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KR20100079602A - Method and apparatus for determining nuclide in nuclear material composed of only one nuclide, and for determining nuclide composition ratio in nuclear material composed of several nuclides - Google Patents

Method and apparatus for determining nuclide in nuclear material composed of only one nuclide, and for determining nuclide composition ratio in nuclear material composed of several nuclides Download PDF

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KR20100079602A
KR20100079602A KR1020080138136A KR20080138136A KR20100079602A KR 20100079602 A KR20100079602 A KR 20100079602A KR 1020080138136 A KR1020080138136 A KR 1020080138136A KR 20080138136 A KR20080138136 A KR 20080138136A KR 20100079602 A KR20100079602 A KR 20100079602A
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neutrons
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neutron
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신희성
엄성호
김호동
안성규
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은 핵 분열시 방출되는 중성자들 중 군집성의 중성자수에 관한 값으로부터 증배수 분포를 계산하고 이를 기준 분포 값과 비교하여 단일 핵종 핵물질의 핵종을 판별하거나 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비를 결정하는 방법 및 장치를 각각 제공한다. The present invention calculates the multiplier distribution from neutrons released during nuclear fission, and compares it with the reference distribution to determine the nuclide of a single nuclide nuclide or to determine the nuclide component ratio of a multinuclear nucleus. A method and an apparatus for determining each are provided.

Description

단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법 및 장치, 그리고 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING NUCLIDE IN NUCLEAR MATERIAL COMPOSED OF ONLY ONE NUCLIDE, AND FOR DETERMINING NUCLIDE COMPOSITION RATIO IN NUCLEAR MATERIAL COMPOSED OF SEVERAL NUCLIDES}METHOD AND APPARATUS FOR DETERMINING NUCLIDE IN NUCLEAR MATERIAL COMPOSED OF ONLY NUCLIDE, AND FOR DETERMINING NUCLIDE COMPOSITION RATIO IN NUCLEAR MATERIAL COMPOSED OF SEVERAL NUCLIDES}

본 발명은 핵물질의 핵 분열 시에 방출되는 중성자를 측정하여 중성자 발생원('선원'이라고도 함)의 핵종 판별 또는 다핵종의 경우에 핵종들 간의 성분비를 결정하는 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for determining nuclide species of neutron generators (also called 'sources') or determining component ratios between nuclides in the case of multinuclides by measuring neutrons emitted during nuclear fission of nuclear material.

일반적으로 우라늄과 같은 자연계의 핵 연료가 기술적으로 통제된 상태에서 반응하여 에너지를 생성(원자력 발전)한 후에는 우라늄뿐만 아니라 플루토늄 등과 같은 물질들이 복합적으로 존재하며, 이는 사용후핵연료라 칭해진다. 사용후핵연료 중에서도 우랴늄과 플루토늄은 특수핵물질(SNM, Special Nuclear Material)로 분류되어, 국제원자력기구에 보고되고 그에 의해 관리되고 있다. In general, after a natural nuclear fuel such as uranium reacts in a technically controlled state to generate energy (nuclear power generation), not only uranium but also plutonium and the like are present in combination, which is called spent fuel. Among the spent fuels, uranium and plutonium are classified as Special Nuclear Material (SNM), reported to and managed by the International Atomic Energy Agency.

이러한 보고나 원자력 발전 중에 공정별 관리를 위해서는 핵연료 중에 특정한 핵종(nuclide)의 존재 여부에 대한 판별, 또는 그 핵종의 성분비 등을 알아야 할 필요가 있다.For such reporting or process-specific management during nuclear power generation, it is necessary to know the existence of a particular nuclide in the fuel or to determine the composition of the nuclide.

위 핵종의 판별이나 성분비의 결정을 위해서는 핵연료의 시료를 얻어서 화학적인 시험을 거칠 수 있다. 그러나, 이 방법은 분석에 필요한 시간이 많이 요구되는 문제가 있다.Nuclear fuel samples may be obtained and subjected to chemical tests to determine the nuclide or determine the composition ratio. However, this method has a problem that requires a lot of time for analysis.

다른 비 파괴적인 방식으로는 감마선 측정이나 중성자를 검출하여 위 핵종 등을 판별하는 방법이 있다. Other non-destructive methods include measuring gamma rays or detecting neutrons to determine gastric nuclides.

중성자 검출 방법은 중성자 스펙트럼의 측정이 힘들어 이를 측정하는 간단한 장비가 없고, 장치의 소형화도 쉽지 않다. 또한, 다핵종 핵물질의 경우에는 중성자를 발생시킨 선원이 어느 것인지를 확인하기가 쉽지 않다. The neutron detection method is difficult to measure the neutron spectrum, there is no simple equipment for measuring it, and it is not easy to miniaturize the device. In addition, in the case of multinuclide nuclear material, it is not easy to identify which source of neutron generation.

특히, 다핵종 물질인 사용후핵연료의 경우에는, 주된 선원인 Cm-244를 측정한 후에, 연소도(핵연료의 연소 정도로서 발전소 제공 또는 감마선 측정 통해 파악) 정보와 전산코드(ORIGEN)(연소도에 따른 보정 계수)를 사용하여 Cm 비율(U-235/Cm-244 혹은 Pu/Cm-244)(핵종별 성분비)을 구하여 U-235와 Pu의 양을 구한다. 이때, 연소도 측정오차와 전산코드의 오차가 최종 결과 값에 누적되기 때문에 측정오차와 불 확도가 큰 상태가 된다.In particular, in the case of spent nuclear fuel, which is a multinuclear material, after measuring Cm-244, the main source, information on the degree of combustion (provided by the power plant or gamma ray measurement as the degree of combustion of the fuel), and the ORIGEN (combustion degree) And the Cm ratio (U-235 / Cm-244 or Pu / Cm-244) (nuclide component ratio) to determine the amount of U-235 and Pu. At this time, since the error of the combustion degree measurement error and the computer code is accumulated in the final result value, the measurement error and the uncertainty are large.

본 발명의 일 목적은 종래와 다른 형태의 핵종 또는 성분비 판별 방법 및 장치를 제공하는 것이다. One object of the present invention is to provide a method and apparatus for determining a nuclide or component ratio different from the conventional one.

본 발명의 다른 일 목적은 기존의 중성자 측정 장치를 이용하여 간단하게 핵물질의 핵종 또는 핵종별 성분비를 판별할 수 있게 하는 것이다.Another object of the present invention is to use a conventional neutron measuring device to easily determine the nuclide or nucleus component ratio of the nuclear material.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법은 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 단계와, 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 단계와, 상기 군집신호수별 계수값을 변환하여 중성자 증배수를 계산하는 단계와, 상기 중성자 증배수의 분포를 기준 분포와 비교하여 상기 시료의 핵종을 판별하는 단계를 포함한다. Nuclear species identification method of a single nuclide nuclear material according to an embodiment of the present invention for realizing the above object is to detect the neutrons released during nuclear fission in the nuclear material sample, and within a predetermined time interval of the detected neutrons Counting the number of neutrons continuously detected by the number of cluster signals, calculating the number of neutron multiplications by converting the number of counts of the number of cluster signals, and comparing the distribution of the neutron multiplications with a reference distribution of the sample. Determining the nuclide.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 장치는 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 중성자 검출기와, 상기 중성자 검출기와 전기적으로 연결되어 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 신호 변환기와, 상기 신호 변환기와 전기적으로 연결되어 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자 증배수를 계산하는 계산기와, 상기 계산기와 전기적으로 연결되어 상기 중성자 증배수의 분포를 기준 분포와 비교하여 상기 시료의 핵종을 판별하는 판 별기를 포함한다.Nuclide discrimination apparatus of a single nuclide nuclear material according to another embodiment of the present invention is a neutron detector for detecting neutrons released during nuclear fission in a nuclear material sample, and the neutron detector is electrically connected to the neutron detector is a constant of the detected neutrons A signal converter for counting the number of neutrons clustered continuously within a time interval for each number of cluster signals, a calculator electrically connected to the signal converter for converting coefficient values for the number of cluster signals to calculate neutron multiplications, and And a determiner electrically connected to determine the nuclide of the sample by comparing the distribution of the neutron multiplier with a reference distribution.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법은 복수의 핵종들 각각의 증배수 분포를 조합하여 혼합 기준 분포를 산출하는 단계와, 복수의 핵종이 혼합된 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 단계와, 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 단계와, 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자들의 혼합된 증배수를 계산하는 단계와, 상기 중성자 혼합 증배수의 분포를 상기 혼합 기준 분포와 비교하여 핵종별 성분비를 판별하는 단계를 포함한다. In accordance with another aspect of the present invention, a method for determining a nuclear species component ratio of a multinuclide nuclear material includes combining a multiplication factor distribution of each of a plurality of nuclides to calculate a mixed reference distribution, and a nuclear material mixed with a plurality of nuclides. Detecting neutrons emitted during nuclear fission from a sample, counting neutrons of the clusters continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons by the number of cluster signals, and converting the coefficient values by the number of cluster signals Calculating a mixed multiplier of neutrons and comparing the distribution of the neutron mixed multiplier with the mixed reference distribution to determine a component ratio of each nuclide.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 장치는 복수의 핵종이 혼합된 핵물질 시료에서 핵 분열 시 방출되는 중성자들을 검출하는 중성자 검출기와, 상기 중성자 검출기에 전기적으로 연결되어 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 신호 변환기와, 상기 신호 변환기에 전기적으로 연결되어 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자들의 혼합된 증배수를 계산하는 계산기와, 상기 복수의 핵종들 각각의 증배수 분포를 조합하여 계산된 혼합 기준 분포와 상기 중성자 혼합 증배수의 분포를 비교하여 핵종별 성분비를 판별하는 판별기를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, an apparatus for determining a nuclear species component ratio of a multinuclide nucleus material includes a neutron detector for detecting neutrons emitted during fission from a nuclear material sample containing a plurality of nuclides mixed with the neutron detector. A signal converter that is connected to count the number of neutrons of the clusters that are continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons by the number of cluster signals, and is electrically connected to the signal converter to convert the coefficient values for the number of cluster signals to mix neutrons A calculator for calculating the multiplied multiplier and a discriminator for comparing the distribution of the mixed reference distribution calculated by combining the multiplier distribution of each of the plurality of nuclides and the distribution of the neutron mixed multiplier to determine the component ratio for each nuclide.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법 및 장치, 그리고 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법 및 장치는 기존의 중성자 측정 장치를 이용하여 군집성의 중성자수로부터 중성자 증배수 계산하여 기준 증배수 분포와 비교하도록 구성됨에 따라, 핵종 판별 등에 필요한 과정이 간단해지게 하고 오차의 누적 요인을 제거하여 보다 정확한 핵물질의 핵종 또는 핵종별 성분비를 판별 가능하게 한다.Nuclear species determination method and apparatus of a single nuclide nuclear material, and nucleus component ratio determination method of a multinuclear nucleus material according to the present invention configured as described above is a neutron multiplier from the neutron number of the cluster using a conventional neutron measuring device As it is configured to calculate and compare with the reference multiplier distribution, the process necessary for nuclide identification is simplified and the cumulative error of the error can be eliminated to more accurately determine the nuclide or component ratio of each nuclide.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법 및 장치, 그리고 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법 및 장치에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.Hereinafter, a method and apparatus for determining a nuclide of a single nuclide nuclear material according to a preferred embodiment of the present invention, and a method and apparatus for determining the nuclide component ratio of a multinuclide nuclear material will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description thereof is replaced with the first description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 측정 시스템(100)을 설명하기 위한 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a neutron measuring system 100 according to an embodiment of the present invention.

본 도면을 참조하면, 중성자 측정 시스템(100)은 중성자 검출기(110)와, 신호 변환기(120) 및 계산기(130)를 포함한다. Referring to this figure, the neutron measurement system 100 includes a neutron detector 110, a signal converter 120, and a calculator 130.

중성자 검출기(110)는 시료(O)에서 방출되는 중성자의 검출을 위한 튜브(111)와, 튜브(111)가 내장된 감속재(113)를 포함한다. 튜브(111)가 중성자를 검출하기 위한 메커니즘은 다양하나, 통상적으로 열중성자 검출용인 3He 튜브 기체 검출기가 사용된다. 감속재(113)는 중성자의 속도를 떨어뜨리는 물질로서, 구조물의 역할도 하게 된다. 감속재(113)로는 수소 계열의 물질, 예를 들어 폴리에틸렌 등이 사용될 수 있다. The neutron detector 110 includes a tube 111 for detecting neutrons emitted from the sample O and a moderator 113 in which the tube 111 is embedded. Mechanisms for the tube 111 to detect neutrons vary, but a 3 He tube gas detector is typically used for thermal neutron detection. The moderator 113 is a material that lowers the speed of the neutron, and also serves as a structure. As the moderator 113, a hydrogen-based material such as polyethylene may be used.

신호 변환기(120)는 중성자 검출기(110)에 전기적으로 연결되어, 중성자 검출기(110)에 의해 검출된 중성자 신호들 중에서 일정 시간 내에 배출되는 중성자에 의한 신호를 분리해서 출력한다. 이러한 중성자들은 군집성의 중성자들이라 한다. 신호 변환기(120)는 군집성의 중성자들에 대하여 군집신호수별로 계산된 값을 출력한다. 신호 변환기(120)의 작동 원리에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다.The signal converter 120 is electrically connected to the neutron detector 110 to separate and output a signal by the neutron emitted within a predetermined time from the neutron signals detected by the neutron detector 110. These neutrons are called clustered neutrons. The signal converter 120 outputs a value calculated for each number of cluster signals for the neutrons of the cluster. The operating principle of the signal converter 120 will be described with reference to FIG. 2.

계산기(130)는 신호 변환기(120)에 전기적으로 연결되어, 위 군집신호수별 계수 값을 입력받는다. 위 계수 값을 변환하여 중성자 증배수가 계산되고, 이는 중성자 증배수 분포로 표현된다. 판별기(135)는 위 증배수의 분포를 핵종 별 기준 증배수 분포와 대비하여 핵물질의 핵종을 판별하게 된다. 판별기(135)는 별도의 계산기의 형태로 구분될 수 있으나, 계산기(130)가 통상적인 컴퓨터라면 그의 프로세서 중 일 부분을 이룰 수 있다. 이 경우에 대하여, 본 도면에서는 판별기(135)가 계산기(130)의 일 부분인 것으로 도시하고 있다.The calculator 130 is electrically connected to the signal converter 120 to receive the count values for the number of cluster signals. By converting the above coefficient values, the neutron multiplier is calculated, which is expressed as the neutron multiplication distribution. The discriminator 135 determines the nuclide of the nuclear material by comparing the distribution of the multiplier with the distribution of the standard multiplier by nuclide. The discriminator 135 may be classified in the form of a separate calculator, but if the calculator 130 is a conventional computer, it may form part of its processor. In this case, the discriminator 135 is shown as part of the calculator 130.

중성자 검출기(110)와 신호 변환기(120) 사이에는 증폭기 및/또는 다중 파고 분석기 등의 부수 기기들이 연결될 수 있다. 증폭기는 중성자 검출 신호를 증폭하여 주며, 다중 파고 분석기는 위 검출 신호를 노이즈(noise)로부터 분리하여 줄 수 있다. Ancillary equipment such as an amplifier and / or a multi-wavelength analyzer may be connected between the neutron detector 110 and the signal converter 120. An amplifier amplifies the neutron detection signal, and a multi-wavelength analyzer can separate the detection signal from noise.

도 2는 도 1의 중성자 검출기(110)에 의해 검출되는 중성자 신호로부터 신호 변환기(120)가 출력하는 군집성의 중성자수를 계산하는 방법을 설명하기 위한 개념 도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram for describing a method of calculating a clustered neutron number output by the signal converter 120 from the neutron signal detected by the neutron detector 110 of FIG. 1.

본 도면을 참조하면, 중성자들은 시간의 흐름에 대하여 특정한 시간 범위 내에서 뭉쳐져서 검출된다. 이렇게 뭉쳐진 중성자들은, 앞서 말한 바대로, 군집성의 중성자로 불려진다. 본 예에서 중성자 군집은 네 개의 군집(A 내지 D)으로 구분된다. 핵물질 시료의 양을 적게 하면, 인접하는 군집들간의 중복이 거의 발생하지 않게 된다. Referring to this figure, neutrons are detected in a cluster within a specific time range over time. These clustered neutrons, as mentioned earlier, are called clustered neutrons. In this example, the neutron communities are divided into four clusters (A to D). If the quantity of nuclear material is small, there is little redundancy between adjacent communities.

신호 변환기(120)는 일정한 시간 간격(G) 동안의 중성자 수를 계수하게 된다. 이때, 각 중성자에 대하여 그 중성자가 검출된 시간으로부터 위 간격(G) 동안의 중성자 검출 수를 계수한다. The signal converter 120 counts the number of neutrons for a certain time interval (G). At this time, for each neutron, the number of neutron detections during the interval G is counted from the time when the neutrons are detected.

구체적으로, 신호 변환기(120)는 R+A 게이트(gate)와 A 게이트에서 이벤트 값을 각각 출력하게 된다. R은 실제적 이벤트(Real event), A는 우연성 이벤트(Accidental event)를 의미하며, 증배수 분포 측정을 위해 알아야 할 값은 R과 관계된다. 두 게이트에서 나오는 출력 값은 서로 연관되어 있어서 단순히 R+A에서 A를 빼는 방식이 아니라, 이미 알려진 수학적인 방법으로 풀어서 R 값을 구할 수 있다. 이를 기준으로 증배수의 분포 측정값을 계수하게 된다. R 값을 통해 증배수 분포를 측정하는 것이 바람직하나, 시료의 양이 적고 외부적인 요인을 차단한 이상적인 실험조건을 만들면 A 값이 매우 적어지기 때문에 R+A 게이트의 출력 값을 사용해도 큰 문제가 없다.Specifically, the signal converter 120 outputs event values at the R + A gate and the A gate, respectively. R stands for Real event, A stands for Accidental event, and the value to know for multiplication distribution measurement is related to R. The outputs from the two gates are related to each other so that R can be solved by using known mathematical methods, rather than simply subtracting A from R + A. Based on this, the distribution measure of the multiplication factor is counted. Although it is preferable to measure the multiplier distribution through the R value, an ideal experimental condition with a small amount of sample and an external factor is very small, so the value of A is very small. none.

다시 도 2를 참조하면, A 군집에 있어서, 첫 번째 중성자에 대한 계수 값은 2가 된다. 두 번째 중성자에 대한 계수 값은 1이 된다. 세 번째 중성자로부터 위 간격(G) 동안에는 중성자가 검출되지 않으므로, 그 계수 값은 O이 된다. Referring back to FIG. 2, for cluster A, the coefficient value for the first neutron is two. The coefficient value for the second neutron is one. Since the neutron is not detected during the interval G from the third neutron, the coefficient value becomes O.

이와 동일한 방식으로, 신호 변환기(120)는 B 군집에 대해서는 3,2,1,0 값이 출력하고, C 그룹에 대해서는 1,0을 출력한다. 신호 변환기(120)는 D 그룹에 대하여 5,4,3,2,1,0 값을 출력하게 된다. 이를 정리하면 아래 표 1과 같다.In the same way, the signal converter 120 outputs 3, 2, 1, 0 values for the B group, and 1,0 for the C group. The signal converter 120 outputs 5, 4, 3, 2, 1, 0 values for the D group. This is summarized in Table 1 below.

군집신호수Cluster signal 신호 변환기(120) 출력 값Signal converter 120 output value 00 44 1One 44 22 33 33 22 44 1One 55 1One

위 표에서 신호 변환기(120)의 출력 값은 각 군집신호수의 출현 횟수를 나타낸다.In the above table, the output value of the signal converter 120 represents the number of occurrences of the number of cluster signals.

위의 신호 변환기(120) 출력 값은 중성자 증배수를 얻기 위하여 변환된다. 이러한 변환은 군집신호수가 큰 것부터 작은 것 순으로 차례로 배열하여, 신호 변환기(120)의 출력 값이 해당 군집 신호수에서 소진되게 하는 방식으로 진행된다. The signal converter 120 output value above is converted to obtain a neutron multiplier. This conversion is performed in such a manner that the number of cluster signals is arranged in order from the largest to the smallest, so that the output value of the signal converter 120 is exhausted from the number of cluster signals.

이 방식에 따르면, 위 표 1로부터, (5,4,3,2,1,0)의 그룹과, (3,2,1,0)의 그룹, (2,1,0)의 그룹, 그리고 (1,0)의 그룹이 산출된다. 각 그룹들로부터, 각각 6개, 4개, 3개, 2개의 중성자들이 군집 되게 발생 되었음을 알 수 있다. 이러한 군집성의 중성자 분포는 중성자 증배수 분포로 이해된다.According to this scheme, from Table 1 above, the group of (5,4,3,2,1,0), the group of (3,2,1,0), the group of (2,1,0), and A group of (1, 0) is calculated. From each group, it can be seen that six, four, three, and two neutrons occurred in clusters, respectively. This clustering of neutron distribution is understood as neutron multiplication.

도 3은 핵종 별 중성자 증배수의 기준 분포를 보인 그래프이다.3 is a graph showing a reference distribution of neutron multipliers by nuclide.

본 도면을 참조하면, 예를 들어, 한 번의 핵분열에 의해 U-235가 중성자를 방출하지 않을 확률은 약 O.03 정도이고, 1개 내지 8개를 방출할 확률은 각각 0.18, 0.34, 0.31, 0.13, 0.03, 0.01, 0, 0이다. 다시 말해서, U-235는 한 번의 핵분열에서 주로 2개 또는 3개의 중성자를 방출하게 된다. Referring to the figure, for example, the probability that U-235 does not emit neutrons by one nuclear fission is about 0.03, and the probability of emitting one to eight is 0.18, 0.34, 0.31, 0.13, 0.03, 0.01, 0, 0. In other words, U-235 will release mainly two or three neutrons in one fission.

Cm-244의 경우에는 3개의 중성자를 방출할 확률이 가장 높고, Cf-252는 4개의 중성자를 방출할 확률이 가장 높다. Pu-239는 3개의 중성자를 방출할 확률이 높은 핵종이다. 이러한 핵종별 중성자 방출 특성의 분포는 핵종별로 고유한 증배수 분포를 이룬다. 여기서, 증배수(Multiplicity)는 특정 핵종의 1회의 자발핵분열 또는 유도핵분열에 의해서 방출되는 중성자 수를 말한다. 핵분열에 의해 방출되는 중성자는 군집을 이루도록 방출되므로, 한 군집의 중성자의 수는 위 증배수 분포에 의한 확률에 의해 결정될 수 있다. Cm-244 is most likely to emit three neutrons, while Cf-252 is most likely to emit four neutrons. Pu-239 is a nuclide that is likely to emit three neutrons. The distribution of neutron emission characteristics by nuclide forms a unique multiplier distribution by nuclide. Here, multiplicity refers to the number of neutrons released by one spontaneous fission or induced fission of a specific nuclide. Since neutrons released by fission are released in clusters, the number of neutrons in a cluster can be determined by the probability by the doubling distribution.

이러한 중성자 증배수의 기준 분포는, 앞서 도 2에서 구한 바와 같은 신호 변환기(120)에 의한 계산 값의 변환을 통해 얻은 증배수 분포와의 비교에 사용될 수 있다.The reference distribution of the neutron multiplication factor may be used for comparison with the multiplication factor distribution obtained through the conversion of the calculated value by the signal converter 120 as previously obtained in FIG.

예를 들어, 변환되어 얻어진 증배수 분포에서 0 내지 8의 중성자수/핵분열에 대한 중성자 방출 확률이 0.03, 0.18, 0.34, 0.31, 0.13, 0.03, 0.01, 0, 0에 근접하다면, 핵 분열된 선원은 U-235로 판별될 수 있다.For example, if the probability of neutron emission for neutron number / nuclear fission from 0 to 8 in the transformed multiplier distribution is close to 0.03, 0.18, 0.34, 0.31, 0.13, 0.03, 0.01, 0, 0, the fission source May be determined as U-235.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법을 설명하기 위한 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a method for determining the composition ratio of nuclear species by multinuclide nuclear material according to another embodiment of the present invention.

본 도면을 참조하면, 다핵종 핵물질에서의 핵종 및 그들의 핵종별 성분비를 구하는 방식은, 2개 핵종이 혼합된 핵물질에 대한 예를 들어 설명될 수 있다. Referring to this figure, the manner of obtaining the nuclides and their nuclide component ratios in the multinuclide nuclear material can be described by way of example for a nuclear material in which two nuclides are mixed.

2개의 개별 핵종들 각각에 대하여 독립적으로 중성자수 증배수 분포 참값을 구한다. 이는 앞서 설명한 바와 같이 중성자 검출기(110)에서 검출된 중성자 신호에 대한 신호 변환기(120)의 측정값을 계산기(130)로 변환하여 얻어진다. 이러한 과정에서 데이터를 축적하고 측정값과 참값의 연계성을 분석하고, 그들이 보다 완벽하게 연계될 수 있도록 한다.For each of the two individual nuclides, the true neutron multiplication distribution is true. This is obtained by converting the measured value of the signal converter 120 for the neutron signal detected by the neutron detector 110 into the calculator 130 as described above. This process accumulates data, analyzes the link between measured and true values, and enables them to be more seamlessly linked.

위와 같이 보다 참값에 근접한 2개의 핵종들 각각의 증배수 분포를 조합하여 혼합 기준 분포를 산출한다. 혼합 기준 분포는 상기 핵종들의 비율에 대응하게 상기 증배수 분포를 조합하여 계산된다. 이를 통해, 2개 핵종의 비율에 따른 다양한 혼합 기준 분포들에 관한 데이터를 만들 수 있게 된다. A mixed reference distribution is calculated by combining the multiplication distribution of each of the two nuclides that are closer to the true value as above. The mixed reference distribution is calculated by combining the multiplication distribution corresponding to the ratio of the nuclides. This makes it possible to generate data on various mixed reference distributions according to the ratio of two nuclides.

위 혼합 기준 분포에 대하여, 2 핵종의 혼합 핵물질에서 방출되는 군집성의 중성자수의 군집신호수별 계수 값을 변환하여 얻어지는 중성자들의 혼합된 증배수를 비교한다. 위 비교로부터 혼합된 증배수와 가장 유사한 혼합 기준 분포를 찾을 수 있고, 그 기준 분포의 특성(2핵종 물질의 혼합 비율)으로부터 핵종별 성분비를 결정할 수 있게 된다. With respect to the above mixed reference distribution, the mixed multipliers of the neutrons obtained by converting the coefficient values for the number of cluster signals of the neutrons of the clusters emitted from the mixed nuclear materials of the two nuclides are compared. From the above comparison, the mixed reference distribution most similar to the mixed multiplier can be found, and the composition ratio of each nuclide can be determined from the characteristics of the reference distribution (mixing ratio of two nuclide materials).

상기와 같은 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법 및 장치, 그리고 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법 및 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 작동 방식에 한정되는 것이 아니다. 상기 실시예들은 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 구성될 수도 있다.Such a method and apparatus for determining a nuclide of a single nuclide nuclear material, and a method and apparatus for determining a nuclear species component ratio of a multinuclide nuclear material are not limited to the configuration and operation of the embodiments described above. The above embodiments may be configured such that various modifications may be made by selectively combining all or part of the embodiments.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 중성자 측정 시스템을 설명하기 위한 개념도.1 is a conceptual diagram illustrating a neutron measuring system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 중성자 검출기에 의해 검출되는 중성자 신호로부터 신호 변환기가 출력하는 군집성의 중성자수를 계수하는 방법을 설명하기 위한 개념도.FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating a method of counting the number of neutrons in a cluster output by a signal converter from a neutron signal detected by the neutron detector of FIG. 1; FIG.

도 3은 핵종 별 중성자 증배수의 기준 분포를 보인 그래프.3 is a graph showing a reference distribution of neutron multipliers by nuclide.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법을 설명하기 위한 개념도.4 is a conceptual diagram illustrating a method for determining the nuclear species component ratio of multinuclide nuclear material according to another embodiment of the present invention.

Claims (9)

(a) 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 단계;(a) detecting neutrons released upon nuclear fission in a nuclear material sample; (b) 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 단계;(b) counting the number of neutrons in the cluster continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons for each cluster signal number; (c) 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자 증배수를 계수하는 단계; 및(c) counting neutron multiplications by converting the coefficient values for the number of cluster signals; And (d) 상기 중성자 증배수의 분포를 기준 분포와 비교하여 상기 시료의 핵종을 판별하는 단계를 포함하는 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법.(d) comparing the distribution of the neutron multiplier with a reference distribution to determine the nuclide of the sample. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (b) 단계에서는 검출되는 중성자들 각각을 기준으로 동일한 시간 간격 내에 검출되는 군집성의 중성자수를 계수하는 것을 특징으로 하는 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 방법.In the step (b), the nuclide discrimination method of a single nuclide nuclear material, characterized in that the number of neutrons of the cluster detected within the same time interval based on each detected neutrons. 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 중성자 검출기;A neutron detector for detecting neutrons released during nuclear fission from a nuclear material sample; 상기 중성자 검출기와 전기적으로 연결되어, 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 신호 변환기;A signal converter electrically connected to the neutron detector and counting the number of neutrons of the clusters continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons by the number of cluster signals; 상기 신호 변환기와 전기적으로 연결되어, 상기 군집신호수별 계수 값을 변 환하여 중성자 증배수를 계산하는 계산기; 및A calculator which is electrically connected to the signal converter and calculates a neutron multiplication number by converting a coefficient value for each cluster signal number; And 상기 계산기와 전기적으로 연결되어, 상기 중성자 증배수의 분포를 기준 분포와 비교하여 상기 시료의 핵종을 판별하는 판별기를 포함하는 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 장치.And a discriminator electrically connected with the calculator, the discriminator for discriminating a nuclide of the sample by comparing the distribution of the neutron multiplications with a reference distribution. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 중성자 검출기는 수소 계열의 감속재에 삽입된 3He 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 장치.The neutron detector is a nuclide discrimination device of a single nuclide nuclear material, characterized in that it comprises a 3 He tube inserted into the hydrogen-based moderator. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 중성자 검출기와 상기 신호 변환기 사이에는 증폭기 및/또는 다중 파고 분석기가 연결되는 것을 특징으로 하는 단일 핵종 핵물질의 핵종 판별 장치.An apparatus for determining a nuclide of a single nuclide nuclear material, characterized in that an amplifier and / or a multi-wavelength analyzer are connected between the neutron detector and the signal converter. (a) 복수의 핵종들 각각의 증배수 분포를 조합하여 혼합 기준 분포를 산출하는 단계;(a) combining a multiplication factor distribution of each of the plurality of nuclides to produce a mixed reference distribution; (b) 복수의 핵종이 혼합된 핵물질 시료에서 핵 분열시 방출되는 중성자들을 검출하는 단계;(b) detecting neutrons released upon nuclear fission in a sample of nuclear material mixed with a plurality of nuclides; (c) 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 단계;(c) counting the number of neutrons in the cluster continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons for each cluster signal number; (d) 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자들의 혼합된 증배수를 계산하는 단계; 및(d) calculating mixed multipliers of neutrons by converting the coefficient values for the number of cluster signals; And (e) 상기 중성자 혼합 증배수의 분포를 상기 혼합 기준 분포와 비교하여 핵종별 성분비를 판별하는 단계를 포함하는 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법.(e) comparing the distribution of the neutron mixed multiplier with the mixed reference distribution to determine the composition ratio of the nuclear species. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 (a) 단계에서는 상기 핵종들의 비율에 대응하게 상기 증배수 분포를 조합하여 상기 혼합 기준 분포를 산출하는 것을 특징으로 하는 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 방법.In the step (a), the nucleus component ratio determination method of the multinuclide nuclear material, characterized in that to calculate the mixed reference distribution by combining the multiplication distribution corresponding to the ratio of the nuclides. 복수의 핵종이 혼합된 핵물질 시료에서 핵 분열 시 방출되는 중성자들을 검출하는 중성자 검출기;A neutron detector for detecting neutrons emitted during nuclear fission from a sample of nuclear material mixed with a plurality of nuclides; 상기 중성자 검출기에 전기적으로 연결되어, 상기 검출되는 중성자들 중 일정 시간 간격 내에 연속적으로 검출되는 군집성의 중성자수를 군집신호수별로 계수하는 신호 변환기;A signal converter electrically connected to the neutron detector and counting the number of neutrons of the clusters continuously detected within a predetermined time interval among the detected neutrons by the number of cluster signals; 상기 신호 변환기에 전기적으로 연결되어, 상기 군집신호수별 계수 값을 변환하여 중성자들의 혼합된 증배수를 계산하는 계산기; 및A calculator electrically connected to the signal converter for converting coefficient values for the number of cluster signals to calculate mixed multipliers of neutrons; And 상기 복수의 핵종들 각각의 증배수 분포를 조합하여 계산된 혼합 기준 분포와 상기 중성자 혼합 증배수의 분포를 비교하여 핵종별 성분비를 판별하는 판별기 를 포함하는 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 장치.Apparatus for determining the nuclear component ratio of the multinuclide nuclear material comprising a discriminator for determining the component ratio of each nuclide by comparing the distribution of the mixed reference distribution calculated by combining the multiplier distribution of each of the plurality of nuclides and the distribution of the neutron mixed multiplier . 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 혼합 기준 분포는 상기 핵종들의 비율에 대응하게 상기 증배수 분포를 조합하여 계산되는 것을 특징으로 하는 다핵종 핵물질의 핵종별 성분비 결정 장치.Wherein said mixed reference distribution is calculated by combining said multiplication factor distribution corresponding to the ratio of said nuclides.
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