휴대용 배터리로(Battery) 구현할 수도 있다.
또한, 전원공급모듈(600)은 제어모듈(500)의 제어에 의해 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)에 구비된 바이어스 전원(10, 10')에 필요한 전원을 공급할 수도 있다.
추가적으로, 표시모듈(700)은 제어모듈(500)의 제어에 의해 상기 산출된 제1 내지 제3 방사선 농도 값을 비롯하여 장치의 각종 상태(예컨대, 각종 센서들을 비롯한 구성요소들의 고장 유무, 경보 등) 등을 화면에 표시하도록 구성될 수 있다.
이러한 표시모듈(700)은 예컨대, 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 발광다이오드 디스플레이(Light Emitting Diode, LED), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 플라즈마 디스플레이 패널 (Plasma Display Panel, PDP), 표면 얼터네이트 라이팅(ALiS), 디지털 광원 처리(DLP), 실리콘 액정(LCoS), 표면 전도형 전자방출소자 디스플레이(SED), 전계방출 디스플레이(FED), 레이저 TV(양자 점 레이저, 액정 레이저), 광유전성 액체 디스플레이(FLD), 간섭계 변조기 디스플레이(iMoD), 두꺼운 필름 유전체 전기(TDEL), 양자점 디스플레이(QD-LED), 텔레스코픽 픽셀 디스플레이(TPD), 유기발광 트랜지스터(OLET), 레이저 형광 디스플레이(LPD), 3차원 디스플레이(3D display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 숫자, 문자 또는 도형 등을 디스플레이(Display)할 수 있는 것이라면, 어떠한 것이라도 포함할 수 있다.
더욱이, 저장모듈(800)은 상기 산출된 제1 내지 제3 방사선 농도 값을 비롯하여 장치의 각종 상태정보데이터(예컨대, 각종 센서들을 비롯한 구성요소들의 고장 유무, 경보 정보데이터 등) 등을 일별 및/또는 요일별 및/또는 주별 및/또는 월별 및/또는 분기별 및/또는 년별로 데이터베이스(DB)화하여 저장하는 기능을 수행한다.
이러한 저장모듈(800)은 예컨대, 플래시 메모리 타입(Flash Memory type), 하드디스크 타입(Hard Disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(Multimedia Card Micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등), 램(Random Access Memory, RAM), SRAM(Static Random Access Memory), 롬(Read-Only Memory, ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), PROM(Programmable Read-Only Memory), 자기 메모리, 자기 디스크, 광디스크 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
또한, 음성출력모듈(900)은 제어모듈(500)의 제어에 따라 상기 산출된 제1 내지 제3 방사선 농도 값을 비롯하여 장치의 각종 상태정보데이터(예컨대, 각종 센서들을 비롯한 구성요소들의 고장 유무, 경보 정보데이터 등) 등을 사용자가 청각적으로 들을 수 있도록 음성으로 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 음성출력모듈(900)은 통상의 스피커(Speaker)로 구현됨이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 이어폰 또는 헤드폰을 통해 사용자가 청취할 수 있도록 음성 증폭회로를 비롯한 연결 잭 등으로 구현될 수도 있다.
또한, 통신모듈(950)은 제어모듈(500)의 제어에 따라 상기 산출된 제1 내지 제3 방사선 농도 값을 비롯하여 장치의 각종 상태정보데이터(예컨대, 각종 센서들을 비롯한 구성요소들의 고장 유무, 경보 정보데이터 등) 등을 통신망(20)을 통해 외부의 사용자 단말(30)로 전송하는 기능을 수행한다.
이때, 통신망(20)은 예컨대, 근거리 통신(예컨대, 블루투스(Bluetooth) 통신, 지그비(ZigBee) 통신, UWB(Ultra Wideband) 통신, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 또는 적외선(IR) 통신 등), 이더넷(Ethernet) 또는 이동 통신망 등으로 이루어질 수 있으며, 대용량, 장거리 음성 및 데이터 서비스가 가능한 대형 통신망의 고속 기간 망인 통신망일 수도 있으며, 인터넷(Internet) 또는 고속의 멀티미디어 서비스를 제공하기 위한 와이파이(WiFi), 와이브로(Wibro), 와이맥스(Wimax) 등을 포함하는 차세대 무선망일 수도 있다.
상기 인터넷은 TCP/IP 프로토콜 및 그 상위계층에 존재하는 여러 서비스, 즉 HTTP(Hyper Text Transfer Protocol), Telnet, FTP(File Transfer Protocol), DNS(Domain Name System), SMTP(Simple Mail Transfer Protocol), SNMP(Simple Network Management Protocol), NFS(Network File Service), NIS(Network Information Service) 등을 제공하는 전 세계적인 개방형 컴퓨터 네트워크 구조를 의미하며, 사용자 단말(30)이 통신모듈(950)에 접속될 수 있게 하는 환경을 제공한다. 한편, 상기 인터넷은 유선 또는 무선 인터넷일 수도 있고, 이외에도 유선 공중망, 무선 이동 통신망, 또는 휴대 인터넷 등과 통합된 코어망 일 수도 있다.
만약, 통신망(20)이 이동 통신망일 경우 동기식 이동 통신망일 수도 있고, 비동기식 이동 통신망일 수도 있다. 상기 비동기식 이동 통신망의 실시 예로서, WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access) 방식의 통신망을 들 수 있다. 이 경우 도면에 도시되진 않았지만, 상기 이동 통신망은 예컨대, RNC(Radio Network Controller) 등을 포함할 수 있다. 한편, 상기 WCDMA망을 일 예로 들었지만, 3G LTE망, 4G망, 5G망 등 차세대 통신망, 그 밖의 IP를 기반으로 한 IP 망일 수 있다. 이러한 통신망(20)은 사용자 단말(30)과 통신모듈(950) 상호 간의 신호 및 데이터를 상호 전달하는 역할을 수행한다.
이때, 외부의 사용자 단말(30)은 기 설치된 라돈 및 토론 검출관련 어플리케이션 서비스를 통해 통신모듈(950)로부터 전송된 제1 내지 제3 방사선 농도 값을 비롯하여 장치의 각종 상태정보데이터(예컨대, 각종 센서들을 비롯한 구성요소들의 고장 유무, 경보 정보데이터 등) 등을 제공받아 이를 기반으로 해당 사용자가 시각적으로 볼 수 있도록 텍스트 및/또는 그래프 형태로 해당 사용자 단말(30)의 디스플레이 화면에 표시하는 기능을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 적용된 사용자 단말(30)은 무선 인터넷 또는 휴대 인터넷을 통하여 통신하는 스마트폰(Smart Phone), 스마트 패드(Smart Pad) 또는 스마트 노트(Smart Note) 중 적어도 어느 하나의 이동 단말 장치로 이루어짐이 바람직하며, 이외에도 개인용 PC, 노트북 PC, 팜(Palm) PC, 모바일 게임기(Mobile play-station), 통신 기능이 있는 DMB(Digital Multimedia Broadcasting)폰, 태블릿 PC, 아이패드(iPad) 등 통신모듈(950)에 접속하기 위한 사용자 인터페이스를 갖는 모든 유무선 가전/통신 장치를 포괄적으로 의미할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는, 지속적으로 가동되는 공기 유입용 펌프(100)를 통해 유입된 공기는 두 가지 경로를 통해 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)로 전달되는 데, 이때 제1 센서모듈(200)에는 일반적인 제1 가스배관(L1)만을 통하여 통상 약 5초 이내로 빠르게 전달되고, 제2 센서모듈(4000에는 제2 가스배관(L2)에 공기유입 지연모듈(300, 300')를 삽입하여 통상 약 5분 이상 지연되어 전달되도록 한다.
이렇게 하면 제1 센서모듈(200)에는 유입된 공기 중의 라돈과 토론이 모두 손실이 거의 없이 도달되지만, 제2 센서모듈(400)에는 주로 라돈만 도달된다. 그 이유는 두 방사성 기체의 반감기 차이로부터 비롯된다.
즉, 라돈은 반감기가 약 3.8일 이고, 토론은 반감기가 약 56초 이므로 공기유입 지연모듈(300, 300')을 약 5분 이상 거치는 동안 토론의 양은 약 1/32 이하로 감소되기 때문이다.
따라서, 제1 센서모듈(200)에서는 라돈과 토론의 알파붕괴 신호가 모두 출력되어 제어모듈(500)로 전달되는 반면, 제2 센서모듈(400)에서는 주로 라돈만의 알파붕괴 신호 즉, 알파입자 검출신호가 출력되어 제어모듈(500)로 전달된다.
한편, 라돈과 토론의 농도는 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)의 시간당 신호 출력 횟수에 비례하므로, 제어모듈(500)에서는 제1 센서모듈(200)의 신호로부터 라돈 및 토론의 농도 값을, 제2 센서모듈(400)의 신호로부터는 라돈만의 농도 값을 알 수 있으므로 두 농도 값의 차이를 구하면 라돈과 토론의 농도 값을 각각 동시에 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는, 크게 공기 유입용 펌프(100'), 센서모듈(200'), 공기 개폐용 밸브(300'), 제어모듈(400'), 및 전원공급모듈(500') 등을 포함하여 이루어진다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는 표시모듈(600'), 저장모듈(700'), 음성출력모듈(800'), 및/또는 통신모듈(900') 등을 더 포함할 수 있다. 한편, 도 7에 도시된 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 가질 수도 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치의 구성요소들에 대해 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
공기 유입용 펌프(100')는 외부의 공기를 유입하여 일정 길이를 갖는 제1 가스배관(L1')으로 전달하는 기능을 수행한다.
이러한 공기 유입용 펌프(100')는 전술한 본 발명의 일 실시예에서와 마찬가지로 유량이 약 0.5lpm~1.5lpm 사이의 저소음 고내구성의 소형 공기유입 펌프로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않고, 외부의 공기를 유입하여 적어도 하나의 경로로 배출할 수 있는 공기 펌프라면 모두 적용 가능하다.
센서모듈(200')은 공기 유입용 펌프(100')로부터 유입된 공기를 제1 가스배관(L1')을 통해 전달받아 일정 길이를 갖는 제2 가스배관(L2')으로 출력되도록 구비되어 있으며, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 제1 가스배관(L1')을 통해 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및/또는 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 기능을 수행한다.
이러한 센서모듈(200')은 전술한 본 발명의 일 실시예에 적용된 제1 및 제2 센서모듈(200 및 400)과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예의 상세한 설명을 참고하기로 한다(도 2 내지 도 4 참조).
공기 개폐용 밸브(300')는 외부의 제어신호 즉, 제어모듈(400')로부터 출력된 제어신호에 의한 개폐동작에 따라 제2 가스배관(L2')을 통해 전달된 공기가 외부로 배출 또는 차단되도록 제2 가스배관(L2') 상에 설치되어 있다.
그리고, 제어모듈(400')은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치의 전반적인 제어를 수행하는 바, 마이크로 제어유닛(Micro Control Unit, MCU)으로 이루어짐이 바람직하며, 특히 공기 개폐용 밸브(300')가 개방되도록 제어신호를 출력함과 동시에 공기 유입용 펌프(100')가 일정 구동시간(바람직하게, 약 10분 내지 60분 정도)동안 가동되도록 제어신호를 출력한 후, 센서모듈(200')로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하는 기능을 수행한다.
또한, 제어모듈(400')은 기 설정된 측정시간(바람직하게, 약 10분 내지 60분 정도)동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행한다.
또한, 제어모듈(400')은 공기 유입용 펌프(100')가 일정 구동시간동안 가동된 후 공기 유입용 펌프(100')가 정지되도록 제어신호를 출력함과 동시에 공기 개폐용 밸브(300')가 폐쇄되도록 제어신호를 출력하고, 기 설정된 대기시간(바람직하게, 약 5분 내지 10분 정도)동안 기다린 후 센서모듈(200')로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하는 기능을 수행한다.
또한, 제어모듈(400')은 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행한다.
또한, 제어모듈(400')은 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출하는 기능을 수행할 수 있다.
또한, 제어모듈(400')은 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면 즉, 표시모듈(600')에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면 즉, 표시모듈(600')에 표시되도록 제어하는 기능을 수행할 수 있다.
그리고, 전원공급모듈(500'), 표시모듈(600'), 저장모듈(700'), 음성출력모듈(800'), 및 통신모듈(900')은 전술한 본 발명의 일 실시예에 적용된 전원공급모듈(600), 표시모듈(700), 저장모듈(800), 음성출력모듈(900), 및 통신모듈(950)과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 전술한 본 발명의 일 실시예의 상세한 설명을 참고하기로 한다(도 1 참조).
전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치는, 전술한 본 발명의 일 실시예(도 1 참조)와의 차이점은 공기유입 지연모듈(300) 없이 공기 개폐용 밸브(300')를 사용한다는 것과 센서모듈(200')을 한 개만 사용한다는 것, 그리고 제어모듈(400')에서 공기 유입용 펌프(100')와 공기 개폐용 밸브(300')의 구동을 제어한다는 점이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에서는 라돈과 토론을 동시에 측정할 수 있었으나, 본 발명의 다른 실시예에서는 순차적으로 측정한다. 먼저, 공기 개폐용 밸브(300')를 열고 공기 유입용 펌프(100')를 일정 구동시간 예컨대, 약 10분 내지 60분동안 지속적으로 가동하여 센서모듈(200')로 외부 공기를 통과시키면서 센서모듈(200')에서 측정되는 알파붕괴 신호 즉, 알파입자 검출신호를 제어모듈(400')로 입력하여 라돈 및 토론의 농도 값을 먼저 측정한다.
이후에, 공기 유입용 펌프(100')를 정지시킴과 동시에 공기 개폐용 밸브(300')를 닫고 약 5분 이상 기다려서 토론의 짧은 반감기를 이용하여, 그 농도를 약 1/32 이하로 감소시킨 후 공기 유입용 펌프(100')를 일정 구동시간과 동일한 시간 예컨대, 약 10분 내지 60분동안 센서모듈(200')에서 측정되는 알파붕괴 신호 즉, 알파입자 검출신호를 제어모듈(400')로 입력하여 라돈만의 농도 값을 측정한다. 역시 두 측정 결과로부터 라돈과 토론의 농도 값을 각각 알 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
본 발명은 라돈 및 토론측정장치에 광범위하게 사용될 수 있다.

Claims (27)

  1. 외부의 공기를 유입하여 적어도 하나의 경로로 전달하는 공기 유입용 펌프;
    상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 제1 경로 상의 제1 가스배관을 통해 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 제1 센서모듈;
    상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 제2 경로 상의 제2 가스배관을 통해 전달받아 일정 지연시간동안 지연시켜 출력하는 공기유입 지연모듈;
    상기 공기유입 지연모듈로부터 출력된 공기를 전달받고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 제2 센서모듈; 및
    상기 제1 및 제2 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 각각 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 방사선 농도 값을 각각 산출하는 제어모듈을 포함하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서모듈은,
    금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버;
    일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 주 탐침부;
    내측으로 상기 주 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 주 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비하는 가드링부;
    일단이 상기 가드링부의 내측을 관통하여 상기 이온화 챔버 내에 배치됨과 아울러 상기 주 탐침부와 일정간격으로 이격되도록 배치되며, 주변 노이즈가 유입되도록 구비하는 보조 탐침부;
    상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부의 타단에 각각 연결되며, 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및
    상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 보조 탐침부의 길이는 상기 주 탐침부의 길이보다 짧게 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버 내에서 상기 보조 탐침부의 노출영역이 상기 주 탐침부의 노출영역보다 작게 배치되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 센서모듈은,
    금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버;
    일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 탐침부;
    내측으로 상기 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비되는 가드링부;
    상기 가드링부와 접지 사이에 연결되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생하는 직류(DC)형의 누설전류를 상기 접지측으로 흘려 보내주고, 교류(AC)형의 노이즈를 검출하여 출력하는 노이즈 검출부;
    상기 탐침부의 타단 및 상기 노이즈 검출부의 출력단에 각각 연결되며, 상기 탐침부 및 상기 노이즈 검출부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및
    상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 노이즈 검출부는, 저항, 콘덴서 및 다이오드 중 적어도 어느 하나의 능동 소자를 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입 지연모듈은, 내부에 유입된 공기가 일정시간 머무를 수 있도록 소정의 공간부를 갖는 복수 개의 케이스들이 상하로 적층되어 이루어지되, 상기 상하로 적층된 각 케이스 사이에 공기가 통할 수 있도록 적어도 하나의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수 개의 케이스들 중 적어도 하나의 케이스의 공간부에 미로 형태의 칸막이들이 설치되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입 지연모듈은, 상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기가 통과되어 일정 지연시간동안 지연시켜 상기 제2 센서모듈로 출력되도록 일정 길이를 갖는 공기파이프를 원형의 스프링 형태로 복수 회 감아서 형성되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기유입 지연모듈의 지연시간은, 5분 내지 10분 범위의 시간으로 이루어지고,
    상기 기 설정된 측정시간은, 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 제1 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출하고, 상기 제2 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출하며, 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출하며, 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  16. 외부의 공기를 유입하여 일정 길이를 갖는 제1 가스배관으로 전달하는 공기 유입용 펌프;
    상기 공기 유입용 펌프로부터 유입된 공기를 상기 제1 가스배관을 통해 전달받아 일정 길이를 갖는 제2 가스배관으로 출력되도록 구비되고, 일정 크기의 이온화 챔버 내로 상기 제1 가스배관을 통해 유입된 공기 중에 포함된 라돈 및 토론에서 방출되는 알파(α)입자를 검출하여 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 출력하는 센서모듈;
    외부의 제어신호에 의한 개폐동작에 따라 상기 제2 가스배관을 통해 전달된 공기가 외부로 배출 또는 차단되도록 상기 제2 가스배관 상에 설치되는 공기 개폐용 밸브; 및
    상기 공기 개폐용 밸브가 개방되도록 제어신호를 출력함과 동시에 상기 공기 유입용 펌프가 일정 구동시간동안 가동되도록 제어신호를 출력한 후 상기 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제1 방사선 농도 값을 산출하고, 상기 공기 유입용 펌프가 일정 구동시간동안 가동된 후 상기 공기 유입용 펌프가 정지되도록 제어신호를 출력함과 동시에 상기 공기 개폐용 밸브가 폐쇄되도록 제어신호를 출력하고, 기 설정된 대기시간동안 기다린 후 상기 센서모듈로부터 출력된 전기적 신호의 알파입자 검출신호를 실시간으로 제공받아 기 저장된 외부 노이즈 신호 유형에 따른 신호패턴 정보데이터와 파형을 비교 분석하여 정상 또는 비정상 알파입자 검출신호를 구별하고, 기 설정된 측정시간동안 구별된 정상 알파입자 검출신호를 카운트하며, 카운트된 정상 알파입자 검출신호의 횟수를 기반으로 제2 방사선 농도 값을 산출하는 제어모듈을 포함하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서모듈은,
    금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버;
    일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 주 탐침부;
    내측으로 상기 주 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 주 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비하는 가드링부;
    일단이 상기 가드링부의 내측을 관통하여 상기 이온화 챔버 내에 배치됨과 아울러 상기 주 탐침부와 일정간격으로 이격되도록 배치되며, 주변 노이즈가 유입되도록 구비하는 보조 탐침부;
    상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부의 타단에 각각 연결되며, 상기 주 탐침부 및 상기 보조 탐침부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및
    상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 주 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 보조 탐침부의 길이는 상기 주 탐침부의 길이보다 짧게 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버 내에서 상기 보조 탐침부의 노출영역이 상기 주 탐침부의 노출영역보다 작게 배치되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  22. 제 16 항에 있어서,
    상기 센서모듈은,
    금속 재질의 원통형 상자구조이며, 공기 유입 및 배출을 위한 노즐이 마련되어 있으며, 표면에 바이어스 전원을 인가하여 내부에 전기장을 형성하는 이온화 챔버;
    일단이 상기 이온화 챔버 내에 배치되며, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 이온 전하를 흡수하는 탐침부;
    내측으로 상기 탐침부가 관통되도록 상기 이온화 챔버의 타측에 결합되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생된 누설 전류를 흡수하여 접지측으로 흘려주도록 구비되는 가드링부;
    상기 가드링부와 접지 사이에 연결되며, 상기 이온화 챔버와 상기 탐침부 사이에서 발생하는 직류(DC)형의 누설전류를 상기 접지측으로 흘려 보내주고, 교류(AC)형의 노이즈를 검출하여 출력하는 노이즈 검출부;
    상기 탐침부의 타단 및 상기 노이즈 검출부의 출력단에 각각 연결되며, 상기 탐침부 및 상기 노이즈 검출부로부터 각각 입력된 전기적인 미세신호를 일정 크기로 증폭하는 제1 및 제2 전치 증폭기; 및
    상기 제1 및 제2 전치 증폭기의 출력단이 각각 비반전 단자(+) 및 반전단자(-)에 연결되며, 상기 제1 및 제2 전치 증폭기로부터 각각 전치 증폭된 전기적인 신호의 전압차를 증폭하여 노이즈 신호를 상쇄시킴과 아울러 알파입자 검출신호를 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 이온화 챔버의 표면에 인가되는 바이어스 전원은, 50V 내지 300V 범위의 직류전압으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 탐침부는, 상기 이온화 챔버 내에서 알파(α) 붕괴 발생 시 생성된 알파입자와 공기와의 충돌에 의하여 발생된 이온 전하를 검출하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  25. 제 22 항에 있어서,
    상기 노이즈 검출부는, 저항, 콘덴서 및 다이오드 중 적어도 어느 하나의 능동 소자를 전기적으로 직렬, 병렬 또는 직렬과 병렬의 조합으로 연결되어 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  26. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 산출된 제1 방사선 농도 값에서 상기 산출된 제2 방사선 농도 값의 차이를 계산하여 제3 방사선 농도 값을 산출하며, 상기 산출된 제2 방사선 농도 값을 라돈 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어함과 아울러 상기 산출된 제3 방사선 농도 값을 토론 농도 값으로 디스플레이 화면에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
  27. 제 16 항에 있어서,
    상기 공기 유입용 펌프의 구동시간은 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어지고,
    상기 기 설정된 측정시간은 10분 내지 60분 범위의 시간으로 이루어지며,
    상기 기 설정된 대기시간은 5분 내지 10분 범위의 시간으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이온화 챔버를 이용한 라돈 및 토론 측정장치.
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