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KR20200092179A - 방사선을 이용하여 위험물의 검출 및 위치 탐지가 가능한 보안 검색 장치 - Google Patents

방사선을 이용하여 위험물의 검출 및 위치 탐지가 가능한 보안 검색 장치 Download PDF

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KR20200092179A
KR20200092179A KR1020190009402A KR20190009402A KR20200092179A KR 20200092179 A KR20200092179 A KR 20200092179A KR 1020190009402 A KR1020190009402 A KR 1020190009402A KR 20190009402 A KR20190009402 A KR 20190009402A KR 20200092179 A KR20200092179 A KR 20200092179A
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neutron
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이병노
오경민
이남호
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한국원자력연구원
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Abstract

본 발명은, X-선과 중성자선을 각각 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부; 상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이송부; 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및 상기 검사대상체에 인접하게 설치되고, 상기 검사대상체로부터 생성되는 감마신호를 검출하도록 구성되는 감마선 검출부를 포함하고, 상기 방사선 검출부는 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출되는 방사선 정보를 이용하여 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득하며, 상기 감마선 검출부는 감지된 감마선을 분석하여, 상기 검사대상체의 분석 및 상기 영상 정보로부터 상기 검사대상체의 위치를 탐지할 수 있는 보안 검색 장치에 관한 것이다.

Description

방사선을 이용하여 위험물의 검출 및 위치 탐지가 가능한 보안 검색 장치{A SECURITY INSPECTION DEVICE OF DETECTING HAZARDOUS MATERIALS USING RADIATION}
본 발명은 서로 다른 에너지를 갖는 여러 종류의 방사선을 이용하여 위험물의 검출 및 그 위치를 탐지할 수 있는 보안 검색 장치에 관한 것이다.
비파괴 검사는 제품을 파괴하지 않고 제품 내부의 성질을 외부에서 검사하는 것을 의미하며, 비파괴 검사 시스템은 비파괴 검사를 구현하기 위한 장비들의 집합을 가리킨다.
최근에는 의료, 보안, 검역 등 다양한 분야에서 비파괴 검사 시스템을 이용한 비파괴 검사가 이용되고 있다. 비파괴 검사 시스템 중 하나의 예로, 방사선을 이용하여 육안으로 형체를 확인할 수 있는 총, 칼, 검류 등 불법무기류나 밀수품 등을 판별하기 위한 보안 검색 장치가 있다. 보안 검색 장치는 항만 및 공항에서 화물이나 우편물 등의 신속한 검사가 가능하도록 수출입 화물을 적재할 수 있는 검사대상체에 방사선을 조사하여 이로부터 획득된 정보를 통해 검사대상체의 영상을 획득 및 판독하고, 미허가 품목이나 위험물의 적재 여부 등을 검사할 수 있다.
일반적으로, 보안 검색 장치는 X-선을 투과시켜 얻는 영상 정보를 이용하여 위험물 등을 검출하게 되는데, X-선만을 조사하는 경우에 검색대상물의 형태를 육안으로 볼 수 있으나 검색대상물의 물질 정보에 대하여는 알 수 없는 문제점이 있다. 이에, 종래에는 검사대상체를 향해 중성자선을 추가로 조사하여 검사대상체의 물질 정보를 확보하고자 하였으나, 이 경우, 방사선 발생부와 검출시스템이 추가로 제작되어야 하므로 비용이 증가되어야 하고, 두 가지 종류의 방사선을 각각 검사 대상체에 조사한 후 투과된 방사선으로부터 검사 대상체의 영상 정보를 각각 획득해야 하므로 시스템이 대형화되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 종래의 보안 검색 장치의 경우, 중성자선을 이용하는 경우라도 검사대상체가 형체가 유사한 물질로 이루어지는 경우에는 검사대상체의 정보를 구분하기 어려운 단점이 있다. 폭발물이나 마약, 핵물질 및 테러방사선 등과 같이 위험물질은 그 형체를 특정하기 어려운 분말이나 액체로 구성되므로, 유사한 형체를 갖는 물질로 이루어진 화물과 함께 적재될 경우(예: 밀가루포대 속 폭발물) 이를 분별하기 어려운 문제점이 있다.
이에, 보안 검색 장치를 통해, 항만 또는 공항에서는 화물이나 우편물 등의 신속한 검사가 가능하면서도, 수출입 화물을 적재한 컨테이너 등에 방사선을 조사하고 그로부터 획득된 영상을 판독함으로써 미허가 품목이나 위험물 적재 여부를 신속하게 판별할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명의 일 목적은, x-선과 중성자선을 검사대상체에 조사하여 폭발물, 마약, 핵물질 및 테러방사선의 검출이 가능한 보안 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 하나의 장비에서 x-선과 중성자선을 일체로 생성하고 이를 검사대상체에 투과시켜 검사대상체의 영상 정보를 획득할 수 있는 보안 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 중성자 방사화 분석을 통해 발생하는 감마선 분광을 정밀하게 분석하여, 위험물질의 위치를 추적할 수 있는 보안 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 목적은, 하나의 장치로 서로 다른 에너지를 갖는 다양한 종류의 방사선을 생성할 수 있으며, 여러 장치로 분리 구성되는 것을 하나의 장치로 통합시킬 수 있어 장치의 소형화 및 경량화가 가능한 보안 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 하나의 장비에서 서로 다른 에너지를 갖는 다양한 종류의 방사선을 발생시키는 방사선 발생부의 구조와, 검사대상체에 투과된 방사선을 일체로 검출할 수 있는 방사선 검출부를 갖는 보안 검색 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 보안 검색 장치는, X-선과 중성자선을 각각 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부; 상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이송부; 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및 상기 검사대상체에 인접하게 설치되고, 상기 검사대상체로부터 생성되는 감마신호를 검출하도록 구성되는 감마선 검출부를 포함하고, 상기 방사선 검출부는 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출되는 방사선 정보를 이용하여 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득하며, 상기 감마선 검출부는 감지된 감마선을 분석하여, 상기 검사대상체의 분석 및 상기 영상 정보로부터 상기 검사대상체의 위치를 탐지할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 감마선 검출부는, 상기 검사대상체와 충돌된 중성자로부터 생성된 감마선의 감지시간을 측정 및 분석하여, 상기 검사대상체의 위치를 도출할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 감마선 검출부는, 수신된 감마 신호로부터 감마선 스펙트럼을 생성하여, 상기 검사대상체의 물질을 분석할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 감마선 검출부는, 상기 검사대상체 이송부에 인접한 위치에 설치되며, 적어도 하나 이상으로 구성할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 검사대상체를 투과한 상기 X-선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사대상체에 관한 영상 정보를 획득하는 영상시스템을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 발생부와 상기 방사선 검출부가 서로 동기화되도록, 상기 방사선 발생부 및 상기 방사선 검출부에 각각 동기화 신호를 전송하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, X-선과 중성자선은, 기설정된 시간차를 두고 서로 번갈아 가면서 상기 방사선 발생부로부터 생성되어 상기 검사대상체를 향해 조사되도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 발생부는, 전자빔을 발생시키는 전자총; 상기 전자총에 연결되며, 상기 전자총에서 발생되는 전자빔을 가속하도록 형성되는 전자 가속기; 및 상기 전자 가속기에 연결되고, 상기 전자 가속기에서 가속된 전자빔을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성되는 타겟 장치를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 타겟 장치는, 일단이 개구되고, 내측에 진공 챔버가 형성되는 하우징; 상기 진공 챔버를 향해 돌출되는 원통형의 형상으로 이루어져 상기 하우징의 내측에 설치되고, 상기 하우징을 향해 전자빔이 입사되도록 전면부에 전자빔투입홀이 형성되는 내부케이스; 상기 하우징의 개구된 일단을 덮도록 상기 하우징에 고정 설치되는 커버플레이트; 상기 커버플레이트 및 상기 내부케이스를 관통하도록 설치되는 회전축과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 모터를 구비하는 구동부; 및 상기 회전축에 결합되어 일방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 입사된 전자빔이 지나면서 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 형성하는 방사선 발생 표적을 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 커버플레이트에는, 상기 전자빔투입홀과 중첩되는 위치에 방사선조사홀이 형성되며, 상기 방사선조사홀을 통해 상기 방사선 발생 표적으로부터 생성된 방사선이 통과할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 발생 표적은, 상기 회전축을 지지하도록 구성되는 회전축지지부; 및 상기 회전축지지부의 둘레부 외측을 따라 상기 회전축지지부와 일정한 거리만큼 이격되게 설치되는 복수개의 표적을 포함하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 발생 표적은, 다수의 영역으로 구획되는 플레이트에 서로 다른 종류의 방사선을 발생시키기 위한 표적들이 상기 플레이트의 각 영역마다 적어도 하나씩 배치되도록 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 구동부는 상기 회전축을 통해 상기 방사선 발생 표적과 연결되어 상기 방사선 발생 표적을 회전시키면서 상기 전자빔이 조사되는 표적을 결정하도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 각 표적은 서로 다른 물질로 이루어지고, 상기 전자빔이 지나면서 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성하며, 상기 방사선 발생 표적은, 상기 회전축과 함께 기설정된 회전 속도로 회전하면서 상기 전자빔의 진행 경로 상에 중첩되게 배치되는 각 표적에 의해, 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 발생시킬 수 있을 것이다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 구동부는, 일단부에 상기 모터와 연결되고 다른 일단부는 상기 회전축과 연결되어, 상기 모터로부터 형성된 회전력을 상기 회전축에 전달하는 베벨기어를 포함하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선발생부는, 상기 전자총의 전자빔 발생 속도에 맞춰 상기 타겟 장치의 표적의 위치를 변화되도록, 상기 전자총, 상기 전자 가속기 및 상기 타겟 장치를 서로 동기화시키도록 이루어지는 트리거 신호시스템을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 검출부는, 상기 방사선 발생부로부터 시간차를 두고 X-선과 중성자선이 조사되는 경우, 동기화 신호를 받아 상기 X-선 또는 중성자선을 검출하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 방사선 검출부는, 수직방향으로 연장되고 직사각형의 기둥 형태로 형성되는 방사선 검출부 본체; 및 상기 방사선 검출부 본체의 내부에 적층되게 설치되어, 상기 방사선 발생부에서 조사된 X-선과 중성자선을 검출하도록 복수의 방사선 영상센서 모듈을 포함하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예에 따르면, 상기 복수의 방사선 영상센서 모듈은, 상기 X-선과 상호 작용하여 섬광을 방출하도록 이루어지는 X-선 섬광체; 상기 중성자선과 상호 작용하여 섬광을 방출하도록 이루어지는 중성자 섬광체; 및 상기 X-선 섬광체 또는 상기 중성자 섬광체로부터 방출된 섬광을 검출하도록 이루어지는 광 검출기를 포함할 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따르면, 방사선 발생부에서 X-선과 중성자선을 동시에 발생시킬 수 있으며 이를 검사대상체에 투과시킨 후, 투과된 방사선으로부터 검사대상체의 영상 정보를 확보하여 검사대상체의 물질 분별이 가능하게 된다.
또한, 방사선 발생부로부터 X-선과 중성자선을 시간차를 두고 교대로 조사하고, 방사선 발생부와 방사선 검출부를 서로 동기화시키고, 동기화 신호에 따라X-선과 중성자선에 의한 정보를 구분하여 처리함으로써 높은 해상도를 유지하면서 물질정보가 담긴 영상을 구현할 수 있으며, 중성자 방사화 분석을 통해 발생하는 감마선 분광을 정밀하게 분석하여, 위험물질의 위치를 추적함으로써 폭발물, 마약, 핵물질 및 테러방사선의 검출이 가능하게 될 것이다.
또한, X-선에만 의존하던 기술과 차별화되어 중성자를 이용하여 물질정보까지 파악할 수 있으며 컴팩트한 구조를 가지는 비파괴 검사 시스템에 의해, 사회 안전망 구축을 위한 보안검색기 등에 활용할 수 있게 된다.
또한, 전자총, 전자 가속기 및 타겟 장치를 포함하는 방사선 발생부의 구조를 통해, 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 선택적으로 생성할 수 있으며, 여러 종류의 방사선을 발생시키기 위한 다수의 장치들이 불필요해 설치 공간과 비용을 줄일 수 있게 된다.
또한, 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 검사대상체에 투과한 후, 검사대상체에 투과된 방사선을 일체로 검출할 수 있는 방사선 검출부를 통해, 장치의 소형화 및 경량화된 방사선 발생부와 이를 이용하여 생성된 방사선을 검사대상체에 조사한 후, 검사대상체에 투과된 영상 정보를 획득할 수 있는 보안 검색 장치를 구성할 수 있다.
도 1은, 보안 검색 장치의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 2는, 보안 검색 장치의 작동에 따라 검사대상체의 최종 정보를 얻는 과정을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 3은, 방사선 발생부의 모습을 나타내는 개념도이다.
도 4는, 타겟장치의 모습을 나타내는 사시도이다.
도 5는, 타겟장치의 측 단면도이다.
도 6은, 보안 검색 장치를 측면에서 바라본 개념도이다.
도 7은, 방사선 검출부의 모습을 확대한 도면이다.
도 8은, 방사선 발생부와 방사선 검출부가 제어부에 의해 제어되는 모습을 나타내는 블록도이다.
도 9는, 보안 검색 장치가 제어부에 의해 제어되는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 10은, 검사대상체를 투과하는 방사선을 통해, 검사대상체에 관한 정보를 획득하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
도 1은, 보안 검색 장치의 모습을 나타내는 개념도이며, 도 2는, 보안 검색 장치의 작동에 따라 검사대상체의 최종 정보를 얻는 과정을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
비파괴 검사 시스템은 제품을 파괴하지 않고도 제품 내부의 성질을 외부에서 검사하는 것을 의미하는 것으로, 비파괴 검사를 구현하기 위한 장비들의 집합을 가리킨다. 비파괴 검사 시스템은 의료, 보안, 검역 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 특히, 항공 수화물의 검색, 항만 또는 공항에서 화물이나 우편물 등의 검사, 수출입 화물을 적재한 컨테이너를 검색하기 위한 보안 검색 장치(100)에 이용될 수 있다.
보안 검색 장치(100)는 검사대상체(10)에 방사선을 조사하고 투과된 방사선 정보를 통해 검사대상체(10)에 관한 정보를 얻는 시스템을 의미한다. 여기서, 검사대상체(10)란, 항공 수화물, 컨테이너, 보안 검색 대상용 여행자 가방 등 다양한 것을 의미할 수 있다.
보안 검색 장치(100)는 검사대상체(10)를 통과한 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 검출하여, 검사대상체(10)에 관한 영상 정보를 획득하도록 구성되는 시스템을 의미한다.
보안 검색 장치(100)는, 방사선 발생부(110), 방사선 검출부(130), 검사 대상체 이송부(140), 감마선 검출부(150) 및 영상 시스템(미도시)을 포함할 수 있다.
방사선 발생부(110)는 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성하고 이를 검사대상체(10)를 향해 조사하는 역할을 한다. 여기서, 서로 다른 크기의 에너지를 갖는 방사선이란 X-선과 중성자선을 각각 의미할 수 있다.
방사선 발생부(110)는 서로 다른 크기의 에너지를 갖는 X-선과 중성자선을 일체로 생성할 수 있으며, 이를 검사대상체(10)를 향해 조사할 수 있다. X-선은 검사대상체(10)의 형상에 관한 영상 정보를 획득하기 위해 검사대상체(10)에 조사될 수 있으며, 중성자선은 검사 대상체(10)의 물질 정보, 예를 들면 PVC, Graphite, Sugar, Wood, Glass, 방사성 물질, Al, Fe, Pb 등을 검색하기 위해 사용될 수 있다.
방사선 발생부(110)는 전자총(112, 도 3 참고)에서 발생된 전자빔(E)을 전자 가속기(113)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔을 타겟 장치(120)에 충돌시켜 방사선을 형성할 수 있다. 방사선 발생부(110)는 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 각각 펄스 형태의 방사선으로 발생시키는 것도 가능하다.
도 2에서 보는 바와 같이, 방사선 발생부(110)는 저에너지를 갖는 방사선과 고에너지를 갖는 방사선을 각각 펄스 형태의 신호를 가지도록 형성시킬 수 있으며, 저에너지를 갖는 방사선과 고에너지를 갖는 방사선을 서로 교번적으로 생성한 후, 이를 검사대상체(10)를 향해 조사할 수 있을 것이다.
이때, 저에너지를 갖는 방사선은 X-선을 의미할 수 있으며, 고에너지를 갖는 방사선은 중성자선을 의미할 수 있다.
검사 대상체 이송부(140)는 검사대상체(10)의 위치를 가변시키는 역할을 하는 것으로, 도 1에서 보는 바와 같이, 검사 대상체 이송부(140)에 위치되는 검사대상체(10)를 일 방향을 따라 이동시키는 역할을 한다.
검사 대상체 이송부(140)를 통해, 일정한 속도로 이동되는 검사대상체(10)에는 방사선 발생부(110)로부터 생성된 X-선과 중성자선이 각각 투과될 수 있으므로, 검사 대상체(10)에 관한 정보를 획득하도록 구성될 수 있게 된다.
방사선 검출부(130)는 검사대상체(10)를 투과한 X-선과 중성자선을 각각 검출하는 역할을 한다. 방사선 검출부(130)는 방사선 발생부(110)로부터 발생된 서로 다른 에너지의 방사선(예를 들면, X-선 및 중성자선)이 검사대상체(10)에 각각 통과된 후 투과되는 각 방사선을 검출하는 역할을 한다. 방사선 검출부(130)는 방사선 검출부 본체(131, 도 6 참고)와 복수의 방사선 영상 센서 모듈(132, 도 6 참고)을 포함하도록 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 보안 검색 장치(100)는 콜리메이터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
콜리메이터(미도시)는 방사선 발생부에서 생성된 방사선의 진행 방향을 따라 설치될 수 있다. 콜리메이터(미도시)는 복수개가 설치될 수 있다. 콜리메이터(미도시)는, 방사선 발생부(110)와 인접하게 설치되는 RG(Radiation Generator) 콜리메이터, 검사대상체(10)에 방사선이 조사되기 직전에 위치되는 pre-object 콜리메이터 및 검사대상체(10)를 투과한 방사선이 방사선 검출부(130)에 검출되기 직전에 위치되는 검출기 콜리메이터로 구성될 수 있다.
각 콜리메이터(미도시)는 방사선의 진행 방향을 따라 설치되며, 방사선 발생부(110)에서 형성되는 방사선의 방향이나 폭과 각도를 조절하여 검사 대상체(10)를 향해 안내하는 역할을 한다. 각 콜리메이터(150)에 형성되는 슬릿(slit)은 일정한 형상과 폭을 갖는 방사선이 검사대상체(10)에 조사될 수 있도록 하는 역할을 한다.
또한, 검출기 콜리메이터(150c)의 슬릿(slit) 사이즈는 1회 촬영시의 방사선 영상의 길이에 영향을 미치게 되며, 트리거 신호 생성부에 의해 결정되는 방사선 생성 또는 획득의 주파수와의 관계를 통해, 검사대상체 이송부(140)에 의한 검사대상체(10)의 이송속도를 결정할 수 있을 것이다.
영상 시스템(미도시)은 방사선 검출부(130)에서 검출된 결과에 근거하여 영상을 생성하는 역할을 한다. 영상 시스템(미도시)은 검사대상체(10)를 투과되는 X-선에 근거하여, 검사대상체(10)에 관한 영상 정보를 생성하는 역할을 하도록 이루어진다.
영상 시스템(미도시)은 방사선 발생부(110)에서 생성된 방사선이 각각 검사대상체(10)를 투과한 후 검출되는 방사선 정보를 이용하여, 검사대상체(10)에 관한 영상 정보를 획득할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 보안 검색 장치(100)는, 감마선 검출부(150)를 통해 중성자 방사화 분석법을 이용하여 위험물의 분석과 그 위치를 탐지할 수 있게 된다.
방사선 발생부(110)에서 생성된 중성자를 검사대상체(10)에 조사하면 검사대상체(10)로부터 감마선(γ)이 방출되는데, 감마선 검출부(150)는 이러한 감마선(γ)을 중성자 방사화 분석법을 이용하여 분석함으로써, 검사대상체(10)에 포함되는 폭발물, 마약, 핵물질 테러 방사선과 같은 위험물의 위치를 분석하는 것이 가능하게 된다.
중성자 방사화 분석법(NAA; Neutron Activation Analysis)이란, 생성된 중성자를 분석 시료에 조사하여, 시료를 방사성 동위원소로 변화시켜 방출되는 감마선을 측정함으로써, 분석 시료에 포함된 특정 원소의 양을 정량적으로 조사하는 방법을 의미한다. 중성자 방사화 분석법은 중성자가 시료에 조사된 후 방출되는 감마선의 밀도나 선량을 분석하여 비파괴적인 분석이 가능하게 된다.
기존의 보안 검색 장치의 경우, X-선만을 이용하여 검사대상체를 검사하므로, 폭발물, 마약, 핵물질 테러 방사선 등과 같은 위험물이 형체를 특정하기 어려운 분말이나 액체로 이루어지고 이와 유사한 물질로 이루어지는 화물 등과 같이 적재되는 경우에는 검사대상체에 포함되는 위험물의 분별이 어려우며 위험물의 위치를 특정하기 어려운 문제점이 있다.
본원 발명의 감마선 검출부(150)는, 검사대상체에 입사되는 중성자로부터 발생하는 감마선을 분석하는 감마선분광법을 이용하여, 감마선 에너지 스펙트럼에 대한 정량적인 분석을 할 수 있으며, 높은 에너지 준위를 가지고 있어서 입자성이 강한 감마선의 광양자 에너지를 측정해 감마선에 의한 스펙트럼 라인을 생성할 수 있다. 감마선 검출부(150)에 의해 확보한 감마선에 의한 스펙트럼 라인을 분석하면, 폭발물, 마약, 핵물질 테러 방사선과 같은 위험물에 관한 기존 데이터와 비교한 후, 일치하는 정보를 통해, 검사대상체(10)에 포함된 물질이 무엇인지 정확히 분석하는 것이 가능하게 된다.
감마선 분광법은 중성자 방사화 분석방법 중 하나의 예로서, 요오드화나트륨(NaI) 신틸레이션 계수기와 저미늄 측정기에 적용되는 것으로, 감마선분광법을 통해, 감마선을 분석함으로써 화학적인 분석 방법으로는 불가능한 미량에 대해서도 분석이 가능하며, 다양한 종류의 시료를 대상으로 여러 가지 원소를 비파괴적으로 동시에 분석할 수 있게 된다.
감마선 검출부(150)는 3D position sensing 및 콤프턴 이미징이 가능한 고 분해능의 상온반도체 검출기를 이용하여 구성될 수 있으며, 이를 통해 중성자 방사화 분석법을 통해 발생되는 감마선의 분광을 아주 정밀하게 분석하는 것이 가능하게 될 것이다. 또한, 탐지가 어려운 화물내의 핵물질 및 테러방사능 등과 같은 위험물의 위치 추적까지 가능하여 공항 및 항만 등에서 기존 시스템으로 검색이 되지 않는 위험물 등을 추적하는 것이 가능하게 된다.
또한, 보안 검색 장치(100)에 감마선 검출부(150)가 적어도 두 개 이상 설치되는 경우, 3각 측량법에 의해, 검사대상체(10)에 포함된 위험물의 X, Y, Z 축 상의 좌표를 정확히 탐지하는 것이 가능하므로, 위험물의 위치를 도출하는 것이 가능한 특징을 갖는다.
즉, 도 2에서 보는 바와 같이, 방사선 발생부(110)에서 생성되는 고에너지를 갖는 방사선인 중성자와 상대적으로 저에너지를 갖는 X-선은 각각 검사대상체(10)에 조사된 후, 방사선 검출부(130)를 통해 획득되어 검사대상체(10)에 관한 영상 정보의 획득이 가능하게 된다. 또한, 중성자가 검사대상체(10)에 충돌하면서 발생하는 감마선은 감마선 검출부(150)에 의해, 분석되어 검사대상체(10)의 위치 정보를 확보할 수 있게 된다.
도 3은, 방사선 발생부(110)의 모습을 나타내는 개념도이다.
방사선 발생부(110)는, 서로 다른 에너지를 갖는 여러 종류의 방사선 중 적어도 하나를 선택적으로 발생시킬 수 있다.
방사선 발생부(110)는 전자총(112)에서 발생된 전자빔(E)을 전자 가속기(113)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔(E)을 타겟 장치(120)에 충돌시켜 방사선을 얻을 수 있게 된다.
방사선 발생부(110)는 전자빔(E)을 발생시키는 전자총(112), 전자총(112)에 연결되며 전자총(112)에서 발생되는 전자빔(E)을 가속하도록 형성되는 전자 가속기(113) 및 전자 가속기(113)에 연결되고, 전자 가속기(113)에서 가속된 전자빔(E)을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성되는 타겟 장치(120)를 포함하도록 구성될 수 있다.
전자총(112)에서 발생된 전자빔(E)을 전자 가속기(112)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔(E)을 타겟 장치(120)에 충돌시켜 원하는 방사선을 얻을 수 있게 된다. 일반적으로 방사선 발생부(110)을 통해 방사선을 발생시키기 위해서는 방사선의 종류마다 하나의 전자총(112)과 하나의 전자 가속기(113) 및 타겟 장치(120)를 필요로 한다. 다만, 본 발명은, 타겟 장치(120)에 설치된 방사선 발생 표적(122)을 통해, 원하는 종류의 방사선을 원하는 속도로 생성할 수 있다. 이에, 여러 종류의 방사선을 발생시키기 위한 다수의 장치들이 불필요해 설치 공간과 비용을 줄일 수 있으며, 필요한 장비들을 개별적으로 운용해야 하는 번거로움을 줄일 수 있게 된다.
전자총(112)은 전극을 구비하도록 이루어지며, 전극에 전류가 인가되면 전자빔(E)을 생성할 수 있게 된다. 전자 가속기(113)는 전자총(112)에서 발생되는 전자빔(E)을 가속하도록 형성된다. 전자 가속기(113)에 구비되는 번처 캐비티(buncher cavity)와 가속 캐비티(acceleration cavity)를 순차적으로 통과하면서 전자빔(E)이 가속된다.
본 발명에 따른 방사선 발생부(110)은, 타겟 장치(120)를 통해 X-선과 중성자선을 시간차를 두고 교대로 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 타겟 장치(120)를 제어하여, X-선과 중성자선이 설정된 시간에 따라 서로 번갈아 가면서 발생되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 방사선 발생부(110)은, 여러 종류의 방사선을 발생시키기 위해 각 방사선 종류마다 별개의 장치들이 필요한 것이 아니므로, 여러 종류의 방사선을 발생시키기 위한 다수의 장치들이 불필요해 설치 공간과 비용을 줄일 수 있으며, 필요한 장비들을 개별적으로 운용해야 하는 번거로움을 해결할 수 있게 된다.
방사선 발생부(110)은, 전자총(112)의 전자빔 발생 속도에 맞춰 상기 타겟 장치(120)의 표적의 위치를 변화될 수 있도록, 전자총(112), 전자 가속기(113) 및 타겟 장치(120)를 서로 동기화시키도록 이루어지는 트리거 신호 시스템(115)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
트리거 신호 시스템(115)은, 방사선 발생부(110)의 전자총(112)과 타겟 장치(120)를 서로 동기화하는 역할을 하게 된다.
트리거 신호 시스템(115)은 전자총(112)과 타겟장치(120)를 향해 동기화 신호를 전송함으로써, 원하는 종류의 방사선을 원하는 반복률로 발생시킬 수 있게 된다.
예를 들어, 트리거 신호 시스템(115)은 전자총(112)에 동기화 신호를 전송하여, 전자빔(E)의 조사 속도와 그 반복률을 제어할 수 있으며, 타겟 장치(120)에 동기화 신호를 전송함으로써 전자총(112)에서 발생된 전자빔(E)이 방사선 발생 표적(122)에 충돌하면서 발생되는 방사선의 종류와 그 반복률을 결정할 수 있게 될 것이다. 예를 들어, 방사선 발생 표적에 총 3개의 표적이 설치되는 경우, 트리거 신호 시스템(115)에 의해 전자빔의 발생 반복률이 300Hz이 설정되면서, 트리거 신호 시스템(115)에 의해 방사선 발생 표적의 회전 속도가 전자빔(E) 발생 반복률과 마찬가지로 300Hz로 동기화 되는 경우, 100Hz당 한번씩 서로 다른 종류의 방사선이 생성되는 것이 가능하게 될 것이다.
본 발명의 경우, 타겟 장치(120)에 포함되는 방사선 발생 표적(122)은 트리거 신호 시스템(115)와 동기화되어, 대략 600 rpm 이상의 고속에서도 원하는 종류의 방사선을 얻을 수 있도록 구성될 수 있으며, 방사선 발생부(110)은 타겟 장치(120)를 이용하여, 원하는 X-선, 중성자선, 감마선 및 전자빔을 선택적으로 발생시킬 수 있게 된다.
도 4는, 타겟장치(120)의 모습을 나타내는 사시도이며, 도 5는, 타겟장치(120)의 측단면도이다.
타겟장치(120)는, 다양한 종류의 방사선을 생성하기 위해, 방사선 발생부(110)에 포함되는 구성이다. 타겟장치(120)는 전자총(112, 도 3 참고)에서 발생된 전자빔(E)을 전자 가속기(113)에서 가속시킨 후, 가속된 전자빔(E)과 충돌함으로써 방사선을 생성하는 역할을 한다.
타겟장치(120)는, 외관을 형성하는 하우징(121a), 커버플레이트(121b), 방사선 발생 표적(122) 및 구동부(126)를 포함하도록 구성될 수 있다.
하우징(121a)은 원통형의 형상으로 이루어지며, 내부에 진공 챔버가 형성되는 공간이 형성되도록 이루어질 수 있다. 하우징(121a)은 금속 재질로 이루어질 수 있으며, 스테인레스와 같은 재질로 이루어질 수 있을 것이다.
하우징(121a)의 내부는 진공 상태가 되도록 이루어지며, 하우징(121a)의 외측 전면부를 통해 전자가속기(113)를 통해 가속된 전자빔(E)이 입사되도록 이루어질 수 있다.
하우징(121a)의 내부에는 커버플레이트(121b)가 설치되도록 이루어질 수 있다. 이때, 커버플레이트(121b)는 하우징(121a)의 내측에 고정 설치될 수 있다.
하우징(121a)으로부터 입사되는 전자빔(E)은, 하우징(121a)의 내부에 커버플레이트(121b)와 상대 회전하도록 이루어지는 방사선 발생 표적(122)과 충돌하여 방사선을 형성할 수 있을 것이다. 이때, 커버플레이트(121b)의 일 측에는 방사선 발생 표적(122)으로부터 생성된 방사선이 이동하는 통로 역할을 하는 방사선조사홀(124)이 형성될 수 있다.
커버플레이트(121b)의 전면에는 일정한 깊이를 가지고 리세스되도록 리세스면(121a)이 형성될 수 있다. 방사선조사홀(124)은 리세스면(121a)의 일 측에 형성될 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 커버플레이트(121b)와 베벨기어(126c)의 사이에는 회전축(125)을 감싸도록 설치되는 진공 피드 스루(127, feed through)가 설치되어, 내부에 진공 상태가 형성되는 하우징(121a)과 비진공 상태로 이루어지는 구동부(126)를 연결하게 된다.
방사선조사홀(124)은 내부케이스(121c)에 형성되는 전자빔투입홀(121c')과 서로 중첩되는 위치에 형성될 수 있으며, 방사선 발생 표적(122)으로부터 형성된 방사선이 통과되도록 한다. 내부케이스(121c)는 하우징(121a)의 내부에 설치된다.
또한, 전자빔조사홀(121a''')은, 방사선조사홀(124) 및 전자빔투입홀(121c’)과 서로 중첩되도록 하우징(121a)에 형성될 수 있다.
구동부(126)는 하우징(121a)의 내부에 위치되는 방사선 발생 표적(122)의 움직임을 형성하기 위한 구동력을 형성하는 것으로, 커버플레이트(121b)를 관통하도록 설치되는 회전축(125)과, 상기 회전축(125)을 회전시키기 위한 모터(126a)를 포함할 수 있다.
구동부(126)는, 방사선 발생 표적(122)의 위치와 회전각이 변화되도록 상기 회전축(125)에 구동력을 제공하는 역할을 한다. 구동부(126)는, 일단부에 모터(126a)가 연결되고 다른 일단부에는 회전축(125)이 연결되어, 모터(126a)로부터 형성된 회전력을 회전축(125)에 전달하는 베벨기어(126c)를 포함할 수 있다.
모터(126a)와 베벨기어(126c)의 사이에는 연결 조인트(126b)가 설치되도록 이루어질 수 있다.
베벨기어(126c)는 서로 다른 축 사이에 운동력을 전달하는 역할을 하는 것으로, 베벨기어(126c)는 모터(126a)에서 형성된 회전력을 회전축(125)이 연장된 방향과 교차되는 방향으로부터 전달받은 후, 회전축(125)에 회전력을 전달하는 역할을 한다. 도 4에서 보듯이, 베벨기어(126c)는 하나의 축을 통해 모터(126a)와 연결되며, 다른 하나의 축을 통해 회전축(125)과 연결되도록 이루어질 수 있다.
회전축(125)은 일 방향으로 연장 형성되며, 커버플레이트(121b)와 방사선 발생 표적(122)의 중심부를 지나도록 설치될 수 있다. 회전축(125)은 커버플레이트(121b)의 중심부로부터 방사선 발생 표적(122)을 향해 돌출 형성되도록 이루어지는 회전축관통부(미도시)를 지나도록 설치될 수 있다. 또한, 회전축의 일 측에는 방사선 발생 표적(122)이 고정 설치될 수 있다. 방사선 발생 표적(122)의 중심부에는 회전축지지부(122a)가 형성되어 회전축(125)의 외주면을 지지하므로, 회전축(125)의 회전시 회전축(125)과 함께 일 방향으로 회전될 수 있게 될 것이다.
모터(126a)는 모터축을 통해 회전력을 전달하며 AC 서보모터로 이루어질 수 있다. 본 발명의 경우, 모터(126a)에서 발생하는 회전력은 회전축(125)을 통해, 방사선 발생 표적(122)에 전달될 수 있으며, 모터(126a)는 방사선 발생 표적(122)을 대략 6000rpm 이상의 고속으로 회전시켜야 하므로 이를 고려하여 제원이 결정될 수 있을 것이다.
모터(126a)는 회전축(125)이 연장된 방향과 서로 교차되는 방향으로 설치되며, 모터(126a)는 방사선조사홀(124)과 서로 이격되게 위치되는 것이 바람직할 것이다. 이때, 모터(126a)는 방사선조사홀(124)을 지나는 방사선과 중첩되지 않도록 설치되는 것이 바람직할 것이다. 이는, 전자빔(E)이 방사선 발생 표적과 충돌하면서 생성되는 방사선이 모터(126a)를 향해 진행하게 되는 경우, 모터(126a)의 성능을 저하시키기 때문이다.
방사선 발생 표적(122)은, 하우징(121a)의 내부에 설치되며, 전자빔(E)과 충돌하여 방사선을 생성하는 역할을 하는 것으로, 회전축(150)과 연결되어 회전되면서 전자빔(E)이 조사되는 표적에 따라 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성할 수 있게 될 것이다.
도 4에서 보는 바와 같이, 방사선 발생 표적(122)은, 회전축(125)에 결합되어 일방향으로 회전할 수 있으며, 입사되는 전자빔(E)으로부터 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성하는 역할을 하게 된다.
방사선 발생 표적(122)은 커버플레이트(121b)의 전면부와 일정한 거리만큼 서로 이격되도록 위치될 수 있다.
방사선 발생 표적(122)은, 삼각 부메랑의 형상으로 이루어지는 플레이트 상에 서로 다른 표적(123)이 복수개 설치되도록 구성될 수 있다. 이때, 각 표적(123)의 설치 위치, 각 표적(123)을 어떤 특성 물질로 구성할 것인지는 사용자의 설계에 따라 달라질 수 있을 것이다. 본 명세서에서는 총 3개의 표적(123a, 123b, 123c)을 갖는 방사선 발생 표적(122)을 예로 들어 설명하였으나, 이는 하나의 예일 뿐이며, 사용자의 수요에 따라 플레이트의 형상, 표적의 개수, 표적의 설치 위치를 변형하는 것도 가능할 것이다.
방사선 발생 표적(122)은 회전축(125)을 지지하도록 구성되는 회전축지지부(122a)와, 회전축지지부(122a)의 둘레부 외측을 따라 상기 회전축지지부(122a)와 일정한 각도와 거리를 따라 설치되는 복수개의 표적(123)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사선 발생 표적(122)은 회전축지지부(122a)를 기준으로 회전축(125)과 함께 회전될 수 있게 된다.
방사선 발생 표적(122)은 다수의 영역으로 구획되는 플레이트에, 서로 다른 종류의 방사선을 발생시키기 위한 표적들(123)이 플레이트의 각 영역마다 적어도 하나씩 배치되도록 이루어질 수 있다. 이때 각 표적(123)은 회전축지지부(122a)로부터 편심된 위치에 형성될 수 있다.
방사선 발생 표적(122)은, 회전축(125)과 함께 기설정된 회전 속도로 회전할 수 있으며, 전자빔(E)의 진행 경로 상에 중첩되게 배치되는 각 표적(123)에 의해 서로 다른 에너지의 방사선을 발생시킬 수 있게 된다.
도 4에서 보는 바와 같이, 방사선 발생 표적(122)에 설치되는 각 표적(123)은, 전자빔(E)과 충돌하여 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성하도록, 제1 표적(123a), 제2 표적(123b) 및 제3 표적(123c)으로 구성될 수 있다. 제1 내지 제3 표적(123a, 123b, 123c)은 서로 다른 물질로 구성될 수 있을 것이다.
예를 들어, 제1 표적(123a)은 X선 발생용 표적일 수 있으며, 제2 표적(123b)은 중성자 발생용 표적으로 이루어질 수 있으며, 제3 표적(123c)은 제1 표적(123a)과 다른 에너지를 갖는 X선을 발생시키기 위한 표적으로 이루어질 수 있을 것이다.
이때, 어느 하나의 표적이 특정 물질로 이루어지지 않을 경우, 전자빔(E)이 충돌하지 않고 그냥 지나가므로 내부가 비어있는 어느 하나의 표적은 전자빔(E) 발생용 표적으로 구성하는 것도 가능할 것이다.
이와 같이, 제1 표적(123a)은 전자빔(E)과 충돌해 X-선을 생성하도록 구성될 수 있으며, 제2 표적(123b)은 전자빔(E)과 충돌해 중성자선을 발생하도록 구성될 수 있으며, 제3 표적(123c)은 전자빔(E)과 충돌해 또 다른 에너지를 갖는 X-선을 생성하도록 구성될 수 있으며, 이들 각 표적(123)들을 통해, 서로 번갈아 가면서 기설정된 시간차를 두고 X-선과 중성자선을 형성할 수 있을 것이다.
방사선 발생 표적(122)은, 회전축(150)과 함께 기설정된 회전 속도로 시계 방향을 따라 회전할 수 있으며, 방사선 발생 표적(122)에 설치된 각 표적은 회전됨에 따라 커버플레이트(121b)에 형성된 방사선조사홀(124)과 전자빔(E)의 조사 방향을 따라 서로 중첩되도록 위치될 수 있을 것이다. 이 경우, 방사선조사홀(124)과 중첩되게 위치되는 어느 하나의 표적을 통해, 전자빔(E)과의 충돌에 의한 방사선이 생성될 수 있게 될 것이다. 방사선 발생 표적(122)의 회전속도와 회전 방향, 전자빔(E)과의 동기화는 트리거신호시스템(115)에 의해 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 베벨기어(126c)의 일 측에는 센서부(126d)가 설치될 수 있다. 센서부은 각 표적(123)의 위치를 탐지한 후 그 신호를 트리거신호시스템(115)에 전달할 수 있다. 트리거신호시스템(115)은 모터(171)의 회전속도와 전자가속기(220)에 의한 전자빔(E)의 입사 속도 및 각 표적의 위치를 고려하여 사용자가 설정한 값에 따라 원하는 방사선을 원하는 반복률로 생성하도록 제어할 수 있을 것이다.
예를 들어, 방사선 발생 표적(122)에 형성된 제1 표적(123a)은 시계 방향으로 회전되면서 방사선조사홀(124)과 중첩되게 위치되는 경우, 전자총(112)과 전자 가속기(113)를 지나 하우징(121a)의 내부로 입사되는 전자빔(E)이 상기 제1 표적(123a)과 충돌될 수 있으며, 제1 표적(123a)에 의해 X-선이 생성될 수 있으며, 생성된 X-선은 방사선조사홀(124)과 연결된 장치로 공급될 수 있다. 마찬가지로, 제2 표적(123b)으로부터 중성자를 생성할 수 있을 것이다.
도 6은, 보안 검색 장치(100)를 측면에서 바라본 개념도이며, 도 7은, 방사선 검출부(130)의 모습을 확대한 도면이다.
방사선 검출부(130)는, 방사선 발생부(110)와 마주보도록 검사대상체 이동부(120)의 맞은편에 배치될 수 있다.
방사선 검출부(130)는, 방사선 검출부 본체(131), 방사선 영상센서 모듈(132)를 포함하도록 구성된다.
방사선 검출부 본체(131)는 수직방향으로 연장되는 직사각 기둥 형태로 구성될 수 있다. 방사선 검출부의 본체(131)는 방사선이 조사되는 방향을 기준하여 전방면을 통해 방사선이 조사되도록 한다.
방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 검출부 본체(131)의 내부에 복수 개가 적층되도록 설치될 수 있다. 이때, 각 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선의 검출시 왜곡되는 것을 방지하기 위해, 방사선 검출부 본체(131)의 저면에서 상방향으로 갈수록 전방면을 향해 가까워지도록 기설정된 곡률을 가지도록 적층 형성될 수 있다.
방사선 검출부 본체(131)의 하부에 위치되는 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 검출부 본체(131)의 후방면에 인접하게 배치되고, 방사선 검출부 본체(131)의 상부에 위치되는 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은, 방사선 검출부 본체(131)의 전방면에 인접하게 설치될 수 있다. 복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은 방사선 발생부(110)로부터 일정한 거리만큼 이격되게 배치될 수 있다.
복수의 방사선 영상센서 모듈(132)은 X-선 섬광체(132b'), 중성자 섬광체(132b''), 광 검출기(132c)를 포함하여 구성될 수 있다.
X-선 섬광체(132b')는 X-선과 상호 작용하여, X-선에 의한 섬광을 방출하도록 이루어지는 것으로, 입사된 X-선으로부터 에너지를 흡수하여 들뜬 전자상태로 되었다가 기저상태로 되돌아감에 따라 들뜬 상태와 기저상태의 에너지차에 해당하는 파장을 가진 전자파를 방출하여 빛을 발생시킨다.
중성자 섬광체(132b'')는 중성자선과 상호 작용하여 중성자선에 의한 섬광을 방출하도록 이루어진다. 중성자 섬광체(132b'')는 입사된 중성자선으로부터 에너지를 흡수하여 들뜬 상태로 되었다가 기저상태로 되돌아감에 따라 들뜬 상태와 기저사태의 에너지차에 해당하는 파장을 가진 전자파를 방출함으로 빛을 발생시킨다.
광 검출기(132c)는 반도체 공정을 통해 기판의 양면에 X-선 섬광체(132b')와 중성자 섬광체(132b'')가 장착되어, X-선 섬광체(132b') 또는 중성자 섬광체(132b'')로부터 발생된 섬광을 흡수하여, 빛에너지를 전기에너지로 변환하여 전류를 발생시킨다. 이를 통해, 광 검출기(132c)는 검사대상체(10)를 투과하며 물질 및 영상정보가 담긴 방사선을 각각 검출할 수 있게 된다.
도 8은, 방사선 발생부와 방사선 검출부가 제어부에 의해 제어되는 모습을 나타내는 블록도이며, 도 9는, 보안 검색 장치가 제어부에 의해 제어되는 모습을 나타내는 개념도이다.
제어부는(160)는, 방사선 발생부(110)와 방사선 검출부(130)가 서로 동기화되도록, 방사선 발생부(110) 및 방사선 검출부(130)에 각각 동기화 신호를 전송하는 역할을 한다. 제어부(160)는 서로 다른 에너지를 갖는 방사선의 생성 간격을 제어한 후 방사선을 검사대상체(10)에 투과시킴으로써 검사대상체(10)를 투과한 방사선 영상 정보를 도출할 수 있도록 한다.
예를 들면, 방사선 발생부(110)로부터 X-선이 조사되면, 제어부(160)는 X-선에 해당하는 방사선을 검출하기 위한 동기화 신호를 출력하여 광검출기(132c)에 전송하고, 광 검출기(132c)는 X-선 섬광체(132b')에서 발생된 X-선 섬광을 검출하여, 광 검출기(132c)로부터 검출된 신호에 의해 형태 정보가 담긴 영상을 구현할 수 있을 것이다.
또한, 방사선 발생부(110)로부터 중성자선이 조사되면, 제어부(160)는 중성자선에 해당하는 동기화 신호를 출력하여 광검출기에 보내고, 광검출기(132c)는 중성자선에서 발생된 중성자선 섬광을 검출하여, 광검출기(132c)로부터 검출된 신호에 의해 물질 정보가 담긴 영상을 구현할 수 있게 된다.
이때, X-선과 중성자선은 방사선 발생부(110)에서 시간차를 두고 서로 번갈아 가면서 발생되어 조사되고, 방사선 검출부는 제어부(160)로부터 동기화 신호를 받아, X-선 또는 중성자선의 검출시점이 방사선 발생부(110)의 X-선 또는 중성자선의 조사시점과 동기화되어 X-선 검출신호와 중성자선 검출신호를 구분할 수 있게 된다.
X-선과 중성자선 각각의 입사신호와 X-선과 중성자선 각각의 검출신호는 서로 동기화되어 일대일 대응되게 배치될 수 있으며, X-선 영상센서 모듈(미도시)과 중성자선 영상센서 모듈(미도시)은 단일 센서로 복합 구성됨으로써 X-선과 중성자선의 동시 검출이 가능므로, 기존의 해상도를 유지하면서 물질정보가 담긴 영상을 구현할 수 있게 될 것이다.
이를 통해, X-선 검출과 중성자선 검출이 하나의 방사선 검출부(130)로 복합 구현될 수 있으므로, 보안 검색 장치(100)의 소형화 및 경량화가 가능할 것이다.
또한, 제어부(160)는 감마선 검출부(150)는 검사대상체(10)로부터 방출되는 감마선(γ)을 이용하여, 감마선 에너지 스펙트럼 라인을 입력받은 후, 저장된 폭발물, 마약, 핵물질 테러 방사선과 같은 위험물에 관한 기존 감마선 에너지 스펙트럼 라인 데이터와 비교한 후, 일치하는 정보를 도출함으로써 검사대상체(10)에 포함된 물질을 분석하는 것이 가능하게 될 것이다.
또한, 제어부(160)는 감마선 검출부(150)가 적어도 두 개 이상으로 구성되어 있는 경우, 각각 입력되는 감마선을 분석함으로써 검사대상체(10)에 포함되는 위험물의 위치를 분석할 수 있을 것이다.
즉, 제어부(160)는 검사대상체(10)에 투과되는 방사선으로부터 검사대상체(10)의 영상 정보를 확보할 수 있으며, 감마선 검출부(150)로부터 검사대상체(10)의 내부에 포함된 위험물을 탐지 및 구체적인 위험물에 관한 정보를 얻을 수 있다. 또한, 제어부(160)를 통해, 감마선 검출부(150)로부터 획득된 감마선을 분석함으로써 검사대상체(10) 내에 위치하는 위험물의 위치 정보를 도출하는 것이 가능하므로, 폭발물, 마약, 핵물질 테러 방사선과 같은 위험물을 보다 용이하게 탐지하는 것이 가능할 것이다.
도 10은, 검사대상체(10)를 투과하는 X-선과 중성자선을 통해, 검사대상체의 정보를 획득하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
방사선 발생부(110)에 의해 생성된 X-선과 중성자선이 각각 검사대상체(10)에 투과되면, 방사선 검출부(130)에서는 X-선에 의한 영상정보와 중성자선에 의한 영상정보를 획득할 수 있게 될 것이다.
X-선은 물질 내의 전자와 주로 반응하므로 물질의 원자번호에 의해 감쇄계수가 결정될 수 있을 것이다. 중성자선은 물질 내 수소와 주로 반응하므로 수소의 분포에 따라 감쇠계수가 결정될 수 있을 것이다. 이러한 복합방사선에 의해, 검사대상체에 관한 영상 정보를 통해 물질분별계수(R-value)를 획득한 후, 대략 20가지 이상의 물질을 분별할 수 있는 영상을 획득하는 것이 가능하다.
이때, 영상 시스템(미도시)은 제어부로부터 방사선 검출부(130)로부터 검출된 결과를 전송받아 검사대상체(10)에 관한 영상을 생성할 수 있다. 영상 시스템(미도시)은 검사대상체(10)를 투과한 X-선과 중성자선에 근거하여 검사대상체(10)에 관한 영상을 생성할 수 있다.
또한, 감마선 검출부(150)는 검사대상체 이송부(140)에 인접하게 설치되고, 검사대상체(10)로부터 발생되는 감마선을 검출할 수 있으며, 제어부(160)를 통해, 그 정보를 분석함으로써 검사대상체(10)에 위험물이 포함되어 있는지, 위험물이 있는 경우 그 위치가 어디인지 정확히 분석할 수 있을 것이다.
또한, 제어부(160)를 통해, 방사선 검출부(130)로부터 확보된 검사대상체(10)의 영상 정보와, 감마선 검출부(150)를 통해 확보된 검사대상체(10)의 물질 및 위치 정보를 조합함으로써, 위험물의 검출 및 위험물에 관한 최종 정보를 확보하는 것이 가능하게 될 것이다.
이상에서 설명된 보안 검색 장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
10 : 검사대상체 100: 보안 검색 장치
110: 방사선 발생부 112: 전자총
113: 전자가속기 115: 트리거 신호 시스템
120: 타겟장치 121a: 하우징
121b: 커버플레이트 122: 방사선 발생 표적
123: 표적 125: 회전축
126: 구동부 130: 방사선 검출부
131: 방사선 검출부 본체 132: 방사선 영상 센서모듈
140: 검사대상체 이송부 150: 감마선 검출부
160: 제어부

Claims (18)

  1. X-선과 중성자선을 각각 생성한 후 검사대상체를 향해 조사하는 방사선 발생부;
    상기 검사대상체의 위치를 가변시키는 검사대상체 이송부;
    상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선을 각각 검출하도록 구성되는 방사선 검출부; 및
    상기 검사대상체에 인접하게 설치되고, 상기 검사대상체로부터 생성되는 감마신호를 검출하도록 구성되는 감마선 검출부를 포함하고,
    상기 방사선 검출부는 상기 검사대상체를 투과한 X-선과 중성자선으로부터 검출되는 방사선 정보를 이용하여 상기 검사대상체의 영상 정보를 획득하며,
    상기 감마선 검출부는 감지된 감마선을 분석하여, 상기 검사대상체의 분석 및 상기 영상 정보로부터 상기 검사대상체의 위치를 탐지하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 검출부는, 상기 검사대상체와 충돌된 중성자로부터 생성된 감마선의 감지시간을 측정 및 분석하여, 상기 검사대상체의 위치를 도출하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 검출부는, 수신된 감마 신호로부터 감마선 스펙트럼을 생성하여, 상기 검사대상체의 물질을 분석하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 감마선 검출부는, 상기 검사대상체 이송부에 인접한 위치에 설치되며, 적어도 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검사대상체를 투과한 상기 X-선과 중성자선으로부터 검출된 방사선 정보를 이용하여, 상기 검사대상체에 관한 영상 정보를 획득하는 영상시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 발생부와 상기 방사선 검출부가 서로 동기화되도록, 상기 방사선 발생부 및 상기 방사선 검출부에 각각 동기화 신호를 전송하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 X-선과 중성자선은, 기설정된 시간차를 두고 서로 번갈아 가면서 상기 방사선 발생부로부터 생성되어 상기 검사대상체를 향해 조사되는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 방사선 발생부는,
    전자빔을 발생시키는 전자총;
    상기 전자총에 연결되며, 상기 전자총에서 발생되는 전자빔을 가속하도록 형성되는 전자 가속기; 및
    상기 전자 가속기에 연결되고, 상기 전자 가속기에서 가속된 전자빔을 조사받아 방사선을 발생시키도록 형성되는 타겟 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 타겟 장치는,
    일단이 개구되고, 내측에 진공 챔버가 형성되는 하우징;
    상기 진공 챔버를 향해 돌출되는 원통형의 형상으로 이루어져 상기 하우징의 내측에 설치되고, 상기 하우징을 향해 전자빔이 입사되도록 전면부에 전자빔투입홀이 형성되는 내부케이스;
    상기 하우징의 개구된 일단을 덮도록 상기 하우징에 고정 설치되는 커버플레이트;
    상기 커버플레이트 및 상기 내부케이스를 관통하도록 설치되는 회전축과, 상기 회전축을 회전시키기 위한 모터를 구비하는 구동부; 및
    상기 회전축에 결합되어 일방향으로 회전하도록 구성되고, 상기 입사된 전자빔이 지나면서 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 형성하는 방사선 발생 표적을 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 커버플레이트에는, 상기 전자빔투입홀과 중첩되는 위치에 방사선조사홀이 형성되며, 상기 방사선조사홀을 통해 상기 방사선 발생 표적으로부터 생성된 방사선이 통과하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 방사선 발생 표적은,
    상기 회전축을 지지하도록 구성되는 회전축지지부; 및
    상기 회전축지지부의 둘레부 외측을 따라 상기 회전축지지부와 일정한 거리만큼 이격되게 설치되는 복수개의 표적을 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 방사선 발생 표적은, 다수의 영역으로 구획되는 플레이트에 서로 다른 종류의 방사선을 발생시키기 위한 표적들이 상기 플레이트의 각 영역마다 적어도 하나씩 배치되며,
    상기 구동부는 상기 회전축을 통해 상기 방사선 발생 표적과 연결되어 상기 방사선 발생 표적을 회전시키면서 상기 전자빔이 조사되는 표적을 결정하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 각 표적은 서로 다른 물질로 이루어지고, 상기 전자빔이 지나면서 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 생성하며,
    상기 방사선 발생 표적은, 상기 회전축과 함께 기설정된 회전 속도로 회전하면서 상기 전자빔의 진행 경로 상에 중첩되게 배치되는 각 표적에 의해, 서로 다른 에너지를 갖는 방사선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 구동부는, 일단부에 상기 모터와 연결되고 다른 일단부는 상기 회전축과 연결되어, 상기 모터로부터 형성된 회전력을 상기 회전축에 전달하는 베벨기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 방사선 발생부는, 상기 전자총의 전자빔 발생 속도에 맞춰 상기 타겟 장치의 표적의 위치를 변화되도록, 상기 전자총, 상기 전자 가속기 및 상기 타겟 장치를 서로 동기화시키도록 이루어지는 트리거 신호시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 방사선 검출부는, 상기 방사선 발생부로부터 시간차를 두고 X-선과 중성자선이 조사되는 경우, 동기화 신호를 받아 상기 X-선 또는 중성자선을 검출하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 방사선 검출부는,
    수직방향으로 연장되고 직사각형의 기둥 형태로 형성되는 방사선 검출부 본체; 및
    상기 방사선 검출부 본체의 내부에 적층되게 설치되어, 상기 방사선 발생부에서 조사된 X-선과 중성자선을 검출하도록 복수의 방사선 영상센서 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 방사선 영상센서 모듈은,
    상기 X-선과 상호 작용하여 섬광을 방출하도록 이루어지는 X-선 섬광체;
    상기 중성자선과 상호 작용하여 섬광을 방출하도록 이루어지는 중성자 섬광체; 및
    상기 X-선 섬광체 또는 상기 중성자 섬광체로부터 방출된 섬광을 검출하도록 이루어지는 광 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 보안 검색 장치.
KR1020190009402A 2019-01-24 2019-01-24 방사선을 이용하여 위험물의 검출 및 위치 탐지가 가능한 보안 검색 장치 KR102187572B1 (ko)

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