복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법{Electron accelerator having plural-Energy, cargo inspection device and control method using the same}
본 발명은 복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 한번의 에너지 조사로 검색 및 검사의 정확성이 유지될 수 있으며, 검색시간이 단축되는 등 검색/검사의 효율을 향상시킬 수 있어서 이중에너지를 이용하여 그 장점을 극대화할 수 있고, 별도의 장치를 부가함없이 제어기법을 동원하여 정밀도 및 신속 검사가 가능하게 되어, 생산에 대한 원가 상승에 대한 부담없이도 검색및 검사의 처리량 및 검사 품질을 획기적으로 향상시킬 수 있는 복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
항만 및 공항과 같은 국제화물을 취급하는 시설에서는 안전을 이유로, 화물에 대한 보안검색이 강화되고 있는 추세이다. 특히, 근래에는 미국과 같은 선진국에서는 폭발물뿐만 아니라, 특별 핵물질(Special nuclear materials) 등 다양한 물질의 탐색이나, 섬세하고 정확한 검색을 요구하고 있는 실정이다. 이러한 폭발물 등의 검사는 엑스레이(X-ray)에 의한 검색방법이 일반적이다. 그러나, 엑스레이를 이용한 검사방법은 컨테이너와 같은 소정 저장수단에 적재된 화물의 물질 종류 및 식별에 대한 정확도가 낮은 문제점을 가진다. 이를 해결하기 위해, 기존의 비파괴 검사용 전자가속기 및 이중에너지를 이용한 보안 검색기가 개발되었으나, 이는 일정한 구동 주파수에 맞춰서 하나의 입력펄스 에너지를 이용하여 하나의 X-ray 를 발생하거나, 혹은 두개의 입력 펄스 에너지를 교번으로 인가하여 두 에너지의 X-ray를 발생시켜 검사 혹은 검색을 수행하게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 기존 비파괴 검사용 전자가속기에서 이중 에너지를 이용한 보안 검색기는 일정한 주기에 맞춰 하이 레벨과 로우 레벨의 이중 에너지를 반복적으로 발생시켜 보안검색에 사용되었다. 그러나 지나가는 검색할 물체에 대해 같은 위치에 이중에너지를 한번에 검색하기는 어려운 문제점이 있다. 이를 보완하기 위해서는 조사 주파수를 올리던지, 검색할 물체의 속도를 느리게 하는 방법으로 이중에너지 조사하는 기술이 있지만 이는 검색시간 및 전자가속기의 수명이 단축되는 문제점이 있다. 즉, 피검사체가 빠르게 움직이는 경우에도 검사 및 검색이 가능하며, 정확성 및 신뢰성이 유지될 수 있는 검사 시스템의 개발이 시급한 실정이라고 하겠다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 피검사체가 빠르게 이동하는 경우에도 검사/검색이 가능한 복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 한번의 에너지 조사로 정확성이 유지될 수 있으며, 검색시간이 단축되는 등 검색/검사의 효율을 향상시킬 수 있어서 이중에너지를 이용하여 그 장점을 극대화할 수 있는 복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 별도의 장치를 부가함없이 제어기법을 동원하여 정밀도 및 신속 검사가 가능하게 되어, 생산에 대한 원가 상승에 대한 부담없이도 검색및 검사의 처리량 및 검사 품질을 획기적으로 향상시킬 수 있는 복수 에너지를 이용한 전자가속기, 이를 화물검사 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전자빔을 이용하여 이중에너지를 통한 검사를 수행하는 화물검사 장치에 사용되는 전자가속기는 전원부, 클락을 발생시키는 동기화 신호발생기, 상기 클락에 의해 RF 신호를 발생하며, 상기 전원부를 제어하는 RF 발생부, 상기 전원부의 입력정보에 따라 전자를 생성하는 전자 생성부, 및 상기 전자가 이동하는 통로를 제공하는 챔버를 포함하며, 상기 RF 발생부는 동일한 상기 클락 안에서 제1 레벨의 RF 신호와 상기 제1 레벨보다 낮은 크기의 제2레벨의 RF 신호에 의해 발생한 각각의 전자빔이 발진하도록 구성된다. 전원부에서 생성되는 신호는 상기 RF 발생기의 신호와 연동하여 동시에생성하며, 상기 전원부에서 제1 레벨의 RF 신호에 대해 발생하는 신호는 상기 제2 레벨의 신호에 대해 발생하는 신호보다 낮은 크기를 갖는다. 상기 RF 발생부의 주파수 세기를 조절함으로써 상기 챔버 내부를 진행하며, 전자 생성부에서 생성된 전자의 진행방향과 상기 RF 발생부에서 발생된 고주파의 진행 방향이 동일한 경우에만 전자가 방출되게 된다. 전자를 생성하는 전자가속기를 구비한 복수에너지를 이용한 화물검사장치는 상기 전자가속기는 동기화를 위해 제공되는 동일한 한 클락 안에서 제1 레벨의 신호와 상기 제1 레벨보다 낮은 크기의 제2레벨의 신호에 의해 발생한 각각의 전자빔이 발진하도록 구성되며, 상기 화물검사장치는 상기 전자에 의함 빔(beam)을 안내하는 안내부 및 피검사체를 통과한 신호를 검출하는 검출부를 더 포함한다. 전자빔을 이용하여 이중에너지를 통한 검사를 수행하는 화물검사 장치에 사용되는 전자가속기의 제어방법은 동기화를 위한 클락을 제공하는 단계, 상기 하나의 클락에 대해 제1 레벨의 신호와 상기 제1 레벨보다 낮은 크기의 제2레벨의 신호를 발생시키는 단계, 상기 제1 및 2레벨에 대응되도록 상기 전자빔을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 및 2 레벨 신호와 연동하여 전원 신호를 동시에 생성하는 단계를 더 포함하며, 상기 전원 신호는 제1 레벨의 RF 신호에 대해 발생하는 신호는 상기 제2 레벨의 신호에 대해 발생하는 신호보다 낮은 크기를 갖는다. 이에 따라, 피검사체가 빠르게 이동하는 경우에도 검사/검색이 가능할 뿐만 아니라, 한번의 에너지 조사로 정확성이 유지될 수 있으며, 검색시간이 단축되는 등 검색/검사의 효율을 향상시킬 수 있어서 이중에너지를 이용하여 그 장점을 극대화할 수 있고, 별도의 장치를 부가함없이 제어기법을 동원하여 정밀도 및 신속 검사가 가능하게 되어, 생산에 대한 원가 상승에 대한 부담없이도 검사의 처리량 및 검사 품질을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 별도의 장치를 부가함없이 제어기법을 동원하여 정밀도 및 신속 검사가 가능하게 되어, 생산에 대한 원가 상승에 대한 부담없이도 검색및 검사의 처리량 및 검사 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한, 한번의 에너지 조사로 정확성이 유지될 수 있으며, 검색시간이 단축되는 등 검색/검사의 효율을 향상시킬 수 있어서 이중에너지를 이용하여 그 장점을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 화물검사장치의 구성도이다.
도 2는 전자가속기(10)에 대한 상세한 구조이다.
도 4는 종래의 전자가속기 제어방법이다.
도 4는 본 발명에 따른 전자가속기 제어방법이다.
이하, 본 발명에 대해 자세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 명세서에 있어서, 검사라 함은 검색의 의미를 포함하며, 내장된 물품의 종류를 식별하거나, 유무 등을 판단 혹은 판별하는 것을 말한다. 화물이라 함은 물품을 내장할 수 있는 케이스가 구비된 모든 형태의 물건이다. 또한, 전자가속기라 함은 전자 등 미립자를 가속할 수 있는 모든 종류의 장치 혹은 기기를 포함한다. 도 1은 본 발명에 따른 화물검사장치의 구성도이다. 이에 도시된 바와 같이, 화물 검사장치(1)는 전자가속기(10), 안내부(20) 및 검출부(30)를 포함한다. 참고로, 본 발명에서 설명하는 화물 검사장치(1)는 항만 및/또는 공항과 같이 국제 화물이 출입되는 시설에 설치되어, 화물(C)에 대한 검사를 수행한다. 본 실시예에서는 도 1의 도시와 같이, 상기 화물 검사장치(1)가 컨테이너와 같은 소정 대상체(O) 내부의 화물(C)을 검사하는 것으로 예시한다. 상기 전자가속기(10)는 전자를 가속시키게 되는데, 서로 다른 에너지 크기의 복수의 전자빔(B)을 발생시켜 가속시킨다. 구체적으로, 상기 전자전자가속기(10)는 서로 다른 에너지 크기를 가지는 적어도 하나 이상의 전자빔(B)을 상호 교번적으로 발생시킨다. 본 실시예에서는 상기 전자전자가속기(10)가 6MeV 및 9MeV 크기의 에너지를 가지는 전자빔(B)을 상호 교번적으로 발생시키는 것으로 예시한다. 그러나, 꼭 이를 한정하는 것은 아니며, 상기 전자전자가속기(10)가 6MeV, 9MeV 및 15MeV 크기의 에너지를 가지는 전자빔(B)을 순차적으로 상호 교번적으로 발생시키거나, 6MeV 및 15MeV 크기의 에너지를 가지는 전자빔(B)을 교번적으로 발생시키는 것과 같은, 다양한 조건에 대응하여 변경 가능함은 당연하다. 상기 안내부(20)는 상기 전자전자가속기(10)로부터 발생되어 가속된 전자빔(B)을 대상체(O)로 안내한다. 이를 위해, 상기 안내부(20)는 변환부(21)와 콜리메이터부(22)를 포함한다. 상기 변환부(21)는 상기 전자전자가속기(10)에서 가속되어 입사된 전자빔(B)을 엑스레이(X-Ray)(X)로 변환시켜 방출시킨다. 이러한 변환부(21)는 엑스레이 발생 효율이 높으며 장수명 특성을 가지는 텅스텐(Tungsten)으로 형성되는 텅스텐 타켓을 포함한다. 상기 콜리메이터부(22)는 상기 변환부(21)에서 방출된 엑스레이(X)의 방향을 조절하여 대상체(O)로 안내한다. 이때, 상기 콜리메이터부(22)에는 상기 엑스레이(X)를 투과시켜 안내하기 위한, 엑스레이(X)가 통과하는 슬릿(Slit)(23)을 구비한다. 이때, 상기 콜리메이터부(22)의 슬릿(23)이 대상체(O)와 마주함으로써, 슬릿(23)을 통과한 엑스레이(X)가 대상체(O)로 안내된다. 상기 검출부(30)는 상기 대상체(O)를 통과한 엑스레이(X)를 검출한다. 여기서, 상기 검출부(30)는 복수개 마련되어, 대상체(O) 내부의 화물(C)을 입체적으로 검출한다. 본 실시예에서는 검출부(30)가 도 1의 도시와 같이, 상호 나란하게 한 쌍으로 배치되는 것으로 예시하나, 도 1의 도시로 검출부(30)의 개수가 제한되지 않음은 당연하다. 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 화물 검사장치(1)의 검사동작을 도 1을 참고하여 설명한다. 도 1의 도시와 같이, 6MeV 및 9MeV 크기의 에너지를 가지는 전자빔(B)을 상호 교번적으로 전자전자가속기(10)가 발생시켜 안내부(20)로 가속시킨다. 가속된 상기 전자빔(B)은 안내부(20)의 변환부(21)를 거쳐 엑스레이(X)로 변환된 후, 콜리메이터부(22)를 거쳐 대상체(O)로 안내된다. 상기 대상체(O)를 통과한 엑스레이(X)는 복수의 검출부(30) 즉, 한 쌍의 검출부(30)에 의해 검출된다. 여기서, 상기 대상체(O) 내부의 화물(C)은 전자전자가속기(10)에서 서로 다른 에너지 크기를 가지는 전자빔(B)이 교번적으로 가속됨에 따라, 대상체(O)를 통과하여 검출된 엑스레이(X)의 에너지 파형을 비교함으로써, 금속(C1) 또는 유기물(C2)과 같은 화물(C)의 종류가 검사된다. 아울러, 상기 대상체(O)를 통과한 엑스레이(X)가 한 쌍의 검출부(30)에 의해 검출됨에 따라, 대상체(O) 내부의 화물(C)의 원근을 획득하여 입체감 있는 검사가 가능해진다. 도 2는 전자가속기(10)에 대한 상세한 구조이다. 이를 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 전자가속기(10)에 대해 상세하게 설명한다. 전자가속기(10)는 전원부(112), 동기화 신호발생기(40), RF 발생부(12), RF 전송부(50), 전자생성부(11) 및 챔버(13)를 포함하여 구성된다. RF 발생부(12) 및 RF 전송부(50)는 회로적으로 일체로 구성될 수 있다. 전자 생성부(11)는 전자(e)를 발생시킨다. 전자 생성부(11)는 전자(e)를 생성시키기 위한 필라멘트(111)를 수용하는 하우징(113)과 상기 필라멘트(111)에 전원을 공급하는 전원부(112)가 구비된다. 챔버(13)는 전자 생성부(11)에서 생성된 전자(e)가 진행할 수 있는 공간을 제공한다. RF 발생부(12)는 고주파를 발생시키고, 전자 생성부(11)와 챔버(13)에 각각 고주파를 제공한다. 이로 인해, RF 발생부(12)에서 전자 생성부(11)와 챔버(13)에 고주파를 제공하므로, 전자 생성부(11)에서 전자(e)의 진행방향과 고주파의 방향이 동일한 경우에만 전자(e)가 방출된다. 그리고, 결과적으로 전자(e)가 일정한 간격으로 번치(bunch)되어 배출된다. 전자(e)는 이와 같이 번치된 상태로 챔버(13)에 진입하게 된다. 챔버(13) 내부에도 RF 발생부(12)에 의해 발생한 고주파는 RF 전송부(50)를 통해 전자 생성부(11)와 동일한 주파수(frequency)의 고주파가 제공되므로, RF 발생부(12)에서 발생되는 고주파의 세기를 크게 하면, 챔버(13) 내부를 진행하는 전자(e)의 에너지도 커진다. 이는 전자(e)가 챔버(13) 내부에서 고주파의 에너지를 흡수하면서 진행하기 때문이다. 즉, 사용자가 원하는 에너지를 갖는 전자빔을 생성하기 위해서, RF 발생부(12)에 제공되는 고주파의 세기를 조절하면 되므로, 전자빔의 에너지를 용이하게 조절할 수 있다. 하나의 전자가속기(10)에서 원하는 에너지의 전자빔을 손쉽게 얻을 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 전자가속기(10)에서 전자(e)를 번치(bunch)된 상태로 얻을 수 있는 장점이 있다. 동기화신호 발생기(40)는 전원부(112) 및 RF 발생부(12)에 일정 주기의 클락을 제공하게 되어 제어가 수행된다. 이때, RF 발생부(12)에서는 그 내부에 변조기로부터 나오는 고주파 펄스 및 RF 드라이버로부터 생성되는 RF 펄스 신호가 나오며, 전원부(112)에서는 고전압신호가 나오게 된다. 도 3은 종래의 전자가속기 제어방법에 관한 것인데, 이에 도시된 바와 같이, RF 펄스는 상대적으로 높은 레벨인 신호와 낮은 레벨인 신호가 서로 다른 클락 주기에 생성되어 전자빔을 조사하여 보안검색을 수행하게 된다. 이때, 고전압신호는 RF 펄스가 높은 레벨인 경우에는 낮은 레벨이며, RF 펄스가 낮은 레벨인 경우에는 높은 레벨을 구성한다. 즉, 이중에너지를 사용하여 화물 등을 검사하는데 있어서, 조사 반복률 및 검색할 물체의 속도를 느리게 하는 원인이 되며, 보안 검색 자체에 무리를 줄 수 있고, 또한 검색시간이 늘어나는 단점이 있다. 이를 해결하기 위해 도 4를 제시한다. 도 4는 본 발명에 따른 전자가속기 제어방법이다. 이에 도시된 바와 같이, RF 펄스는 상대적으로 높은 레벨인 신호와 낮은 레벨인 신호가 서로 동일한 클락 주기에 생성되어 전자빔을 조사하여 보안검색을 수행하게 된다. 즉, 같은 펄스 안에서 동시에 높은 레벨 및 낮은 레벨의 입력 파워를 인가하게 됨으로서, 거의 동일 위치에 화물거색을 위한 전자빔이 조사하게 할 수 있다. 이때, RF 드라이버에서 나오는 펄스 신호가 높은 레벨의 신호인 경우에는 전원부로부터 나오는 전압신호는 낮은 레벨의 신호가 대응되게 발생하며, RF 드라이버에서 나오는 펄스 신호가 낮은 레벨의 신호인 경우에는 전원부로부터 나오는 전압신호는 높은 레벨의 신호가 대응되게 발생하도록 한다. 즉, 화물검색을 수행하는데 있어서, 기존보다 촘촘한 범위로 조사를 수행할 수 있는 것이며, 화물이 빠르게 이동하는 경우에도 조사가 가능해지는 장점이 있는 것이다. 이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1: 화물 검사장치 10: 전자가속기
11: 전자생성부 12: RF 발생부
20: 안내부 21: 변환부
22: 콜리메이터부 30: 검출부
40: 동기화 신호발생기 50: RF 전송부
111: 필라멘트 112: 전원부
113: 하우징 |
