보온재파이프 라인의 두께 측정용 감마선 어레이 검출기 제작

보온재파이프 라인의 두께 측정용 감마선 어레이 검출기 제작

한국 자원 연구소김기동 , 홍완 , 김영석 , 양태건

한국 기계 연구원조경식 , 장지훈

Korea Institutes of Geology, Mining and Materials

o 설비산업 ( 정유 및 석유 ) 에서 고온 고압 공정에 놓인 배관 의 부식 및 침식 정도를 확인 o 보온재 재사용으로 인한 환경 오염 방지o 초음파 및 필름 건판분석법의 시간 및 공간의 효율 개선

연구의 필요성 및 효과Source

PipeInsulator

Detector

systemData acquisition


두께 측정 원리

X X'

I=Io exp(-ux)

I'

I'= Io exp(-ux')

I

<Voltage I

linear attenuationcofficient :u

Volta

gedata acquisition time

Io

o 물질두께에 따른 방사선 투과 세기를 전압으로 전환하여 측정함


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 - 0.1

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


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


감마선 어레이 검출기 구성

2.85 mm

8.5 mm

photo diode1.175 mm x 2.0 mmpitch : 0.4 mm

crystal : BGO5 directions : < 0.15 mm white reflectors6 directions : polishiing

2.1 mm

8 개 BGO 섬광체 5 면 Al2O3 로 coatingS5668-1photodiodeMC nylon 을 이용한 housingResin 을 이용한 고정점 형성광다이오드

섬광체


전치 증폭기 및 주증폭기 회로

R31 kohm

R4120 kohm

OPA 111

4 Vcc(-15V)

100 kohm

51

6

7 Vcc(+ 15V)

33 kohm

1

5

6

LM3140LM3140

7 Vcc(+ 15V)

1kohm 100 kohm

6

10 kohm

1

5

o'' = o'(101/1)

7 Vcc(+ 15V)

4 Vcc(-15V)

10 kohm

o = - IdR2(1+R4/R3)

4 Vcc(-15V)

detectorId

2 kohm3.3 kohm

0.43 uF

1 kohm

o' = o (5/2)2-3+ 2-

3+ 2-3+

R21 Mohm

전치증폭도 : 12,000 배OP Amp 111A 이용주 증폭도 : 최대 252 배OP Amp LM3140 이용


전치증폭기와 주증폭기

8 개의 전치증폭기 8 개의 주 증폭기 및 전원 공급 장치8 개어레이

검출기

OPA111 주증폭기 전원공급장치


Data acquisition card 특성

NuDAQ 사의 8112PG card 이용 12 bit input resolution 100 kHz sampling rateSoftware VB 이용 data taking program 구성 digital out 이용 : 수송 모타 조정


검출기 시험용 측정 장치도

Moving part

SourceDetector

Amp.Driver

Moter

PreAmp.

Computer

Monitar

NuDAQ

Controller

감마선 선원 : 137Cs 500 mCiStainless steel of 5 mm thickness선원과 검출기까지의 거리 : 4cm step motor 이용 step motor controller : pulse mode


평판 측정 결과본 실험에서 제작된 감마선어레이 검츨기 및 검출시스템을 이용하여 5 mm 스테인레스 스틸판에 각종 결함을만들어 그 결함의 위치를측정하여 본 결과 각 결함의위치점 및 결함 두께에 따른전압 변화를 측정할 수 있었다 .


결 론부식으로 인한 파이프라인의 두께 감소를 보온재 제거 없이 측정할 수 있는 시스템 개발의 일환으로 광다이오드를 이용한 소형 감마선 어레이 검출기 제작이 이루어져 , 시험적인 측정이수행되었다 . 검출기의 검출 감도는 방사선원 Ir-192 10Ci 를 사용할 때 0.2 mm 정도의 두께 감소를 측정 할 수 있고 ,분 당 0.6 m 의 이동 속도로 측정될 수 있을 것으로 생각된다 .현재 파이프라인의 두께 측정을 위한 검출시스템이 제작 중에있다 .

보온재파이프 라인의 두께 측정용 감마선 어레이 검출기 제작

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