KR20230083832A - Variable radiation detection sensor and wireless communication type radiation monitoring system using the same - Google Patents

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KR20230083832A
KR20230083832A KR1020210172199A KR20210172199A KR20230083832A KR 20230083832 A KR20230083832 A KR 20230083832A KR 1020210172199 A KR1020210172199 A KR 1020210172199A KR 20210172199 A KR20210172199 A KR 20210172199A KR 20230083832 A KR20230083832 A KR 20230083832A
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홍상범
노창현
서범경
고광훈
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한국원자력연구원
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Abstract

Disclosed are a variable radiation sensor, which can be replaced, and a wireless communication-type radiation monitoring system using the same. According to an embodiment of the present invention, the variable radiation sensor can comprise: a casing; a photomultiplier tube stored in the casing, and converting and amplifying the light generated from a scintillator; the scintillator fixed to come in close contact with and surface-contact with the upper end surface of the photomultiplier tube, and emitting light as radiation is incident; an upper cover assembled with the outer surface for sealing the scintillator; and a cover ring having one end hung on a hanging bump formed on the upper cover side or the casing side, and having the other end engaged and assembled with the opposite side by a screw, and fixing and assembling so that the scintillator can come in close surface-contact with the photomultiplier tube, and serving as a screen. Therefore, economic feasibility can be improved.

Description

가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템{Variable radiation detection sensor and wireless communication type radiation monitoring system using the same }Variable radiation detection sensor and wireless communication type radiation monitoring system using the same

본 발명은 가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 교체가 가능한 가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a variable radiation detection sensor and a wireless communication type radiation monitoring system using the same, and more particularly, to a replaceable variable radiation detection sensor and a wireless communication type radiation monitoring system using the same.

일반적으로 방사선은 α선, β선, γ선 세 가지이다. 하지만 일반적으로 방사선이라고 할 때는 이 세 가지뿐만 아니라 X선, 중성자선과 같은 다른 입자나 전자기파를 합쳐서 언급하는 경우가 많다. 방사선에 공통인 성질로서는 이온화작용, 사진작용, 형광작용 등이 있다. 여기서 방사선은 물질과의 작용으로 물질에 이온화작용을 일으키고, 그 에너지를 잃게 되는 것이다. 방사선 이용의 확대에 따르는 방사성 물질에 의한 환경오염 및 이로 인해 유발되는 방사선 장해 및 방사선의 피폭으로 인한 인체장해 등이 중요한 사회문제가 되고 있다.In general, there are three types of radiation: α-rays, β-rays, and γ-rays. However, in general, when referring to radiation, not only these three, but also other particles such as X-rays and neutron rays or electromagnetic waves are often referred to together. As properties common to radiation, there are ionization action, photographic action, and fluorescence action. Here, radiation causes ionization of matter through its action with matter, and its energy is lost. BACKGROUND ART Environmental pollution caused by radioactive materials following the expansion of radiation use, radiation damage caused therefrom, and human damage due to exposure to radiation have become important social problems.

방사선은 α선, β선, 중성자선과 같이 운동하는 입자인 입자선과 γ선, x선과 같은 전자기파로 나뉘며, 입자선인 α선, β선은 운동에너지가 매우 쉽게 감소하여 종이 정도의 물질에도 쉽게 차폐되며, 반면 전자기파인 γ선, x선은 투과력이 강해 10cm 정도 이상의 납에서 차폐되는 것이다.Radiation is divided into particle rays, which are moving particles such as α-rays, β-rays, and neutron rays, and electromagnetic waves, such as γ-rays and x-rays. , On the other hand, γ-rays and x-rays, which are electromagnetic waves, have strong penetrating power and are shielded by lead over 10 cm.

이러한 방사선은 방사선을 감지하기 위한 센서에 의해 감지가 이루어지고, 방사선 센서는 방사선으로부터 사전에 예방하고 오염확대 방지를 위한 환경 방사선 모니터링과 공항, 항만에서의 수출입품 모니터링 등의 분야에 활용될 수 있다.This radiation is detected by a sensor for detecting radiation, and the radiation sensor can be used in areas such as environmental radiation monitoring to prevent radiation from spreading in advance and pollution expansion, and export and import goods monitoring at airports and ports. .

종래 기술에 따른 방사선 센서와 무선 방사능 감시시스템은 플라스틱 섬광체보다 분해능이 높은 무기 섬광체 또는 반도체 검출기로 구성되어 있다.Radiation sensors and wireless radiation monitoring systems according to the prior art are composed of inorganic scintillators or semiconductor detectors with higher resolution than plastic scintillators.

그러나, 무기 섬광체는 다양한 모양 및 사이즈로 제작이 어려울 뿐만 아니라, 기계적, 열적 충격에 약하고 조해성이 있으므로 알루미늄 등으로 밀폐하여 공기와의 접촉을 차단해야 한다. 따라서 밀폐로 인해 투과력이 약한 알파, 베타 등의 측정에는 적절하지 않다. 또한, 밀폐 문제로 PMT(광전자 증배관)와 하나의 구성품으로 되어 있어 섬광체 교체가 불가능한 문제점이 있었다.However, inorganic scintillators are not only difficult to manufacture in various shapes and sizes, but are also weak against mechanical and thermal shock and deliquescent, so they must be sealed with aluminum to block contact with air. Therefore, it is not suitable for measuring alpha, beta, etc., which have weak penetrating power due to sealing. In addition, there was a problem in that it was impossible to replace the scintillator because it was a single component with the PMT (photomultiplier tube) due to a sealing problem.

등록특허 10-1808577Registered Patent No. 10-1808577

본 발명에 따르면 다양한 사이즈의 플라스틱 섬광체를 PMT에 쉽게 탈부착할 수 있도록 하고 고전압 공급기, 증폭기, 분석기를 하나의 세트로 구성한 후 시스템을 간소화하여 다양한 종류의 방사선 검출 대상물에 신속하게 대응할 수 있는 가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 제공하고자 한다.According to the present invention, plastic scintillators of various sizes can be easily attached to and detached from the PMT, and the high voltage supply, amplifier, and analyzer are configured as a set, and the system is simplified to quickly respond to various types of radiation detection targets. It is intended to provide a sensor and a wireless communication type radiation monitoring system using the same.

본 발명의 일측면에 따른 가변형 방사선 검출 센서는, 케이싱; 상기 케이싱 내부에 수납되고, 섬광체에서 발생된 빛을 광전자로 변환 및 증폭시켜주는 광전자 증배관; 상기 광전자 증배관의 상단면에 밀착되어 면접촉하도록 고정되고, 방사선이 입사하여 발광하는 섬광체; 상기 섬광체를 밀폐하도록 외면에 조립되는 상부 커버; 및 상기 상부 커버 측 또는 상기 케이싱 측에 형성된 걸림턱에 일단이 걸리고, 타단은 반대 측에 나사 결합되어 조립됨으로써 상기 섬광체가 상기 광전자 증배관에 밀착 면접촉하도록 고정 조립시키며 암막기능을 수행하는 커버 링;을 포함할 수 있다.A variable type radiation detection sensor according to an aspect of the present invention includes a casing; a photomultiplier tube accommodated inside the casing and converting and amplifying the light generated by the scintillator into photoelectrons; a scintillator fixed to the top surface of the photomultiplier tube so as to come into surface contact with it and emit light upon incident radiation; an upper cover assembled to an outer surface to seal the scintillator; And one end is caught on the hook formed on the upper cover side or the casing side, and the other end is screwed to the opposite side to be assembled so that the scintillator is in close surface contact with the photomultiplier tube, and the cover ring performs a blackout function. ; can be included.

이때, 상기 케이싱의 내면과 상기 광전자 증배관의 외면은 원통형으로 이루어질 수 있다.In this case, an inner surface of the casing and an outer surface of the photomultiplier tube may be formed in a cylindrical shape.

이때, 상기 섬광체는 합성수지로 이루어질 수 있다.At this time, the scintillator may be made of synthetic resin.

이때, 상기 케이싱의 상단에 조립되어 고정되고 상기 커버 링의 하단부에 형성된 직경 축소부가 통과한 다음 걸릴 수 있도록 걸림턱이 형성된 베이스 링을 더 포함할 수 있다.At this time, it is assembled and fixed to the upper end of the casing and may further include a base ring having a locking jaw so that the reduced diameter portion formed at the lower end of the cover ring can pass through and then be caught.

이때, 상기 베이스 링은 하단부로부터 상기 커버 링의 직경 축소부가 외면을 따라 통과할 수 있도록 상기 직경 축소부의 내경보다 작은 외경으로 이루어지고, 상단부에는 상기 직경 축소부가 걸릴 수 있도록 상기 직경 축소부의 내경보다 큰 외경으로 이루어진 걸림턱이 형성되며, 상기 케이싱의 상면에 복수개의 피스로 조립 고정될 수 있다.At this time, the base ring is made of an outer diameter smaller than the inner diameter of the diameter reduction part so that the diameter reduction part of the cover ring can pass along the outer surface from the lower end, and the upper end has a larger inner diameter than the diameter reduction part so that the diameter reduction part can be caught. A locking jaw made of an outer diameter is formed, and a plurality of pieces may be assembled and fixed to the upper surface of the casing.

본 발명의 다른 일측면에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템은, 상기 광전자 증배관 하부에 전기적으로 연결되도록 조립된 다중채널 분석기; 전원 공급부; 상기 다중채널 분석기를 제어하고 외부와의 데이터 통신을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다.A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to another aspect of the present invention includes a multi-channel analyzer assembled to be electrically connected to a lower portion of the photomultiplier tube; power supply; It may include a; control unit for controlling the multi-channel analyzer and controlling data communication with the outside.

이때, 상기 제어부를 피씨와 직렬 방식의 인터페이스로 접촉시킬 수 있도록 직렬 접속 모듈을 더 포함할 수 있다.In this case, a serial connection module may be further included to contact the control unit with the PC through a serial interface.

이때, 상기 제어부를 외부 장치와 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 연결하는 무선 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.In this case, it may further include a wireless communication module that connects the control unit to exchange data wirelessly with an external device.

이때, 방사선이 검출이 이루어지는 장소의 위치를 감지할 수 있도록 GPS 모듈이 구비될 수 있다.At this time, a GPS module may be provided to detect the location of a place where radiation is detected.

이때, 상기 케이싱 내부에는 다중채널 분석기, 고전압 공급부, 그리고 증폭기가 수납될 수 있다.At this time, a multi-channel analyzer, a high voltage supply unit, and an amplifier may be accommodated in the casing.

상기의 구성에 따라, 본 발명에 따른 가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템은, 플라스틱으로 이루어진 섬광체는 다양한 크기로 제작이 가능하여, 측정 목적에 따라 다양한 플라스틱 섬광체의 크기 및 성분의 변화를 통해 측정 목적에 맞도록 제작이 가능하다. According to the above configuration, in the variable radiation detection sensor and the wireless communication type radiation monitoring system using the same according to the present invention, the scintillator made of plastic can be manufactured in various sizes, so that the size and components of various plastic scintillators can be adjusted according to the purpose of measurement. It can be manufactured to suit the purpose of measurement through change.

또한, 측정시스템 구성에 필요한 PMT, MCA 등에 쉽게 연동할 수 있는 무선 방사선 모니터링 시스템 제작이 가능하며, 이는 대용량의 폐기물 또는 대면적의 부지 등을 실시간으로 측정이 가능하다.In addition, it is possible to manufacture a wireless radiation monitoring system that can be easily linked to PMT, MCA, etc. required for the configuration of the measurement system, and it is possible to measure large amounts of waste or large-area sites in real time.

또한, 기존 시스템에서는 센서의 교체가 불가능했기 때문에 측정 목적에 따라 방사선 검출시스템을 별도로 준비 했어야 하는 단점이 있다. 그러나 플라스틱 섬광체를 활용하여 센서 교체가 쉽게 가능한 무선통신 방사선 모니터링 시스템을 사용함으로써, 기존 시스템보다 경제성 향상, 측정시스템 간소화, 편리함 등의 효과가 기대된다.In addition, since it was impossible to replace the sensor in the existing system, there is a disadvantage in that a radiation detection system should be prepared separately according to the purpose of measurement. However, by using a wireless communication radiation monitoring system that can easily replace a sensor using a plastic scintillator, effects such as improved economic efficiency, simplified measurement system, and convenience are expected compared to existing systems.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 케이싱을 제거한 상태의 부분 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 실제 조립 사진들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용하여 시험한 결과로서, 상업용 플라스틱과 CdS/ZnS가 함유된 플라스틱 신틸레이터의 흡광도 및 투과율 측정 결과로서 (a) 흡광도를 (b) 투과율을 보여준다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용한 시험한 결과로서, 플라스틱 신틸레이터 두께에 따른 광발광 분석(여기서는: 316 nm) (a) 상업용 플라스틱 신틸레이터는 (b) CdS/ZnS 로딩 플라스틱 신틸레이터의 경우이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용한 시험한 결과로서, 상업용 플라스틱 신틸레이터(a-c)와 CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터(d-f)를 사용한 측정 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용한 시험한 결과로서, 30mm 두께의 플라스틱 신틸레이터를 사용한 측정 결과와 MCNP 시뮬레이션 결과 비교, (a-c) 상용 신틸레이터를 사용한 광원과의 거리별 결과 비교 (d-f), CdS/ZnS 탑재 신틸레이터를 사용한 광원과의 거리별 결과 비교를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용한 시험한 결과로서, CdS/ZnS가 장입된 플라스틱 신틸레이터를 사용하여 오염된 토양 시료로부터의 거리에 따른 측정 결과로서, (a)는 플라스틱 신틸레이터에서 30mm 두께, (b)는 플라스틱 신틸레이터에서 50mm 두께인 경우이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 적용한 시험한 결과로서, (a) CdS/ZnS 플라스틱 신틸레이터와 상업용 플라스틱 신틸레이터의 토양 소스 위치(b)와 검출 효율에 따른 무선 방사선 검출 시스템을 나타낸다.1 is a perspective view of a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a longitudinal cross-sectional view of a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is a partially exploded perspective view of a variable type radiation detection sensor in a state in which a casing is removed according to an embodiment of the present invention.
5 are pictures of actual assembly of a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention.
7 is a test result by applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention, and a result of measuring absorbance and transmittance of a commercial plastic and a plastic scintillator containing CdS/ZnS. (a) absorbance and (b) transmittance.
8 is a test result of applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention, and photoluminescence analysis according to the thickness of a plastic scintillator (here: 316 nm) (a) commercial plastic The scintillator is (b) the case of a CdS/ZnS loaded plastic scintillator.
9 is a test result of applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention, and a commercial plastic scintillator (ac) and a plastic scintillator (df) equipped with CdS/ZnS This is the measurement result using
10 is a test result of applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention, and a comparison of measurement results using a 30 mm thick plastic scintillator and MCNP simulation results, (ac) commercial Comparison of results by distance with the light source using the scintillator (df) and comparison of results by distance with the light source using the CdS/ZnS-mounted scintillator are shown.
11 is a test result of applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention. As a result of measurement according to the following, (a) is the case of a plastic scintillator with a thickness of 30 mm, and (b) is a case of a plastic scintillator with a thickness of 50 mm.
12 is a test result of applying a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention, (a) soil source locations of a CdS / ZnS plastic scintillator and a commercial plastic scintillator (b) ) and a wireless radiation detection system according to the detection efficiency.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 단어와 용어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 않고, 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 발명자가 용어와 개념을 정의할 수 있는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.Words and terms used in this specification and claims are not construed as limited in their ordinary or dictionary meanings, but in accordance with the principle that the inventors can define terms and concepts in order to best describe their inventions. It should be interpreted as a meaning and concept that corresponds to the technical idea.

그러므로 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 해당하고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로 해당 구성은 본 발명의 출원시점에서 이를 대체할 다양한 균등물과 변형예가 있을 수 있다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings correspond to a preferred embodiment of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so that the corresponding configurations are various to replace them at the time of filing of the present invention. There may be equivalents and variations.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 설명하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to describe the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 다른 구성 요소와 바로 접하여 "전방", "후방", "상부" 또는 "하부"에 배치되는 것뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성 요소가 배치되는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소와 "연결"되어 있다는 것은 특별한 사정이 없는 한 서로 직접 연결되는 것뿐만 아니라 간접적으로 서로 연결되는 경우도 포함한다.A component being in the "front", "rear", "above" or "below" of another component means that it is in direct contact with another component, unless there are special circumstances, and is "in front", "rear", "above" or "below". It includes not only those disposed at the lower part, but also cases in which another component is disposed in the middle. In addition, the fact that certain components are “connected” to other components includes cases where they are not only directly connected to each other but also indirectly connected to each other unless there are special circumstances.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가변형 방사선 검출 센서 및 이를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 설명한다.Hereinafter, a variable type radiation detection sensor according to the present invention and a wireless communication type radiation monitoring system using the same will be described with reference to the drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서(1)는, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 케이싱(10), 광전자 증배관(60), 섬광체(50), 상부 커버(40), 커버 링(20), 베이스 링(30)을 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 5 , the variable radiation detection sensor 1 according to an embodiment of the present invention includes a casing 10, a photomultiplier tube 60, a scintillator 50, an upper cover 40, and a cover. It includes a ring 20 and a base ring 30.

상기 케이싱(10)은, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 내부 구성 부품들을 포함할 수 있도록 외벽을 이루어 외부로부터 부품들을 보호하게 된다.Referring to FIGS. 1 to 5 , the casing 10 forms an outer wall to include internal components to protect components from the outside.

이때, 상기 케이싱(10)은 원통형으로 형성되어 내부 공간에 구성 부품들이 수납될 수 있도록 되어 있다.At this time, the casing 10 is formed in a cylindrical shape so that components can be accommodated in the internal space.

이때, 상기 케이싱(10)의 상부에는 상부 커버(40)가 조립되고, 하부에는 하부 커버(160)가 조립되어 외부와 격리된 구성부품들을 수납할 수 있는 내부 공간을 유지할 수 있다.At this time, the upper cover 40 is assembled on the upper part of the casing 10, and the lower cover 160 is assembled on the lower part to maintain an internal space capable of accommodating components isolated from the outside.

상기 광전자 증배관(PMT)(60)은, 도 2 내지 도 5를 참고하면, 상기 케이싱(10) 내부에 수납되고, 섬광체(50)에서 발생된 빛을 광전자로 변환 및 증폭시켜줄 수 있다.Referring to FIGS. 2 to 5 , the photomultiplier tube (PMT) 60 is accommodated inside the casing 10 and can convert and amplify light generated from the scintillator 50 into photoelectrons.

이때, 상기 광전자 증배관(60)은 상기 케이싱(10) 내부에 거의 밀착한 상태로 수납되기 때문에 원통형 형태로 이루어질 수 있다.At this time, since the photomultiplier tube 60 is housed in the casing 10 in a state of close contact, it may be formed in a cylindrical shape.

이때, 상기 광전자 증배관(60)은 섬광체(50)와 중심이 일치하도록 된 상태에서 강하게 밀착되도록 조립되는 것이 바람직하다. 이때, 섬광체와 광전자 증배관이 동일한 단면 형상을 가지야 하는 것은 아니다.At this time, it is preferable that the photomultiplier tube 60 is assembled so as to be strongly adhered to the scintillator 50 in a state in which the center coincides with it. At this time, the scintillator and the photomultiplier tube do not have to have the same cross-sectional shape.

상기 섬광체(50)는, 도 2 내지 도 5를 참고하면, 상기 광전자 증배관(60)의 상단면에 밀착되어 면접촉하도록 고정되고, 방사선이 입사하여 발광하게 된다.Referring to FIGS. 2 to 5 , the scintillator 50 is closely adhered to and fixed to the top surface of the photomultiplier tube 60 so as to make surface contact, and radiation is incident to emit light.

이때, 상기 섬광체(50)는 소위 플라스틱으로 불리는 합성수지로 이루어질 수 있다. 따라서 다양한 형태와 크기로 용이하게 제작이 가능하고, 습기, 온도 변화에도 민감하지 않은 이점이 있다.At this time, the scintillator 50 may be made of synthetic resin, so-called plastic. Therefore, it can be easily manufactured in various shapes and sizes, and has the advantage of not being sensitive to moisture and temperature changes.

이때, 상기 섬광체(50)는 합성수지 재질로 이루어지기 때문에 다양한 형태와 크기로 제작이 가능한 이점이 있다. 따라서 상황에 따라 다양한 종류의 섬광체 중에 선택하고 바로 교체하여 조립함으로써 신속하게 교체 및 적용이 가능하다.At this time, since the scintillator 50 is made of a synthetic resin material, there is an advantage in that it can be manufactured in various shapes and sizes. Therefore, it is possible to quickly replace and apply by selecting among various types of scintillators according to the situation and immediately replacing and assembling them.

상기 상부 커버(50)는, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 섬광체(50)를 밀폐하도록 섬광체(50)의 외면에 조립될 수 있다. 따라서 섬광체(50)는 상기 상부 커버(40)에 의해 외부와 분리될 수 있고, 외부 환경으로부터 독립될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 5 , the upper cover 50 may be assembled to an outer surface of the scintillator 50 to seal the scintillator 50 . Therefore, the scintillator 50 can be separated from the outside by the upper cover 40 and can be independent from the external environment.

이때, 상기 상부 커버(40)는 모자 형태로 이루어지고, 커버 링(20)에 나사 결합됨으로써 섬광체(50)의 하면을 광전자 증배관(60)의 상면에 밀착시키게 된다.At this time, the upper cover 40 is formed in a hat shape and is screwed to the cover ring 20 to bring the lower surface of the scintillator 50 into close contact with the upper surface of the photomultiplier tube 60 .

상기 커버 링(20)은, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 상부 커버(40) 측 또는 상기 케이싱(10) 측에 형성된, 여기서는 베이스 링(30)에 형성된 걸림턱(33)에 일단이 걸리고, 타단은 반대 측에 나사 결합되어 조립됨으로써 상기 섬광체(50)가 상기 광전자 증배관(60)에 밀착 면접촉하도록 고정 조립시키며 암막기능을 수행할 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 5 , the cover ring 20 has one end on the locking jaw 33 formed on the upper cover 40 side or the casing 10 side, here, formed on the base ring 30. And the other end is screwed to the opposite side to be assembled so that the scintillator 50 is in close surface contact with the photomultiplier tube 60, and the blackout function can be performed.

이때, 상기 커버 링(20)은 상부 커버(40)를 케이싱(10)에 조립되도록 하는 매개체로서 기능하는 동시에, 섬광체(50)가 광전자 증배관(60)에 강하게 밀착될 수 있도록 기능하게 된다. At this time, the cover ring 20 functions as a medium for assembling the upper cover 40 to the casing 10, and at the same time functions so that the scintillator 50 can be strongly adhered to the photomultiplier tube 60.

이때, 상기 커버 링(20)은 전술한 바와 같이 상부 커버(40)와 케이싱(10)을 조립하는 역할과 섬광체(50)와 광전자 증배관(60)을 조립하는 역할도 수행하지만, 조립 후, 케이싱(10) 내부로 빛이 침투하지 못하도록 하는 암막 기능 또한 수행하게 된다.At this time, the cover ring 20 serves to assemble the upper cover 40 and the casing 10 as described above and also serves to assemble the scintillator 50 and the photomultiplier tube 60, but after assembly, A blackout function that prevents light from penetrating into the casing 10 is also performed.

상기 베이스 링(30)은, 도 1 내지 도 5를 참고하면, 상기 케이싱(10)의 상단에 조립되어 고정되고 상기 커버 링(20)의 하단부에 형성된 직경 축소부(21)가 통과한 다음 걸릴 수 있도록 걸림턱(33)이 형성될 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 5 , the base ring 30 is assembled and fixed to the upper end of the casing 10, and the reduced diameter portion 21 formed at the lower end of the cover ring 20 passes through and is then caught. A locking jaw 33 may be formed so as to be able to.

이때, 상기 베이스 링(30)을 채용함으로써 커버 링(20)을 케이싱(10)에 걸리도록 조립할 수 있게 된다. 따라서 베이스 링(30)에 의해 커버 링(20)과 상부 커버(40)를 케이싱(10)에 용이하게 조립할 수 있게 되고, 결국 섬광체(50)의 교체도 신속하고 용이하게 이루어질 수 있다.At this time, by employing the base ring 30, the cover ring 20 can be assembled so as to be caught on the casing 10. Therefore, the cover ring 20 and the upper cover 40 can be easily assembled to the casing 10 by the base ring 30, and as a result, the scintillator 50 can be replaced quickly and easily.

이때, 상기 베이스 링(30)은 하단부로부터 상기 커버 링(20)의 직경 축소부(21)가 외면을 따라 통과할 수 있도록 상기 직경 축소부(21)의 내경보다 작은 외경으로 이루어지고, 상단부에는 상기 직경 축소부(21)가 걸릴 수 있도록 상기 직경 축소부(21)의 내경보다 큰 외경으로 이루어진 걸림턱(33)이 형성되며, 상기 케이싱(10)의 상면에 복수개의 피스로 피스 홀(32)을 통하여 조립 고정될 수 있다.At this time, the base ring 30 has an outer diameter smaller than the inner diameter of the reduced diameter part 21 so that the reduced diameter part 21 of the cover ring 20 can pass along the outer surface from the lower end, and the upper end has A hooking jaw 33 having an outer diameter larger than the inner diameter of the diameter reducing part 21 is formed so that the diameter reducing part 21 can be caught, and a plurality of piece holes 32 on the upper surface of the casing 10 ) can be assembled and fixed through.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 외관이 도시되어 있다. 케이싱(10)의 상부와 하부에 각각 상부 커버(40)와 하부 커버(160)가 조립되어 있고, 케이싱(10)과 상부 커버(40) 사이에는 커버 링(20)이 조립되어 있다. 이때 커버 링(20)이 위치하는 곳에 섬광체(50)와 광전자 증배관(60)의 접촉면이 위치하게 된다. 따라서 커버 링(20)에 의해 섬광체(50)와 광전자 증배관(60)이 서로 중심을 맞추어 강하게 밀착 고정될 수 있고, 동시에 커버 링(20)에 의해 외부의 빛이 케이싱(10) 내부로 들어가지 못하게 되어 암막 기능도 수행하게 된다. 케이싱(10) 내부에는 다중채널 분석기(100)가 조립되어 있다. 따라서 하부 커버(160)를 통하여 전원을 연결하고 방사선 검출을 진행할 수 있게 된다.Referring to FIG. 1 , an appearance of a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention is shown. An upper cover 40 and a lower cover 160 are assembled to the upper and lower portions of the casing 10, respectively, and a cover ring 20 is assembled between the casing 10 and the upper cover 40. At this time, the contact surface between the scintillator 50 and the photomultiplier tube 60 is located where the cover ring 20 is located. Therefore, by the cover ring 20, the scintillator 50 and the photomultiplier tube 60 can be centered and tightly fixed to each other, and at the same time, external light is introduced into the casing 10 by the cover ring 20. It will not be able to go, so it will also perform the blackout function. Inside the casing 10, a multi-channel analyzer 100 is assembled. Accordingly, power is connected through the lower cover 160 and radiation detection can be performed.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 내부 구성이 조립 순서대로 도시되어 있다. 상부 커버(40) 내부에는 섬광체(50)가 수납되고 상부 커버(40)는 커버 링(20)의 나사부(22)에 체결되는 나사부(41)가 하측 외면에 형성되어 있다. 따라서 상부 커버(40)를 커버 링(20)에 대하여 상대 회전시키면 나사부들(22, 41)이 서로 체결되면서 상부 커버(40)가 케이싱(10) 방향으로 조여져 이동하게 된다. 그에 따라 섬광체(50)는 광전자 증배관(60)에 밀착된 상태로 고정될 수 있다. 커버 링(20)의 직경 축소부(21)는 베이스 링(30)의 걸림턱(33)에 걸리게 된다. 이때, 조립 시 베이스 링(30)의 걸림턱(33)에 커버 링(20)의 직경 축소부(21)가 통과시킨 상태에서 케이싱(10)에 베이스 링(30)을 피스로 피스 홀(32)에 고정 체결할 수 있다. 즉 베이스 링(30)은 커버 링(20)을 조립하기 위한 매개체이다. 이렇게 베이스 링(30)이 조립된 상태에서 케이싱(10) 내부에 광전자 증배관(60)이 삽입되고, 광전자 증배관(60) 상부에 섬광체(50)가 놓인 상태에서 상부 커버(40)를 커버 링(20)에 나사 결합시키면 센서의 상부 측 조립이 완성된다. 이러한 조립은 섬광체(50)의 교체에도 동일하게 적용되고, 교체 시에는 상부 커버(40)만 커버 링(20)으로부터 탈거하고 새로운 섬광체(50)를 안착시킨 상태에서 상부 커버(40)를 동일하게 커버 링(20)에 나사 결합시킴으로써 교체 조립이 신속하게 이루어질 수 있다.Referring to FIGS. 2 and 3 , internal configurations of the variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention are shown in an assembly order. A scintillator 50 is accommodated inside the upper cover 40, and a screw part 41 fastened to the screw part 22 of the cover ring 20 is formed on the lower outer surface of the upper cover 40. Therefore, when the upper cover 40 is relatively rotated with respect to the cover ring 20, the screw parts 22 and 41 are fastened to each other, and the upper cover 40 is tightened and moved in the direction of the casing 10. Accordingly, the scintillator 50 may be fixed in close contact with the photomultiplier tube 60 . The reduced diameter portion 21 of the cover ring 20 is caught on the stopper 33 of the base ring 30 . At this time, in a state where the diameter reduction portion 21 of the cover ring 20 passes through the engaging jaw 33 of the base ring 30 during assembly, the base ring 30 is pieced into the casing 10, and the piece hole 32 ) can be fixed. That is, the base ring 30 is a medium for assembling the cover ring 20 . With the base ring 30 assembled in this way, the photomultiplier tube 60 is inserted into the casing 10, and the upper cover 40 is covered with the scintillator 50 placed on top of the photomultiplier tube 60. Screwing into the ring 20 completes the assembly of the upper side of the sensor. This assembly is equally applied to the replacement of the scintillator 50, and at the time of replacement, only the upper cover 40 is removed from the cover ring 20 and the upper cover 40 is installed in the same state with a new scintillator 50 installed thereon. Replacement assembly can be made quickly by screwing into the cover ring 20 .

한편, 상기 케이싱(10)의 하부에는 하부 커버(160)가 조립되고, 다중채널 분석기(100)가 조립될 수 있다. 다중채널 분석기(100)를 조립하기 위하여 광전자 증배관(60)의 하부는 소켓(110), 연결판(120), 케이스(130), 조립용 링(140), 그리고 PCB(150)가 차례로 조립된 다음 하부 커버(160)가 마지막으로 조립된다. 따라서 방사선 센서와 이를 분석하고 송신하기 위한 장비가 하나의 케이싱 몸체에 모두 조립될 수 있고, 후술하는 바와 같이 전원을 연결하여 검출작업과 동시에 PC, 노트북 등의 단말기(240)와 블루투스와 같은 무선통신으로 연결되어 검출된 신호를 바로 전달 및 분석할 수 있게 된다. 또한 하부 커버(160) 측에 다양한 유무선 통신 포트를 형성하여 이를 연결할 수도 있음은 물론이다.Meanwhile, a lower cover 160 may be assembled to a lower portion of the casing 10, and a multi-channel analyzer 100 may be assembled. To assemble the multi-channel analyzer 100, the lower part of the photomultiplier tube 60 is sequentially assembled with the socket 110, the connecting plate 120, the case 130, the assembly ring 140, and the PCB 150. Then the lower cover 160 is finally assembled. Therefore, the radiation sensor and equipment for analyzing and transmitting the same can be assembled in one casing body, and as will be described later, the power is connected to detect the radiation, and at the same time, the terminal 240 such as a PC or laptop and wireless communication such as Bluetooth are connected. , and the detected signal can be transmitted and analyzed immediately. In addition, of course, various wired and wireless communication ports may be formed on the lower cover 160 and connected thereto.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서의 내부 구성이 케이싱을 제외한 상태에서 조립 순서대로 도시되어 있다. 베이스 링(30)을 중심으로 상부에는 상부 커버(40)와 섬광체(50)가 교체가 용이하도록 나사 결합될 수 있도록 되어 있고, 케이싱(10) 하부에는 하부 커버(160)가 나사 결합 등으로 연결되어 다중채널 분석기, 증폭기, 광전자 증배관, 등의 부품들을 용이하게 조립할 수 있도록 되어 있다.Referring to FIG. 4 , the internal configuration of the variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention is shown in an assembly order with the casing excluded. The upper cover 40 and the scintillator 50 are screwed together at the upper part of the base ring 30 to facilitate replacement, and the lower cover 160 is connected to the lower part of the casing 10 by screwing or the like. This makes it possible to easily assemble parts such as a multi-channel analyzer, amplifier, photomultiplier tube, etc.

도 5를 참고하면, 실제 시제품으로 제작된 센서(1)가 도시되어 있다. 테프론 테이핑으로 섬광체(50)의 외면을 감싸서, 섬광체(50) 내부로 들어온 빛이 내부에서 반사되도록 하는 기능을 수행하고, 블랙 테이핑은 외부의 빛이 섬광체(50) 센서 내부로 들어오는 것을 차단하는 암막 기능을 수행하게 된다. 물론 테프론 테이핑 대신에 흰 종이를 사용할 수도 있다. 이렇게 하나의 케이싱(10)에 집약된 센서와 전원 장비, 그리고 통신 장비를 하나의 포장 백에 넣어 간편하게 휴대할 수도 있으므로 매우 휴대성이 뛰어나다. 물론 포장 백에 다른 섬광체를 넣어 서로 교체할 수 있도록 할 수도 있을 것이다.Referring to FIG. 5 , a sensor 1 manufactured as an actual prototype is shown. The outer surface of the scintillator 50 is wrapped with Teflon taping to perform the function of reflecting the light entering the scintillator 50 from the inside, and the black taping is a blackout that blocks external light from entering the sensor of the scintillator 50 function will be performed. Of course, you can also use white paper instead of Teflon taping. Since the sensors, power equipment, and communication equipment integrated into one casing 10 can be easily carried in a single packaging bag, it is highly portable. Of course, you could put different scintillators in the packaging bag and make them interchangeable.

도 6을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템의 구성이 개략적인 블록도로 표현되어 있다. 방사선 측정 대상물(2) 측으로부터 순서대로, 섬광체(50), 광전자 증배관(60), 다중채널 분석기(100)가 위치하게 되고, 측면에는 고전압 공급부(210)가 구비되어 전원은 측면에 연결되어 배터리(220)에 충전이 이루어질 수 있게 된다. 이때, 다중채널 분석기(100)는 광전자 증배관(60) 하부에 전기적으로 연결되도록 조립될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the configuration of a wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor according to an embodiment of the present invention is represented by a schematic block diagram. In order from the side of the radiation measurement object (2), the scintillator 50, the photomultiplier tube 60, and the multi-channel analyzer 100 are located, and the high voltage supply unit 210 is provided on the side, and the power is connected to the side The battery 220 can be charged. At this time, the multi-channel analyzer 100 may be assembled to be electrically connected to the bottom of the photomultiplier tube 60.

한편, 시스템에는 제어부(230)가 포함되어 있는 바, 상기 다중채널 분석기(100)를 제어하고 외부와의 데이터 통신을 제어할 수 있다. 무선통신으로는 전술한 바와 같이 블루투스를 이용할 수 있지만 그 외 다른 무선 통신 기술을 적용할 수 있음은 물론이다. 이때, 상기 제어부(230)를 피씨와 직렬 방식의 인터페이스로 접촉시킬 수 있도록 직렬 접속 모듈을 더 포함할 수도 있다. 즉 유무선 통신 모두 가능하도록 제작이 가능하다. 이러한 통신은 상기 제어부(230)를 외부 장치와 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 연결하는 무선 통신 모듈에 의해 이루어질 수 있다. 또한 방사선이 검출이 이루어지는 장소의 위치를 감지할 수 있도록 GPS 모듈이 구비될 수 있다. 이러한 다중채널 분석기(100), 고전압 공급부(210), 그리고 증폭기는 상기 케이싱(10) 내부에 수납될 수 있는 것은 전술한 바와 같다. 즉 도 5에 도시된 바와 같이 센서 케이싱(10) 내부에 방사선 검출을 위한 센서 부품과 이를 분석하고 통신하기 위한 모든 전장품이 수납되어 하나의 몸체로 제품을 구성할 수 있다. 그에 따라 제품과 교체 가능한 섬광체를 휴대하고 대상물의 종류에 따라 신속하게 섬광체를 교체하고 바로 방사선 검출이 이루어질 수 있다.Meanwhile, the system includes a control unit 230, which can control the multi-channel analyzer 100 and data communication with the outside. As for wireless communication, Bluetooth can be used as described above, but other wireless communication technologies can be applied as well. At this time, a serial connection module may be further included to contact the control unit 230 with the PC through a serial interface. That is, it can be manufactured to enable both wired and wireless communication. Such communication may be performed by a wireless communication module that connects the controller 230 to exchange data wirelessly with an external device. In addition, a GPS module may be provided to detect the location of a place where radiation is detected. The multi-channel analyzer 100, the high voltage supply unit 210, and the amplifier can be accommodated in the casing 10 as described above. That is, as shown in FIG. 5 , a sensor component for detecting radiation and all electric components for analyzing and communicating the sensor component are accommodated in the sensor casing 10 to configure a product as a single body. Accordingly, it is possible to carry a scintillator that can be replaced with the product, quickly replace the scintillator according to the type of object, and immediately detect radiation.

한편, 본 발명에 따른 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템을 사용한 실제 시험결과는 다음과 같다.Meanwhile, actual test results using the wireless communication type radiation monitoring system using the variable radiation detection sensor according to the present invention are as follows.

흡수/투과 특성은 QD가 장착된 플라스틱 섬광체인 신틸레이터와 상업용 플라스틱 신틸레이터에서만 수행된 것이 아니다. 플라스틱 신틸레이터 두께의 30mm 및 50mm 크기 모두에서 광학 특성이 관찰되었다. 흡수/투과 특성 평가 결과를 도 7에 나타냈다. 도 7은 상업용 플라스틱과 CdS/ZnS가 함유된 플라스틱 신틸레이터의 흡광도 및 투과율 측정 결과 (a) 흡광도 (b) 투과율을 나타낸다.Absorption/transmission characteristics were not only performed in scintillators, which are plastic scintillators equipped with QDs, and commercial plastic scintillators. Optical properties were observed for both 30 mm and 50 mm sizes of plastic scintillator thickness. The absorption/transmission characteristics evaluation results are shown in FIG. 7 . 7 shows the absorbance and transmittance measurement results (a) absorbance (b) transmittance of a commercial plastic and a plastic scintillator containing CdS/ZnS.

도 8은 플라스틱 신틸레이터 두께에 따른 광발광 분석(여기서는: 316 nm)으로서, (a)는 상업용 플라스틱 신틸레이터, (b)는 CdS/ZnS 로딩 플라스틱 신틸레이터이다.Figure 8 is a photoluminescence analysis (here: 316 nm) according to the thickness of the plastic scintillator, (a) is a commercial plastic scintillator, (b) is a CdS / ZnS loaded plastic scintillator.

상용 플라스틱 신틸레이터와 QD가 탑재된 플라스틱 신틸레이터는 두께에 관계없이 동일한 흡수 및 투과 특성을 보였다. 흡수 및 투과 강도는 신틸레이터의 각 표면에 대해 다르게 측정되었다. 본 시험에서는 무작위로 10개의 점을 선정하여 원주방향으로 측정하여 평균값을 산출하였다. 제작된 플라스틱 신틸레이터의 광발광 특성 결과는 시간 분해 광발광 분광 광도계(Spectrofluorometer, HORIBA, Fluorolog3)를 이용하여 얻었다. 기존 장비의 광발광 분광 특성은 최대 10mm까지 측정이 가능하여 30mm, 50mm 샘플도 측정할 수 있도록 홀더의 샘플 사이즈 조절 공간만 별도로 마련했다. 도 7은 이 연구에 사용된 시간 상관 광발광 분광 광도계를 보여주며 30mm 및 50mm 샘플을 장착한 후의 실제 사진을 보여준다. 형광 물질의 광발광 수명은 여기된 전자의 복사 및 비방사 전이 과정 모두에 의해 영향을 받는다. 복사 전이는 형광체 자체의 분자 구조에 의해 결정되며, 비방사 전이는 형광체-형광체 상호작용, 형광체-용매 상호작용 및 에너지 전달에 의해 민감하게 변화하는 특성을 갖는다.The commercial plastic scintillator and the plastic scintillator loaded with QDs showed the same absorption and transmission characteristics regardless of thickness. Absorption and transmission intensities were measured differently for each surface of the scintillator. In this test, 10 points were randomly selected and measured in the circumferential direction to calculate the average value. The photoluminescent properties of the fabricated plastic scintillator were obtained using a time-resolved photoluminescence spectrophotometer (Spectrofluorometer, HORIBA, Fluorolog3). Since the photoluminescence spectral characteristics of the existing equipment can be measured up to 10 mm, only the sample size adjustment space of the holder is provided separately so that 30 mm and 50 mm samples can be measured. Figure 7 shows the time-correlated photoluminescence spectrophotometer used in this study and shows actual pictures after mounting 30 mm and 50 mm samples. The photoluminescence lifetime of a fluorescent material is affected by both radiative and non-radiative transition processes of excited electrons. The radiative transition is determined by the molecular structure of the phosphor itself, and the non-radiative transition has characteristics that are sensitively changed by phosphor-phosphor interactions, phosphor-solvent interactions, and energy transfer.

320~350nm의 발광 피크는 1차 염료에 의한 발광이고, 380~420nm의 발광 피크는 2차 염료에 의한 발광이다. 또한, CdS/ZnS 양자점의 이론적인 방출 파장은 450-460nm이다. 표면 오염으로 인해 강도가 낮은 것으로 측정되었으나, 450nm 파장에서 CdS/ZnS 플라스틱 신틸레이터의 발광이 더 뚜렷하게 보이는 것을 확인하였다. CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터의 방출 파장은 상용 플라스틱 신틸레이터의 방출 파장과 유사하였다.The emission peak of 320 to 350 nm is emission by the primary dye, and the emission peak of 380 to 420 nm is emission by the secondary dye. In addition, the theoretical emission wavelength of CdS/ZnS quantum dots is 450-460 nm. Although the intensity was measured to be low due to surface contamination, it was confirmed that the emission of the CdS/ZnS plastic scintillator was seen more clearly at a wavelength of 450 nm. The emission wavelength of the plastic scintillator equipped with CdS/ZnS was similar to that of commercial plastic scintillators.

본 시험에 사용된 선원은 137Cs 오염 토양이며, 선원의 방사능은 반감기를 고려하여 10Bq/g이었다. 다양한 두께의 플라스틱 신틸레이터를 장착할 수 있도록 제작되었으며, PMT(ET-9266KB), MCA(MCA123E, Amplifier, High Voltage Supply)가 하나의 모듈에 연결되어 있다. 제작된 무선 시스템의 전원은 충전식 전원을 사용하여 공급되었다. 자체 제작한 MCA는 고전압 공급장치와 인쇄회로기판(PCB)으로 구성되어 별도의 고전압 공급장치가 필요하지 않다. 검출기는 방사선과 물질의 상호작용을 통해 정보를 생성하는 센서 장치와 방사선 정보를 전기 신호로 변환하는 장치(Pre-amplifier, Amplifier, MCA 등)와 연결된다. PMT는 신틸레이터에서 생성된 광전자를 증폭하여 약 106배 증폭한다. 전치 증폭기는 PMT로부터 수신된 전류를 펄스 형태로 형성하고 이 신호를 주 증폭기로 전송한다. 주 증폭기(Amplifier)는 펄스를 형성하고 증폭한다. 또한, MCA는 펄스 신호를 펄스 높이별로 분류하여 수집하고, 채널당 펄스의 주파수를 카운트하여 분포도에 표시한다. 플라스틱 신틸레이터는 빛의 영향을 줄이기 위해 알루미늄 케이스로 만들어졌다. 다만, 알루미늄 케이스에 의한 차폐나 비산의 영향을 최소화하기 위해 최대한 얇게 제작하였다. 따라서 알루미늄 케이스는 1.5mm로 제작된다. 모든 구성품은 백팩 형태로 세트로 제작되며, 측정 데이터는 블루투스를 통해 PC로 전송된다.The source used in this test was 137Cs-contaminated soil, and the radioactivity of the source was 10 Bq/g considering the half-life. It is designed to mount plastic scintillators of various thicknesses, and PMT (ET-9266KB) and MCA (MCA123E, Amplifier, High Voltage Supply) are connected to one module. The power of the fabricated wireless system was supplied using a rechargeable power source. The self-made MCA consists of a high voltage supply and a printed circuit board (PCB), so a separate high voltage supply is not required. The detector is connected to a sensor device that generates information through interaction between radiation and matter and a device that converts radiation information into an electrical signal (pre-amplifier, amplifier, MCA, etc.). The PMT amplifies the photoelectrons generated by the scintillator and amplifies them by about 106 times. The preamplifier forms a pulse of the current received from the PMT and transmits this signal to the main amplifier. A main amplifier forms and amplifies the pulse. In addition, the MCA classifies and collects pulse signals by pulse height, counts pulse frequencies per channel, and displays them on a distribution chart. The plastic scintillator is made of an aluminum case to reduce the effect of light. However, it was manufactured as thin as possible to minimize the effect of shielding or scattering by the aluminum case. Therefore, the aluminum case is made of 1.5mm. All components are manufactured as a set in the form of a backpack, and measurement data is transmitted to a PC via Bluetooth.

백팩 시스템의 무게는 모든 장치를 포함하여 약 6kg이다. 또한 블루투스 전송률(bits-per-second, bps)은 직렬 회선을 통해 전송되는 데이터 전송률을 의미한다. 이 값을 기반으로 1비트를 전송하는 데 필요한 시간을 알 수 있다. 이 시스템에서 사용하는 블루투스의 전송속도는 115,200bps이다. bps 값이 높을수록 송수신 속도가 빨라지지만 115,200bps를 초과할 수 없다. 일반적으로 1byte를 전송하는데 10bit가 필요하므로 115,200bps는 11.25Kbyte/sec이다. 백팩 시스템의 상세 정보는 표 1과 같다.The weight of the backpack system is approximately 6 kg including all equipment. In addition, the Bluetooth transmission rate (bits-per-second, bps) means the data transmission rate transmitted through the serial line. Based on this value, we can know the time required to transmit one bit. The transmission speed of Bluetooth used in this system is 115,200 bps. The higher the bps value, the faster the transmission and reception speed, but cannot exceed 115,200 bps. In general, 10 bits are needed to transmit 1 byte, so 115,200 bps is 11.25 Kbyte/sec. Detailed information of the backpack system is shown in Table 1.

Figure pat00001
Figure pat00001

제작된 시스템은 백팩 형태이나, 본 시험은 CdS/ZnS가 장입된 플라스틱 신틸레이터의 예비 성능평가 단계이기 때문에 137Cs 오염토양과 이동식 감지시스템을 각각 근접하게 배치하여 성능시험을 수행하였다. 다른. 137Cs 오염토양과 검출시스템 사이의 거리는 20, 50, 100mm로 설정하고 600초 동안 데이터를 수집하였다. 실험 결과는 블루투스 통신을 통해 자동으로 저장되는 데이터 파일(Excel 파일)을 이용하여 분석하였다.The fabricated system is in the form of a backpack, but since this test is a preliminary performance evaluation step of the plastic scintillator loaded with CdS/ZnS, the performance test was conducted by placing the 137Cs contaminated soil and the mobile detection system close to each other. different. The distance between the 137Cs-contaminated soil and the detection system was set to 20, 50, and 100 mm, and data were collected for 600 seconds. Experimental results were analyzed using data files (Excel files) automatically saved through Bluetooth communication.

도 9에서 보는 바와 같이 137Cs로 오염된 토양을 이용하여 상업용 플라스틱 신틸레이터와 CdS/ZnS를 장착한 플라스틱 신틸레이터의 검출특성을 측정한 결과, 50mm 플라스틱 신틸레이터의 총 개수가 30mm 플라스틱 신틸레이터의 총 개수보다 많은 것으로 관찰되었다. 그러나 플라스틱 신틸레이터. 137Cs Compton 모서리의 채널은 플라스틱 신틸레이터의 두께에 관계없이 이동하지 않았다. 이는 폴리스티렌에서 방출되는 자외선이 형광체에 흡수되어 가시광선으로 변환되었음을 의미한다.As shown in FIG. 9, as a result of measuring the detection characteristics of a commercial plastic scintillator and a plastic scintillator equipped with CdS/ZnS using soil contaminated with 137Cs, the total number of 50mm plastic scintillators is the total number of 30mm plastic scintillators. observed to be greater than the number of But plastic scintillators. The channel of the 137Cs Compton corner did not move regardless of the thickness of the plastic scintillator. This means that ultraviolet light emitted from polystyrene is absorbed by the phosphor and converted into visible light.

상업용 및 CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터의 스펙트럼은 유사한 경향을 보였고 CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터 결과에서 예상되는 전체 에너지 피크는 관찰되지 않았습니다. 퀀텀닷 함량이 너무 적게 첨가되어 퀀텀닷 효과가 나타나지 않았기 때문이다. 그러나, 총 개수는 상용 플라스틱 신틸레이터 결과보다 퀀텀닷 로딩된 플라스틱 신틸레이터 결과에서 더 높은 것으로 관찰되었다. 이것은 양자점이 입사 광자와의 반응 속도에 영향을 미친다는 것을 증명한다.The spectra of the commercial and CdS/ZnS-equipped plastic scintillators showed similar trends, and the overall energy peak expected from the results of the CdS/ZnS-equipped plastic scintillators was not observed. This is because too little quantum dot content was added, so the quantum dot effect did not appear. However, it was observed that the total number was higher in the quantum dot-loaded plastic scintillator results than in the commercial plastic scintillator results. This proves that quantum dots affect the reaction rate with incident photons.

본 시험의 결과를 검증하기 위해 실험 조건과 동일한 조건에서 MCNP 시뮬레이션을 수행하였다. MCNP 코드는 Los Alamos National Laboratory에서 개발한 방사선 전송 코드이다. MCNP는 개별 입자 궤적을 시뮬레이션하고 핵 입자와 물질의 상호 작용 과정을 구성하는 확률적 이벤트를 시뮬레이션한다. 그 결과를 도 10에 나타냈다. 실제 주변 환경의 영향으로 200개 이하의 채널에서 실제 측정 결과와 시뮬레이션 결과 사이에 오차가 발생하였다. 그러나 측정 결과와 MCNP 시뮬레이션 결과는 200개 이상의 채널에 대해 5% 미만의 오차를 보이는 것으로 분석되었다.To verify the results of this test, MCNP simulation was performed under the same conditions as the experimental conditions. The MCNP code is a radiation transmission code developed by the Los Alamos National Laboratory. MCNP simulates individual particle trajectories and stochastic events that constitute the process of interaction of nuclear particles with matter. The results are shown in FIG. 10 . An error occurred between the actual measurement result and the simulation result in less than 200 channels due to the influence of the actual surrounding environment. However, the measurement results and MCNP simulation results were analyzed to show an error of less than 5% for more than 200 channels.

또한, 토양원까지의 거리를 20mm, 50mm, 100mm로 설정하여 시험을 수행한 결과, 총 개수는 도 11에서 거리에 반비례하여 감소함을 관찰하였다.In addition, as a result of performing the test by setting the distance to the soil source to 20 mm, 50 mm, and 100 mm, it was observed that the total number decreased in inverse proportion to the distance in FIG. 11 .

도 12는 측정 결과를 기반으로 계산된 무선 방사선 검출 시스템과 검출 효율을 보여준다. 수식 1의 2-5는 상대효율과 검출효율을 계산하기 위한 설명이다.12 shows a wireless radiation detection system and detection efficiency calculated based on measurement results. 2-5 of Equation 1 is an explanation for calculating relative efficiency and detection efficiency.

(수식 1)(Equation 1)

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 εI는 고유 효율, εG는 기하학적 효율이다. 방사능(Bq)은 토양 소스의 강도이고 순 계수(cps)는 각 신틸레이터의 총 계수이다. 순 개수는 배경 개수가 제거된 값을 의미합니다. 방출 확률은 Ba-137로 붕괴하면서 0.662 MeV 감마선 광자를 방출할 확률이다. 또한 d는 신틸레이터와 소스 사이의 거리이고 r은 신틸레이터의 반경이다.where εI is the intrinsic efficiency and εG is the geometric efficiency. The radioactivity (Bq) is the intensity of the soil source and the net count (cps) is the total count of each scintillator. Net counts are values with background counts removed. The emission probability is the probability of emitting a 0.662 MeV gamma-ray photon upon decaying to Ba-137. Also, d is the distance between the scintillator and the source, and r is the radius of the scintillator.

측정 실험은 도 12의 (a)와 같이 오염토양을 찾아내고 블루투스 통신을 통해 전송된 데이터를 기반으로 검출효율과 상대효율을 계산하였다. 도 12의 (b)는 계산된 검출 효율이다. 도 11 (b)에서 검출 효율을 분석한 결과, 예상대로 소스와 신틸레이터 사이의 거리가 멀어질수록 효율이 감소하였다. CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터의 검출 효율은 상용 플라스틱 신틸레이터보다 높은 것으로 분석되었다.The measurement experiment found the contaminated soil as shown in (a) of FIG. 12 and calculated the detection efficiency and relative efficiency based on the data transmitted through Bluetooth communication. 12(b) is the calculated detection efficiency. As a result of analyzing the detection efficiency in FIG. 11 (b), as expected, the efficiency decreased as the distance between the source and the scintillator increased. The detection efficiency of the plastic scintillator equipped with CdS/ZnS was analyzed to be higher than that of commercial plastic scintillators.

CdS/ZnS를 담지한 플라스틱 신틸레이터의 평균 검출 효율은 약 15.22%, 상업용 플라스틱의 평균 검출 효율은 약 11.81%였다. 이것은 원자 번호가 높은 양자점이 입사 광자와의 반응 속도를 증가시킨다는 것을 증명합니다.The average detection efficiency of the plastic scintillator carrying CdS/ZnS was about 15.22%, and the average detection efficiency of the commercial plastic was about 11.81%. This proves that quantum dots with high atomic number increase the reaction rate with incident photons.

신틸레이터의 성능을 나타내는 요인 중 광수율은 수식 2를 통해 계산하였다. 상용 플라스틱 신틸레이터와 비교하여 CdS/ZnS가 로딩된 플라스틱의 상대적 광 수율은 10,000 광자/MeV와 유사한 결과를 보여주었다. LYCd를 계산하기 위해 수식 2에서 CECd 값은 1,304 채널, CEEJ 값은 1,279 채널, QECd는 21%, QEEJ는 23%, LYEJ 값은 10,000 photon/MeV를 사용하였다. 따라서 CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터의 광수율은 11,166photon/MeV로 계산되었다. CdS/ZnS를 장착한 플라스틱 신틸레이터의 광수율은 CdS/ZnS가 장착된 플라스틱 신틸레이터의 분산, 투명도, 양자수율이 개선된다면 상용 플라스틱 신틸레이터보다 우수한 광수율 성능을 보일 것으로 기대된다.Among the factors representing the performance of the scintillator, the light yield was calculated through Equation 2. Compared to commercial plastic scintillators, the relative light yield of CdS/ZnS-loaded plastics was similar to 10,000 photons/MeV. To calculate LYCd, Equation 2 used 1,304 channels for CECd, 1,279 channels for CEEJ, 21% for QECd, 23% for QEEJ, and 10,000 photon/MeV for LYEJ. Therefore, the light yield of the plastic scintillator equipped with CdS/ZnS was calculated to be 11,166 photon/MeV. The light yield of the plastic scintillator equipped with CdS/ZnS is expected to show better light yield performance than the commercial plastic scintillator if the dispersion, transparency, and quantum yield of the plastic scintillator equipped with CdS/ZnS are improved.

(수식 2)(Formula 2)

Figure pat00003
Figure pat00003

본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although the embodiments of the present invention have been described, the spirit of the present invention is not limited by the embodiments presented herein, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention may add or change components within the scope of the same spirit. Other embodiments can be easily proposed by adding, deleting, adding, etc., but this will also be said to be within the scope of the present invention.

1 : 센서
2 : 대상물 10 : 케이싱
20 : 커버 링 30 : 베이스 링
40 : 상부 커버 50 : 섬광체
60 : 광전자 증배관 100 : 다중채널 분석기
110 : 소켓 120 : 연결판
130 : 케이스 140 : 조립용 링
150 : PCB 160 : 하부 커버
210 : 고전압 공급부 220 : 배터리
230 : 제어부 240 : 단말기1: sensor
2: object 10: casing
20: cover ring 30: base ring
40: upper cover 50: scintillator
60: photomultiplier tube 100: multi-channel analyzer
110: socket 120: connection plate
130: case 140: assembly ring
150: PCB 160: lower cover
210: high voltage supply unit 220: battery
230: control unit 240: terminal

Claims (10)

케이싱;
상기 케이싱 내부에 수납되고, 섬광체에서 발생된 빛을 광전자로 변환 및 증폭시켜주는 광전자 증배관;
상기 광전자 증배관의 상단면에 밀착되어 면접촉하도록 고정되고, 방사선이 입사하여 발광하는 섬광체;
상기 섬광체를 밀폐하도록 외면에 조립되는 상부 커버; 및
상기 상부 커버 측 또는 상기 케이싱 측에 형성된 걸림턱에 일단이 걸리고, 타단은 반대 측에 나사 결합되어 조립됨으로써 상기 섬광체가 상기 광전자 증배관에 밀착 면접촉하도록 고정 조립시키며 암막기능을 수행하는 커버 링;을 포함하는, 가변형 방사선 검출 센서.casing;
a photomultiplier tube accommodated inside the casing and converting and amplifying the light generated by the scintillator into photoelectrons;
a scintillator fixed to the top surface of the photomultiplier tube so as to come into surface contact with it and emit light upon incident radiation;
an upper cover assembled to an outer surface to seal the scintillator; and
One end is caught on the hook formed on the upper cover side or the casing side, and the other end is screwed to the opposite side to be assembled so that the scintillator is in close surface contact with the photomultiplier tube, and performs a cover ring function; Including, variable radiation detection sensor. 제1 항에 있어서,
상기 케이싱의 내면과 상기 광전자 증배관의 외면은 원통형으로 이루어진, 가변형 방사선 검출 센서.According to claim 1,
An inner surface of the casing and an outer surface of the photomultiplier tube are formed in a cylindrical shape. 제1 항에 있어서,
상기 섬광체는 합성수지로 이루어진, 가변형 방사선 검출 센서.According to claim 1,
The scintillator is made of synthetic resin, a variable type radiation detection sensor. 제1 항에 있어서,
상기 케이싱의 상단에 조립되어 고정되고 상기 커버 링의 하단부에 형성된 직경 축소부가 통과한 다음 걸릴 수 있도록 걸림턱이 형성된 베이스 링을 더 포함하는, 가변형 방사선 검출 센서.According to claim 1,
The variable type radiation detection sensor further comprises a base ring assembled and fixed to an upper end of the casing and having a locking jaw formed thereon so that the reduced diameter portion formed at the lower end of the cover ring can pass and then be hooked. 제4 항에 있어서,
상기 베이스 링은 하단부로부터 상기 커버 링의 직경 축소부가 외면을 따라 통과할 수 있도록 상기 직경 축소부의 내경보다 작은 외경으로 이루어지고, 상단부에는 상기 직경 축소부가 걸릴 수 있도록 상기 직경 축소부의 내경보다 큰 외경으로 이루어진 걸림턱이 형성되며, 상기 케이싱의 상면에 복수개의 피스로 조립 고정된, 가변형 방사선 검출 센서.According to claim 4,
The base ring has an outer diameter smaller than the inner diameter of the reduced diameter portion so that the reduced diameter portion of the cover ring can pass along the outer surface from the lower end, and an outer diameter larger than the inner diameter of the reduced diameter portion so that the reduced diameter portion can be caught at the upper end. A variable type radiation detection sensor having a locking jaw formed therein, assembled and fixed with a plurality of pieces on the upper surface of the casing. 제1 항 내지 제5 항 중의 어느 한 항의 가변형 방사선 검출 센서를 포함하고,
상기 광전자 증배관 하부에 전기적으로 연결되도록 조립된 다중채널 분석기;
고전압 공급부; 및
상기 다중채널 분석기를 제어하고 외부와의 데이터 통신을 제어하는 제어부;를 포함하는, 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템.Including the variable radiation detection sensor of any one of claims 1 to 5,
a multi-channel analyzer assembled to be electrically connected to the bottom of the photomultiplier tube;
high voltage supply; and
A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor comprising a; controller for controlling the multi-channel analyzer and controlling data communication with the outside. 제6 항에 있어서,
상기 제어부를 피씨와 직렬 방식의 인터페이스로 접촉시킬 수 있도록 직렬 접속 모듈을 더 포함하는, 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템.According to claim 6,
A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor, further comprising a serial connection module to contact the control unit with a PC through a serial interface. 제6 항에 있어서,
상기 제어부를 외부 장치와 무선으로 데이터를 주고 받을 수 있도록 연결하는 무선 통신 모듈을 더 포함하는, 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템.According to claim 6,
A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor, further comprising a wireless communication module connecting the control unit to wirelessly transmit and receive data with an external device. 제6 항에 있어서,
방사선이 검출이 이루어지는 장소의 위치를 감지할 수 있도록 GPS 모듈이 구비된, 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템.According to claim 6,
A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor equipped with a GPS module to detect the location of a place where radiation is detected. 제6 항에 있어서,
상기 케이싱 내부에는 다중채널 분석기, 고전압 공급부, 그리고 증폭기가 수납된, 가변형 방사선 검출 센서를 이용한 무선통신형 방사선 모니터링 시스템.According to claim 6,
A wireless communication type radiation monitoring system using a variable radiation detection sensor, in which a multi-channel analyzer, a high voltage supply unit, and an amplifier are stored inside the casing.
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