방사선원을 이용하는 곳에는 사람의 접근이 제한되나 관측장비는 노출됨으로 방사선에 강하여야 한다. 이에따라 카메라차폐 구조설계에 필요한 물질로 비중과 용융점이 가장 높은 텅스텐과 가장 낮은 납을 선정하여 코발트 60 방사선 소스에 대한 선량을 1/8까지 감소시킬 경우 Tu는 체적 432.6cm3, 두께 2.4cm이었고, Pb는 체적 961cm3, 두께 3.6cm이었다. 이를 적용하여 CMOS Image센서를 적용한 카메라모듈 및 내방사선 차폐구조의 하우징과 방사선에 강한 CMOS카메라를 제작하였다. 최적화된 차폐두께의 선정을 위한 실험에서 생존한 헤드분리형2M AHD형 카메라(①번)를 적용한 결과 카메라 및 아답터등 연관설비에 대한 차폐가 이루어지면 1.88×106rad 이상의 선량에서도 잘 동작함을 확인하였다. 따라서 고방사선에 적용할 수 있는 카메라 기술력확보와 사업성을 기대할 수 있다.
방사선원을 이용하는 곳에는 사람의 접근이 제한되나 관측장비는 노출됨으로 방사선에 강하여야 한다. 이에따라 카메라차폐 구조설계에 필요한 물질로 비중과 용융점이 가장 높은 텅스텐과 가장 낮은 납을 선정하여 코발트 60 방사선 소스에 대한 선량을 1/8까지 감소시킬 경우 Tu는 체적 432.6cm3, 두께 2.4cm이었고, Pb는 체적 961cm3, 두께 3.6cm이었다. 이를 적용하여 CMOS Image센서를 적용한 카메라모듈 및 내방사선 차폐구조의 하우징과 방사선에 강한 CMOS카메라를 제작하였다. 최적화된 차폐두께의 선정을 위한 실험에서 생존한 헤드분리형2M AHD형 카메라(①번)를 적용한 결과 카메라 및 아답터등 연관설비에 대한 차폐가 이루어지면 1.88×106rad 이상의 선량에서도 잘 동작함을 확인하였다. 따라서 고방사선에 적용할 수 있는 카메라 기술력확보와 사업성을 기대할 수 있다.
Human access is restricted to environment where radiation sources are used, however observation equipment should be radiation-resistant as it is exposed. Therefore, if tungsten with the highest specific gravity and melting point and the lowest lead were selected to reduce the dose to the Cobalt 60 r...
Human access is restricted to environment where radiation sources are used, however observation equipment should be radiation-resistant as it is exposed. Therefore, if tungsten with the highest specific gravity and melting point and the lowest lead were selected to reduce the dose to the Cobalt 60 radiation source to 1/8, Tu had a volume of 432.6cm3, a thickness of 2.4cm, and Pb had a volume of 961cm3,, a thickness of 3.6cm. By applying this method, produced a radiation resistant CMOS camera with a camera module using a CMOS Image sensor and a radiation shielding structured housing. As a result of applying the head detachable 2M AHD camera (No. ①) that survived the experiment to select the optimal shielding thickness, when shielding the associated equipment such as cameras, adapters, etc. is achieved, it was confirmed that the design of the structure is appropriate by operating well at doses higher than 1.88×106rad. Therefore, it is expected to secure the camera technology and business feasibility that can be applied to high radiation environments.
Human access is restricted to environment where radiation sources are used, however observation equipment should be radiation-resistant as it is exposed. Therefore, if tungsten with the highest specific gravity and melting point and the lowest lead were selected to reduce the dose to the Cobalt 60 radiation source to 1/8, Tu had a volume of 432.6cm3, a thickness of 2.4cm, and Pb had a volume of 961cm3,, a thickness of 3.6cm. By applying this method, produced a radiation resistant CMOS camera with a camera module using a CMOS Image sensor and a radiation shielding structured housing. As a result of applying the head detachable 2M AHD camera (No. ①) that survived the experiment to select the optimal shielding thickness, when shielding the associated equipment such as cameras, adapters, etc. is achieved, it was confirmed that the design of the structure is appropriate by operating well at doses higher than 1.88×106rad. Therefore, it is expected to secure the camera technology and business feasibility that can be applied to high radiation environments.
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문제 정의
rad 이상의 방사선이 누적 되어도 동작할 수 있는 내구성이 강한 부품들을 이용하여야 한다. 따라서 영상 습득부분인 카메라 본체의 영상센서에는 방사선에 가장 강한 CMOS 를 사용하고 여기에서 획득한 신호증폭을 위한 초단 증폭기 등에는 내구성에 강한 소량의 소자 들만으로 회로를 구성하여 수리 및 유지보수가 쉬운2) 방사선환경에 강인한 CMOS카메라에 대하 여 논하고자 한다.
방사선 2차 실험은 1차 실험에서 생존한 1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)에 대해 선량을 2배 증가시켜(1차 선량:1,552Gy) 카메라의 생존 여부를 확인하고, 카메라의 누적된 선량을 통해 카메라 차폐 두께를 계산하고자 한 것이다. 헤드분리형 2M AHD에 하우징을 장착한 카메라에 총 조사선량 2,900Gy를 2시간동안 조사하여 생존하였다.
제안 방법
3차 실험은 2차 실험을 통해서 얻은 결과로 구조물 차폐 두께를 계산하여 카메라 하우징을 제 작한 다음에 카메라를 장착한 후 연구 목표값인 1×106rad이상의 방사선을 조사하여 카메라의 생존여부를 확인하였다.
그림 8의 (a)는 CMOS카메라 시제품이며 (b)는 실험 모습이다. 방사선에 강인한 CMOS카메라의 화질을 평가하기 위해 카메라 형태, 화소수, 모듈 형태별 6개모델을 선정하여 각 센서의 종류 및 구성에 대한 방사선 조사실험을 실시한 후 조사량을 확인하고 카메라의 이상유무를 확인하였다.
전체 24시간 방사선 조사 중 52분동안 시험이 중단되었으나 시험 시작시간 26일 16시54분~종료시간 27일 17시46분으로 전체 시험시간 중 카 메라 신호가 종료된 시점의 시간을 신호종료시간 으로 하였다.
차폐 구조물은 재질에 따라 그 특성이 다르므로 최적의 재질을 선정하기 위하여 2회의 실험을 통해 얻은 값으로 방사선에 대한 차폐 두께를 계산 한 다음 카메라 하우징을 제작하였다.
그림 9는 조사선량을 확인하기 위해 시약을 부 착한 상자이다. 총 조사선량은 각 카메라에 선량 측정용 시약을 부착한 다음 방사선 조사후 전체 시간동안 시약에 누적된 선량이며 선량율은 방사선 조사선량을 시간당량으로 계산한 것이다.
방사선 2차 실험은 1차 실험에서 생존한 1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)에 대해 선량을 2배 증가시켜(1차 선량:1,552Gy) 카메라의 생존 여부를 확인하고, 카메라의 누적된 선량을 통해 카메라 차폐 두께를 계산하고자 한 것이다. 헤드분리형 2M AHD에 하우징을 장착한 카메라에 총 조사선량 2,900Gy를 2시간동안 조사하여 생존하였다.
대상 데이터
본 연구는 센서헤드와 C.C.U분리의 장거리 전송 기술, 광학기술, 차폐기술, 전자기술등 하드웨어 기술력을 확보하였다. 그러므로 다양한 내방사선 카메라 제품 LINE-UP 증대, 낮은 선량(1 kGy=10⁵ rad)급 제품군과 특수목적 또는 사용 용도에 따라 높은 선량(107~108rad)인 제품군등 다양화를 추진한다면 사업성도 높게 될 것이며 카메라 유지관리 비용의 절감도 기대된다.
성능/효과
(1) 최고 1080P 60fps의 Full HD 지원으로 우수한 비디오 성능이 제공되도록 하며 저조도 성능이 우수하여야 한다.
1. 카메라 차폐구조설계에 필요한 재질은 비중과용융점이 가장 높은 텅스텐과 비중은 상위그룹이나 용융점이 낮은 납을 선정하였는바 코발트 60 방사선 소스에 대한 선량 1/8까지 감소시킬 경우 텅스텐은 체적 432.7cm3 , 두께 2.4cm이었고, 납은 체적 961cm3 , 두께는 3.6cm로 하면 되었다.
1번 카메라(헤드분리형 2M AHD)는 2시간 조사 후에도 생존하였으며 저준위실험에서 24시간 조사한 선량과 고준위 실험에서 1시간 조사한 선량이 동일하여, 1차 실험때와 다른 2배의 방사선을 조사한 효과가 나타났다.
2. 최적화된 차폐구조물 두께의 선정을 위해 방사선을 24시간 조사하였을 때 헤드분리형2M AHD 형식(①번)과 41만 화소 CVBS형식의(⑥번) 카메라가 생존하였다. 그러나 ①번 카메라는 방사선량을 ⑥번 카메라보다 2.
3. 헤드분리형인 ①번 카메라에 개발한 CMOS Image센서 및 이중반사형 구조인 방사선 차폐 구조의 하우징에 장착하여 실험한 결과 카메 라 및 아답터등 연관설비에 대한 차폐가 이루 어지면 1.88×106rad 이상의 선량에서도 카메라가 잘 동작함을 확인하였다.
4차 실험에 해당하는 것으로 3차 실험 시 고장의 원인이 된 1번 카메라 아답터를 차폐하여 고준위 실험실에서 1×106rad량 이상인 방사선을 조사한 후에도 카메라는 생존하였고 19시간 조사 후에도 정상동작함을 확인하였다.
이를 기반으로 카메라의 차폐와 헤드를 분리하여 적용시 1.88× 106rad의 방사선 조사량에도 카메라가 정상적으 로 동작하고 있음을 확인하였다.
1번 카메라는 10시간 방사선을 조사 후에 영상이 OFF되는 현상이 발생하였다. 확인한 결과 아답터에 대한 차폐를 하지 않아 발생한 것으로 아답터 교체 후 정상 작동됨을 확인하였다.
후속연구
U분리의 장거리 전송 기술, 광학기술, 차폐기술, 전자기술등 하드웨어 기술력을 확보하였다. 그러므로 다양한 내방사선 카메라 제품 LINE-UP 증대, 낮은 선량(1 kGy=10⁵ rad)급 제품군과 특수목적 또는 사용 용도에 따라 높은 선량(107~108rad)인 제품군등 다양화를 추진한다면 사업성도 높게 될 것이며 카메라 유지관리 비용의 절감도 기대된다.
참고문헌 (5)
D. H. Baek, The Study on the Radiation-Proof Video Camera system Remote Module of the Tube type, JKIIECT 18-12, Vol.11 No.6. pp. 93-99, 2018.
D. H. Baek, Ararm & Security, pp. 143-178, Dongil Ltd, Korea. 2017.
Richard Sharp, Radiation Effects on Electrical and Electronic Equipment, bnes, 1994.
T. Jyunichiro. Radioactivity & Radiation, Ohmsha, Ltd, Japanese. 2011.
S. K. Song, C. H. Han, O. D. Gwen, G. S. Lee, E. S. Kim, S. C. Bae, J. R. CH. Remote Module System Design for Performance Improvement of Radiation-Proof Video Camera, Kyungbook Univ. 1999.
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