초록 ▼

-본 과제는 원전 냉각재의 누설을 조기에 검지하고 실시간으로 탐지할 수 있는 신 개념의 센서 개발을 목표로 수행되었음.
- 1단계에서는 레이저 센서 기술 개발, Mock-up 구성/실증, 누설 평가 알고리듬 개발 부분으로 나누어 체계적으로 진행되었음.
- 레이저 센서 개발 부분에서는 고감도 흡수 분광법인 Off-Axis ICOS 분광법을 개발한 후 냉각재 누설 검지에의 적용성을 실증하였음. 이후 냉각재 누설을 모사할 수 있는 Mock-up을 설계/구성하였고, 냉각재 누설 검지를 실험실에서 실증하였음. 또한 냉각재 누설 부

-본 과제는 원전 냉각재의 누설을 조기에 검지하고 실시간으로 탐지할 수 있는 신 개념의 센서 개발을 목표로 수행되었음.
- 1단계에서는 레이저 센서 기술 개발, Mock-up 구성/실증, 누설 평가 알고리듬 개발 부분으로 나누어 체계적으로 진행되었음.
- 레이저 센서 개발 부분에서는 고감도 흡수 분광법인 Off-Axis ICOS 분광법을 개발한 후 냉각재 누설 검지에의 적용성을 실증하였음. 이후 냉각재 누설을 모사할 수 있는 Mock-up을 설계/구성하였고, 냉각재 누설 검지를 실험실에서 실증하였음. 또한 냉각재 누설 부위를 효과적으로 감지할 수 있는 독창적인 위치 검지 기술을 고안하였음.
- 2단계에서는 센서의 고집적화 연구를 수행하여 파일롯 레이저 센서를 제작하고, 개발된 장비를 가동 중인 중수형 원전에 적용하여 현장 성능 시험을 실시하였음.
- 현장 성능 시험 결과, 원전에서는 기존 방법과 비교하여 본 장비의 성능이 매우 우수하다고 평가하였고, 원자로 출력 운전중 누설 여부 및 누설량을 조기 검지할 수 있는 전용 감시 설비로서 중수형 원전에 적용할 수 있을 것으로 평가하였음.

Abstract ▼

◦ The nuclear industry needs strongly a reliable detection system to continuously monitor a coolant leak during a normal operation of reactors for the ensurance of nuclear safety. Up to now, many methods have been developed and employed for the detection of coolant leaks in the nuclear power plants.

◦ The nuclear industry needs strongly a reliable detection system to continuously monitor a coolant leak during a normal operation of reactors for the ensurance of nuclear safety. Up to now, many methods have been developed and employed for the detection of coolant leaks in the nuclear power plants. However, those methods have been found to have some limitations through practical applications.
◦ A reliable detection system for coolant leakage should monitor a low-rated leak at a very early stage and also should detect the leak location as well as the leak quantity. This project aimed to develop a new device for the coolant leak detection based on the laser absorption spectroscopy. Since the developed device consisted of compact laser and optics, it enabled us to detect a low-rated leaks with a high sensitivity and also detect a leak location, giving no effects to pre-installed facilities.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 7
• 목 차 ... 10
• 표목차 ... 13
• 그림목차 ... 13
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 17
• 제 1 절 연구 배경 ... 17
• 제 2 절 연구 개발의 필요성 ... 17
• 1. 경제적/산업적 측면 ... 17
• 2. 기술적 측면 ... 18
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 제 1 절 국외 기술 현황 ... 24
• 제 2 절 국내 기술 현황 ... 26
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 28
• 제 1 절 레이저 누설 센서 기본 설계 및 구성 ... 28
• 1. 레이저 센서 기본 설계 및 광학계 구성 ... 28
• 가. 레이저 누설 센서 구성 기본 설계 ... 28
• 나. 광학계 구성 ... 30
• 2. 소형 LD 광원 및 구동 장치 개발 ... 32
• 가. LD 광원의 선정과 사양 ... 32
• 나. LD 구동 드라이버의 선정과 사양 ... 34
• 다. DFB LD 동작 특성조사 ... 36
• 라. 고출력 DFB LD 동작 특성조사 ... 40
• 제 2 절 고감도 레이저 흡수 분광 기술 개발 ... 41
• 1. OFF-Axis ICOS 분광 기술 개발 ... 41
• 가. 광학계 최적화 조건 도출을 위한 선행 연구 ... 41
• 나. OFF-Axis ICOS cell의 설계 및 광학계의 개발 ... 56
• 2. OFF-Axis ICOS 최적 조건 도출 ... 59
• 가. OFF-Axis ICOS 최적 조건의 탐색 ... 59
• 나. 물의 흡수선 관측과 중수(HDO) 검지의 한계 ... 65
• 제 3 절 누설 감시 알고리듬 개발 ... 68
• 1. 누설 진단 알고리즘 개발 ... 68
• 가. 누설 검출 계측 시스템 구성 ... 68
• 나. 누설 검출 알고리즘 개발 ... 71
• 2. 누설 진단 알고리듬 평가 ... 80
• 제 4 절 누설 위치 검지 기술 개발 및 Mock-up 구성 ... 82
• 1. 누설 위치 검지 기술 개발 ... 82
• 가. 누설 위치 검지 장치 구성 ... 82
• 나. 누설 위치 검지 기술 상세 설명 ... 86
• 다. 누설 위치 검지 방법 ... 93
• 2. 누설 검지 Mock-up 구성 및 평가 ... 98
• 가. 누설 검지 Mock-up 구성 ... 98
• 나. Mock-up 에서의 누설 검지 테스트 ... 100
• 제 5 절 성능 평가용 집적형 Proto-type 장치 개발 및 Mock-up 테스트 ... 104
• 1. 개요 ... 104
• 2. Proto-type 집적형 레이저 센서 개발 ... 104
• 가. Proto-type 집적형 레이저 센서의 개관 ... 104
• 나. 흡수셀 모듈의 개발 ... 105
• 다. 사용자 인터페이스의 개발 ... 107
• 라. Proto-type 센서를 이용한 HDO 농도 측정 ... 108
• 마. Proto-type 센서를 이용한 중수 누설률 측정 ... 110
• 3. 연료관 마개 누설검지 Mock-up 구성 및 평가 ... 111
• 가. 연료관 마개 누설검지 Mock-up 구성 ... 111
• 나. Mock-up 에서의 누설 검지 평가 ... 115
• 제 6 절 가동중 원전 대상 실증 시험 ... 118
• 1. 개요 ... 118
• 2. 추진 경과 ... 118
• 가. 중수형 원전 현장에서의 기술 문의 ... 119
• 나. 한국원자력연구원에서의 냉각재 누설 검지 장비 시연 및 월성 현장 방문 ... 119
• 다. 계획정비기간동안 현장 확인 작업 수행 ... 119
• 라. 발전소 내 중수 누설 검지 기술 및 장치 시연 ... 120
• 마. 현장 실증 시험 전 사전 테스트 ... 120
• 바. 연료관 마개 대상 원전 현장 실증 시험 수행 ... 125
• 3. 가동중 원전 실증 시험 결과 ... 125
• 가. 실증 시험 개요 ... 125
• 나. 현장 실증 시험시 테스트 대상 ... 126
• 다. 현장 실증 시험 순서 ... 127
• 라. 현장 실증 시험 과정 및 주요 결과 ... 128
• 4. 요 약 ... 137
• 제 7 절 결 론 ... 138
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 141
• 제 1 절 목표 달성도 ... 141
• 제 2 절 연구 개발 결과의 관련 분야에의 기여도 ... 142
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 144
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 146
• 제 7 장 참고문헌 ... 147