Transcript 보온재파이프 라인의 두께 측정용 감마선 어레이 검출기 제작

보온재파이프 라인의 두께 측정용
감마선 어레이 검출기 제작
한국 자원 연구소
김기동, 홍완, 김영석, 양태건
한국 기계 연구원
조경식, 장지훈
연구의 필요성 및 효과
Source
Insulator
Pipe
Data acquisition
system
o 설비산업( 정유 및 석유)에서
고온 고압 공정에 놓인 배관
의 부식 및 침식 정도를 확인
o 보온재 재사용으로 인한
환경 오염 방지
o 초음파 및 필름 건판분석법의
시간 및 공간의 효율 개선
Detector
Korea Institutes of Geology, Mining and Materials
두께 측정 원리
Io
linear attenuation
cofficient :u
X
X'
I=Io exp(-ux)
Voltage
Voltage
o 물질두께에 따른 방사선
투과 세기를 전압으로
전환하여 측정함
<
I'= Io exp(-ux')
I
I'
I
data acquisition time
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섬광체의 특성 비교
BGO
CsI(Tl)
CsI(Na)
CsI
CdWO4
Density[g/cm3]
7.13
4.51
4.51
4.51
7.9
Cleavage plane
none
none
none
none
<010>
Hardness
5
2
2
2
4-4.5
Hygroscopic
no
slightly
yes
slightly
no
방출파장[nm]
480
550
420
315
470/540
방출파장에서 굴절율
2.15
1.79
1.84
1.95
2.2-2.3
초기 섬광 붕괴 시간[ns]
300
1
0.63
0.016
20/5
Afterglow(after3ms)[%]
0.005
0.5-50
0.5-5.0
Light yield[photons/MeVg]
8-10x103
52-56x103
38-44x103
2x103
1.2-1.5x103
Photoelectron yield[%of NaI] (for g-rays)
15-20
45
85
4-6
25-30
방사선 손상 시작점[rad]
102-103
>105
>105
>105
106
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-
0.1
광다이오드의 특성 비교
S3590-8
S3071
S5668-1
S1337-1010BR
Window material
resin
borosilicate
resin
resin
package
ceramic
To-8
ceramic
ceramic
Active area [mm]
10 x 10
Dia.5.0
1.175x2(16) 10 x10
대응파장영역[nm]
320-1100
320-1060
320-1100
320-1100
Photo sensitivity[A/w]at480nm
0.3
0.28
0.29
0.3
Dark current[nA] : Max
6
10
0.01
0.2
Terminal Capacity[pF]s=1MHz
48
18
300
350
NEP(w/Hz 0.5)
3.8x10-14
(70V)
2.1x10-14
(24V)
4.0x10-15
(10mV)
1.5 x 10-14
Absolute max.ratings[RVM]
100
50
1
5
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감마선 어레이 검출기 구성
crystal : BGO
5 directions : < 0.15 mm white reflectors
6 directions : polishiing
2.85 mm
2.1 mm
8.5 mm
섬광체
광다이오드
photo diode
1.175 mm x 2.0 mm
pitch : 0.4 mm
8개 BGO섬광체
5 면 Al2O3로 coating
S5668-1photodiode
MC nylon을 이용한 housing
Resin 을 이용한 고정점 형성
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전치 증폭기 및 주증폭기 회로
R4
120 kohm
R3
1 kohm
전치증폭도 : 12,000배
OP Amp 111A 이용
주 증폭도 : 최대 252 배
OP Amp LM3140 이용
o = - IdR2(1+R4/R3)
7 Vcc(+ 15V)
7 Vcc(+ 15V)
7 Vcc(+ 15V)
LM3140
OPA111
detector
Id
23+
6
1
5
R2
1 Mohm
o' = o (5/2)
6
23+
23+
1
5
100 kohm
LM3140
6
o'' = o'(101/1)
1
5
10 kohm
10 kohm
4 Vcc(-15V)
33 kohm
4 Vcc(-15V)
2 kohm
3.3 kohm
4 Vcc(-15V)
1 kohm
1kohm
0.43 uF
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100 kohm
전치증폭기와 주증폭기
OPA111
주증폭기
전원공급장치
8개어레이
검출기
8개의 전치증폭기
8개의 주 증폭기 및 전원 공급 장치
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Data acquisition card 특성
NuDAQ 사의 8112PG card 이용
12 bit input resolution
100 kHz sampling rate
Software VB 이용
data taking program 구성
digital out 이용 : 수송 모타 조정
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검출기 시험용 측정 장치도
감마선 선원 : 137Cs 500 mCi
Stainless steel of 5 mm thickness
선원과 검출기까지의 거리 : 4cm
step motor 이용
step motor controller : pulse mode
Controller
Computer
Moter
Source
Detector
Monitar
NuDAQ
PreAmp.
Driver
Moving part
Amp.
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평판 측정 결과
본 실험에서 제작된 감마선
어레이 검츨기 및 검출시스
템을 이용하여 5 mm 스테인
레스 스틸판에 각종 결함을
만들어 그 결함의 위치를
측정하여 본 결과 각 결함의
위치점 및 결함 두께에 따른
전압 변화를 측정할 수 있었
다.
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결론
부식으로 인한 파이프라인의 두께 감소를 보온재 제거 없이
측정할 수 있는 시스템 개발의 일환으로 광다이오드를 이용한
소형 감마선 어레이 검출기 제작이 이루어져, 시험적인 측정이
수행되었다. 검출기의 검출 감도는 방사선원 Ir-192 10Ci를
사용할 때 0.2 mm 정도의 두께 감소를 측정 할 수 있고,
분 당 0.6 m의 이동 속도로 측정될 수 있을 것으로 생각된다.
현재 파이프라인의 두께 측정을 위한 검출시스템이 제작 중에
있다.
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