WO2020130622A1 - 방사선원 위치 측정 장치 - Google Patents

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WO2020130622A1
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unit
light
radiation source
optical
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염정열
허섭
권인용
김찬호
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Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Korea University Research and Business Foundation
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Korea Atomic Energy Research Institute KAERI
Korea University Research and Business Foundation
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    • G21K—HANDLING OF PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
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    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a radiation source position measuring device, and more particularly, to a radiation source position measuring device capable of recognizing radiation generating position information even in a high temperature environment.
  • the inner temperature of the core may be up to 2000 degrees, but the containment building where the radiation detection system is installed may be up to 700 degrees.
  • the existing radiation detection system cannot be used under a high temperature environment, and it is not suitable as a radiation detection system for real-time sensing of the damage state of a nuclear reactor because the location information of the radiation is not known.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a radiation source position measuring device capable of recognizing radiation generating position information even in a high temperature environment.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a radiation source position measuring device capable of real-time sensing of the state in the melting of the core and/or reactor damage by recognizing the location information of radiation, such as the core of a nuclear power plant in a high temperature environment. .
  • the radiation source position measuring apparatus includes a collimator part that selectively passes depending on the incident direction of radiation; A scintillator unit that converts radiation incident from the collimator unit into light; A first optical sensor that converts light incident from one end of the scintillator unit into a first optical signal; A second optical sensor that converts light incident from the other end of the scintillator unit into a second optical signal; And a location information acquiring unit acquiring light generation location information of the scintillator unit using the second optical signal and the second optical signal.
  • the location information obtaining unit generates first optical energy information for the first optical signal and second optical energy information for the second optical signal, and generates the first optical energy information and the The light generation position information may be obtained using the second light energy information.
  • the location information acquisition unit generates a first time stamp for the first optical signal and a second time stamp for the second optical signal, and the generated first time stamp and the second time stamp
  • the light generation location information may be obtained using.
  • the collimator part includes a plurality of collimators spaced apart from each other, and the collimators may be arranged between one end and the other end of the scintillator part.
  • the scintillator portion a plurality of scintillator spaced apart from each other; And an adhesive member bonding the scintillators adjacent to each other.
  • the scintillator portion a plurality of scintillator spaced apart from each other; A light guide unit positioned between the scintillators adjacent to each other; And an adhesive member adhering the scintillators adjacent to each other to the light guide unit.
  • each of the scintillator is Gd 2 SiO 5 :Ce(GSO) or Pr:Lu 3 Al 5 O 12 (Pr:LuAG), Gd 2 Si 2 O 7 :Ce(GPS) and Halide-based material It can be made of any one of.
  • a first light guide member that is located between the first optical sensor and one end of the scintillator part spaced apart from one end of the scintillator part and guides the light irradiated from one end of the scintillator part to the first light sensor; And a second light guide member positioned between the second optical sensor spaced apart from the other end of the scintillator part and the other end of the scintillator part, and guiding light irradiated from the other end of the scintillator part to the second light sensor.
  • the first wavelength shifter for converting the wavelength band of light traveling from the one end of the scintillator portion to the first light guide member to the pass wavelength range of the first light guide member; And a second wavelength shifter converting a wavelength band of light traveling from the other end of the scintillator part to the second light guide member into a range of passing wavelengths of the second light guide member.
  • a first optical amplifier for amplifying the light traveling from the one end of the scintillator portion to the first light guide member; And a second optical amplifier for amplifying the light traveling from the other end of the scintillator unit to the second optical guide member.
  • a cooling unit for cooling the scintillator portion, the collimator portion, a housing; A receiving hole penetrating the housing corresponding to the longitudinal direction of the scintillator part; And a plurality of incident holes extending in the first direction from the receiving hole, penetrating the housing, and spaced apart from each other, wherein the scintillator part is located in the receiving hole, overlaps the incident holes, and the cooling part receives the The scintillator part may be cooled by supplying a fluid into the hole.
  • the housing may be made of tungsten (W) or lead (Pb).
  • the apparatus for measuring a position of a radiation source can accurately measure a position at which radiation leaks due to damage to an inspection object (for example, a nuclear reactor). Accordingly, it is possible to monitor in real time whether or not the subject is damaged.
  • an inspection object for example, a nuclear reactor
  • the radiation source position measuring device can be monitored in real time as a test object in a high temperature environment by using an appropriate scintillator part even in a high temperature environment.
  • the radiation source position measuring device can make the production cost lower than those of the conventional ones. Accordingly, the radiation source position measuring device of the present invention may be superior in price competitiveness to a conventional radiation source position measuring device.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a radiation source position measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the radiation source position measuring device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a radiation source position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded perspective view showing the scintillator part of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing another embodiment of the scintillator part of FIG. 3.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a radiation source position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic view showing the collimator part of FIG. 6.
  • FIG 8 and 9 are schematic views showing the operation process of the radiation source position measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a radiation source position measuring device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a block diagram showing the radiation source position measuring device of FIG. 1.
  • the radiation source position measuring apparatus 10 can accurately measure the position to which the radiation (RAY) is irradiated.
  • the radiation source position measuring apparatus 10 can measure the position of a source irradiated with radiation (RAY) even in a high temperature environment.
  • the radiation source location measuring apparatus 10 may include a collimator unit 100, a scintillator unit 200, a first optical sensor 310, a second optical sensor 320, and a location information acquisition unit 500.
  • the radiation source position measuring device 10 may include an output unit 600, a first light guide member 410, and a second light guide member 420.
  • the collimator unit 100 may selectively pass radiation according to an incident direction of RAY.
  • the collimator unit 100 may block radiation (RAY) incident at an inclined angle to the scintillator unit 200.
  • the collimator unit 100 may pass radiation (RAY) incident in a direction substantially perpendicular to a length direction of the scintillator unit 200.
  • the collimator unit 100 may be a mechanism for reducing the irradiation dose rate as much as possible.
  • the collimator unit 100 may include a plurality of collimators 110.
  • the plurality of collimators 110 may be spaced apart from each other. Accordingly, a space (hereinafter, a passing space PS) through which radiation RAY passes may be formed between collimators 110 adjacent to each other.
  • the plurality of collimators 110 may be located between one end 200a of the scintillator part 200 and the other end 200b.
  • the passing space PS may overlap the scintillator part 200 to be described later.
  • the collimators 110 may be arranged at regular intervals from each other. Accordingly, the widths of the passing spaces PS may be the same. Alternatively, in another embodiment, the width of at least one of the passing spaces PS may be different from the width of the other passing spaces PS.
  • the collimator unit 100 may have a transmittance of inclined radiations RAY incident toward the scintillator unit 200 according to the height of the collimator 110 and the width of the passing space PS.
  • the height of the collimator 110 may be the length of the collimator 110 in a direction perpendicular to the width of the passing space PS.
  • the transmittance of the inclined radiations RAY incident toward the scintillator unit 200 may be reduced. Accordingly, it is possible to block the inclined radiations (RAY) from entering the scintillator unit 200.
  • a location range in which a radiation source may exist in the location information acquisition unit 500 may be reduced. Accordingly, the accuracy of the radiation source position measuring device 10 for the position of the radiation source can be improved.
  • the collimator 110 may be manufactured in consideration of materials, density, coefficient of thermal expansion, hygroscopicity, reactivity, etc. in order to secure stability in a high temperature and high humidity environment.
  • the collimator 110 may be made of a material that absorbs radiation such as lead (Pb) or tungsten to limit the direction and diffusion of radiation.
  • the scintillator unit 200 may convert the incident radiation (RAY) through the collimator 110 into light.
  • the scintillator unit 200 may be composed of one scintillator 210.
  • the scintillator part 200 may be provided in a rectangular shape having a length in one direction. That is, the scintillator 210 may be provided in a rectangular shape having a long length in one direction.
  • the scintillator 210 may generate a scintillation phenomenon that causes a pulse-shaped light emission phenomenon as a result of interaction with the material by the incident radiation (RAY).
  • the scintillators 210 may be made of organic, inorganic, gas, liquid, solid, and the like.
  • the inorganic scintillation crystal material has a high melting point, no hygroscopicity, does not emit magnetic radiation (RAY), and may have a high intensity of radiation (RAY).
  • the scintillators 210 may be made of an inorganic scintillation crystal material.
  • each of the scintillators 210 is Gd 2 SiO 5 :Ce(GSO) or Pr:Lu 3 Al 5 O 12 (Pr:LuAG), Gd 2 Si 2 O 7 :Ce(GPS) and Halide It can be made of any of the series materials.
  • the first optical sensor 310 may convert light incident from one end 200a of the scintillator unit 200 into a first optical signal LS1.
  • the first optical sensor 310 may be spaced apart from one end 200a of the scintillator part 200.
  • the first optical sensor 310 may be positioned adjacent to or adjacent to one end 200a of the scintillator unit 200. That is, the radiation source position measuring device 10 may remove the first light guide member 410.
  • the second optical sensor 320 may convert light incident from the other end 200b of the scintillator unit 200 into a second optical signal LS2.
  • the second optical sensor 320 may be spaced apart from the other end 200b of the scintillator part 200.
  • the second optical sensor 320 may be positioned adjacent to or adjacent to the other end 200b of the scintillator unit 200. That is, the radiation source position measuring device 10 may remove the second light guide member 420.
  • the first and second optical sensors 310 and 320 may sense light generated from the scintillator unit 200.
  • each of the first and second optical sensors 310 and 320 may be silicon photomultiplier (SiPM), but is not limited thereto.
  • the first light guide member 410 may be positioned between the first light sensor 310 and one end 200a of the scintillator part 200.
  • the first light guide member 410 may guide light irradiated from one end 200a of the scintillator part 200 to the first light sensor 310.
  • the second light guide member 420 may be positioned between the second light sensor 320 and the other end 200b of the scintillator part 200.
  • the second light guide member 420 may guide light irradiated from the other end 200b of the scintillator part 200 to the second light sensor 320.
  • the first and second optical guide members 410 and 420 may be optical fibers, but are not limited thereto. In an embodiment, the first and second light guide members 410 and 420 are straight, but in another embodiment, the first and second light guide members 410 and 420 may be curved.
  • the location information obtaining unit 500 may receive the first optical signal LS1 and the second optical signal LS2.
  • the location information acquisition unit 500 may acquire light generation location information of the scintillator unit 200 using the first optical signal LS1 and the second optical signal LS2.
  • the location information obtaining unit 500 may acquire radiation generating location information PI using the light generating location information.
  • the radiation generation location information PI may acquire location information (for example, X-Y coordinates) of a radiation leakage region of the test object.
  • the radiation leakage region may be a radiation source.
  • the object may be a nuclear reactor, and an area where the nuclear reactor leaks due to damage is a radiation source.
  • the location information acquisition unit 500 may extract first optical energy information for the first optical signal LS1 from the first optical signal LS1.
  • the location information acquisition unit 500 may extract second optical energy information for the second optical signal LS2 from the second optical signal LS2.
  • the location information acquisition unit 500 may acquire light generation location information using the first light energy information and the second light energy information. For example, the location information acquisition unit 500 may calculate a depth of interaction (DOI) from Equation 1 below.
  • DOI depth of interaction
  • the location information acquisition unit 500 may determine K and C values of Equation 1 through linear regression. Accordingly, the location information acquisition unit 500 may acquire DOI, which is light generation location information in the scintillator unit 200, using the first optical energy information and the second optical energy information.
  • DOI may be a distance from the center of the scintillator part 200 to a position where the light LM occurs.
  • the location information acquiring unit 500 may acquire radiation (RAY) location information that generates radiation (RAY) through light generation location information.
  • the location information acquiring unit 500 may acquire radiation generating location information PI using light location information, information of the pre-stored collimator unit 100, and location information of a pre-stored test object. have.
  • the information of the pre-stored collimator unit 100 may include width information of the passing space PS and height information of the collimator 110.
  • the location information of the object may include distance information between the scintillator 200 and the object.
  • the location information acquisition unit 500 is the second time from the first time stamp (TA) and the second optical signal (LS2) for the first optical signal (LS1) from the first optical signal (LS1)
  • the second time stamp TB for the optical signal LS2 may be generated.
  • the first time stamp may be a time when the first optical signal LS1 is input to the location information acquisition unit 500.
  • the second time stamp may be a time when the second optical signal LS2 is input to the location information acquisition unit 500.
  • the location information obtaining unit 500 may include a time-to-digital converter (TDC). Accordingly, the location information acquisition unit 500 may acquire first and second time stamps from the first and second optical signals LS1 and LS2.
  • TDC time-to-digital converter
  • the location information acquiring unit 500 may acquire light generation location information using the generated first time stamp and second time stamp. For example, the location information obtaining unit 500 may calculate a depth of interaction (DOI) from Equation 2 below.
  • DOI depth of interaction
  • TA first time stamp
  • TB second time stamp
  • C luminous flux
  • N refractive index of scintillator part 200
  • k constant, where the luminous flux may be 3 x 108 m/s.
  • the location information acquisition unit 500 may acquire DOI, which is light generation location information of the scintillator unit 200, using the first time stamp and the second time stamp.
  • the location information acquisition unit 500 may acquire radiation (RAY) generating location information through the light generating location information.
  • the location information acquiring unit 500 may transmit radiation generating location information to the output unit 600.
  • the output unit 600 may receive radiation generating location information PI from the location information obtaining unit 500.
  • the output unit 600 may visually and audibly output a location of a source generating radiation (RAY) to the user using the received location information acquisition unit 500.
  • RAY source generating radiation
  • the output unit 600 may visually display the location of the sailor corresponding to the location information acquisition unit 500 in the pre-stored map information.
  • the output unit 600 may be a display member.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a radiation source position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 4 is an exploded perspective view showing the scintillator part of FIG. 3.
  • the radiation source position measuring apparatus 10 includes a collimator part 100, a scintillator part 200, a first light sensor 310, and a second light sensor 320. ), and a location information obtaining unit 500.
  • the radiation source position measuring device 10 may include an output unit 600 (see FIG. 2 ), a first light guide member 410, and a second light guide member 420.
  • the radiation source position measuring device 10 may further include a first wavelength shifter 431, a second wavelength shifter 432, a first optical amplifier 441, and a second optical amplifier 442.
  • the scintillator part 200 may include a plurality of scintillators 210 spaced apart from each other and an adhesive member 220 that adheres the scintillators 210 adjacent to each other.
  • the adhesive member 220 may be positioned between the scintillators 210 adjacent to each other.
  • the adhesive member 220 may adhere the scintillators 210 adjacent to each other.
  • the adhesive member 220 may be made of optical epoxy, but is not limited thereto.
  • the scintillator part 200 When the scintillator part 200 is made of a single scintillator 210 having a length of several meters, the scintillator 210 may be made of only a plastic material.
  • the plastic scintillator 210 melts at a temperature of about 75° C. or higher, and the amount of light may decrease. That is, it may not be suitable for high temperature environments.
  • the scintillator 200 may be formed by bonding scintillators 210 made of an inorganic scintillator crystal material to form a long scintillator 200 while bonding to a high temperature environment.
  • the first and second light guide members 410 and 420 may be formed in a curved shape.
  • the first wavelength shifter 431 may be positioned between one end 200a of the scintillator part 200 and the first light guide member 410.
  • the first wavelength shifter 431 may convert the wavelength band of light traveling from one end 200a of the scintillator unit 200 to the first light guide member 410 into a range of passing wavelengths of the first light guide member 410.
  • the second wavelength shifter 432 may be positioned between the other end 200b of the scintillator part 200 and the second light guide member 420.
  • the second wavelength shifter 432 may convert a wavelength band of light traveling from the other end 200b of the scintillator part 200 to the second light guide member 420 into a range of passing wavelengths of the second light guide member 420. have.
  • the scintillator 210 of the scintillator unit 200 may have a different wavelength band of light generated according to the type when radiation (RAY) is incident.
  • the wavelength band of light generated by the scintillator 210 must be within the range of the passing wavelengths of the first and second light guide members 420 to proceed to the first and second light sensors 310 and 320.
  • the first and second wavelength shifters 431 and 432 convert the wavelength band of light generated from the scintillator part 200 into the passing wavelength range of the first and second light guide members 410 and 420. Can.
  • the first optical amplifier 441 may be positioned between one end 200a of the scintillator unit 200 and the first optical guide member 410. In an embodiment, the first optical amplifier 441 may be positioned between the first wavelength shifter 431 and the first optical guide member 410. The first optical amplifier 441 may amplify light traveling from one end 200a of the scintillator unit 200 to the first optical guide member 410.
  • the second optical amplifier 442 may be positioned between the other end 200b of the scintillator unit 200 and the second optical guide member 420. In an embodiment, the second optical amplifier 442 may be positioned between the second wavelength shifter 432 and the second optical guide member 420. The second optical amplifier 442 may amplify the light traveling from the other end 200b of the scintillator unit 200 to the second optical guide member 420.
  • the scintillator unit 200 of the radiation source position measuring device 10 may connect the first and second light guide members 420 (for example, 50 m or more) having a long length according to the surrounding environment and structure. As the lengths of the first and second light guide members 420 increase, light traveling from the scintillator unit 200 to the first and second light sensors 310 and 320 may be attenuated. Accordingly, the first and second optical amplifiers 442 increase the amount of light irradiated from the scintillator unit 200, so that light can reach the first and second optical sensors 310 and 320. can do.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing another embodiment of the scintillator part of FIG. 3.
  • FIGS. 1, 3, and 4 descriptions of components described with reference to FIGS. 1, 3, and 4 will be omitted or simplified.
  • the scintillator unit 200 may include a plurality of scintillators 210 spaced apart from each other, an adhesive member 220, and a light guide unit 230. .
  • the light guide unit 230 may be positioned between scintillators 210 adjacent to each other.
  • the optical guide unit 230 may be an optical fiber, quartz rods, or the like.
  • the light guide unit 230 and the scintillators 210 adjacent to each other may correspond to each other.
  • the light guide unit 230 and the scintillators 210 adjacent to each other may have the same thickness.
  • the light guide unit 230 may guide light traveling from one scintillator 210 to another adjacent scintillator 210.
  • the adhesive member 220 may bond scintillators 210 adjacent to each other to the light guide unit 230.
  • the adhesive member 220 bonds one scintillator 210 to one end of the light guide unit 230, and the other scintillator 210 adjacent to the other end of the light guide unit 230.
  • the adhesive member 220 may be made of optical epoxy, but is not limited thereto.
  • the spatial resolution may be about 30 cm. Accordingly, even if a light guide unit 230 other than the scintillator 210 is connected between scintillators 210 adjacent to each other, spatial resolution may not be significantly affected. However, by using the light guide unit 230 instead of the scintillator 210 between the scintillators 210 adjacent to each other, the manufacturing cost of the scintillator unit 200 is lowered without significantly degrading the performance of the scintillator unit 200. Can.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a radiation source position measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 7 is a schematic view showing the collimator part of FIG. 6.
  • the radiation source position measuring apparatus 10 includes a collimator part 100, a scintillator part 200, a first light sensor 310, and a second light sensor ( 320), and a location information obtaining unit 500.
  • the radiation source position measuring device 10 may include an output unit 600, a cooling unit 700, a first light guide member 410, and a second light guide member 420.
  • the collimator part 100 may include a housing 105 accommodating the scintillator part 200 therein.
  • the housing 105 may be provided in a cylindrical shape.
  • the housing 105 may be provided in a rectangular shape having a long length in one direction.
  • the housing 105 may include a receiving hole 120 passing therethrough.
  • the receiving hole 120 may connect one end and the other end of the housing 105.
  • the accommodation hole 120 may penetrate the housing 105 to correspond to the longitudinal direction of the scintillator part 200.
  • the longitudinal direction of the receiving hole 120 may be parallel to the longitudinal direction of the scintillator part 200.
  • the housing 105 may include a plurality of incident holes 130 extending in the first direction from the receiving hole 120 and penetrating the housing 105.
  • the plurality of incident holes 130 may be spaced apart from each other.
  • the incidence holes 130 may be spaced apart from each other at regular intervals.
  • the incident holes 130 may be arranged along the longitudinal direction (hereinafter, the second direction) of the scintillator part 200.
  • the first direction may be perpendicular to the second direction.
  • the radiation (RAY) generated by the source may be incident on the scintillator unit 200 through the incident holes 130.
  • the entrance hole 130 may correspond to the passing space (see FIG. 1) described in FIG. 1.
  • the incident holes 130 may overlap the scintillator part 200 vertically.
  • the housing 105 may be made of a high-density metal material.
  • the housing 105 may be made of tungsten (W) or lead (Pb).
  • the incident holes 130 of the housing 105 may serve as a collimator 110 blocking oblique radiation (RAY).
  • the height of the incident hole 130 corresponds to the height of the collimator 110 of FIG. 1, and the diameter of the incident hole 130 may correspond to the width of the passing space PS.
  • the scintillator part 200 may be located in the accommodation hole 120. In addition, the scintillator part 200 may overlap the incident holes 130 vertically.
  • the cooling unit 700 may cool the scintillator unit 200. If the temperature of the scintillator 200 is higher than a certain level, its performance may deteriorate or may be disabled. Accordingly, the cooling unit 700 may control the temperature of the scintillator unit 200 to smoothly perform the functions of the radiation source position measuring device 10.
  • the cooling unit 700 may supply fluid into the receiving hole 120.
  • the fluid supplied to the receiving hole 120 may cool the scintillator part 200 in the receiving hole 120.
  • the fluid can be liquid or gas.
  • the fluid may be introduced into one end of the housing 105 and discharged to the other end of the housing 105.
  • FIGS. 8 and 9 are schematic views showing the operation process of the radiation source position measuring device according to an embodiment of the present invention. For convenience of description, descriptions of components described with reference to FIGS. 1 and 2 will be omitted or simplified.
  • the radiation (RAY) when radiation (RAY) is generated from a source, the radiation (RAY) may proceed toward the radiation source position measuring device 10.
  • the direction of the radiation (RAY) reaching the collimator unit 100 of the radiation source position measuring device 10 may be varied.
  • the collimator part 100 blocks the inclined radiation RAY to the scintillator part 200 and allows only the radiation RAY in a direction substantially perpendicular to the longitudinal direction of the scintillator part 200.
  • the scintillator unit 200 when radiation (RAY) passes through the collimator unit 100 and is incident on the scintillator unit 200, the scintillator unit 200 generates light LM at a position where radiation (RAY) is incident. I can do it.
  • the light LM generated from the scintillator unit 200 may proceed to one end 200a and the other end 200b of the scintillator unit 200.
  • Light L1 irradiated from one end 200a of the scintillator unit 200 may reach the first light sensor 310 through the first light guide member 410.
  • the first optical sensor 310 When the light L1 irradiated from one end 200a of the scintillator unit 200 reaches, the first optical sensor 310 generates a first optical signal LS1, and the first optical signal LS1 is located It may be transmitted to the information acquisition unit 500.
  • the light L2 irradiated from the other end 200b of the scintillator part 200 may reach the second light sensor 320 through the second light guide member 420.
  • the second optical sensor 320 When the light L2 irradiated from one end 200a of the scintillator unit 200 reaches, the second optical sensor 320 generates a second optical signal LS2, and the second optical signal LS2 is located It may be transmitted to the information acquisition unit 500.
  • the location information acquisition unit 500 may acquire light generation location information of the scintillator unit 200 using the first optical signal LS1 and the second optical signal LS2.
  • the location information obtaining unit 500 may calculate radiation generating location information (PI, see FIG. 2) corresponding to the light generating location information.
  • the radiation generation location information PI is transmitted to the output unit 600, and the output unit 600 may be displayed on pre-stored map information using the radiation generation location information PI.
  • scintillator unit 310 first optical sensor
  • the radiation source position measuring device of the present invention can be monitored in real time as a test object in a high temperature environment by using a suitable scintillator part even in a high temperature environment, and has a lower manufacturing cost, which is more competitive than a conventional radiation source position measuring device.

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Abstract

본 발명은 방사선원 위치 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방사선원 위치 측정 장치는, 방사선의 입사방향에 따라 선택적으로 통과시키는 콜리메이터부; 상기 콜리메이터부로부터 입사된 방사선을 광으로 변환시키는 섬광체부; 상기 섬광체부의 일단으로부터 입사된 광을 제1 광 신호로 변환시키는 제1 광 센서; 상기 섬광체부의 타단으로부터 입사된 광을 제2 광 신호로 변환시키는 제2 광 센서; 및 상기 제2 광 신호와 상기 제2 광 신호를 이용하여 상기 섬광체부의 광 발생 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부를 포함한다.

Description

방사선원 위치 측정 장치
본 발명은 방사선원 위치 측정 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 환경에서도 방사선 발생 위치 정보를 인식할 수 있는 방사선원 위치 측정 장치에 관한 것이다.
최근 국내에서 지진이 빈번하게 발생하고 있어서 원전의 안전성 문제가 대두되고 있다. 현재 국내 원전은 지진 규모 6.5 ~ 7에 기준으로 내진 설계되어 있다. 하지만. 잦은 지진 및 설계구조물의 노후화로 인한 크랙 등으로 인해 내진 설계기준보다 낮은 지진 규모에도 취약할 수 있다.
안전에 취약할 수 있는 원전의 문제점을 사전에 차단하고 중대 사고나 테러에도 대체하기 위해서 고온, 고압 상태의 원자로의 노심에서 유출되는 방사선을 상시 감시할 수 있는 방사선 검출 시스템 구축이 필요할 수 있다.
또한, 원전에 중대 사고 발생시, 노심 내부 온도는 최대 2000도 이나, 방사선 검출 시스템이 설치되는 격납 건물은 최대 700도일 수 있다. 하지만, 기존의 방사선 검출 시스템은 고온 환경 하에서 사용이 불가능하고, 방사선 발생 위치 정보를 알 수 없어서, 원자로 손상 상태를 실시간 감지하는 방사선 검출 시스템으로는 적합하지 않다.
따라서, 최근에 고온 환경에서도 방사선 발생 위치 정보를 정확하게 측정할 수 있는 방사선 검출 시스템에 대한 연구가 진행 중인 추세이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온 환경에서도 방사선 발생 위치 정보를 인식할 수 있는 방사선원 위치 측정 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고온 환경에 있는 원전의 노심 등의 방사선 발생 위치 정보를 인식하여, 노심용융 및/또는 원자로 손상에서 상태를 실시간 감지할 수 있는 방사선원 위치 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 방사선원 위치 측정 장치는 방사선의 입사방향에 따라 선택적으로 통과시키는 콜리메이터부; 상기 콜리메이터부로부터 입사된 방사선을 광으로 변환시키는 섬광체부; 상기 섬광체부의 일단으로부터 입사된 광을 제1 광 신호로 변환시키는 제1 광 센서; 상기 섬광체부의 타단으로부터 입사된 광을 제2 광 신호로 변환시키는 제2 광 센서; 및 상기 제2 광 신호와 상기 제2 광 신호를 이용하여 상기 섬광체부의 광 발생 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 위치 정보 획득부는, 상기 제1 광 신호에 대한 제1 광 에너지 정보와 상기 제2 광 신호에 대한 제2 광 에너지 정보를 생성하고, 생성된 상기 제1 광 에너지 정보와 상기 제2 광 에너지 정보를 이용하여 상기 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 위치 정보 획득부는, 상기 제1 광 신호에 대한 제1 타임 스탬프와 상기 제2 광 신호에 대한 제2 타임 스탬프를 생성하고, 생성된 제1 타임 스탬프와 상기 제2 타임 스탬프를 이용하여 상기 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 콜리메이터부는, 서로 이격된 복수의 콜리메이터들을 포함하고, 상기 콜리메이터들은 상기 섬광체부의 일단과 타단 사이에 배열될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부는, 서로 이격된 복수의 신틸레이터들; 및 서로 인접한 상기 신틸레이터들를 접착시키는 접착 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부는, 서로 이격된 복수의 신틸레이터들; 서로 인접한 상기 신틸레이터들 사이에 위치되는 광 가이드 유닛; 및 서로 인접한 상기 신틸레이터들을 상기 광 가이드 유닛에 접착시키는 접착 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 신틸레이터들의 각각은 Gd 2SiO 5:Ce(GSO)나 Pr:Lu 3Al 5O 12(Pr:LuAG) , Gd 2Si 2O 7:Ce(GPS) 및 Halide 계열 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부의 일단과 이격된 상기 제1 광 센서와 상기 섬광체부의 일단 사이에 위치되고, 상기 섬광체부의 일단에서 조사된 광을 상기 제1 광 센서로 가이드하는 제1 광 가이드 부재; 및 상기 섬광체부의 타단과 이격된 상기 제2 광 센서와 상기 섬광체부의 타단 사이에 위치되고, 상기 섬광체부의 타단에서 조사된 광을 상기 제2 광 센서로 가이드하는 제2 광 가이드 부재를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부의 일단에서 상기 제1 광 가이드 부재로 진행하는 광의 파장 대역을 상기 제1 광 가이드 부재의 통과 파장 범위로 변환시키는 제1 파장 시프터; 및 상기 섬광체부의 타단에서 상기 제2 광 가이드 부재로 진행하는 광의 파장 대역을 상기 제2 광 가이드 부재의 통과 파장 범위로 변환시키는 제2 파장 시프터를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부의 일단에서 상기 제1 광 가이드 부재로 진행하는 광을 증폭시키는 제1 광 증폭기; 및 상기 섬광체부의 타단에서 상기 제2 광 가이드 부재로 진행하는 광을 증폭시키는 제2 광 증폭기를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 섬광체부를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고, 상기 콜리메이터부는, 하우징; 상기 섬광체부의 길이 방향에 대응되게 상기 하우징을 관통하는 수용 홀; 및 상기 수용 홀로부터 제1 방향으로 연장되어 상기 하우징을 관통하고, 서로 이격되는 복수의 입사 홀들을 포함하고, 상기 섬광체부는 상기 수용 홀 내에 위치되며, 상기 입사 홀들과 중첩되고, 상기 냉각부는 상기 수용 홀 내로 유체를 공급하여 상기 섬광체부를 냉각시킬 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하우징은 텅스텐(W) 또는 납(Pb)으로 이루어질 수 있다.
기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시 예들에 따른 방사선원 위치 측정 장치는 검사대상체(예를 들면, 원자로 등)의 손상에 따른 방사선이 누출되는 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 이에 따라, 검사 대상체의 손상여부를 실시간으로 감시할 수 있다.
방사선원 위치 측정 장치는 고온 환경에서도 적합한 섬광체부를 사용함으로써, 고온 환경에 있는 검사 대상체로 실시간으로 감시할 수 있다.
또한, 방사선원 위치 측정 장치는 제작 단가를 종래의 것들보다 낮게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 방사선원 위치 측정 장치는 종래의 방사선원 위치 측정 장치보다 가격 경쟁력이 우수할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 3의 섬광체부를 나타낸 분해사시도이다.
도 5는 도 3의 섬광체부의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에서 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 6의 콜리메이터부를 나타낸 개략도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 작동 과정을 나타내는 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시 예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 개념 및 이에 따른 실시 예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다. 도 2는 도 1의 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치(10)는 방사선(RAY)가 조사되는 위치를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 방사선원 위치 측정 장치(10)는 고온 환경에서도 방사선(RAY)이 조사되는 선원의 위치를 측정할 수 있다. 방사선원 위치 측정 장치(10)는 콜리메이터부(100), 섬광체부(200), 제1 광 센서(310), 제2 광 센서(320), 및 위치 정보 획득부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 방사선원 위치 측정 장치(10)는 출력부(600), 제1 광 가이드 부재(410), 및 제2 광 가이드 부재(420)를 포함할 수 있다.
콜리메이터부(100)는 방사선(RAY)의 입사방향에 따라 선택적으로 통과시킬 수 있다. 예를 들면, 콜리메이터부(100)는 섬광체부(200)로 경사진 각도로 입사하는 방사선(RAY)을 차단할 수 있다. 콜리메이터부(100)는 섬광체부(200)의 길이 방향과 대략 수직한 방향으로 입사하는 방사선(RAY)을 통과시킬 수 있다. 콜리메이터부(100)는 방사선 조사선량률을 가능한 적게하기 위한 기구일 수 있다.
콜리메이터부(100)는 복수의 콜리메이터들(collimator, 110)을 포함할 수 있다. 복수의 콜리메이터들(110)은 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 서로 인접한 콜리메이터들(110) 사이에 방사선(RAY)이 통과하는 공간(이하, 패싱 공간(PS))이 형성될 수 있다. 복수의 콜리메이터들(110)은 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 타단(200b) 사이에 위치될 수 있다. 패싱 공간(PS)은 후술할 섬광체부(200)와 중첩될 수 있다.
실시 예에서, 콜리메이터들(110)은 서로 일정 간격으로 배열될 수 있다. 이에 따라, 패싱 공간들(PS)의 폭은 동일할 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 패싱 공간들(PS) 중 적어도 어느 하나의 폭은 다른 패싱 공간들(PS)의 폭과 상이할 수 있다.
콜리메이터부(100)는 콜리메이터(110)의 높이 및 패싱 공간(PS)의 폭에 따라 섬광체부(200)를 향해 입사되는 경사진 방사선들(RAY)의 투과도가 달라질 수 있다. 콜리메이터(110)의 높이는 패싱 공간(PS)의 폭과 수직한 방향의 콜리메이터(110)의 길이일 수 있다. 예를 들면, 콜리메이터(110)의 높이가 높으면, 섬광체부(200)를 향해 입사되는 경사신 방사선들(RAY)의 투과도가 감소할 수 있다. 이에 따라, 경사진 방사선들(RAY)이 섬광체부(200)로 입사하는 것을 차단할 수 있다. 또한, 패싱 공간(PS)의 폭을 줄이면, 위치 정보 획득부(500)에서 방사선원이 존재할 수 있는 위치 범위가 감소할 수 있다. 이에 따라, 방사선원 위치 측정 장치(10)의 방사선원 위치에 대한 정확도가 향상될 수 있다.
콜리메이터(110)는 고온, 고습 환경에서 안정성을 확보할 수 있도록 재질, 밀도, 열팽창계수, 흡습성, 반응성 등을 종합적으로 고려하여 제작될 수 있다. 예를 들면, 콜리메이터(110)는 방사선의 방향과 확산을 한정시키기 위하여 납(Pb)이나 텅스텐 등과 같은 방사선을 흡수하는 물질로 이루어질 수 있다.
섬광체부(200)는 콜리메이터(110)를 통과하여 입사된 방사선(RAY)을 광으로 변환시킬 수 있다. 실시 예에서, 섬광체부(200)는 하나의 신틸레이터(210)로 구성될 수 있다. 섬광체부(200)는 일 방향으로 길이가 진 장방형으로 제공될 수 있다. 즉, 신틸레이터(210)는 일 방향으로 길이가 긴 장방형으로 제공될 수 있다.
신틸레이터(210)(Scintillators)는 방사선(RAY)이 입사하여 물질과 상호작용을 일으킨 결과 펄스 형상의 발광현상을 일으키는 신틸레이션 현상을 발생시킬 수 있다. 신틸레이터들(210)은 유기물, 무기물, 기체, 액체, 고체 등으로 이루어질 수 있다. 여기서, 무기섬광결정물질은 녹는 점이 높고, 흡습성이 없으며, 자기 방사선(RAY)을 방출하지 않고, 방사선(RAY) 강도가 클 수 있다. 실시 예에서, 신틸레이터들(210)은 무기섬광결정 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 신틸레이터들(210)의 각각은 Gd 2SiO 5:Ce(GSO)나 Pr:Lu 3Al 5O 12(Pr:LuAG) , Gd 2Si 2O 7:Ce(GPS) 및 Halide 계열 물질 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
제1 광 센서(310)는 섬광체부(200)의 일단(200a)으로부터 입사된 광을 제1 광 신호(LS1)로 변환시킬 수 있다. 실시 예에서, 제1 광 센서(310)는 섬광체부(200)의 일단(200a)과 이격될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 제1 광 센서(310)는 섬광체부(200)의 일단(200a)과 접하거나 인접하게 위치될 수 있다. 즉, 방사선원 위치 측정 장치(10)는 제1 광 가이드 부재(410)를 제거할 수 있다.
제2 광 센서(320)는 섬광체부(200)의 타단(200b)으로부터 입사된 광을 제2 광 신호(LS2)로 변환시킬 수 있다. 실시 예에서, 제2 광 센서(320)는 섬광체부(200)의 타단(200b)과 이격될 수 있다. 이와 달리, 다른 실시 예에서, 제2 광 센서(320)는 섬광체부(200)의 타단(200b)과 접하거나 인접하게 위치될 수 있다. 즉, 방사선원 위치 측정 장치(10)는 제2 광 가이드 부재(420)를 제거할 수 있다.
제1 및 제2 광 센서들(310, 320)은 섬광체부(200)에서 발생된 광을 감지할 수 있다. 실시 예에서, 제1 및 제2 광 센서들(310, 320)의 각각은 실리콘 광증배기(SiPM)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
제1 광 가이드 부재(410)는 제1 광 센서(310)와 섬광체부(200)의 일단(200a) 사이에 위치할 수 있다. 제1 광 가이드 부재(410)는 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 조사된 광을 제1 광 센서(310)로 가이드할 수 있다.
제2 광 가이드 부재(420)는 제2 광 센서(320)와 섬광체부(200)의 타단(200b) 사이에 위치할 수 있다. 제2 광 가이드 부재(420)는 섬광체부(200)의 타단(200b)에서 조사된 광을 제2 광 센서(320)로 가이드할 수 있다.
제1 및 제2 광 가이드 부재들(410, 420)은 광 섬유일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 실시 예에서, 제1 및 제2 광 가이드 부재들(410, 420)은 직선 형태이나, 다른 실시 예에서, 제1 및 제2 광 가이드 부재들(410, 420)은 곡선 형태일 수 있다.
위치 정보 획득부(500)는 제1 광 신호(LS1)와 제2 광 신호(LS2)를 수신할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 제1 광 신호(LS1)와 제2 광 신호(LS2)를 이용하여 섬광체부(200)의 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 광 발생 위치 정보를 이용하여, 방사선 발생 위치 정보(PI)를 획득할 수 있다. 방사선 발생 위치 정보(PI)는 검사 대상체에서의 방사선(RAY) 누출 영역에 대한 위치 정보(예를 들면, X-Y좌표)를 획득할 수 있다. 이에 따라, 방사선 누출 영역이 방사선원일 수 있다. 예를 들면, 검사 대상체는 원자로일 수 있고, 원자로가 손상되어 방사선이 누출되는 영역이 방사선원일 수 있다.
실시 예에서, 위치 정보 획득부(500)는 제1 광 신호(LS1)로부터 제1 광 신호(LS1)에 대한 제1 광 에너지 정보를 추출할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 제2 광 신호(LS2)로부터 제2 광 신호(LS2)에 대한 제2 광 에너지 정보를 추출할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 제1 광 에너지 정보와 제2 광 에너지 정보를 이용하여 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 위치 정보 획득부(500)는 아래의 식 1로부터 DOI(Depth of interaction)을 산출할 수 있다.
식 1)
Figure PCTKR2019017992-appb-img-000001
(A: 제1 광 에너지 정보, B: 제2 광 에너지 정보)
식 1에서
Figure PCTKR2019017992-appb-img-000002
는 Signal asymmetry일 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 선형 회귀 분석(linear regression)을 통해 식 1의 K와 C값을 결정할 수 있다. 이에 따라, 위치 정보 획득부(500)는 제1 광 에너지 정보 및 제2 광 에너지 정보를 이용하여, 섬광체부(200)에서의 광 발생 위치 정보인 DOI를 획득할 수 있다. 여기서, DOA는 섬광체부(200)의 중심에서 광(LM)이 발생한 위치까지의 거리일 수 있다.
전술한 바와 같이, 위치 정보 획득부(500)는 광 발생 위치 정보를 통해 방사선(RAY)을 발생시키는 방사선(RAY) 위치 정보를 획득할 수 있다. 실시 예에서, 위치 정보 획득부(500)는 광 발생 위치 정보, 기 저장된 콜리메이터부(100)의 정보, 및 기 저장된 검사 대상체의 위치 정보를 이용하여, 방사선 발생 위치 정보(PI)를 획득할 수 있다. 기 저장된 콜리메이터부(100)의 정보는 패싱 공간(PS)의 폭 정보, 콜리메이터(110)의 높이 정보 등을 포함할 수 있다. 검사 대상체의 위치 정보는 섬광체부(200)와 검사 대상체 간의 거리 정보 등을 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에서, 위치 정보 획득부(500)는 제1 광 신호(LS1)로부터 제1 광 신호(LS1)에 대한 제1 타임 스탬프(TA) 및 제2 광 신호(LS2)로부터 제2 광 신호(LS2)에 대한 제2 타임 스탬프(TB)를 생성할 수 있다. 제1 타임 스탬프는 제1 광 신호(LS1)가 위치 정보 획득부(500)에 입력된 시간일 수 있다. 제2 타임 스탬프는 제2 광 신호(LS2)가 위치 정보 획득부(500)에 입력된 시간일 수 있다. 예를 들면, 위치 정보 획득부(500)는 TDC(Time-to Digital Converter)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 위치 정보 획득부(500)는 제1 및 제2 광 신호들(LS1, LS2)로부터 제1 및 제2 타임 스탬프들을 획득할 수 있다.
위치 정보 획득부(500)는 생성된 제1 타임 스탬프와 제2 타임 스탬프를 이용하여 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 위치 정보 획득부(500)는 아래의 식 2로부터 DOI(Depth of interaction)을 산출할 수 있다.
식 2)
Figure PCTKR2019017992-appb-img-000003
(TA: 제1 타임 스탬프, TB: 제2 타임 스탬프, C: 광속, N: 섬광체부(200)의 굴절률 k: 상수, 여기서, 광속은 3 Х 108 m/s일 수 있다.)
이에 따라, 위치 정보 획득부(500)는 제1 타임 스탬프 및 제2 타임 스탬프를 이용하여, 섬광체부(200)의 광 발생 위치 정보인 DOI를 획득할 수 있다. 또한, 위치 정보 획득부(500)는 전술한 바와 같이, 광 발생 위치 정보를 통해 방사선(RAY) 발생 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 방사선 발생 위치 정보를 출력부(600)로 전송할 수 있다.
출력부(600)는 위치 정보 획득부(500)로부터 방사선 발생 위치 정보(PI)를 수신할 수 있다. 출력부(600)는 수신된 위치 정보 획득부(500)를 이용하여 방사선(RAY)을 발생시키는 선원의 위치를 사용자에게 시각적, 청각적으로 출력할 수 있다. 예를 들면, 출력부(600)는 기 저장된 맵 정보에 위치 정보 획득부(500)에 대응된 선원의 위치를 시각적으로 표시할 수 있다. 출력부(600)는 디스플레이 부재일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다. 도 4는 도 3의 섬광체부를 나타낸 분해사시도이다. 설명의 편의를 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하거나 간단히 하기로 한다.
도 3 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치(10)는 콜리메이터부(100), 섬광체부(200), 제1 광 센서(310), 제2 광 센서(320), 및 위치 정보 획득부(500)를 포함할 수 있다. 또한, 방사선원 위치 측정 장치(10)는 출력부(600, 도 2 참조), 제1 광 가이드 부재(410), 및 제2 광 가이드 부재(420)를 포함할 수 있다. 방사선원 위치 측정 장치(10)는 제1 파장 시프터(431), 제2 파장 시프터(432), 제1 광 증폭기(441) 및 제2 광 증폭기(442)를 더 포함할 수 있다.
섬광체부(200)는 서로 이격된 복수의 신틸레이터들(210)과 서로 인접한 신틸레이터들(210)을 접착시키는 접착 부재(220)를 포함할 수 있다.
접착 부재(220)는 서로 인접한 신틸레이터들(210) 사이에 위치될 수 있다. 접착 부재(220)는 서로 인접한 신틸레이터들(210)을 접착할 수 있다. 실시 예에서, 접착 부재(220)는 광학 에폭시(Optical Epoxy)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
섬광체부(200)가 길이가 수미터인 단일 신틸레이터(210)로 이루어질 경우, 신틸레이터(210)는 플라스틱 재질로만 제작 가능할 수 있다. 플라스틱 재질의 신틸레이터(210)는 대략 75 ℃이상의 온도에서 융해되고, 광량이 감소할 수 있다. 즉, 고온 환경에는 적합하지 않을 수 있다. 이에 따라, 섬광체부(200)는 무기섬광결정 재질로 이루어진 신틸레이터들(210)을 접착하여 구성할 경우, 고온 환경에 접합하면서 길이가 긴 섬광체부(200)를 형성할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 제1 및 제2 광 가이드 부재들(410, 420)은 굴곡진 형태로 이루어질 수 있다.
제1 파장 시프터(Wavelength shifter, 431)는 섬광체부(200)의 일단(200a)과 제1 광 가이드 부재(410) 사이에 위치될 수 있다. 제1 파장 시프터(431)는 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 제1 광 가이드 부재(410)로 진행하는 광 파장 대역을 제1 광 가이드 부재(410)의 통과 파장 범위로 변환시킬 수 있다. 제2 파장 시프터(432)는 섬광체부(200)의 타단(200b)과 제2 광 가이드 부재(420) 사이에 위치될 수 있다. 제2 파장 시프터(432)는 섬광체부(200)의 타단(200b)에서 제2 광 가이드 부재(420)로 진행하는 광 파장 대역을 제2 광 가이드 부재(420)의 통과 파장 범위로 변환시킬 수 있다.
섬광체부(200)의 신틸레이터(210)는 방사선(RAY)이 입사될 때, 그 종류에 따라 발생하는 광의 파장 대역이 다를 수 있다. 신틸레이터(210)에서 발생하는 광의 파장대역이 제1 및 제2 광 가이드 부재(420)의 통과 파장 범위 내에 있어야 제1 및 제2 광 센서들(310, 320)로 진행할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 파장 시프터들(431, 432)은 섬광체부(200)에서 발생된 광의 파장 대역을 제1 및 제2 광 가이드 부재들(410, 420)의 통과 파장 범위로 변환시킬 수 있다.
제1 광 증폭기(Optical amplifier, 441)는 섬광체부(200)의 일단(200a)과 제1 광 가이드 부재(410) 사이에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 제1 광 증폭기(441)는 제1 파장 시프터(431)와 제1 광 가이드 부재(410) 사이에 위치될 수 있다. 제1 광 증폭기(441)는 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 제1 광 가이드 부재(410)로 진행하는 광을 증폭시킬 수 있다.
제2 광 증폭기(442)는 섬광체부(200)의 타단(200b)과 제2 광 가이드 부재(420) 사이에 위치될 수 있다. 실시 예에서, 제2 광 증폭기(442)는 제2 파장 시프터(432)와 제2 광 가이드 부재(420) 사이에 위치될 수 있다. 제2 광 증폭기(442)는 섬광체부(200)의 타단(200b)에서 제2 광 가이드 부재(420)로 진행하는 광을 증폭시킬 수 있다.
방사선원 위치 측정 장치(10)의 섬광체부(200)는 주변 환경, 구조에 따라 긴 길이의 제1 및 제2 광 가이드 부재(420)(예를 들면, 50m 이상)를 연결할 수 있다. 제1 및 제2 광 가이드 부재(420)의 길이가 길어질수록 섬광체부(200)에서 제1 및 제2 광 센서들(310, 320)로 진행하는 광은 감쇠할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 광 증폭기(442)는 섬광체부(200)에서 조사된 광의 광량을 증가시켜, 제1 및 제2 광 센서들(310, 320)로 광이 도달할 수 있는 역할을 할 수 있다.
도 5는 도 3의 섬광체부의 다른 실시 예를 나타낸 분해사시도이다. 설명의 편의를 위해 도 1, 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하거나 간단히 하기로 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 섬광체부(200)는 서로 이격된 복수의 신틸레이터들(210), 접착 부재(220), 및 광 가이드 유닛(230)을 포함할 수 있다.
광 가이드 유닛(230)은 서로 인접한 신틸레이터들(210) 사이에 위치될 수 있다. 광 가이드 유닛(230)은 광 섬유, 쿼츠 로드(quartz rods)등일 수 있다. 광 가이드 유닛(230)과 서로 인접한 신틸레이터들(210)은 서로 대응될 수 있다. 예를 들면, 광 가이드 유닛(230)과 서로 인접한 신틸레이터들(210)은 두께 등이 동일할 수 있다. 광 가이드 유닛(230)은 어느 하나의 신틸레이터(210)에서 인접한 다른 신틸레이터(210)로 진행하는 광을 가이드할 수 있다.
접착 부재(220)는 서로 인접한 신틸레이터들(210)을 광 가이드 유닛(230)에 접착시킬 수 있다. 예를 들면, 접착 부재(220)는 어느 하나의 신틸레이터(210)를 광 가이드 유닛(230)의 일단에 접착시키고, 인접한 다른 신틸레이터(210)는를 광 가이드 유닛(230)의 타단에 접착시킬 수 있다. 접착 부재(220)는 광학 에폭시(Optical Epoxy)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
섬광체부(200)의 신틸레이터(210)의 시간 분해능이 1ns라고 가정하면, 공간분해능은 약 30cm 정도가 될 수 있다. 이에 따라, 서로 인접한 신틸레이터들(210) 사이에 신틸레이터(210)가 아닌 광 가이드 유닛(230)을 연결해도 공간 분해능은 크게 영향을 주지 않을 수 있다. 하지만, 서로 인접한 신틸레이터들(210) 사이에 신틸레이터(210)가 아닌 광 가이드 유닛(230)을 사용함으로써, 섬광체부(200)의 성능의 큰 저하 없이 섬광체부(200)의 제작 단가를 낮출 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에서 따른 방사선원 위치 측정 장치를 나타낸 개략도이다. 도 7은 도 6의 콜리메이터부를 나타낸 개략도이다. 설명의 편의를 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하거나 간단히 하기로 한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치(10)는 콜리메이터부(100), 섬광체부(200), 제1 광 센서(310), 제2 광 센서(320), 및 위치 정보 획득부(500)를 포함할 수 있다. 방사선원 위치 측정 장치(10)는 출력부(600), 냉각부(700), 제1 광 가이드 부재(410), 및 제2 광 가이드 부재(420)를 포함할 수 있다.
콜리메이터부(100)는 내부에 섬광체부(200)를 수용하는 하우징(105)을 포함할 수 있다. 하우징(105)은 통 형상으로 제공될 수 있다. 하우징(105)은 일 방향으로 길이가 긴 장방형으로 제공될 수 있다.
하우징(105)은 그를 관통하는 수용 홀(120)을 포함할 수 있다. 수용 홀(120)은 하우징(105)의 일단과 타단을 연결할 수 있다. 수용 홀(120)은 섬광체부(200)의 길이 방향에 대응되게 하우징(105)을 관통할 수 있다. 예를 들면, 수용 홀(120)의 길이 방향은 섬광체부(200)의 길이 방향과 평행할 수 있다.
하우징(105)은 수용 홀(120)로부터 제1 방향으로 연장되어 하우징(105)을 관통하는 복수의 입사 홀들(130)을 포함할 수 있다. 복수의 입사 홀들(130)은 서로 이격될 수 있다. 실시 예에서, 입사 홀들(130)은 서로 일정 간격으로 이격될 수 있다. 입사 홀들(130)은 섬광체부(200)의 길이 방향(이하, 제2 방향)을 따라 배열될 수 있다. 실시 예에서, 상기 제1 방향은 제2 방향과 수직할 수 있다. 선원에서 발생된 방사선(RAY)은 입사 홀들(130)을 통해 섬광체부(200)로 입사될 수 있다. 입사 홀(130)은 도 1에서 설명한 패싱 공간(PS, 도 1 참조)에 대응될 수 있다. 입사 홀들(130)은 섬광체부(200)와 수직하게 중첩될 수 있다.
하우징(105)은 고밀도 금속 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 하우징(105)은 텅스텐(W) 또는 납(Pb)으로 이루어질 수 있다. 하우징(105)이 고밀도 금속 재질로 이루어질 경우, 하우징(105)의 입사 홀들(130)은 경사진 방사선(RAY)을 차단하는 콜리메이터(110) 역할을 수행할 수 있다. 여기서, 입사 홀(130)의 높이는 도 1의 콜리메이터(110)의 높이에 대응되고, 입사 홀(130)의 직경은 패싱 공간(PS)의 폭에 대응될 수 있다.
섬광체부(200)는 수용 홀(120) 내에 위치될 수 있다. 또한, 섬광체부(200)는 입사 홀들(130)과 수직하게 중첩될 수 있다.
냉각부(700)는 섬광체부(200)를 냉각시킬 수 있다. 섬광체부(200)는 온도가 일정이상이 도리 경우, 그 성능이 저하되거나 불능 상태로 될 수 있다. 이에 따라, 냉각부(700)는 섬광체부(200)의 온도를 제어함으로써, 방사선원 위치 측정 장치(10)의 기능의 원활하게 수행되도록 할 수 있다.
실시 예에서, 냉각부(700)는 수용 홀(120) 내로 유체를 공급할 수 있다. 수용 홀(120)로 공급된 유체는 수용 홀(120) 내의 섬광체부(200)를 냉각시킬 수 있다. 유체는 액체 또는 기체일 수 있다. 유체는 하우징(105)의 일단으로 유입되어 하우징(105)의 타단으로 배출될 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 방사선원 위치 측정 장치를 작동 과정을 나타내는 개략도이다. 설명의 편의를 위해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하거나 간단히 하기로 한다.
도 8을 참조하면, 선원에서 방사선(RAY)이 발생할 경우, 방사선(RAY)은 방사선원 위치 측정 장치(10)를 향해 진행될 수 있다. 방사선원 위치 측정 장치(10)의 콜리메이터부(100)에 도달한 방사선(RAY)의 방향은 다양할 수 있다. 콜리메이터부(100)는 섬광체부(200)에 경사진 방사선(RAY)을 차단하고, 섬광체부(200)의 길이 방향과 대략 수직한 방향의 방사선(RAY)만을 통과시킬 수 있다.
도 9을 참조하면, 방사선(RAY)이 콜리메이터부(100)를 통과하여 섬광체부(200)로 입사될 경우, 섬광체부(200)는 방사선(RAY)이 입사된 위치에서 광(LM)을 발생시킬 수 있다. 섬광체부(200)에서 발생된 광(LM)은 섬광체부(200)의 일단(200a)과 타단(200b)으로 진행할 수 있다.
섬광체부(200)의 일단(200a)에서 조사되는 광(L1)은 제1 광 가이드 부재(410)를 통해 제1 광 센서(310)로 도달할 수 있다. 제1 광 센서(310)는 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 조사된 광(L1)이 도달할 경우, 제1 광 신호(LS1)를 생성하고, 제1 광 신호(LS1)는 위치 정보 획득부(500)로 전송될 수 있다.
섬광체부(200)의 타단(200b)에서 조사되는 광(L2)은 제2 광 가이드 부재(420)를 통해 제2 광 센서(320)로 도달할 수 있다. 제2 광 센서(320)는 섬광체부(200)의 일단(200a)에서 조사된 광(L2)이 도달할 경우, 제2 광 신호(LS2)를 생성하고, 제2 광 신호(LS2)는 위치 정보 획득부(500)로 전송될 수 있다.
위치 정보 획득부(500)는 제1 광 신호(LS1)와 제2 광 신호(LS2)를 이용하여, 섬광체부(200)의 광 발생 위치 정보를 획득할 수 있다. 위치 정보 획득부(500)는 광 발생 위치 정보에 대응되는 방사선 발생 위치 정보(PI, 도 2 참조)를 산출할 수 있다. 방사선 발생 위치 정보(PI)는 출력부(600)로 전송되고, 출력부(600)는 방사선 발생 위치 정보(PI)를 이용하여 기 저장된 맵 정보 상에 표시할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
[부호의 설명]
10: 방사선원 위치 측정 장치 100: 콜리메이터부
200: 섬광체부 310: 제1 광 센서
320: 제2 광 센서 410: 제1 광 가이드 부재
420: 제2 광 가이드 부재 500: 위치 정보 획득부
600: 출력부 700: 냉각부
본 발명의 방사선원 위치 측정 장치는 고온 환경에서도 적합한 섬광체부를 사용함으로써 고온 환경에 있는 검사 대상체로 실시간으로 감시할 수 있고, 제작 단가가 낮아 종래의 방사선원 위치 측정 장치보다 경쟁력이 우수하다.

Claims (12)

  1. 방사선의 입사방향에 따라 선택적으로 통과시키는 콜리메이터부;
    상기 콜리메이터부를 통과하여 입사된 방사선을 광으로 변환시키는 섬광체부;
    상기 섬광체부의 일단으로부터 입사된 광을 제1 광 신호로 변환시키는 제1 광 센서;
    상기 섬광체부의 타단으로부터 입사된 광을 제2 광 신호로 변환시키는 제2 광 센서; 및
    상기 제2 광 신호와 상기 제2 광 신호를 이용하여 상기 섬광체부의 광 발생 위치 정보를 획득하는 위치 정보 획득부를 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보 획득부는,
    상기 제1 광 신호에 대한 제1 광 에너지 정보와 상기 제2 광 신호에 대한 제2 광 에너지 정보를 생성하고, 생성된 상기 제1 광 에너지 정보와 상기 제2 광 에너지 정보를 이용하여 상기 광 발생 위치 정보를 획득하는 방사선원 위치 측정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위치 정보 획득부는,
    상기 제1 광 신호에 대한 제1 타임 스탬프와 상기 제2 광 신호에 대한 제2 타임 스탬프를 생성하고, 생성된 제1 타임 스탬프와 상기 제2 타임 스탬프를 이용하여 상기 광 발생 위치 정보를 획득하는 방사선원 위치 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 콜리메이터부는, 서로 이격된 복수의 콜리메이터들을 포함하고,
    상기 콜리메이터들은 상기 섬광체부의 일단과 타단 사이에 배열되는 방사선원 위치 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체부는,
    서로 이격된 복수의 신틸레이터들; 및
    서로 인접한 상기 신틸레이터들를 접착시키는 접착 부재를 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체부는,
    서로 이격된 복수의 신틸레이터들;
    서로 인접한 상기 신틸레이터들 사이에 위치되는 광 가이드 유닛; 및
    서로 인접한 상기 신틸레이터들을 상기 광 가이드 유닛에 접착시키는 접착 부재를 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 신틸레이터들의 각각은 Gd 2SiO 5:Ce(GSO)나 Pr:Lu 3Al 5O 12(Pr:LuAG) , Gd 2Si 2O 7:Ce(GPS) 및 Halide 계열 물질 중 어느 하나로 이루어지는 방사선원 위치 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체부의 일단과 이격된 상기 제1 광 센서와 상기 섬광체부의 일단 사이에 위치되고, 상기 섬광체부의 일단에서 조사된 광을 상기 제1 광 센서로 가이드하는 제1 광 가이드 부재; 및
    상기 섬광체부의 타단과 이격된 상기 제2 광 센서와 상기 섬광체부의 타단 사이에 위치되고, 상기 섬광체부의 타단에서 조사된 광을 상기 제2 광 센서로 가이드하는 제2 광 가이드 부재를 더 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 섬광체부의 일단에서 상기 제1 광 가이드 부재로 진행하는 광의 파장 대역을 상기 제1 광 가이드 부재의 통과 파장 범위로 변환시키는 제1 파장 시프터; 및
    상기 섬광체부의 타단에서 상기 제2 광 가이드 부재로 진행하는 광의 파장 대역을 상기 제2 광 가이드 부재의 통과 파장 범위로 변환시키는 제2 파장 시프터를 더 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 섬광체부의 일단에서 상기 제1 광 가이드 부재로 진행하는 광을 증폭시키는 제1 광 증폭기; 및
    상기 섬광체부의 타단에서 상기 제2 광 가이드 부재로 진행하는 광을 증폭시키는 제2 광 증폭기를 더 포함하는 방사선원 위치 측정 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 섬광체부를 냉각시키는 냉각부를 더 포함하고,
    상기 콜리메이터부는,
    하우징;
    상기 섬광체부의 길이 방향에 대응되게 상기 하우징을 관통하는 수용 홀; 및
    상기 수용 홀로부터 제1 방향으로 연장되어 상기 하우징을 관통하고, 서로 이격되는 복수의 입사 홀들을 포함하고,
    상기 섬광체부는 상기 수용 홀 내에 위치되며, 상기 입사 홀들과 중첩되고,
    상기 냉각부는 상기 수용 홀 내로 유체를 공급하여 상기 섬광체부를 냉각시키는 방사선원 위치 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 하우징은 텅스텐(W) 또는 납(Pb)으로 이루어지는 방사선원 위치 측정 장치.
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