페이퍼 요약 – PDS-100 개인 방사선 탐지기의 소프트웨어와 알고리즘 by Ghelman

제목: PDS-100 개인 방사선 탐지기의 소프트웨어와 알고리즘(Software and algorithms for PDS-100 personal radiation detector)

저자: M. Ghelman 외 4인, 이스라엘

문서유형: 컨퍼런스 페이퍼(총 5페이지), 2006년

 

개인 방사선 탐지기인 PDS-100G 소프트웨어 개발 시 수행된 V&V에 대하여 기술한 자료

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개인 방사선 탐지기 PDS-100G

• 방사능 물질의 불법 유통을 적발하기 위해 법집행관의 개인 방사선 탐지기(Personal Radiation Detectors: PRD) 착용이 증가
• 미국 국토 안보부(the USA Department of Homeland Security: DHS)는 방사능 물질 불법 유통의 통제를 강화하기 위해 ANSI N42.32 표준을 개발. PRD의 성능 기준이 이 표준에 기술되어 있음
• PDS-100은 Rotem에서 개발한 PRD 타입의 기기로, ANSI N42.32 표준과 IAEA의 유사한 표준에서 명시하는 모든 요구사항을 충족하도록 설계됨. PDS-100은 의심스러운 방사선 소스를 빠르게 식별하고 정량화하는 호주머니 크기의 작고 가벼운 방사선 모니터 기기이다.
• PDS-100을 위한 고유의 정교한 실시간 소프트웨어가 개발됨. 방사 에너지의 4개 레벨을 구별하고 감마와 뉴트론 카운트를 모아서 측정이 이루어짐. 펄스 진폭(pulse amplitude)에 따라 뉴트론이 감마 펄스로부터 구별된다. PDS-100 소프트웨어는 매우 낮은 오류율로 뉴트론과 감마선 증가에 대한 경보(alert)를 빠르게 제공한다.

PDS-100G의 확인 및 검증(Validation and Verification)

• 최종 제품의 높은 품질 보장을 위해 개발 중에 V&V 프로세스를 수행함
• PDS-100 소프트웨어가 의도한 문제를 해결하는지(즉, 시스템 목표를 달성하는지), 물리적 법칙(physical laws)을 올바르게 모델링 하는지, 시스템의 가정사항(assumptions)들이 올바른지, 사용 의도 및 사용자의 요구(needs)를 충족하는지 등을 확인
• V&V는 많은 노력과 비용이 드는 비싼 공정이므로 시스템의 중요 부분에 심각한 결함이 존재하지 않도록 하는데 V&V 노력을 집중함. 즉, 소프트웨어를 심각도(즉, 에러로 인한 영향이 심각한 정도)에 따라 블록으로 나누었고, 데이터 수집 및 프로세싱 유닛, 경보 관리 유닛, 패러미터 검증이 특별히 중요한 부분으로 선정됨

1) 패러미터 검증(parameters verification)

패러미터 검증에서는 허용 가능한 한계, 정확성, 시스템 동작, 여러 다른 패러미터 조건, 패러미터 간의 부조화(incongruity)를 테스트를 한다.

 

2) 데이터 수집 및 프로세싱 평가(Evaluation of data acquisition and processing)

• 데이터 수집의 평가를 위해 모든 방사능 소스에 대한 탐지기(detectors)와 전자기기(electronics)의 반응을 기록하고, 이 데이터의 통계치, 에너지, 정확도, 선형성(linearity), 포화도(saturation) 등이 정확한지를 평가한다.
• 수집된 데이터는 임베디드 시스템 대신 속도가 빠른 PC에서 추가적인 시뮬레이션을 하는데 사용될 수 있다.

[데이터 레코딩 개념도]

• 데이터 프로세싱 알고리즘의 평가는 사전에 수집된 데이터를 사용하여 PC 상에서 수행된다. 첫 시작의 경우(사전 수집된 데이터가 없는 경우), 먼저 개발된 다른 유사한 기기로부터 나온 데이터를 이용하여 평가를 수행할 수도 있다. 가능하면 실제 개발되는 기기가 수집한 데이터를 사용하는 것이 더 정확한 평가 결과를 준다.

• 예상치 못한 부정확한 입력의 핸들링 검증, 성능(임베디드 시스템) 최적화, PC 상의 시뮬레이션 및 검증, 필터와 디지털 신호 처리(DSP) 블록 검증, 최종 결과물 분석 등이 수집된 데이터 평가에서 수행된다. PC 상에서 데이터 평가가 수행되는 경우 임베디드 시스템 상에서 보다 그래프와 통계치 생성이 간편하고 테스트 결과도 쉽게 문서화 할 수 있다. 하지만 PC에서 수행된 검증은 실제 임베디드 환경에서도 동일한 결과가 나오는지 다시 확인이 필요하다.

[데이터 프로세싱 개념도]

3) 셀프 테스트

• 기기의 정확하고 신뢰성 있는 성능을 위해서 운영 시작 시점 및 운영 도중에 실행되는 셀프 테스트(a self-test)를 반드시 포함해야 한다.
• PDS-100은 배터리 전압, 레인지 테스트의 카운트(너무 높거나 너무 낮지는 않은지), 내부 온도 모니터링, 기타 내적 테스트를 위해 지속적으로 셀프 테스트를 수행한다. 오작동이 발생하는 경우 PDS-100은 적절한 에러 메시지를 디스플레이 한다.

4) 사용 용도에 대한 테스트

• PDS-100 소프트웨어는 오퍼레이션에 대한 두 개의 사용자 프로파일 모드(루틴 프로파일, 전문가 프로파일)를 유지한다.
• 루틴 프로파일(routine profile)에서는 모니터링, 경보, 디바이스 탐색 등을 하는데 있어 가장 단순한 방식으로 작동되는지 확인
• 전문가 프로파일(expert profile)에서는 uSv/h 또는 uR/h의 방사선 단위 디스플레이, 스펙트럼 수집 능력, 유연한 패러미터 조절 등을 확인