초록 ▼

본 과제에서는 원전의 극한환경에서 온도분포를 측정할 수 있는 내방사선 광섬유 온도센서와 원전 계측회로에 활용 가능하며 방사선 내성이 높은 집적형 전자소자에 대한 연구를 수행하였다.

원전용 온도센서의 문제점을 해결하고자 원전 극한 환경에서도 기계/화학적 안정성과 높은 온도 센서 민감도와 더불어 전원이 없는 상태에서도 원격 실시간으로 원전 내부 주요기기의 온도분포를 원거리에서 측정이 가능한 원전 극한 환경용 내방사선 FBG(Fiber Bragg grating) 온도센서를 설계하였다. 상용 광섬유를 이용하여 내/외부 공정파리

본 과제에서는 원전의 극한환경에서 온도분포를 측정할 수 있는 내방사선 광섬유 온도센서와 원전 계측회로에 활용 가능하며 방사선 내성이 높은 집적형 전자소자에 대한 연구를 수행하였다.

원전용 온도센서의 문제점을 해결하고자 원전 극한 환경에서도 기계/화학적 안정성과 높은 온도 센서 민감도와 더불어 전원이 없는 상태에서도 원격 실시간으로 원전 내부 주요기기의 온도분포를 원거리에서 측정이 가능한 원전 극한 환경용 내방사선 FBG(Fiber Bragg grating) 온도센서를 설계하였다. 상용 광섬유를 이용하여 내/외부 공정파리미터를 최적화하여 내방사성 특성을 갖는 배열형 FBG 센서를 제작하여 내방사성 특성 및 온도센서 기본특성을 평가하였다.

또한, 원전 고준위 방사선 환경용 센서 및 전자회로의 취약점을 개선하기위해서 신개념의 효율적이고 경제적인 내방사선화 기술을 적용한 트랜지스터(MOSFET 또는 BJT) 기반 집적형 내방사선 단위소자 및논리소자의 개발하였고, 내방사선 단위소자 및 논리소자의 TID 효과에 대한 내방사선 특성을 검증하였다.

내방사선 FBG 온도센서는 원전 원자로 구역의 사고 발생 시 무전원 상태에서도 원격지의 온도분포를 측정할 수 있는 센서로 활용이 가능하며, 압력, 진동, 구조변이 등과 같은 복잡한 계측변수를 동시에 모니터링 할 수 있는 다기능 센싱 시스템으로 구현이 용이하다. 내방사선 FBG 온도 센서 시스템은 원전 극한환경 뿐만 아니라 다양한 방사선 관련 설비(사용후 핵연료 저장조, 고준위 방사선 폐기물 처분장, 핵연료 가공시설, 방사선 의료기기)와 함께 인공위성과 우주분야에도 적용이 가능하다. 내방사선 소재/부품/회로기반의 내방사선 설계기술은 차세대 원전 고방사선 환경 안전계측용 전자회로 뿐만아니라 군용 및 항공우주용 내방사선 전자시스템 개발에도 응용이 가능할 것으로 기대된다.

( 출처: 서지정보양식 - 초록 187p )

Abstract ▼

In this research, we have studied the RH optical fiber temperature sensor that can measure the temperature distribution in the extreme environment of the nuclear power plant and the RH integrated electronic device that can be used in the measuring circuit for nuclear power plant.

In order to

In this research, we have studied the RH optical fiber temperature sensor that can measure the temperature distribution in the extreme environment of the nuclear power plant and the RH integrated electronic device that can be used in the measuring circuit for nuclear power plant.

In order to solve the problems of conventional temperature sensors for nuclear power plants, In the extreme environment, we designed a RH FBG temperature sensor that has mechanical/chemical stability&high sensitivity and can measure the temperature distribution of the main equipment inside the nuclear power plant remotely in real-time even under powerless conditions. An array FBG sensor with RH characteristic is fabricated by using commercial optical fiber and optimization of internal/external process parameters, and the RH and the basic characteristics of the temperature sensor are evaluated.

In addition, to improve the disadvantages of sensors and electronic circuits for nuclear power plant having high-level radiation environment, we developed integrated RH unit and logic devices based on transistors with new concept of efficient and economical RH technology, and the RH characteristics for the TID effect of the RH unit and logic device are verified.

The RH FBG temperature sensor system can be applied not only to the nuclear power plant environment, but also to various radiation-related facilities(spent nuclear fuel storage tank, high-level radiation waste repository, nuclear fuel processing facility, radiation medical device) and satellite and space applications. This study is expected that the design technology of RH materials, parts, and circuits can be applied not only to electronic circuits for safety measurement of next generation nuclear power plant with high-energy radiation environment, but also to develop RH electronic systems for military and aerospace.

( 출처: BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET - Abstract 188p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 14
• CONTENTS ... 22
• 목차 ... 25
• 표목차 ... 28
• 그림목차 ... 30
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 35
• 제1절 광섬유 소재기반 온도 센서 기술 ... 37
• 제2절 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 ... 40
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 45
• 제1절 광섬유 소재기반 온도 센서 기술 ... 47
• 1. 국내 기술개발 현황 ... 47
• 2. 국외 기술개발 현황 ... 47
• 3. 선행 연구현황 ... 54
• 제2절 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 ... 55
• 1. 국내 기술개발 현황 ... 55
• 2. 국외 기술개발 현황 ... 55
• 3. 선행연구현황 ... 59
• 제3장 연구수행 내용 ... 61
• 제1절 광섬유 소재기반 온도 센서 기술 ... 63
• 1. FBG 센서 공정기술 및 내방사선 요건 분석 ... 63
• 2. 내방사선 FBG 설계 및 공정조건 확립 ... 69
• 3. 최적화 공정기반 내방사선 FBG 센서 제작 ... 84
• 4. UV레이저 기반 배열형 FBG 센서 설계 및 제작 ... 88
• 5. 단일/배열형 FBG 센서 성능평가 및 개선 ... 88
• 6. fs 레이저 기반 회절격자 가공기법개발 ... 92
• 제2절 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 ... 96
• 1. 집적형 단위 셀 내방사화 요소기술 개발 ... 96
• 2. 단위소자 내방사선 특성 M&S 및 방사선 영향 분석 ... 99
• 3. 신개념 내방사선 단위소자 설계 및 방사선 영향 M&S ... 103
• 4. 집적형 내방사선 단위소자 공정제작 및 TID 시험평가 ... 111
• 5. 내방사선 논리소자 3D 구조 M&S 및 방사선 영향 분석 ... 120
• 6. 내방사선 논리소자 공정제작 및 TID 시험평가 ... 126
• 7. 내방사선 D플립플롭 3D 구조 모델링 및 방사선 영향 M&S ... 138
• 제4장 연구수행 결과 ... 143
• 제1절 광섬유 소재기반 온도 센서 기술 ... 145
• 1. FBG 센서 내방사선 공정기술 분석 ... 145
• 2. FBG 센서의 방사선 영향 및 내방사선 요건분석 ... 145
• 3. 내방사선 FBG 설계조건 및 공정조건 수립 ... 146
• 4. 최적화 공정기반 FBG 센서 제작 ... 147
• 5. 단일 FBG 센서 성능평가 및 개선 ... 148
• 6. 배열형 FBG 센서 설계 및 공정조건 최적화 ... 151
• 7. 최적 공정기반 배열형 FBG 공정제작 ... 151
• 8. 배열형 FBG 센서 기본특성(반사율, 반치대역폭, 온도감도) 평가 ... 152
• 9. 배열형 FBG 센서 내방사선 특성평가 ... 152
• 10. 배열형 FBG 센서 온도시험평가 ... 153
• 11. fs 특수 레이저 기반 FBG 최적 가공조건 수립 ... 154
• 12. fs 레이저 가공 FBG 센서의 스펙트럼 조건 최적화 ... 156
• 제2절 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 ... 160
• 1. 반도체 단위소자 내방사화 요소기술분석 ... 160
• 2. 3D 반도체 모델기반 방사선영향 모사기법 개발 ... 160
• 3. 단위소자 내방사화 고유 모델구조 설계(도) ... 161
• 4. 내방사선 단위소자 3D 모델링 및 방사선 영향 분석 ... 162
• 5. 내방사선 단위소자 CMOS 공정제작 (시작품) ... 164
• 6. 집적형 단위소자 내방사선 시험평가 및 특성분석 ... 164
• 7. 논리소자 3D 구조 모델 설계 및 방사선 손상 M&S 결과 ... 166
• 8. 내방사선 논리소자 3D 구조 모델 설계 및 방사선 영향 M&S 결과 ... 168
• 9. 내방사선 논리소자 공정제작 (시작품) ... 170
• 10. 집적형 논리소자 내방사선 시험평가 및 특성분석 결과 ... 172
• 11. D플립플롭 3D 구조 모델 설계 및 방사선 손상 M&S 결과 ... 173
• 12. 내방사선 D플립플롭 3D 구조 모델 설계 및 방사선 손상 M&S 결과 ... 174
• 제5장 연구목표 달성도 및 활용계획 ... 177
• 제1절 연구목표 달성도 ... 179
• 제2절 활용계획 ... 181
• 1. 광섬유 소재기반 온도 센서 기술 ... 181
• 2. 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 ... 182
• 제6장 참고문헌 ... 183
• 서지정보양식 ... 187
• BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET ... 188
• 끝페이지 ... 189