KR20240036866A - Radiation sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방사선 센서에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 섬광체가 발생시키는 광신호를 수신하여 방사성 핵종을 분석하는 방사선 센서에 관한 것이다.The present invention relates to radiation sensors. More specifically, the present invention relates to a radiation sensor that analyzes radionuclides by receiving optical signals generated by a scintillator.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다. The content described in this section simply provides background information for the present disclosure and does not constitute prior art.
방사성 물질이 방출하는 방사선의 에너지는 핵종에 따라 고유한 값을 가지므로 방사선의 종류와 에너지를 측정하면 핵종을 판별할 수 있다. 감마선 분광분석법은 이러한 성질을 이용하여 방사성 핵종을 정량화하고 판별하는 방법의 일종이다. 감마선 분광 분석법은 방사성 물질의 누설 감시, 방사성 폐기물 분석, 및 원자력 시설 해체 및 부지 복원사업에서의 제염평가 등에 널리 활용된다. 구체적으로, 방사성 폐기물의 처분 전 검사에서 방사성 핵종별 재고량 평가, 시설의 해체 및 복원사업에서는 사업 전후 부지 내의 방사능 수치의 확인, 및 발생한 폐기물의 재활용 또는 처분 여부를 결정하는 데에 감마선 분광 분석이 활용된다.Since the energy of radiation emitted by a radioactive material has a unique value depending on the nuclide, the nuclide can be determined by measuring the type and energy of the radiation. Gamma-ray spectroscopy is a type of method to quantify and identify radionuclides using these properties. Gamma-ray spectroscopy is widely used for monitoring radioactive material leaks, analyzing radioactive waste, and evaluating decontamination in nuclear facility decommissioning and site restoration projects. Specifically, gamma-ray spectroscopic analysis is used to evaluate inventory levels by radionuclide in pre-disposal inspection of radioactive waste, to confirm radioactivity levels within the site before and after the project in facility dismantlement and restoration projects, and to determine whether to recycle or dispose of generated waste. do.
종래의 감마선 분광 분석법을 수행하기 위한 방사선 센서는 입사된 방사선에 의하여 빛을 발생시키는 섬광체(Scintillator), 섬광체가 발생시킨 광신호를 직접 수신하여 전기적 신호로 변환하는 광 계측기, 및 그러한 전기적 신호를 분석하는 데이터 수집기(DAQ, Data Acquisition)를 가진다. 종래의 방사선 센서를 이용할 때에, 정확한 평가를 위하여는 관심영역에 방사선 센서를 근접하게 설치하거나 평가대상 물질의 샘플을 채취하여 분석해야 한다. 그러나 이러한 방법은 공간적 제약이나 작업자의 피폭위험으로 인하여 접근이 어려운 곳에서는 실시하기 어렵다는 문제가 있다. A radiation sensor for performing conventional gamma-ray spectroscopy is a scintillator that generates light by incident radiation, an optical meter that directly receives the optical signal generated by the scintillator and converts it into an electrical signal, and analyzes the electrical signal. It has a data collector (DAQ, Data Acquisition). When using a conventional radiation sensor, for accurate evaluation, a radiation sensor must be installed close to the area of interest or a sample of the material to be evaluated must be collected and analyzed. However, this method has the problem of being difficult to implement in places where access is difficult due to space constraints or the risk of radiation exposure to workers.
한편, 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 섬광체가 발생시키는 빛을 다소 이격된 위치까지 전달할 수 있도록 광섬유(Optical fiber)를 이용하는 방사선 센서가 제안된 바 있으나, 특정 파장영역 또는 고선량 환경에서 광섬유는 바람직한 수준보다 큰 광손실률을 가진다.Meanwhile, in order to solve the above problem, a radiation sensor using optical fiber has been proposed to transmit the light generated by the scintillator to a somewhat distant location. However, in a specific wavelength range or high dose environment, optical fiber is not desirable. It has a larger optical loss rate.
다른 한편, LaBr3:Ce(이하, LaBr3) 섬광체 또는 CeBr3 섬광체 등 자외선 영역의 빛을 발생시키는 섬광체가 개발된 바 있다. 그러나 광섬유는 자외선 영역의 빛을 온전히 전달하지 못한다는 문제가 있다.On the other hand, a scintillator that generates light in the ultraviolet region, such as a LaBr 3 :Ce (hereinafter referred to as LaBr 3 ) scintillator or a CeBr 3 scintillator, has been developed. However, optical fibers have a problem in that they cannot fully transmit light in the ultraviolet range.
본 개시는 상술한 필요성에 따른 것으로, 본 개시의 방사선 센서는 액상광도체를 이용함으로써 작업자의 접근이 어려운 현장 또는 대상에 대하여 원거리에서도 감마선 분광분석법을 활용할 수 있도록 한다.The present disclosure is in response to the above-described need, and the radiation sensor of the present disclosure uses a liquid photoconductor to enable gamma-ray spectroscopy to be utilized even from a distance for sites or objects that are difficult for workers to access.
또한, 본 개시의 방사선 센서는 센싱 환경에 적합한 사양의 액상광도체 도선을 선택함으로서, 다양한 환경에서 감마선 분광분석법을 활용할 수 있도록 한다.In addition, the radiation sensor of the present disclosure allows gamma-ray spectroscopy to be utilized in various environments by selecting a liquid photoconductor wire with specifications suitable for the sensing environment.
또한, 본 개시의 방사선 센서는 광섬유보다도 높은 광전달율을 가지는 액상광도체를 이용함으로써 광섬유를 이용할 때보다도 높은 해상도의 에너지 스펙트럼을 얻을 수 있다.Additionally, the radiation sensor of the present disclosure can obtain an energy spectrum with higher resolution than when using an optical fiber by using a liquid photoconductor having a higher light transmission rate than an optical fiber.
본 명세서의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 명세서의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 명세서의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 명세서의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present specification are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present specification that are not mentioned can be understood through the following description and will be more clearly understood by the examples of the present specification. Additionally, it will be readily apparent that the objects and advantages of the present specification can be realized by the means and combinations thereof indicated in the patent claims.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 입사된 방사선에 의하여 빛을 발생시키는 섬광체; 섬광체가 발생시킨 빛이 입사되고, 입사된 빛을 전달하는 액상광도체 도선; 액상광도체 도선에 연결되어 액상광도체 도선으로부터 전달된 빛을 전기적 신호로 변환하도록 구성되는 광 계측기; 및 광 계측기가 발생시킨 전기적 신호를 기초로 방사성 물질의 핵종을 분석하도록 구성된 데이터 수집기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서를 제공한다.According to one embodiment of the present disclosure, a scintillator that generates light by incident radiation; A liquid photoconductor conductor through which light generated by a scintillator is incident and transmits the incident light; An optical measuring device connected to a liquid photoconductor wire and configured to convert light transmitted from the liquid photoconductor wire into an electrical signal; and a data collector configured to analyze nuclides of radioactive materials based on electrical signals generated by the optical meter.
본 개시의 방사선 센서는 액상광도체를 이용함으로써 작업자의 접근이 어려운 현장 또는 대상에 대하여 원거리에서도 감마선 분광분석법을 활용할 수 있도록 한다는 효과가 있다.By using a liquid photoconductor, the radiation sensor of the present disclosure has the effect of allowing gamma-ray spectroscopy to be used even from a distance for sites or objects that are difficult for workers to access.
또한, 본 개시의 방사선 센서는 센싱 환경에 적합한 사양의 액상광도체 도선을 선택함으로서, 다양한 환경에서 감마선 분광분석법을 활용할 수 있도록 한다는 효과가 있다.In addition, the radiation sensor of the present disclosure has the effect of allowing gamma-ray spectroscopy to be utilized in various environments by selecting a liquid photoconductor wire with specifications suitable for the sensing environment.
또한, 본 개시의 방사선 센서는 광섬유보다도 높은 광전달율을 가지는 액상광도체를 이용함으로써 광섬유를 이용할 때보다도 높은 해상도의 에너지 스펙트럼을 얻을 수 있다는 효과가 있다.Additionally, the radiation sensor of the present disclosure has the effect of being able to obtain an energy spectrum with higher resolution than when using an optical fiber by using a liquid photoconductor having a higher light transmission rate than an optical fiber.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 일부 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 LaBr3 섬광체 및 CeBr3 섬광체가 발생시키는 빛의 파장을 나타낸 그래프이다.
도 4는 광섬유의 전송파장 및 액상광도체의 전송파장을 비교설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 1m 액상광도체를 가지는 방사선 센서를 이용하여 Cs-137의 감마선 분광분석을 실시하여 획득한 에너지 스펙트럼 그래프이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a diagram showing a partial configuration of a radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure.
Figure 3 is a graph showing the wavelength of light generated by the LaBr 3 scintillator and the CeBr 3 scintillator.
Figure 4 is a graph for comparative explanation of the transmission wavelength of optical fiber and the transmission wavelength of liquid optical conductor.
Figure 5 is an energy spectrum graph obtained by performing gamma-ray spectroscopic analysis of Cs-137 using a radiation sensor with a 1m liquid photoconductor.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention. While describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 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. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention. The term and/or includes any of a plurality of related stated items or a combination of a plurality of related stated items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between.
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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless explicitly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 일부 구성을 나타낸 도면이다.Figure 2 is a diagram showing a partial configuration of a radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서는 섬광체(Scintillator, 110), 광 그리스(Optical grease, 120), 액상광도체 도선(Liquid light guide wire, 130), 쉐이딩 케이스(Shading case, 140), 광 계측기(150), 데이터 수집기(160) 및 디스플레이부(Display unit, 170)의 전부 또는 일부를 포함한다.1 and 2, the radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure includes a scintillator (110), an optical grease (120), a liquid light guide wire (130), and shading. It includes all or part of a shading case 140, an optical meter 150, a data collector 160, and a display unit 170.
섬광체(110)는 섬광체(110)에 입사된 방사선에 의하여 빛을 발생시킨다. 본 개시의 방사선 센서에서 300nm-700nm의 파장 범위에 속하는 파장의 빛을 발생시키는 섬광체(110)가 이용될 수 있다. 예를 들어 본 개시의 방사선 센서에서 이용되는 섬광체(110)는 LaBr3 섬광체(110) 혹은 CeBr3 섬광체(110)일 수 있다. LaBr3 섬광체(110) 및 CeBr3 섬광체(110)는 각각 340nm-400nm의 파장 영역의 빛을 발생시킨다(도 3 참조).The scintillator 110 generates light by radiation incident on the scintillator 110. In the radiation sensor of the present disclosure, a scintillator 110 that generates light with a wavelength in the wavelength range of 300nm-700nm may be used. For example, the scintillator 110 used in the radiation sensor of the present disclosure may be a LaBr 3 scintillator 110 or a CeBr 3 scintillator 110. The LaBr 3 scintillator 110 and the CeBr 3 scintillator 110 each generate light in a wavelength range of 340nm-400nm (see FIG. 3).
액상광도체 도선(130)은 입사된 빛을 전달한다. 액상광도체 도선(130)에 섬광체(110)가 발생시킨 빛이 입사되고, 입사된 빛이 액상광도체 도선(130)을 따라 전달된다. 액상광도체 도선(130)은 액상광도체, 및 액상광도체를 둘러싸는 피복을 포함할 수 있다. 피복은 피복의 내주면에 배치되는 반사필름을 포함할 수 있다. 액상광도체의 일단은 섬광체(110) 측에 연결되고, 액상광도체의 타단은 광 계측기(150)에 연결될 수 있다. 섬광체(110)가 발한 빛이 액상광도체를 매개로 광 계측기(150)에 전달될 수 있다.The liquid photoconductor wire 130 transmits incident light. Light generated by the scintillator 110 is incident on the liquid photoconductor wire 130, and the incident light is transmitted along the liquid photoconductor wire 130. The liquid photoconductor wire 130 may include a liquid photoconductor and a coating surrounding the liquid photoconductor. The coating may include a reflective film disposed on the inner peripheral surface of the coating. One end of the liquid photoconductor may be connected to the scintillator 110, and the other end of the liquid photoconductor may be connected to the optical meter 150. Light emitted by the scintillator 110 may be transmitted to the optical meter 150 through a liquid photoconductor.
방사선 센서는 섬광체(110)의 적어도 일부를 둘러싸는 쉐이딩 케이스(140)를 포함할 수 있다. 쉐이딩 케이스(140)는 액상광도체 도선(130)의 일부까지 덮도록 구성될 수 있다. 쉐이딩 케이스(140)는 섬광체(110)가 발생시킨 빛이 외부에 새어 나가는 것을 차단할 수 있다.The radiation sensor may include a shading case 140 surrounding at least a portion of the scintillator 110. The shading case 140 may be configured to cover a portion of the liquid photoconductor conductor wire 130. The shading case 140 may block light generated by the scintillator 110 from leaking to the outside.
본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서에서 섬광체(110)와 액상광도체의 사이에 광 그리스(120)가 배치될 수 있다. 광 그리스(120)는 빛 투과율이 높은 액상의 물질을 말한다. 쉐이딩 케이스(140)의 내부에 섬광체(110), 광 그리스(120) 및 액상광도체가 순차적으로 배열될 수 있다. 구체적으로 쉐이딩 케이스(140) 내부에 배치된 섬광체(110)와 액상광도체 사이에 광 그리스(120)가 채워질 수 있다.In the radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure, optical grease 120 may be disposed between the scintillator 110 and the liquid photoconductor. Optical grease 120 refers to a liquid material with high light transmittance. The scintillator 110, optical grease 120, and liquid photoconductor may be sequentially arranged inside the shading case 140. Specifically, optical grease 120 may be filled between the scintillator 110 and the liquid photoconductor disposed inside the shading case 140.
광 계측기(150)는 액상광도체 도선(130)에 연결되어 액상광도체 도선(130)으로부터 전달된 빛을 전기적 신호로 변환하도록 구성된다. 광 계측기(150)는 광전자증배관(Photomultiplier, 151), 직류전원장치(153) 및 전치 증폭기(Charge-Sensitive Preamplifier, 155) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 광전자증배관(151)은 액상광도체 도선(130)으로부터 전달된 빛을 전류 신호로 변환하도록 구성된다. 직류전원장치(153)는 광전자증배관(151)을 작동시키기 위한 전압을 광전자증배관(151)에 인가한다. 전치증폭기(155)는 광전자증배관(151)이 발생시킨 전류 신호를 전압 신호로 변환하고, 전압 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다.The optical meter 150 is connected to the liquid photoconductor wire 130 and is configured to convert light transmitted from the liquid photoconductor wire 130 into an electrical signal. The optical meter 150 may include at least one of a photomultiplier 151, a direct current power supply 153, and a charge-sensitive preamplifier 155. The photomultiplier tube 151 is configured to convert light transmitted from the liquid photoconductor wire 130 into a current signal. The DC power supply 153 applies a voltage to the photomultiplier tube 151 to operate the photomultiplier tube 151. The preamplifier 155 may be configured to convert the current signal generated by the photomultiplier tube 151 into a voltage signal and amplify the voltage signal.
데이터 수집기(160)는 광 계측기(150)가 발생시킨 전기적 신호를 기초로 방사성 물질의 핵종을 분석하도록 구성된다. 여기서 핵종을 분석한다는 것은, 대상 핵종을 판별하거나 정량화 하는 것으로 이해될 수 있다. 데이터 수집기(160)는 광 계측기(150)로부터 수신한 전기신호를 신호의 크기에 따라 채널 별로 분류하도록 구성된 다중 파고 분석기(MCA, Multi Channel Analyzer)를 포함할 수 있다. 다중 파고 분석기에 의하여 에너지 스펙트럼이 획득될 수 있다. 방사성 물질이 방출하는 방사선의 에너지는 핵종에 따라 고유한 값을 가지므로 방사선의 종류와 에너지를 측정하면 핵종을 판별할 수 있다. 데이터 수집기(160)는 다중 파고 분석기가 획득한 에너지 스펙트럼을 분석하여 이로부터 방사성 물질의 핵종을 판별할 수 있다. 데이터 수집기(160)는 에너지 스펙트럼 및/또는 분석된 핵종에 대한 정보를 디스플레이부(170)에 송신할 수 있다.The data collector 160 is configured to analyze nuclides of radioactive materials based on the electrical signal generated by the optical meter 150. Here, analyzing nuclides can be understood as identifying or quantifying the target nuclides. The data collector 160 may include a multi-wave analyzer (MCA, Multi Channel Analyzer) configured to classify the electrical signal received from the optical meter 150 by channel according to the size of the signal. The energy spectrum can be obtained by a multi-wavelength analyzer. Since the energy of radiation emitted by a radioactive material has a unique value depending on the nuclide, the nuclide can be determined by measuring the type and energy of the radiation. The data collector 160 can analyze the energy spectrum obtained by the multi-wave analyzer and determine the nuclide of the radioactive material therefrom. The data collector 160 may transmit information about the energy spectrum and/or analyzed nuclides to the display unit 170.
디스플레이부(170)는 송신한 정보를 기초로 방사성 물질의 에너지 스펙트럼 또는 분석된 핵종에 대한 정보를 디스플레이 하도록 구성된다.The display unit 170 is configured to display information about the energy spectrum of radioactive material or analyzed nuclides based on the transmitted information.
종래에는 섬광체가 발하는 빛을 매개체 없이 광 계측기가 직접 수신하였다. 따라서 섬광체의 광신호의 손실을 최소하기 위하여 광 계측기는 섬광체에 매우 근접하게 배치되어야 했다. 즉, 방사선 센서를 방사성 물질에 근접하게 배치해야 했으며, 이에 따라 작업자가 방사선에 노출될 위험이 크고, 장비의 크기 때문에 방사선을 계측할 수 있는 공간적 제약이 따랐다. 그러나 본 개시의 방사선 센서에서는 섬광체(110)와 광 계측기(150) 사이에 액상광도체가 배치된다. 액상광도체는 광 계측기(150)를 섬광체(110)에 밀착시키지 않고도 섬광체(110)가 발하는 빛을 광 계측기(150)가 수신할 수 있도록 한다. 따라서 본 개시의 방사선 센서는 작업자의 접근이 어려운 현장 또는 대상에 대하여 원거리에서도 감마선 분광분석법을 활용할 수 있도록 한다.Conventionally, the light emitted by a scintillator was directly received by an optical meter without a medium. Therefore, in order to minimize the loss of the optical signal from the scintillator, the optical instrument had to be placed very close to the scintillator. In other words, the radiation sensor had to be placed close to the radioactive material, which increased the risk of workers being exposed to radiation, and the size of the equipment led to spatial limitations in measuring radiation. However, in the radiation sensor of the present disclosure, a liquid photoconductor is disposed between the scintillator 110 and the optical meter 150. The liquid photoconductor allows the optical meter 150 to receive the light emitted by the scintillator 110 without having the optical meter 150 come into close contact with the scintillator 110. Therefore, the radiation sensor of the present disclosure allows gamma-ray spectroscopy to be utilized even from a distance for sites or objects that are difficult for workers to access.
아울러 액상광도체 도선(130)은 다양한 직경 및 길이로 제작될 수 있다. 따라서 방사선 센서가 사용되는 환경에 따라 적절한 사양의 액상광도체 도선(130)을 선택할 수 있다. 예를 들어 파이프 내부의 방사선을 계측하는 경우, 파이프의 내경보다 직경이 작은 액상광도체 도선(130)을 이용할 수 있다. 이와 달리 액상광도체 도선(130)의 직경이 제한되어야 하는 특수한 상황이 아닌 경우, 광신호가 입사되는 면적을 크게 하기 위하여 도선의 섬광체(110) 측 말단면이 소정의 크기 이상의 면적을 가지는 액상광도체 도선(130)을 선택할 수도 있다. 또한, 원거리에서 핵종을 분석하기 위하여 소정 길이 이상의 길이를 가지는 액상광도체 도선(130)을 선택할 수 있다.In addition, the liquid photoconductor wire 130 can be manufactured in various diameters and lengths. Therefore, the liquid photoconductor wire 130 with appropriate specifications can be selected depending on the environment in which the radiation sensor is used. For example, when measuring radiation inside a pipe, a liquid photoconductor wire 130 whose diameter is smaller than the inner diameter of the pipe can be used. On the other hand, unless there is a special situation where the diameter of the liquid photoconductor conductor 130 must be limited, in order to increase the area where the optical signal is incident, the end surface of the conductor on the side of the scintillator 110 is a liquid photoconductor having an area of a predetermined size or more. Conductor 130 may also be selected. Additionally, in order to analyze nuclides from a distance, a liquid photoconductor wire 130 having a length of a predetermined length or more may be selected.
도 3은 LaBr3 섬광체 및 CeBr3 섬광체가 발생시키는 빛의 파장을 나타낸 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the wavelength of light generated by the LaBr 3 scintillator and the CeBr3 scintillator.
도 4는 광섬유의 전송파장 및 액상광도체의 전송파장을 비교설명하기 위한 그래프이다.Figure 4 is a graph for comparative explanation of the transmission wavelength of optical fiber and the transmission wavelength of liquid optical conductor.
도 3을 참조하면, LaBr3 섬광체(110) 및 CeBr3 섬광체(110)는 입사된 방사선에 의하여 360nm~400nm의 파장 영역대의 빛을 발생시키는 것을 확인할 수 있다. 따라서 특히 LaBr3 섬광체(110) 또는 CeBr3 섬광체(110)의 광신호를 온전히 전달하기 위하여는, 해당 파장 영역대에서 광전달율이 높은 매체를 사용하여야 한다.Referring to FIG. 3, it can be seen that the LaBr 3 scintillator 110 and the CeBr 3 scintillator 110 generate light in a wavelength range of 360 nm to 400 nm by incident radiation. Therefore, in particular, in order to completely transmit the optical signal of the LaBr 3 scintillator 110 or the CeBr 3 scintillator 110, a medium with a high light transmission rate in the relevant wavelength range must be used.
도 4의 점선 그래프는 입사된 빛의 파장에 따른 광섬유의 광전달율을 나타낸다. 도 4의 실선 그래프는 입사된 빛의 파장에 따른 액상광도체의 광전달율을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 액상광도체는 광섬유보다도 높은 최대 광전달율을 가지는 것을 확인할 수 있다. 특히, LaBr3 섬광체(110) 또는 CeBr3 섬광체(110)가 발생시키는 빛의 파장 영역대 즉, 350nm~400nm 파장 범위에서 액상광도체의 광전달율이 광섬유의 광전달율보다 월등히 높다.The dotted line graph in FIG. 4 shows the optical transmission rate of the optical fiber according to the wavelength of incident light. The solid line graph in FIG. 4 shows the light transmission rate of the liquid photoconductor according to the wavelength of incident light. Referring to Figure 4, it can be seen that the liquid photoconductor has a higher maximum light transmission rate than the optical fiber. In particular, in the wavelength range of light generated by the LaBr 3 scintillator 110 or CeBr 3 scintillator 110, that is, in the 350 nm to 400 nm wavelength range, the light transmission rate of the liquid photoconductor is much higher than that of the optical fiber.
본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서는, LaBr3 섬광체(110) 또는 CeBr3 섬광체(110)와, 섬광체(110)가 발생시킨 빛을 광 계측기(150)에 전달하는 액상광도체를 포함한다. 따라서 본 개시의 방사선 센서는 원거리에서 섬광체(110)의 광신호를 수신하면서, 광섬유를 이용할 때보다 광신호의 손실을 크게 줄일 수 있다.The radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure includes a LaBr 3 scintillator 110 or a CeBr 3 scintillator 110 and a liquid photoconductor that transmits light generated by the scintillator 110 to the optical meter 150. Therefore, the radiation sensor of the present disclosure can receive the optical signal of the scintillator 110 from a distance and greatly reduce the loss of the optical signal compared to when using an optical fiber.
도 5는 1m 액상광도체를 가지는 방사선 센서를 이용하여 Cs-137의 감마선 분광분석을 실시하여 획득한 에너지 스펙트럼 그래프이다.Figure 5 is an energy spectrum graph obtained by performing gamma-ray spectroscopic analysis of Cs-137 using a radiation sensor with a 1m liquid photoconductor.
도 5를 참조하면, 에너지 스펙트럼의 가로축은 채널수로서, 입력되는 광신호의 파고를 나타낸다. 채널수는 입사된 방사선의 에너지에 비례한다. 에너지 스펙트럼의 세로축은 입력펄스 신호의 계수값을 나타낸다. 펄스의 분포는 통계적 요동에 의하여 입사한 방사선의 에너지를 중심으로 정규분포를 가진다. 방사선 센서의 성능은 에너지 분해능으로 판단될 수 있다. 여기서 에너지 분해능이란 방사선 센서가 에너지를 구별할 수 있는 능력을 말한다. 에너지 분해능은 그 값이 작을 수록 근접한 두 에너지 값에 대한 구분 능력이 좋다고 할 수 있다. 1m 액상광도체를 가지는 방사선 센서의 분해능은 7.37%인 것으로 확인되었다.Referring to Figure 5, the horizontal axis of the energy spectrum represents the number of channels and represents the wave height of the input optical signal. The number of channels is proportional to the energy of the incident radiation. The vertical axis of the energy spectrum represents the coefficient value of the input pulse signal. The distribution of pulses has a normal distribution centered on the energy of the incident radiation due to statistical fluctuations. The performance of a radiation sensor can be judged by its energy resolution. Here, energy resolution refers to the ability of a radiation sensor to distinguish energy. It can be said that the smaller the energy resolution value, the better the ability to distinguish between two adjacent energy values. The resolution of the radiation sensor with a 1m liquid photoconductor was confirmed to be 7.37%.
표 1은 실험 결과에 따라 종래의 방사선 센서 및 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 분해능을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the resolution of a conventional radiation sensor and a radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure according to experimental results.
도 5의 및 표 1을 참조하면, 방사성핵종 Cs-137에 대해 감마선 분광분석을 실시하여 종래의 방사선 센서를 평가한 결과, 종래의 방사선 센서는 662 keV에서 4.19%, 1173 keV에서 3.06%, 1332 keV에서 2.81%의 분해능을 나타냈다. 여기서 종래의 방사선 센서란, 액상광도체와 같은 매개물 없이 섬광체(110)로부터 광 계측기(150)가 직접 빛을 조사받는 방사선 센서를 말한다.방사성 핵종 Cs-137에 대해 감마선 분광분석을 실시하여 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서의 에너지 분해능을 평가한 결과, 1 m 길이의 액상광도체를 사용했을 때 662 keV에서 7.37%, 1173 keV에서 4.96%, 1332 keV에서 4.74%로 일반적인 NaI(Tl) 섬광체(110)와 유사한 값을 나타냈다. 또한, 3 m 길이의 액상광도체에 대해서는 각각 7.84%, 5.21%, 5.03%로 증가한 길이에 비해 손실이 작은 것이 확인된다. 평가 결과에 따르면, 본 개시의 일 실시예에 따른 방사선 센서는 원거리에서도 높은 분해능의 측정결과를 제공할 수 있다.Referring to Figure 5 and Table 1, as a result of evaluating the conventional radiation sensor by performing gamma-ray spectroscopic analysis on the radionuclide Cs-137, the conventional radiation sensor had 4.19% at 662 keV, 3.06% at 1173 keV, and 1332 keV. It showed a resolution of 2.81% at keV. Here, the conventional radiation sensor refers to a radiation sensor in which the light meter 150 is directly irradiated with light from the scintillator 110 without an intermediate such as a liquid photoconductor. This disclosure is made by performing gamma-ray spectroscopic analysis on the radionuclide Cs-137. As a result of evaluating the energy resolution of the radiation sensor according to one embodiment, when using a 1 m long liquid photoconductor, the typical NaI(Tl) was 7.37% at 662 keV, 4.96% at 1173 keV, and 4.74% at 1332 keV. It showed similar values to the scintillator (110). In addition, for the 3 m long liquid photoconductor, it was confirmed that the loss was small compared to the increased length, at 7.84%, 5.21%, and 5.03%, respectively. According to the evaluation results, the radiation sensor according to an embodiment of the present disclosure can provide high-resolution measurement results even at a long distance.
본 개시의 방사선 센서는 원거리에서도 에너지 스펙트럼을 획득할 수 있으므로, 접근이 용이하지 않은 계측대상의 정보를 얻기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 사용 후 핵연료봉의 평균 연소도를 산출하기 위하여 필요한 지표 핵종(일반적으로 Cs-137, Cs-134, Eu-154)의 핵종량을 계측하기 위하여 이용될 수 있다. Since the radiation sensor of the present disclosure can acquire energy spectrum even from a distance, it can be used to obtain information on measurement targets that are not easy to access. For example, it can be used to measure the amount of indicator nuclides (generally Cs-137, Cs-134, and Eu-154) needed to calculate the average burnup of spent nuclear fuel rods.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrative drawings, but the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that transformation can occur. In addition, although the operational effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described and explained while explaining the embodiments of the present invention above, it is natural that the predictable effects due to the configuration should also be recognized.
Claims (9)
상기 섬광체가 발생시킨 빛이 입사되고, 상기 입사된 빛을 전달하는 액상광도체 도선;
상기 액상광도체 도선에 연결되어 상기 액상광도체 도선으로부터 전달된 빛을 전기적 신호로 변환하도록 구성되는 광 계측기; 및
상기 광 계측기가 발생시킨 전기적 신호를 기초로 방사성 물질의 핵종을 분석하도록 구성된 데이터 수집기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
A scintillator that generates light by incident radiation;
a liquid photoconductor conductor through which light generated by the scintillator is incident and transmits the incident light;
an optical measuring device connected to the liquid photoconductor wire and configured to convert light transmitted from the liquid photoconductor wire into an electrical signal; and
A data collector configured to analyze nuclides of radioactive material based on the electrical signal generated by the optical meter.
A radiation sensor comprising:
상기 액상광도체 도선은, 소정 길이 이상의 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
A radiation sensor, wherein the liquid photoconductor wire has a length of a predetermined length or more.
상기 액상광도체 도선의 섬광체 측 말단면은, 소정의 크기 이상의 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
A radiation sensor, wherein the end surface of the liquid photoconductor wire on the scintillator side has an area of a predetermined size or more.
상기 섬광체는, 입사된 방사선에 의하여 300nm~700nm의 파장 범위에 속하는 파장의 빛을 발생시키는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
The scintillator is a radiation sensor characterized in that it generates light with a wavelength in the wavelength range of 300 nm to 700 nm by incident radiation.
상기 섬광체는 LaBr3 섬광체인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
A radiation sensor, characterized in that the scintillator is a LaBr 3 scintillator.
상기 섬광체는 CeBr3 섬광체인 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
A radiation sensor, characterized in that the scintillator is a CeBr 3 scintillator.
상기 섬광체와 상기 액상광도체의 사이에 배치된 광 그리스(Optical grease)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
Optical grease disposed between the scintillator and the liquid photoconductor.
A radiation sensor further comprising:
상기 광 계측기는,
상기 액상광도체 도선으로부터 전달된 빛을 전류 신호로 변환하도록 구성된 광전자증배관; 및
상기 광전자증배관이 발생시킨 전류 신호를 전압 신호로 변환하고, 상기 전압 신호를 증폭하도록 구성된 전치증폭기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
The optical instrument,
a photomultiplier tube configured to convert light transmitted from the liquid photoconductor wire into a current signal; and
A preamplifier configured to convert the current signal generated by the photomultiplier tube into a voltage signal and amplify the voltage signal.
A radiation sensor comprising:
상기 섬광체의 적어도 일부를 둘러싸는 쉐이딩 케이스(Shading case)
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선 센서.
According to clause 1,
Shading case surrounding at least a portion of the scintillator
A radiation sensor further comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220115428A KR102767428B1 (en) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | Radiation sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220115428A KR102767428B1 (en) | 2022-09-14 | 2022-09-14 | Radiation sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240036866A true KR20240036866A (en) | 2024-03-21 |
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Family Applications (1)
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5568532A (en) * | 1994-08-12 | 1996-10-22 | Southeastern Universities Research Association, Inc. | Examination system utilizing ionizing radiation and a flexible, miniature radiation detector probe |
| JP2017003388A (en) * | 2015-06-09 | 2017-01-05 | 富士電機株式会社 | Radiation detection device |
-
2022
- 2022-09-14 KR KR1020220115428A patent/KR102767428B1/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US5568532A (en) * | 1994-08-12 | 1996-10-22 | Southeastern Universities Research Association, Inc. | Examination system utilizing ionizing radiation and a flexible, miniature radiation detector probe |
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|---|
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| 액상광도체 기반 방사선 센서의 길이에 따른 감마분광 성능지표 변화, 2023 대한방사선방어학회 추계학술대회 논문요약집 (2023.11, 동일 발명자) * |
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