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KR102225562B1 - A testing device for nuclear fuel cladding using ultra-sonic wave - Google Patents

A testing device for nuclear fuel cladding using ultra-sonic wave Download PDF

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KR102225562B1
KR102225562B1 KR1020190063964A KR20190063964A KR102225562B1 KR 102225562 B1 KR102225562 B1 KR 102225562B1 KR 1020190063964 A KR1020190063964 A KR 1020190063964A KR 20190063964 A KR20190063964 A KR 20190063964A KR 102225562 B1 KR102225562 B1 KR 102225562B1
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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핵연료봉을 보호하는 금속재질의 클래딩 말단부에 균열이나 공동이 있는지를 검사하기 위해 초음파를 발생시키고, 클래딩을 통과한 초음파의 파형을 분석하여 결함의 존재와 위치를 정확하게 확인할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 핵연료봉 클래딩을 비파괴적인 방법으로 검사함으로써 내부에 존재하는 균열이나 공동 등의 결함을 정확하고 신속하게 확인할 수 있는 효과가 있다.
The present invention relates to an apparatus for inspecting cracks in a nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves, and more particularly, generating ultrasonic waves to inspect whether there are cracks or cavities at the end of the cladding of a metallic material protecting the nuclear fuel rod, and passing through the cladding. The present invention relates to an apparatus for inspecting cracks in nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves to accurately identify the presence and location of defects by analyzing waveforms of ultrasonic waves.
According to the present invention, it is possible to accurately and quickly check defects such as cracks or cavities existing inside by inspecting the nuclear fuel rod cladding in a non-destructive method.

Description

초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 검사장치{A TESTING DEVICE FOR NUCLEAR FUEL CLADDING USING ULTRA-SONIC WAVE}Nuclear fuel rod cladding inspection device using ultrasonic waves{A TESTING DEVICE FOR NUCLEAR FUEL CLADDING USING ULTRA-SONIC WAVE}

본 발명은 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핵연료봉을 보호하는 금속재질의 클래딩 말단부에 균열이나 공동이 있는지를 검사하기 위해 초음파를 발생시키고, 클래딩을 통과한 초음파의 파형을 분석하여 결함의 존재와 위치를 정확하게 확인할 수 있도록 하는 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for inspecting cracks in a nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves, and more particularly, generating ultrasonic waves to inspect whether there are cracks or cavities at the end of the cladding of a metallic material protecting the nuclear fuel rod, and passing through the cladding. The present invention relates to an apparatus for inspecting cracks in nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves to accurately identify the presence and location of defects by analyzing waveforms of ultrasonic waves.

원자로에는 우라늄이나 플루토늄을 주요 구성요소로 하는 핵연료봉이 핵분열 반응의 연료로 사용되는데, 작은 조각 단위로 된 원통형의 핵연료 펠렛을 원통형의 클래딩 내부에 넣어서 원자로 내부에 투입하게 된다.Nuclear fuel rods containing uranium or plutonium as the main components of the nuclear reactor are used as fuel for the fission reaction, and cylindrical nuclear fuel pellets in small pieces are put inside the cylindrical cladding and injected into the reactor.

핵연료봉 클래딩은 금속재질로 만들어지는데, 연전달 효율이 높고 부식에 강하며, 견고한 특성을 갖는 지르코늄 합금 소재를 많이 사용하고 있다.The nuclear fuel rod cladding is made of a metal material, and zirconium alloy materials with high transmission efficiency, strong corrosion resistance, and robust properties are widely used.

그런데 핵연료봉 클래딩은 핵연료의 분열 과정에서 발생하는 방사성 물질을 외부로부터 밀폐시키기 위한 첫 번째 차폐수단으로 사용되기 때문에 클래딩에 결함이 생기지 않도록 해야 한다. 만약 클래딩에 균열이나 공동이 발생하는 경우에는 고온 상태에서 깨지거나 틈이 벌어지면서 방사성 물질이 1차 냉각수 계통으로 흘러들어갈 수 있다. 따라서 원자로 주요 구성부품을 비롯하여 핵연료봉 클래딩의 내부에 결함이 생기지 않는지 확인하기 위한 검사장치들이 개시되고 있다.However, since the nuclear fuel rod cladding is used as the first shielding means to seal radioactive materials generated during the fission process of nuclear fuel from the outside, it is necessary to prevent defects in the cladding. If cracks or cavities occur in the cladding, radioactive material may flow into the primary cooling water system as cracks or cracks open at high temperatures. Therefore, inspection devices have been disclosed to check whether defects occur in the cladding of nuclear fuel rods, including major components of a nuclear reactor.

도 1은 원자로의 제어봉 구동장치를 나타낸 도면이며, 도 2는 원자로의 제어봉 구동장치 용접부의 균열 발생 및 누출의 설명에 제공되는 도면, 도 3은 종래기술에 따른 원자로 상부헤드 제어봉 구동장치 관통관 용접부 비파괴 검사장치의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a view showing a control rod driving device of a nuclear reactor, FIG. 2 is a view provided for explanation of cracking and leakage of a welding part of a control rod driving device of a nuclear reactor, and FIG. 3 is a welding part of a through-tube welding part of a reactor upper head control rod driving device according to the prior art. It is a cross-sectional view showing the structure of a non-destructive inspection device.

도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 원자로의 제어봉 구동장치(Control Rod Drive Mechanism : CRDM)는 원자로 용기 헤드(reactor vessel head : RVH)와 그에 마련된 다수의 관통관(penetration nozzle)들을 포함한다 제어봉 구동장치의 관통관들은, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 원자로 상부헤드에 이종 용접을 통해 설치된다.As shown in (a) of FIG. 1, the control rod drive mechanism (CRDM) of a nuclear reactor includes a reactor vessel head (RVH) and a plurality of penetration nozzles provided therein. The through pipes of the control rod driving device are installed on the upper head of the reactor through heterogeneous welding, as shown in FIG. 1(b).

그리고 도 3의 (a)에는 비파괴 검사장치의 시스템 구성이 도시되어 있다. 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 비파괴 검사장치는, LMS(Laser Mirror Scanner)(110), QL(Q-switched diode-pumped solid state laser)(120), QL 제어기(130), PC(140), 초음파 센서(150) 및 센서 시스템(160)을 포함한다.And Fig. 3(a) shows a system configuration of a non-destructive inspection device. As shown in (a) of Figure 3, the non-destructive inspection apparatus, LMS (Laser Mirror Scanner) 110, QL (Q-switched diode-pumped solid state laser) 120, QL controller 130, PC 140, an ultrasonic sensor 150 and a sensor system 160.

원자로 용기의 특성으로 인해, 사람의 직접적인 접근을 피하는 것이 필수적이다. 이를 위해, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 개방된 원자로 용기 헤드의 아래에서 로봇 팔(170)을 사용하여 원자로 용기 헤드의 내부 표면에 초음파 센서(150)를 접촉시킨다. 도 3의 (d)에는 원자로 용기 헤드의 내부 표면에 초음파 센서(150)를 접촉시키기 위한 로봇 팔(170)의 끝 부분에 대한 메커니즘을 상세히 도시하였다.Due to the nature of the reactor vessel, it is essential to avoid direct human access. To this end, the ultrasonic sensor 150 is brought into contact with the inner surface of the reactor vessel head using the robot arm 170 under the open reactor vessel head as shown in FIG. 3B. In (d) of FIG. 3, a mechanism for the end portion of the robot arm 170 for contacting the ultrasonic sensor 150 to the inner surface of the reactor vessel head is shown in detail.

초음파 센서(150)는 직경이 4mm이고 중심주파수가 350kHz인 증폭기 통합 PZT 센서로 구현가능하며, 초음파 전달률을 높이기 위해, 센서의 보호막에 젤 접촉매질이 사용된다. 초음파 센서(150)는 접촉형 센서 형태 또는 근거리 비접촉형 센서 형태 모두로 구현가능하다.The ultrasonic sensor 150 can be implemented as an amplifier-integrated PZT sensor having a diameter of 4 mm and a center frequency of 350 kHz. In order to increase the ultrasonic transmission rate, a gel contact medium is used for the protective film of the sensor. The ultrasonic sensor 150 may be implemented in both a contact type sensor type or a short distance non-contact type sensor type.

한편, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이, 초음파 센서(150)는 초음파 수신기(180)로 대체될 수도 있다 이 경우는, 로봇 팔(170)이 필요 없다는 점에서 유용하다.Meanwhile, as shown in (c) of FIG. 3, the ultrasonic sensor 150 may be replaced with the ultrasonic receiver 180. In this case, it is useful in that the robot arm 170 is not required.

다음, LMS(110)로 이종 용접부의 주변을 고속 레이저 스캐닝한다. 이를 위해, 수백에서 수천 nm의 파장을 갖는 QL(Q-switched diode-pumped solid state laser)(120)이 QL 제어기(130)의 제어에 의해, 8ns 동안 레이저 빔펄스를 생성하고, 그 동안에 LMS(110)가 동일 간격으로 레이저 빔을 원자로 용기 헤드의 내부 표면에 스캐닝 조사한다. 스캐닝 격자 포인트에 조사된 레이저 빔은 초음파를 발생시킨다.Next, the LMS 110 performs high-speed laser scanning around the heterogeneous welding part. To this end, a Q-switched diode-pumped solid state laser (QL) 120 having a wavelength of hundreds to thousands of nm generates a laser beam pulse for 8 ns under the control of the QL controller 130, and LMS ( 110) scan and irradiate the inner surface of the reactor vessel head with a laser beam at equal intervals. The laser beam irradiated to the scanning grating point generates ultrasonic waves.

LMS(110)에는 레이저 빔의 파장을 동작 파장으로 포함하는 레이저 미러 쌍이 마련되어 있고, 이 미러들은 최대 각속도 수십에서 수백 rad/s를 갖는 2개의 직교하는 갈바노-모터들에 고정되어 있다. 각각의 미러는 위에서 아래로 또는 왼쪽에서 오른쪽으로 ±20도 회전할 수 있다.The LMS 110 is provided with a pair of laser mirrors including the wavelength of the laser beam as an operating wavelength, and these mirrors are fixed to two orthogonal galvano-motors having a maximum angular velocity of several tens to several hundred rad/s. Each mirror can be rotated ±20 degrees from top to bottom or from left to right.

QL 제어기(130)의 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency:PRF)와 갈바노 모터들의 움직임을 동기화하여, 레이저 펄스는 각 격자점에 한 번씩 조사된다. 구체적으로, 도 3의 (e)에 도시된 바와 같이, 레이저 빔이 일정한 간격(Δ)의 폭(LH)과 길이(LV)를 갖는 영역에서 스캔 경로를 따라 각 지점들에 조사된다.By synchronizing the movement of the galvano motors with the pulse repetition frequency (PRF) of the QL controller 130, the laser pulse is irradiated once to each grid point. Specifically, as shown in (e) of FIG. 3, the laser beam is irradiated to each point along the scan path in an area having a width LH and a length LV of a predetermined interval Δ.

레이저 빔에 의해 각 지점들에서 초음파가 생성되는데, 생성된 초음파는 초음파 센서(150)에 의해 감지되어 센서 시스템(160)에서 신호 처리된 후, 데이터 획득과 이미지 처리를 위해 PC(140)에 저장된다.Ultrasonic waves are generated at each point by the laser beam, and the generated ultrasonic waves are detected by the ultrasonic sensor 150 and signal-processed by the sensor system 160, and then stored in the PC 140 for data acquisition and image processing. do.

그러나 이러한 장치를 사용하는 경우에도 클래딩의 말단부의 구조와 위치를 변경하면서 적절한 방식으로 검사를 수행하는 것이 어려워서 고가의 복잡한 장치를 수회에 걸쳐서 사용해야 하는 문제점이 있었다.However, even in the case of using such a device, it is difficult to perform the inspection in an appropriate manner while changing the structure and position of the distal end of the cladding, and thus there is a problem in that an expensive and complex device must be used several times.

KRKR 10-121081510-1210815 B1B1 KRKR 10-2014-006442510-2014-0064425 AA KRKR 10-2014-011014010-2014-0110140 AA

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 수조의 내부에 초음파를 발생시키는 프로브를 설치하고, 프로브에서 발생된 초음파가 클래딩의 말단부를 통과하도록 하고, 클래딩을 통과한 초음파의 파형을 감지 및 분석하여 비정상적인 피크치가 나타난 부분을 확인하여 클래딩 내부에 존재하는 결함을 확인하도록 하는 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention for solving the above problem is to install a probe that generates ultrasonic waves inside a water tank, allow ultrasonic waves generated from the probe to pass through the distal end of the cladding, and detect and analyze the waveform of ultrasonic waves that have passed through the cladding. An object of the present invention is to provide an apparatus for inspecting cracks in a nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves to check a portion where a peak value appears to check defects present in the cladding.

전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 핵연료봉을 보호하는 핵연료봉 클래딩(10) 말단부에 초음파를 통과시키고, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 파형을 분석하여 결함의 존재와 위치를 확인하도록 하는 검사장치로서, 몸체(202)와; 상기 핵연료봉 클래딩(10)에 조사하는 초음파의 특성과 조사각도를 결정하고, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 파형을 분석하는 제어부(204)와; 물을 저장하는 수조(206)와; 상기 몸체(202)의 전면에 설치되며, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 고정시킨 상태에서 길이방향 중심축을 중심으로 회전시키는 회전모터(208)와; 상기 수조(206)의 바닥면에 설치되어 상기 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부를 향해 초음파를 조사하는 프로브(210)와; 상기 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부를 감싸며, 상기 프로브(210)로부터 발생되어 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파를 감지하는 초음파센서(212);를 포함한다.The present invention conceived to solve the above-described problem is to pass ultrasonic waves to the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 to protect the nuclear fuel rod, and analyze the waveform of the ultrasonic waves passing through the nuclear fuel rod cladding 10 to determine the presence of defects and An inspection device for checking a position, comprising: a body 202; A control unit 204 for determining characteristics and an irradiation angle of ultrasonic waves irradiated to the nuclear fuel rod cladding 10, and analyzing a waveform of the ultrasonic waves passing through the nuclear fuel rod cladding 10; A water tank 206 for storing water; A rotation motor 208 installed on the front surface of the body 202 and rotating about a longitudinal central axis while the nuclear fuel rod cladding 10 is fixed; A probe 210 installed on the bottom surface of the water tank 206 to irradiate ultrasonic waves toward the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10; And an ultrasonic sensor 212 that surrounds the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 and detects ultrasonic waves generated from the probe 210 and passed through the nuclear fuel rod cladding 10.

상기 프로브(210)는 상기 수조(206) 내부 바닥면에 대해 각도가 변화 가능하도록 설치되는 것을 특징으로 한다.The probe 210 is characterized in that it is installed so that the angle with respect to the inner bottom surface of the water tank 206 can be changed.

본 발명에 따르면 핵연료봉 클래딩을 비파괴적인 방법으로 검사함으로써 내부에 존재하는 균열이나 공동 등의 결함을 정확하고 신속하게 확인할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to accurately and quickly check defects such as cracks or cavities existing inside by inspecting the nuclear fuel rod cladding in a non-destructive method.

도 1은 원자로의 제어봉 구동장치를 나타낸 도면.
도 2는 원자로의 제어봉 구동장치 용접부의 균열 발생 및 누출의 설명에 제공되는 도면.
도 3은 종래기술에 따른 원자로 상부헤드 제어봉 구동장치 관통관 용접부 비파괴 검사장치의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사장치의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 5는 도 4의 검사장치의 외부구조를 정면도.
도 6은 37도 결함이 발생했을 때 입사각을 구하는 방법을 나타낸 개념도.
도 7은 20도 결함이 발생했을 때 입사각을 구하는 방법을 나타낸 개념도.
1 is a view showing a control rod driving device of a nuclear reactor.
2 is a view provided for explanation of cracking and leakage of a welding portion of a control rod driving device of a nuclear reactor.
3 is a cross-sectional view showing a structure of a non-destructive inspection device for a welding portion of a through-tube welding part of a reactor upper head control rod driving device according to the prior art.
4 is a perspective view schematically showing the structure of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a front view of the external structure of the inspection device of Figure 4;
6 is a conceptual diagram showing a method of obtaining an angle of incidence when a 37 degree defect occurs.
7 is a conceptual diagram showing a method of obtaining an angle of incidence when a 20 degree defect occurs.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 "초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치"(이하, '검사장치'라 함)를 설명한다.Hereinafter, a "crack inspection apparatus for cladding a nuclear fuel rod using ultrasonic waves" (hereinafter referred to as a'test apparatus') according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 검사장치의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4의 검사장치의 외부구조를 정면도이다.4 is a perspective view schematically showing the structure of an inspection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a front view of the external structure of the inspection apparatus of FIG. 4.

본 발명의 검사장치(200)는 핵연료봉 클래딩(10)을 수조에 넣고 고정한 상태에서 길이방향 중심축을 중심으로 회전시키면서 말단부에 초음파를 조사하면서 출력되는 파형을 감지하고, 파형을 분석하여 정상적인 피크치가 아닌 부분이 있는지를 확인함으로써 핵연료봉 클래딩(10) 내부의 결함을 파악하는 장치이다.The inspection apparatus 200 of the present invention detects the output waveform while irradiating ultrasonic waves at the distal end while rotating it around the longitudinal central axis in a state where the nuclear fuel rod cladding 10 is placed in a water tank and fixed, and analyzes the waveform to obtain a normal peak value. It is a device that identifies defects inside the nuclear fuel rod cladding 10 by checking whether there are any parts that are not.

몸체(202)의 내부에는 핵연료봉 클래딩(10)을 고정시키고 회전시키는 수단이 구비되며, 이외에도 전원부와 통신장치, 분석장치 등이 포함될 수 있다.A means for fixing and rotating the nuclear fuel rod cladding 10 is provided inside the body 202, and in addition, a power supply unit, a communication device, an analysis device, and the like may be included.

제어부(204)는 초음파를 이용한 비파괴 검사를 진행하면서 초음파의 특성과 조사 각도, 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 감지와 파형 분석 등의 알고리즘을 실행한다.The controller 204 performs an algorithm such as detection of ultrasonic characteristics, irradiation angle, and waveform analysis of ultrasonic waves that have passed through the nuclear fuel rod cladding 10 while performing a non-destructive inspection using ultrasonic waves.

수조(206)는 검사대상이 되는 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부가 잠기는 공간으로서, 물 속에서 초음파가 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부에 도달 및 통과하도록 충분한 저수공간을 갖는다.The water tank 206 is a space in which the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 to be inspected is submerged, and has a storage space sufficient for ultrasonic waves to reach and pass through the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 in water.

몸체(202)의 전면에는 핵연료봉 클래딩(10)을 고정시킨 상태에서 회전하도록 하는 회전모터(208)가 구비된다. 회전모터(208)에 의해 핵연료봉 클래딩(10)은 길이방향 중심축을 따라 자전하게 된다. 이외에도 검사대상이 되는 핵연료봉 클래딩(10)을 상하로 이동시켜 적절한 검사 위치가 되도록 하는 이동수단도 구비될 수 있다.A rotating motor 208 is provided on the front of the body 202 to rotate while the nuclear fuel rod cladding 10 is fixed. The nuclear fuel rod cladding 10 rotates along the longitudinal central axis by the rotary motor 208. In addition, a moving means may be provided for moving the nuclear fuel rod cladding 10 to be inspected up and down to obtain an appropriate inspection position.

수조(206)의 바닥면에는 프로브(210)가 설치된다. 프로브(210)는 초음파를 발생하여 방출하는 수단으로서, 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부와 근접한 상태에서 초음파를 조사한다. 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부의 구조적인 특성상 초음파의 조사 각도가 길이방향 중심축과 나란하지 않도록 할 필요가 있는데, 이를 위해 프로브(210)의 각도는 세밀하게 변화 가능하게 구성된다.A probe 210 is installed on the bottom surface of the water tank 206. The probe 210 is a means for generating and emitting ultrasonic waves, and irradiates ultrasonic waves in a state close to the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10. Due to the structural characteristics of the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10, it is necessary to prevent the irradiation angle of ultrasonic waves from being parallel to the longitudinal central axis.

또한 프로브(210)는 핵연료봉 클래딩(10)을 감지하는 구성을 추가로 갖는다. 이를 통해 핵연료봉 클래딩(10)이 삽입된 상태에서만 초음파 방출 기능이 동작되도록 구성된다. 또한 핵연료봉 클래딩(10)과의 거리를 조절하기 위해 프로브(210)의 높이를 조절하는 수단이 더 구비된다.In addition, the probe 210 additionally has a configuration for detecting the nuclear fuel rod cladding 10. Through this, it is configured to operate the ultrasonic emission function only in the state in which the nuclear fuel rod cladding 10 is inserted. In addition, a means for adjusting the height of the probe 210 to adjust the distance to the nuclear fuel rod cladding 10 is further provided.

수조(206)의 내부 상단에는 초음파의 파형을 감지하기 위한 초음파센서(212)가 구비된다. 초음파센서(212)는 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부를 감싸는 형태로 구성되며, 프로브(210)로부터 발생되어 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파를 감지하여 파형을 영상으로 표시할 수 있도록 한다.An ultrasonic sensor 212 for detecting a waveform of ultrasonic waves is provided at an upper portion of the inside of the water tank 206. The ultrasonic sensor 212 is configured to surround the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10, and detects ultrasonic waves generated from the probe 210 and passed through the nuclear fuel rod cladding 10 to display a waveform as an image. .

핵연료봉 클래딩(10)의 결함을 검사하기 위해 수조(206)의 내부에 물을 채우고, 핵연료봉 클래딩(10)을 회전모터(208)에 고정시킨 상태에서 말단부가 수조(206) 내부의 초음파센서(212)에 들어가도록 하강시킨다.In order to inspect the defects of the nuclear fuel rod cladding 10, water is filled into the water tank 206, and the end of the nuclear fuel rod cladding 10 is fixed to the rotary motor 208, and the ultrasonic sensor inside the water tank 206 Lower it to enter (212).

그리고 제어부(204)의 동작에 의해 프로브(210)에서 초음파를 발생시키고, 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 파형을 영상으로 표시한다.Then, by the operation of the control unit 204, the probe 210 generates ultrasonic waves, and the waveform of the ultrasonic waves passing through the nuclear fuel rod cladding 10 is displayed as an image.

초음파의 파형의 피크치가 이질적인 매질의 경계면에서 정상적으로 발생되는 값보다 일정 수준 이상으로 높은 경우에 그 부분에 균열이나 공동이 발생한 것으로 볼 수 있다. 본 발명에서는 이러한 이상적으로 높은 피크치가 발생한 부분의 위치를 확인함으로써 핵연료봉 클래딩(10)의 이상 유무를 정밀하게 확인할 수 있다.When the peak value of the waveform of the ultrasonic wave is higher than the value normally generated at the interface of the heterogeneous medium, it can be considered that cracks or cavities have occurred in that part. In the present invention, it is possible to precisely check the presence or absence of an abnormality in the nuclear fuel rod cladding 10 by checking the location of the portion where such an ideally high peak value occurs.

도 6은 37도 결함이 발생했을 때 입사각을 구하는 방법을 나타낸 개념도이며, 도 7은 20도 결함이 발생했을 때 입사각을 구하는 방법을 나타낸 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating a method of obtaining an incidence angle when a 37 degree defect occurs, and FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating a method of obtaining an incidence angle when a 20 degree defect occurs.

결함접근방법을 실행하기 위해서는 먼저 시편과의 거리를 프로브(210)의 촛점거리(Focal Length)에 유의하여 설정한다.In order to execute the defect approach method, first, the distance to the specimen is set in consideration of the focal length of the probe 210.

그리고 스넬의 법칙(Snell's Law)을 계산하여 알맞은 입사각으로 프로브(210)를 틸팅하여 검사한다.Then, by calculating Snell's Law, the probe 210 is tilted and inspected at an appropriate angle of incidence.

핵연료봉 클래딩(10)이 회전하는 동안, 프로브(210)에서 발생된 초음하가 내부를 통과하면서 직진하거나 반사, 굴절 등의 변화를 겪게 된다. 이러한 변화를 초음파센서(212)가 감지하여 제어부(204)에 전달하게 된다.While the nuclear fuel rod cladding 10 rotates, the supersonic charge generated by the probe 210 passes through the inside and goes straight, or undergoes changes such as reflection and refraction. The ultrasonic sensor 212 detects this change and transmits it to the control unit 204.

만약 핵연료봉 클래딩(10)의 내부에 공동이나 균열, 이물질 등의 결함이 있는 경우에는 초음파가 통과하면서 급격한 주파수, 파장, 출력의 변화가 생긴다. 이러한 초음파 감지값의 피크치가 발생한 위치에 결함이 발생한 것으로 볼 수 있다.If there are defects such as cavities, cracks, foreign substances, etc. inside the nuclear fuel rod cladding 10, as the ultrasonic waves pass through, a sudden change in frequency, wavelength, and output occurs. It can be seen that a defect has occurred at the location where the peak value of the ultrasonic sensing value occurs.

핵연료봉 클래딩(10)과 매질이 다른 아크릴이나 클래딩의 표면에서도 상대적으로 작은 크기의 피크치가 발생할 수는 있지만, 소재 내부의 결함에서 발생하는 피크치의 크기와는 상당한 차이가 발생한다. 그리고 피크치의 크기는 결함 공간의 크기에 비례하므로, 피크치의 감지에 따라 결함 영역의 크기도 예측 가능하다.Although a relatively small peak value may occur on the surface of the cladding 10 and the acrylic or cladding, which has a different medium from that of the nuclear fuel rod cladding 10, there is a significant difference from the size of the peak value that occurs in defects in the material. In addition, since the size of the peak value is proportional to the size of the defect space, the size of the defect area can be predicted according to the detection of the peak value.

도 6과 7에 도시된 바와 같이, 핵연료봉 클래딩(10)과 프로브(210)가 잠겨있는 물 내부에서의 음속과 클래딩(10) 내부에서의 음속의 차이를 스넬의 법칙에 대입하면 결함 각도에 따른 입사각을 구할 수 있다. 그리고 이러한 값으로부터 결함의 위치와 상대적인 크기를 계산할 수 있다.As shown in Figs. 6 and 7, if the difference between the sound speed inside the water in which the nuclear fuel rod cladding 10 and the probe 210 are immersed and the sound speed inside the cladding 10 is substituted into Snell's law, the defect angle is The incident angle can be obtained accordingly. And from these values, the location and relative size of the defect can be calculated.

그리고 계산된 이론값과는 다른 요소들이 내재되어 있을 가능성이 있으므로 틸팅각도, 프로브 거리 등을 조절하며 최적의 파형을 검출한다.In addition, since there is a possibility that factors different from the calculated theoretical value are embedded, the optimum waveform is detected by adjusting the tilting angle and the probe distance.

마지막으로 기존에 원전 설비 관리자가 검사하던 각도인 5°내지 6°에서도 검사를 수행한다.Finally, the inspection is performed at an angle of 5° to 6°, which was previously inspected by the nuclear power plant manager.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the technical configuration of the present invention described above is another specific form without changing the technical spirit or essential features of the present invention by those skilled in the art. It will be appreciated that it can be implemented with. Therefore, the above-described embodiments are to be understood as illustrative and non-limiting in all respects, and the scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and the meaning and scope of the claims and All changes or modified forms derived from the equivalent concept should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 핵연료봉 클래딩 200 : 검사장치
202 : 몸체 204 : 제어부
206 : 수조 208 : 회전모터
210 : 프로브 212 : 초음파센서
10: nuclear fuel rod cladding 200: inspection device
202: body 204: control unit
206: water tank 208: rotary motor
210: probe 212: ultrasonic sensor

Claims (2)

핵연료봉을 보호하는 핵연료봉 클래딩(10) 말단부에 초음파를 통과시키고, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 파형을 분석하여 결함의 존재와 위치를 확인하도록 하는 검사장치로서,
몸체(202)와;
상기 핵연료봉 클래딩(10)에 조사하는 초음파의 특성과 조사각도를 결정하고, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파의 파형을 분석하는 제어부(204)와;
상기 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부가 잠기는 물을 저장하는 수조(206)와;
상기 몸체(202)의 전면에 설치되며, 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 고정시킨 상태에서 길이방향 중심축을 중심으로 회전시키는 회전모터(208)와;
상기 수조(206)의 바닥면에 내부 바닥면에 대해 각도가 변화 가능하도록 설치되어 상기 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부를 향해 초음파를 조사하며, 감지수단을 이용하여 상기 핵연료봉 클래딩(10)이 삽입되어 있는지를 감지하는 프로브(210)와;
상기 핵연료봉 클래딩(10)의 말단부를 감싸며, 상기 프로브(210)로부터 발생되어 상기 핵연료봉 클래딩(10)을 통과한 초음파를 감지하는 초음파센서(212);를 포함하는, 초음파를 이용한 핵연료봉 클래딩의 균열 검사장치.
As an inspection device that passes ultrasonic waves to the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 that protects the nuclear fuel rod, and analyzes the waveform of the ultrasonic wave that has passed through the nuclear fuel rod cladding 10 to confirm the presence and location of the defect,
A body 202;
A control unit 204 for determining characteristics and an irradiation angle of ultrasonic waves irradiated to the nuclear fuel rod cladding 10, and analyzing a waveform of the ultrasonic waves passing through the nuclear fuel rod cladding 10;
A water tank 206 for storing water in which the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 is submerged;
A rotation motor 208 installed on the front surface of the body 202 and rotating about a longitudinal central axis while the nuclear fuel rod cladding 10 is fixed;
It is installed on the bottom surface of the water tank 206 so that the angle with respect to the inner bottom surface can be changed to irradiate ultrasonic waves toward the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10, and the nuclear fuel rod cladding 10 using a sensing means A probe 210 that detects whether it is inserted;
The nuclear fuel rod cladding using ultrasonic waves including; an ultrasonic sensor 212 that surrounds the distal end of the nuclear fuel rod cladding 10 and detects ultrasonic waves generated from the probe 210 and passed through the nuclear fuel rod cladding 10. Crack inspection device.
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