KR100977290B1 - 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함판별방법 - Google Patents

사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함판별방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하여 사용후핵연료 집합체 표면의 결함 발생 여부 및 결함 발생 위치를 판별하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치는, 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자 및 감마선과 각각 반응하여 가시광선을 발생시키는 중성자 계측센서 및 감마선 계측센서가 일체로 결합되어 구성되는 방사선 계측센서와; 광섬유로 구성되고, 상기 중성자 계측센서와 감마선 계측센서에 각각 연결되어 상기 중성자 계측센서와 상기 감마선 계측센서에서 발생된 가시광선을 각각 전송하는 한 쌍의 케이블과; 상기 한 쌍의 케이블을 통해 전송된 가시광선을 상기 가시광선의 크기에 대응하는 각각의 전기신호로 변환하는 광전변환기; 및 상기 광전변환기에서 변환된 전기신호를 바탕으로 상기 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하여, 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교함으로써 상기 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 또는 결함 위치를 판별하는 마이크로 프로세서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
원자력발전, 사용후핵연료 집합체, 결함, 중선자, 감마선, 선량비

Description

사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법{An apparatus for identifying the defect of nuclear spent fuel assembly and the identification method}
본 발명은 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하여 사용후핵연료 집합체 표면의 결함 발생 여부 및 결함 발생 위치를 판별하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법에 관한 것이다.
통상적으로 핵연료 집합체는 우라늄 분말 소결체를 금속재의 피복관(cladding)에 장입한 후 양단을 밀봉한 수백 개의 연료봉으로 구성되며, 원자로 내에서 핵분열에 의해 발생되는 에너지를 냉각수에 전달하여 증기를 발생시켜 터빈을 구동시키는 열원으로 사용된다.
원자로에서 연소된 후 인출되는 사용후핵연료 집합체에는 핵분열 반응에 의해 발생한 막대한 방사성 물질이 포함되어 있다. 이러한 방사성 물질은 인간과 환경에 큰 피해를 줄 수 있기 때문에 사용후핵연료 집합체는 별도의 안전한 처리 및 처분이 이루어질 때까지 결함 없이 건전성을 유지하며 방사성 물질을 그 내부에 가두어 두고 있어야 한다. 따라서, 사용후핵연료 집합체의 건전성 유지 여부는 원자력 발전소의 안전성을 좌우하는 결정적인 요소라 할 수 있다.
이에 따라 국내 원자력 발전소에서는 주기적으로 수행하는 계획예방정비기간 중 원자력법 시행령 제42조제1항, 시행규칙 제19조, 시행규칙 제120조 별표 5 등에 따라 원자로에서 연소된 사용후핵연료 집합체를 인출하여 결함 발생 여부를 검사하고, 사용후핵연료 집합체의 형상에 관한 검사결과를 기록하여 비치하고 있다.
현재, 국내 원자력 발전소에서는 계획예방정비기간 중 사용후핵연료 집합체 형상에 대한 검사, 즉 사용후핵연료 집합체 표면에 결함이 발생했는지 여부를 검사하는데, 주로 육안 및 초음파 검사를 통해 수행되고 있다.
육안 검사는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 막대한 양의 방사선 때문에 사용후핵연료 집합체로부터 다소 떨어진 거리에서 원격 카메라를 통해 입수된 영상을 이용하여 수행되고 있다.
다시 말해서, 육안 검사는 사용후핵연료 집합체 취급공구가 사용후핵연료 집합체를 잡고 들어올리면서 4개의 카메라로 사용후핵연료 집합체의 최상단부터 집합체가 반사경 설치 위치보다 상향으로 이동할 때까지 촬영하여 사용후핵연료 집합체의 형상에 대한 영상정보를 얻는다. 이러한 방법은 사용후핵연료 집합체 표면에 대한 영상정보를 통해 표면에 결함 발생 여부를 판별할 수 있고, 원자로에서 사용후핵연료 집합체를 인출하는 과정 중 실시간으로 검사결과를 얻을 수 있다는 장점이 있지만, 확보된 영상정보의 품질과 육안 검사자의 판독 능력 등에 따라 검사 결과 의 정확도가 달라지고, 특히 결함의 크기가 미세하거나 사용후핵연료 집합체 내부에 결함이 발생한 경우에는 판별이 거의 불가능하다는 문제점이 있었다.
한편, 초음파 검사는 육안 검사로 사용후핵연료 집합체의 형상에 결함이 발생한 것으로 의심되거나 판별된 사용후핵연료 집합체를 대상으로 실시되고 있는데, 사용후핵연료 집합체를 원자로 또는 저장 수조로부터 인출하여 초음파 검사장비가 설치되어 있는 별도의 장소로 운반하여 검사를 실시하고 있다. 그러나 이러한 초음파 검사는 육안 검사와는 달리 사용후핵연료 집합체 내부에 발생한 결함을 판별할 수 있고, 보다 정확한 검사결과를 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 사용후핵연료 집합체를 원자로에서 인출하는 과정 중 실시간으로 검사할 수 없으며, 검사를 위해 별도의 장소로 운반해야하기 때문에 운반 중 사용후핵연료 집합체가 추가로 손상될 가능성과 이를 취급하는 작업종사자의 추가적인 방사선 피폭 가능성이 높다는 단점이 있다.
또한, 상술된 검사 방법들 이외에도 사용후핵연료봉에 포함되어 있는 제논-133(Xe133)의 누설 여부를 계측기로 측정하여 사용후핵연료봉의 결함 여부를 측정하는 방법도 있다. 이러한 방법은 핵연료 물질의 핵분열 과정에서 생성되는 기체 방사성 핵종인 제논-133은 사용후핵연료봉의 결함을 통해 누설되면서 특정 에너지의 감마선을 계속해서 방출하는데, 이때 방출되는 감마선의 선량을 측정함으로써 사용후핵연료봉의 결함 여부를 판별한다. 즉, 사용후핵연료봉의 끝단에 계측기를 정렬시키고 제논-133을 특징짓는 에너지를 갖는 감마선의 농도를 측정하여 손상되지 않 은 사용후핵연료봉에 대한 제논-133의 기준 농도를 비교함으로써 사용후핵연료봉의 결함 발생 여부를 판별하고 있으나, 이러한 방법은 에너지 분해능이 불량한 계측기를 사용하는 경우 사용후핵연료봉의 결함 여부에 대한 판별 결과에 신뢰도가 떨어지고, 사용후핵연료봉의 끝단에서 제논-133의 평균 농도를 측정하고 있어 결함이 발생한 경우 결함 위치를 판별하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사용후핵연료에서는 감마선과 중성자가 지속적으로 방출되며, 또한 사용후핵연료 집합체에 크랙(crack) 등의 결함이 발생하는 경우 이를 통해 기체 방사성 핵종이 누설되면서 해당 결함 위치에서의 감마선량이 상대적으로 증가하는 것에 착안하여, 사용후핵연료 집합체의 인출과정 또는 운반과정 중 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 산출하고, 이를 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비와 상호 비교하여 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 및 결함 위치를 동시에 판별할 수 있는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치는, 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자 및 감마선과 각각 반응하여 가시광선을 발생시키는 중성자 계측센서 및 감마선 계측센서가 일체로 결합되어 구성되는 방사선 계측센서와; 상기 중성자 계측센서와 감마선 계측센서에 각각 연결되어 상기 중성자 계측센서와 광섬유로 구성되고, 상기 감마선 계측센서에서 발생된 가시광선을 각각 전송하는 한 쌍의 케이블과; 상기 한 쌍의 케이블을 통해 전송된 가시광선을 상기 가시광선의 크기에 대응하는 각각의 전기신호로 변환하는 광전변환기; 및 상기 광전변환기에서 변환된 전기신호를 바탕으로 상기 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하여, 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교함으로써 상기 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 또는 결함 위치를 판별하는 마이크로 프로세서;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법은, 사용후핵연료 집합체의 결함을 판별하는 방법에 있어서, 중성자 계측센서와 감마선 계측센서가 일체로 결합되어, 동일한 지점에서의 중성자 선량 및 감마선 선량을 각각 계측할 수 있도록 구성된 방사선 계측센서를 이용하여 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선을 각각 계측하는 단계와; 상기 계측된 중성자와 감마선의 선량비를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교하여 사용후핵연료 집합체의 결함 발생 여부를 판별하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치 및 이를 이용한 결함 판별방법은, 사용후핵연료 집합체를 원자로에서 인출하는 과정 또는 사용후핵연료 집합체를 별도의 저장장소로 운반하기 이전에 사용후핵연료 집합체의 결함 여부를 판별할 수 있으므로 결함 여부를 판별하기 위해 사용후핵연료 집합체를 다른 장소로 운반시킬 필요가 없어 사용후핵연료 집합체에 추가적인 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이를 다루는 작업종사자의 방사선물질에 피폭되는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 감마선과 중성자를 동시에 계측하여 산출된 선량비를 통해 사용후핵연료 집합체의 결함여부 및 결함위치를 판별하기 때문에 더욱 정확한 판별 결과를 획득할 수 있고, 감마선과 중성자를 계측하는 센서의 크기가 미세하기 때문에 사용후핵연료 집합체의 표면을 검 사한 후 결함이 발생한 것으로 의심되는 경우 센서를 사용후핵연료 집합체 내부로 삽입하여 더욱 정확하게 결함 여부를 판별할 수 있다는 효과도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 이탈하지 않는 한 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 구성하는 방사선 계측센서의 구성을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치는, 사용후핵연료 집합체로부터 발생하는 중성자를 흡수하여 가시광선을 발생시키는 중성자 계측센서(110)와, 사용후핵연료 집합체로부터 발생하는 감마선을 계측하여 가시광선을 발생시키는 감마선 계측센서(120)가 일체로 결합되어 구성되는 방사선 계측센서(100)와, 중성자 계측센서(110)와 감마선 계측센서(120)에 각각 연결되며, 각각의 계측센서(110, 120)에서 발생된 가시광선을 전송하는 한 쌍의 케이블(200a, 200b)과, 상기 한 쌍의 케이블(200a, 200b)을 통해 전송된 가시광선을 전기신호로 변환하는 광전변환기(300) 및 광전변환기(300)에서 변환된 전기신호를 이용하여 사용후핵연료 집합체로부터 발생하는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하고 이를 통해 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 및/또는 결함 위치를 판별하는 마이크로프로세서(400)를 포함하여 구성된다.
도 2에서는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 구성하는 방사선 계측센서(100)의 구성을 보다 상세하게 보여주고 있는데, 방사선 계측센서(100)는 중성자를 계측하는 중성자 계측센서(110)와 감마선을 계측하는 감마선 계측센서(120)가 한 쌍을 이루며 일체화되어 구성된다.
중성자 계측센서(110)는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와의 (n, α) 또는 (n, β) 반응을 통해 알파(α)선 또는 베타(β)선을 발생시키는 중성자 반응물질(112)과, 발생된 알파선 또는 베타선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 섬광체(114)로 구성된다.
중성자 반응물질(112)은 섬광체와의 반응면적이 중성자에 비해 상대적으로 큰 알파(α)선 또는 베타(β)선을 발생시키기 위해 개재되며, 이를 위한 중성자 반응물질(112)로는 중성자와 반응하여 알파입자를 생성하는 6LiF나 중성자와 반응하여 베타입자를 생성하는 51V 등을 포함하는 물질이 사용될 수 있다.
섬광체(114)는 중성자 반응물질(112)을 통해 발생된 알파선 또는 베타선을 흡수하여 가시광선을 발생시킨다. 섬광체(114)는 알파입자와 반응하여 가시광선을 발생시키는 ZnS:Ag나 베타입자와 반응하여 가시광선을 발생시키는 Y3All5O12:Ce 등이 사용될 수 있다.
감마선 계측센서(120)는 감마선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 섬광체(122)로 구성된다.
감마선 계측센서(120)에 사용되는 섬광체(122)는 감마선을 흡수하여 가시광 선을 발생시키는 유무기형광물질이 사용될 수 있으며, 감마선 계측용의 대표적 형광물질로는 Gd2O2S:Tb 등을 들 수 있다.
한 쌍의 케이블(200a, 200b)은 광섬유로 구성되며, 중성자 계측센서(110)와 감마선 계측센서(120)에 각각 연결되어 각각의 센서(110, 120)에서 발생한 가시광선을 광전변환기(300)로 전송해준다.
광전변환기(300)는 케이블(200a, 200b)을 통해 전송된 가시광선, 즉 중성자 계측센서(110)에서 발생한 가시광선과 감마선 계측센서(120)에서 발생한 가시광선을 각각의 에너지에 대응하는 크기의 전기신호로 변환하여 마이크로프로세서(400)에 전달한다. 광전변환기(300)에는 필요에 따라 변환된 전기신호를 적절하게 증배시켜 미량의 가시광선만으로도 충분한 크기의 전기신호를 생성할 수 있도록 신호증폭기 등의 추가 구성요소가 연결될 수도 있다.
마이크로프로세서(400)는 광전변환기(300)에서 중성자 및 감마선의 선량에 따른 각각의 전기신호를 입력받아 이를 취합하여 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하고, 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 기 저장된 중성자와 감마선의 선량비, 즉 결함이 없는 사용후핵연료 집합체의 중성자와 감마선의 선량비의 변화를 상호 비교하여 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 및 결함 위치를 판별한다.
이하에서는 상술한 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 이용한 결함 판별방법에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 이용하여 사용후핵연료 집합체에서 방출되는 중성자와 감마선을 계측하는 상태를 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 이용하여 사용후핵연료 집합체에 발생한 결함 여부를 판별하는 과정을 보여주는 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법에 의해 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체에서 방출되는 중성자와 감마선의 선량비 변화를 보여주는 그래프로서, 서로 연관 지어 설명한다.
본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법은 연소가 완료된 사용후핵연료 집합체를 원자로 내에서 인출하는 과정, 또는 저장장소에 저장되어 있는 사용후핵연료 집합체에 대한 운반 전 검사과정 중에서 모두 적용할 수 있으며, 이하에서는 그 구체적 단계에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 원자로 내에서 인출한 사용후핵연료 집합체(10)의 최상단부에 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 위치시킨다(S410). 이때, 사용되는 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)의 개수는 사용후핵연료 집합체(10)의 형태에 따라 달라질 수 있는데, 사용후핵연료 집합체(10)의 형태가 사각기둥 형태인 경우에는 4개의 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 사용하여 사용후핵연료 집합체(10)의 4개의 측면 최상단부에 각각 위치시켜 검사를 수행하면 보다 효과적이다.
다음, 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 사용후핵연료 집합체(10)의 최하단부까지 이동시키거나, 또는 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 고정시키고 사용후핵연료 집합체(10)를 일 방향, 즉 사용후핵연료 집합체(10)의 길 이방향으로 이동시키면서 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 통해 사용후핵연료 집합체(10)의 표면으로 방출되는 중성자 및 감마선을 계측한다(S420).
방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)에 중성자 및 감마선이 입사되면, 중성자 계측센서(110)와 감마선 계측센서(120)는 입사된 중성자와 감마선의 선량에 따른 가시광선을 각각 발생시킨다.
중성자 계측센서(110)와 감마선 계측센서(120)에서 발생된 가시광선은 각각의 계측센서(110, 120)에 연결된 한 쌍의 케이블(200a, 200b)을 통해 광전변환기(300a, 300b, 300c, 300d)로 전송된다(S430).
광전변환기(300a, 300b, 300c, 300d)에서는 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)에서 전송된 가시광선을 각각 검출하여 가시광선의 크기, 즉 중성자 계측센서(110)와 감마선 계측센서(120)에서 계측된 중성자선량과 감마선량에 상응하는 전기신호로 각각 변환시킨 후 변환된 전기신호를 마이크로프로세서(400)로 전송한다(S440).
마이크로프로세서(400)는 광전변환기(300a, 300b, 300c, 300d)에서 전송된 전기신호를 취합하여 중성자와 감마선의 선량비(Aγ/An)를 산출하고(S450), 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 기 저장된 결함이 없는 사용후핵연료 집합체의 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교한다(S460).
도 5를 참조하면, 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(Ⅰ)는 사용후핵연료 집합체의 길이 방향으로 일정한 프로파일을 가지는데, 결함이 발생한 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선 의 선량비(Ⅱ)는 결함 부위에서 중성자와 감마선의 선량비가 급격하게 변화하는 것을 알 수 있다. 이는 사용후핵연료 집합체에 발생한 결함을 통해 기체 방사성 핵종이 누출되면서 해당 결함 위치에서의 감마선 방출량이 급증하기 때문이며, 이를 통해서 사용후핵연료 집합체 내부 또는 표면의 결함 발생 여부 및/또는 결함 위치를 판별할 수 있게 된다.
마이크로프로세서(400)에서 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 중성자와 감마선의 선량비를 비교한 결과, 중성자와 감마선의 선량비가 급격하게 변화되어 결함이 없는 중성자와 감마선의 선량비와 차이를 보이면 사용후핵연료 집합체(10)에 결함(20)이 발생한 것으로 판별하고(S480), 결함이 없는 중성자와 감마선의 선량비와 차이를 보이지 않고 일정한 값을 가지면 사용후핵연료 집합체에 결함이 발생하지 않은 것으로 판별한다(S490). 또한, 사용후핵연료 집합체에 결함이 발생한 것으로 판별된 경우 산출된 중성자와 감마선의 선량비가 급격하게 변화되는 부위에서 결함(20)이 발생한 것으로 판별할 수 있으므로 결함이 발생한 위치도 판단할 수 있게 된다.
여기에서는 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 통해 사용후핵연료 집합체(10)의 표면에서 중성자와 감마선을 계측하여 사용후핵연료 집합체(10)의 결함 여부 및 결함 위치를 판별하는 방법에 대하여 설명하였으나, 경우에 따라서는 방사선 계측센서(100a, 100b, 100c, 100d)를 사용후핵연료 집합체(10) 내부로 삽입하여 핵연료봉(12)의 결함 여부 및 결함 위치를 판별할 수도 있다.
이는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 구성하는 방사 선 계측센서의 크기가 수 ㎜ 정도로 미세하고, 방사선 계측센서에 연결된 케이블은 미세 직경의 광섬유로 이루어지기 때문으로, 이와 같은 구성을 통해 조밀하게 장착되어 있는 핵연료봉(12) 사이로의 삽입이 용이하여 사용후핵연료 집합체 내부에서의 결함 발생 여부 및 결함 위치를 판별할 수 있다. 이러한 결함 판별방법은 사용후핵연료 집합체의 결함 여부를 더욱 정확하게 판별하기 위해 수행될 수 있는데, 사용후핵연료 집합체 표면에서의 결함 판별 결과, 결함이 발생한 것으로 의심되지만 결함의 크기가 지극히 미세하여 중성자와 감마선의 선량비 변화가 작은 경우 등에 있어서, 사용후핵연료 집합체 내부로 방사선 계측센서를 삽입하여 사용후핵연료봉 가까이에서 중성자와 감마선의 선량을 계측함으로써 결함 발생 여부를 더욱 정확하게 판별할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치의 구성을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 구성하는 방사선 계측센서의 구성을 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 이용하여 사용후핵연료 집합체에서 방출되는 중성자와 감마선을 계측하는 상태를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치를 이용하여 사용후핵연료 집합체에 발생한 결함 여부를 판별하는 과정을 보여주는 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법에 의해 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체에서 방출되는 중성자와 감마선의 선량비 변화를 보여주는 그래프.
<도면의 주요부에 대한 설명>
10 : 사용후핵연료 집합체 12 : 핵연료봉
20 : 결함 100 : 방사선 계측센서
110 : 중성자 계측센서 112 : 중성자 반응물질
114, 122 : 섬광체 120 : 감마선 계측센서
200 : 케이블 300 : 광전변환기
400 : 마이크로프로세서

Claims (6)

  1. 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자 및 감마선과 각각 반응하여 가시광선을 발생시키는 중성자 계측센서 및 감마선 계측센서가 일체로 결합되어 구성되는 방사선 계측센서와;
    광섬유로 구성되고, 상기 중성자 계측센서와 감마선 계측센서에 각각 연결되어 상기 중성자 계측센서와 상기 감마선 계측센서에서 발생된 가시광선을 각각 전송하는 한 쌍의 케이블과;
    상기 한 쌍의 케이블을 통해 전송된 가시광선을 상기 가시광선의 크기에 대응하는 각각의 전기신호로 변환하는 광전변환기; 및
    상기 광전변환기에서 변환된 전기신호를 바탕으로 상기 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비(線量比)를 산출하여, 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교함으로써 상기 사용후핵연료 집합체의 결함 여부 또는 결함 위치를 판별하는 마이크로 프로세서;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성자 계측센서는,
    중성자와 (n, α) 또는 (n, β) 반응을 통해 알파선 또는 베타선을 발생시키는 중성자 반응물질; 및
    상기 알파선 또는 상기 베타선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 섬광체;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 감마선 계측센서는,
    감마선을 흡수하여 가시광선을 발생시키는 섬광체;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별장치.
  4. 삭제
  5. 사용후핵연료 집합체의 결함을 판별하는 방법에 있어서,
    중성자 계측센서와 감마선 계측센서가 일체로 결합되어, 동일한 지점에서의 중성자 선량 및 감마선 선량을 각각 계측할 수 있도록 구성된 방사선 계측센서를 이용하여 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선을 각각 계측하는 단계와;
    상기 계측된 중성자와 감마선의 선량비를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 중성자와 감마선의 선량비와 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비를 상호 비교하여 사용후핵연료 집합체의 결함 발생 여부를 판별하는 단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중성자와 감마선을 계측하는 단계는,
    사용후핵연료 집합체의 길이 방향을 따라 연속적으로 수행되고,
    상기 사용후핵연료 집합체의 결함 발생 여부를 판별하는 단계는,
    상기 산출된 중성자와 감마선의 선량비의 길이 방향 프로파일과 결함이 없는 사용후핵연료 집합체로부터 방출되는 중성자와 감마선의 선량비의 길이 방향 프로파일의 상호 비교를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 사용후핵연료 집합체의 결함 판별방법.
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