Development of New Ocean Radiation Automatic Monitoring System

새로운 해양 방사선 자동 감시 시스템의 개발

Abstract

In this paper we proposed a new ocean radiation automatic monitoring system. The proposed system has the following characteristics: First, using NaI + PVT mixed detectors, the response speed is fast and precision analysis is possible. Second, the application of temperature compensation algorithm to scintillator-type sensors does not require additional cooling devices and enables stable operation in the changing ocean environment. Third, since cooling system is not needed, electricity consumption is low, and electricity can be supplied reliably by utilizing solar energy, which can be installed at the observation deck of ocean environment. Fourth, using GPS and wireless communications, accurate location information and real-time data transmission function for measurement areas enables immediate warning response in the event of nuclear accidents such as those involving neighboring countries. The results tested by the authorized testing agency to assess the performance of the proposed system were measured in the range of $5{\mu}Sv/h$ to 15mSv/h, which is the highest level in the world, and the accuracy was determined to be ${\pm}8.1%$, making normal operation below the international standard ${\pm}15%$. The internal environmental grade (waterproof) was achieved, and the rate of variation was measured within 5% at operating temperature of $-20^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$ and stability was verified. Since the measured value change rate was measured within 10% after the vibration test, it was confirmed that there will be no change in the measured value due to vibration in the ocean environment caused by waves.

본 논문에서는 새로운 해양 방사선 자동 감시 시스템을 제안한다. 제안하는 시스템은 다음과 같은 특징들을 가진다. 첫 번째로 NaI + PVT 혼합형 검출기를 사용함으로 반응속도가 빠르고 정밀분석이 가능하다. 두 번째로 섬광체형 센서에 온도보상 알고리즘을 적용함으로서 추가적인 냉각장치가 필요 없으며 시시각각 변화하는 해양환경에 안정적인 운영이 가능하다. 세 번째로 냉각장치가 필요 없으므로 전력소비량이 적어 태양열을 활용하여 전력의 안정적인 공급이 가능하므로 해양환경 관측부이에 설치 가능하다. 네 번째로 GPS 및 무선통신을 사용하여 측정지역에 대한 정확한 위치정보와 실시간 데이터 전송기능으로 주변국 등의 원전사고 등 발생 시 즉각적인 경보대응이 가능하다. 제안된 시스템의 성능을 평가하기 위하여 공인시험기관에서 실험한 결과는 방사선 측정범위는 세계 최고 수준인 $5{\mu}Sv/h{\sim}15mSv/h$의 범위에서 측정이 되었고, 정확도는 ${\pm}8.1%$의 측정 불확도가 측정되어 국제 표준인 ${\pm}15%$ 이하에서 정상동작 됨이 확인되었다. 내환경등급(방수)은 IP67을 달성하였고, $-20{\sim}50^{\circ}C$ 동작온도에서 5% 이내로 변동률이 측정되어서 안정성이 확인되었다. 진동시험 후 측정값 변화율이 10% 이내로 측정되어서, 파도에 의한 해양환경에서 진동으로 인한 측정값의 변화가 없을 것으로 확인되었다.

Fig. 1. Composition Diagram of New Ocean Radiation Automatic Monitoring System. 그림 1. 새로운 해양 방사선 자동 감시 시스템의 구성도

Fig. 2. NaI(TI) Radiation Sensor Image. 그림 2. NaI(TI) 방사선 센서 이미지

Fig. 3. PVT Radiation Sensor Image. 그림 3. PVT 방사선 센서 이미지

Fig. 4. Embedded Board of New Ocean Radiation Automatic Monitoring System. 그림 4. 새로운 해양 방사선 자동 감시 시스템의 임베디드 보드

Fig. 5. Temperature compensation Algorithm Application Diagram. 그림 5. 온도보상 알고리즘 적용 다이어그램

Fig. 6. Board Image with Shield Design. 그림 6. 차폐설계가 적용 제작된 보드 이미지

Fig. 7. Board Image With Noise Reduction Technology and Latest EM Subtraction Technology. 그림 7. 노이즈 저감 기술 및 최신 전자파 차감 기술이 적용된 보드 이미지

Fig. 8. Board Image Of High Voltage Generator With Low Power Stabilization Design Technology. 그림 8. 저전력 안정화 설계 기술이 적용된 고전압 발생 장치의 보드 이미지

Fig. 9. Full Hardware Image. 그림 9. 전체 하드웨어 이미지

Table 1. Experimental Results. 표 1. 실험 결과