[논문]고준위방사성폐기물 처분장 모니터링용 피에조센서의 온도 스트레스에 관한 가속수명시험 설계

황현중; 박창희; 홍창호; 김진섭; 조계춘

doi:10.9711/ktaj.2022.24.6.451

[국내논문] 고준위방사성폐기물 처분장 모니터링용 피에조센서의 온도 스트레스에 관한 가속수명시험 설계
Design of accelerated life test on temperature stress of piezoelectric sensor for monitoring high-level nuclear waste repository 원문보기

Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association = 한국터널지하공간학회논문집, v.24 no.6, 2022년, pp.451 - 464

황현중 (한국과학기술원 건설및환경공학과) , 박창희 (한국과학기술원 건설및환경공학과) , 홍창호 (한국원자력연구원 처분성능실증연구부) , 김진섭 (한국원자력연구원 처분성능실증연구부) , 조계춘 (한국과학기술원 건설및환경공학과)

초록
AI-Helper

고준위방사성폐기물 처분장은 심지층 처분시스템으로 사용후핵연료를 취급하는 특성상 고온, 방사선 및 지하수 등의 복합적인 환경조건에 노출되어 있다. 지속적인 노출에 의해 시간이 지남에 따라 구조물의 균열 및 열화가 발생할 수 있다. 한편 고준위방사성폐기물 처분장은 초장기 기대수명이 요구되며 이에 따른 장기적인 구조물 건전성 모니터링이 필수적이다. 구조물 건전성 모니터링에는 가속도계, 토압계, 변위계 등 다양한 센서들이 활용될 수 있으며, 이 중 일반적으로 피에조센서가 사용된다. 따라서 피에조센서의 내구성 평가를 바탕으로 고내구성 센서를 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 피에조센서의 내구성 평가 및 수명예측을 위한 가속수명시험을 설계하였다. 문헌연구를 바탕으로 단일 스트레스 인자에 대한 가속 스트레스 수준 수 및 각 수준 별 시료 수를 선정하였다. 또한 고준위방사성폐기물 처분장 환경조건에서 발생할 수 있는 피에조센서의 고장모드 및 고장메커니즘을 분석하였다. 온도 스트레스 인자에 대한 최대 가혹조건 탐색 실험을 두 가지 방법으로 제안하였으며 피에조센서의 신뢰도 높은 동작한계를 도출하였다. 이를 이용하여 가속수명시험의 합리적인 가속 스트레스 수준을 설정하였다. 본 연구에서 제시된 최대 가혹조건 탐색 실험방법은 경제적이며 실용적인 아이디어를 담고 있으며, 추후 피에조센서의 가속수명시험 설계에 널리 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The high-level nuclear waste repository is a deep geological disposal system exposed to complex environmental conditions such as high temperature, radiation, and ground-water due to handling spent nuclear fuel. Continuous exposure can lead to cracking and deterioration of the structure over time. On the other hand, the high-level nuclear waste repository requires an ultra-long life expectancy. Thus long-term structural health monitoring is essential. Various sensors such as an accelerometer, earth pressure gauge, and displacement meter can be used to monitor the health of a structure, and a piezoelectric sensor is generally used. Therefore, it is necessary to develop a highly durable sensor based on the durability assessment of the piezoelectric sensor. This study designed an accelerated life test for durability assessment and life prediction of the piezoelectric sensor. Based on the literature review, the number of accelerated stress levels for a single stress factor, and the number of samples for each level were selected. The failure mode and mechanism of the piezoelectric sensor that can occur in the environmental conditions of the high-level waste repository were analyzed. In addition, two methods were proposed to investigate the maximum harsh condition for the temperature stress factor. The reliable operating limit of the piezoelectric sensor was derived, and a reasonable accelerated stress level was set for the accelerated life test. The suggested methods contain economical and practical ideas and can be widely used in designing accelerated life tests of piezoelectric sensors.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Environmental conditions and sensor locations of high-level nuclear waste repository
그림 Fig. 2. Flow chart of the accelerated life test procedure (Kim, 2009)
그림 Fig. 3. Schematic diagram of industrial piezoelectric accelerometer sensor (PCB PIEZOTRONICS)
표 Table 1. FMEA of a piezoelectric sensor (Lim et al., 2015)
그림 Fig. 4. Experimental setup for impact signal acquisition of piezoelectric sensor
그림 Fig. 5. Excitation of impact signal for granite specimen
표 Table 2. Specification of piezoelectric sensor (PCB PIEZOTRONICS)
그림 Fig. 6. Flow chart of Method 1 using the same piezoelectric sensors
그림 Fig. 7. Flow chart of Method 2 using the new piezoelectric sensors
그림 Fig. 8. Peak voltage (V_0-p) of piezoelectric sensors according to temperature stress
그림 Fig. 9. Peak to peak voltage (V_p-p) of piezoelectric sensors according to temperature stress
그림 Fig. 10. Experimental result of piezoelectric sensors for Method 2

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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