KR20000001020A - 바르크하우젠 노이즈를 이용한 원자로재료에서의조사취화평가방법 - Google Patents

Abstract

원자로 재료는 가동중 고에너지(E>0.1 MeV)의 중성자에 의하여 계속적으로 조사됨에 따라 각종 물리적 및 기계적 성질이 변하여 연성이 저하되고 취성이 증가하는 조사취화 현상을 일으킨다. 이는 압력용기의 파괴저항성을 약화시켜 압력용기의 건전성을 위협하며 원자력 발전소의 수명단축에 가장 큰 원인이 되고 있다. 그러나 기존의 파괴시험은 많은 비용과 시간을 요할 뿐 아니라 시편수의 제약으로 운전이력이 많은 발전소에서는 많은 문제점이 따른다. 따라서 만일 신뢰성 있는 비파괴 방법이 개발된다면 이러한 문제점을 해결할 수 있을 뿐 만 아니라 경제적으로 많은 이득이 기대된다.

본 발명의 가압경수로 원자로 압력용기의 중성자에 의한 조사손상을 바르크하우젠 노이즈를 이용하여 비파괴적으로 평가하는 방법은 변화하는 자기장이 강자성 재료에 가해질 때 재료의 상태에 따라서 바르크하우젠 노이즈가 변하는 것을 이용한 것으로 원자로 압력용기등 원자로재료의 조사취화를 비파괴적으로 평가가 가능하다

Description

바르크하우젠 노이즈를 이용한 원자로재료에서의 조사취화 평가방법

본 발명은 가압경수로 원자력발전소의 압력용기등의 원자로재료에서 일어나는 중성자 조사에 의한 조사취화를 비파괴적으로 평가하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 강자성재료에 교류자기장을 가할 때 자기유도에 의하여 발생하는 바르크하우젠 노이즈가 중성자 조사에 의한 원자로 압력용기재료의 조사손상 정도에 따라 변하는 것을 이용한 것으로서 기존의 파괴시험에서 일어나는 문제점들을 해결하기 위한 것이다.

가압경수로 원자력 압력용기는 고에너지의 중성자에 의하여 계속적으로 조사됨에 의하여 압력용기의 재질이 경화되는 조사경화, 연성-취성 천이온도가 상승하여 취성파괴의 확률을 높이는 조사취화 (radiation embrittlement) 등의 조사손상 (radiation damage)이 일어나고 있다. 이들 조사손상은 원자로 압력용기의 파괴저항성을 약화시켜 원자로 압력용기의 건전성에 큰 위협이 되고 있다. 따라서 원자로 압력용기의 건전성을 평가하기 위한 감시시험용 조사캡슐을 장착한 후 가동중 일정한 시점에 주기적으로 인출, 시험하여 건전성을 입증하고 향후 안전운전 조건에 반영하고있다.

그러나 감시시험에 수행하게 되어있는 시험은 인장시험, 충격시험등의 파괴시험으로 이들 시험은 절차의 복잡함과 아울러 많은 비용의 소요된다. 또한 이 시험은 조사캡슐의 갯수가 제한되어 있으므로 필요한 시기에 수시로 시험할 수 없을 뿐만 아니라 가동기간이 오래된 발전소에는 적용하기 힘들다. 따라서 비파괴적으로 조사손상을 평가할 수 있는 기술이 요구된다. 그러나 조사손상은 수 옹그스트롬(Å)에서 수백 Å 정도의 미세한 조사유기 결함에 의하여 일어나므로 초음파 시험을 비롯한 기존의 비파괴 시험으로는 조사손상을 탐지하기 힘들다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 중성자 조사에 의하여 경수로 압력용기의 자기적 성질이 변하는 것을 이용하여 원자로재료의 조사손상을 비파괴적으로 평가하는 방법에 대한 것이다.

상기의 목적 달성을 위해 강자성 재료에 교류자기장을 가하면 자기유도에 의하여 노이즈와 같은 신호가 유도되는데 이를 바르크하우젠 노이즈(이하(BN))라 한다. 이 바르크하우젠 노이즈는 재료의 상태에 따라 변화하는데 이를 이용하면 재료의 상태를 비파괴적으로 평가할 수 있다. 본 발명에서는 중성자를 조사한 원자로압력용기 재료의 바르크하우젠 노이즈 신호를 통계적으로 처리 함으로서 여러 가지 측정 변수들을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 BN의 끝 높이를 측정하여 이를 BN 진폭이라고 하였으며, BN 신호의 모양(envelope)에서 BN 에너지를 정의하였다. 중성자 조사에따른 바르크하우젠 노이즈의 변화 및 미소경도의 변화를 제시하였다.

도 1 은 본 발명의 구동부분과 신호처리 방법을 나타낸 장치 전체 구성도.

도 2 는 중성자 조사에 의한 바르크하우젠 노이즈(BN)의 변화도

도 3 은 중성자 조사량에 따른 BN과 미세경도의 변화를 나타낸 변화도

도 4 는 중성자 조사량에 따른 BN의 변화와 미세경도사이의 관계도.

첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

함수 신호발생기에서 생성된 정현파를 전력증폭기에 통과시켜 일부는 디지탈 오실로스코프에 보내고 일부는 요크형 자화장치에 장착된 시편에 보내 시편을 자화시키되, 시편에따라 적절한 주파수의 인가전류를 시편에 가한후 유도된 전기신호의 일부를 자기이력 곡선을 그리기 위해 자속계를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내고, 나머지 일부는 신호증폭기 앰프에서 증폭된 후 대역 필타를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내는 것과 상기 디지탈 오실로스코프는 전송되어진 모든 자료를 컴퓨터로 보내 신호를 분석하는것으로 구성되어진 것이다.

본 발명의 작용은 다음과 같다.

도 1 은 바르크하우젠 노이즈를 측정하기 위한 장치의 구성도이다. 함수발생기에서 생성된 정현파는 전력증폭기를 통과한 후 시편을 자화시킨다. 시편에따라 적절한 주파수의 인가전류를 시편에 가한후 유도된 전기신호(Barkhausen noise) 는 앰프에서 증폭된 후 컴퓨터에서 분석된다. 또한 이 신호는 자속계를 통과한 후 자기이력곡선을 그리는데 이용된다. 본 발명은 중성자 조사에 의하여 원자로재료의 조사손상이 진행됨에 따라 바르크하우젠 노이즈 신호가 변하는 것을 이용한 것이다.

도 2 는 중성자 조사에 의하여 바르크하우젠 노이즈가 변하는 것을 나타낸 것이다. 중성자 조사에 의하여 신호의 모양이 변화하였다는 것을 알 수 있다. 노이즈로부터 의미있는 측정값을 얻기 위하여 본 발명에서는 노이즈의 출력단에 콘덴사를 부착하여 신호의 윤곽선(envelope)를 얻은 후 이 윤곽선의 최대점의 높이를 바르크하우젠 노이즈 진폭(BNA)로 정의하였으며, 시간축에 따른 각점의 높이의 제곱을 적분한 값을 바르크하우젠 노이즈 에너지(BNE)로 정의하였다.

도 3 은 70℃에서 조사된 시편의 중성자 조사량에 따른 미세경도와 BNA, BNE 의 변화를 보인 것이다. 중성자 조사량에 따라 세 단계의 특징적인 변화를 보이고 있다. 특히 10¹⁶n/cm²부터 조사량에 따라 선형적으로 변하고 있는데 이를 이용하면 중성자 조사량 측정을 위한 중성자 검출기(dosimeter)로서 사용이 가능하다.

도 4 는 미세경도와 BNA, BNE 사이의 관계를 보인 것이다. 미세경도 와 BNE 사이의 상관계수는 0.857, 미세경도와 BNA 사이의 상관계수는 0.903 으로 각 매개변수 사이에 비교적 좋은 상관관계를 보여준다. 따라서 미세경도와 같은 기계적 시험의 대용으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 간단한 장치로 인가자장과 탐촉센서만으로 원자로 압력용기의 조사취화 현상을 비파괴적으로 평가가 가능하다.

본 발명의 자기적 성질을 모든 강자성 금속 재료의 방사선 조사효과 평가방법에 사용할 수 있는 것이다.

그러므로 본 발명은 종래의 비파괴 기술로서는 미세한 결함(수십Å정도)에 의하여 일어나는 중성자조사손상과 같은 현상을 관찰할 수 없었다. 그러나 본발명을 이용하면 중성자 조사손상 현상을 탐지 가능하다. 특히 도 4에 나타난 비커스경도와의 상관 관계를 이용하면 앞으로 기계적 특성시험의 대용으로도 사용 가능한 것이다.

Claims (2)

1. 함수 신호발생기에서 생성된 정현파를 전력증폭기에 통과시켜 일부는 디지탈 오실로스코프에 보내고 일부는 요크형 자화장치에 장착된 시편에 보내 시편을 자화시키되, 시편에따라 적절한 주파수의 인가전류를 시편에 가한후 유도된 전기신호의 일부를 자기이력 곡선을 그리기 위해 자속계를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내고, 나머지 일부는 신호증폭기 앰프에서 증폭된 후 대역 필타를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내는 것과 상기 디지탈 오실로스코프는 전송되어진 모든 자료를 컴퓨터로 보내 신호를 분석하는것을 특징으로 하는 바르크하우젠 노이즈를 이용한 원자로재료에서의 조사취화 평가방법
2. 제 1항에 있어서;

   사용되는 자기적 성질을 모든 금속 재료의 방사선 조사효과 평가방법에 사용하는 것을 특징으로 하는 바르크하우젠 노이즈를 이용한 원자로재료에서의 조사취화 평가방법.