KR102156329B1

KR102156329B1 - 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법

Info

Publication number: KR102156329B1
Application number: KR1020180124073A
Authority: KR
Inventors: 김희령; 성시형
Original assignee: 울산과학기술원
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-09-15
Also published as: KR20200043222A

Abstract

본 발명은 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법에 관한 것으로서, 상기 보론미터 검사 시스템은 내부에 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재가 수용될 수 있도록 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에 상기 냉각재에 포함된 붕소를 검출하기 위한 검사대상 보론미터가 설치되는 압력용기와, 상기 압력용기에 설치되어 상기 압력용기 내부에 충진된 상기 냉각재의 온도를 상기 보론미터의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 조절하는 온도조절부와, 상기 압력용기의 내부 압력을 상기 보론미터의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절부와, 상기 수용공간 내에 설치되어 상기 냉각재에 중성자를 방출하는 중성자 선원과, 상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자에 따라 상기 보론미터에서 측정된 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부를 통해 수집된 측정 데이터와 상기 냉각재의 기설정된 붕소 농도 에 대한 정보를 토대로 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 분석하는 분석모듈을 구비한다.
본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법은 온도조절부 및 압력조절부에 의해 냉각재가 수용된 압력용기의 온도 및 압력을 보론미터의 실사용 조건의 온도 및 압력으로 세팅하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사대상 보론미터에 대해 보다 정확한 성능 검사를 실시할 수 있다는 장점이 있다.

Description

보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법{Boron meter test system and boron meter test method using the same}

본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사방법은 검사대상 보론미터를 실사용 조건과 유사한 조건에서 측정 실험을 실시하여 보론미터의 성능을 검사할 수 있는 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법에 관한 것이다.

경수로형 원자력발전소에는 핵연료의 연소에 따른 장기적인 반응도 조절을 위하여 원자로 냉각재에 천연붕산수를 첨가한다. 붕산의 농도에 따라 임계도가 달라지기 때문에 붕산수의 붕산농도를 정확하게 측정하는 것은 원전 안전 운영의 핵심적인 요소이다.

붕소희석사고는 냉각재의 붕소농도가 낮아짐에 따라 원자로의 반응도가 증가하고, 그에 따라 출력이 지속적으로 상승하여 핵연료가 손상되는 사고이다. 붕소희석 사고를 예방하고 조기에 감지하기 위하여 실시간 on-line 측정이 가능한 보론미터를 설치하여 연속적으로 붕소농도의 변화를 감시하고 있다.

종래의 보론미터의 붕소농도 측정 오차는 ppm 오차는 약 80 ppm이며, % 오차는 약 5 %에 달한다. 원전 현장에서는 보론미터의 붕소농도 측정 오차가 매우 크므로 연료장전, 기동 운전, 반응도 제어 등 원전운전에 활용하지 못하고 있다. 따라서 상대적으로 붕소농도가 낮은 원전운전 주기에만 붕소농도 변화 경향 파악이라는 국한된 영역에서 활용되고 있다.

등록특허공보 제10-1813362호: 붕소 농도 감지 방법 및 장치

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 검사대상 보론미터를 실사용 조건의 온도 및 압력에서 테스트할 수 있는 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법은 내부에 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재가 수용될 수 있도록 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에 상기 냉각재에 포함된 붕소를 검출하기 위한 검사대상 보론미터가 설치되는 압력용기와, 상기 압력용기에 설치되어 상기 압력용기 내부에 충진된 상기 냉각재의 온도를 상기 보론미터의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 조절하는 온도조절부와, 상기 압력용기의 내부 압력을 상기 보론미터의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절부와, 상기 수용공간 내에 설치되어 상기 냉각재에 중성자를 방출하는 중성자 선원과, 상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자에 따라 상기 보론미터에서 측정된 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 데이터 수집부를 통해 수집된 측정 데이터와 상기 냉각재의 기설정된 붕소 농도 에 대한 정보를 토대로 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 분석하는 분석모듈을 구비한다.

상기 온도조절부는 내부에 상기 냉각재가 수용되는 내부공간이 마련된 수용탱크와, 상기 압력용기로부태 배출된 냉각재가 상기 내부공간으로 주입될 수 있도록 상기 압력용기 및 수용탱크에 연결된 배출관과, 상기 수용탱크에 설치되어 상기 내부공간에 수용된 냉각재를 상기 실험온도로 가열하는 가열유닛과, 상기 수용탱크에 수용된 냉각재가 상기 압력용기로 공급될 수 있도록 상기 수용탱크 및 압력용기에 연결된 주입관과, 상기 주입관에 설치되어 상기 수용탱크에 수용된 냉각제를 펌핑하여 상기 압력용기 내부에 주입하는 주입펌프를 구비한다.

상기 압력조절부는 상기 압력용기의 내부압력을 증가시킬 경우, 상기 주입펌프의 작동에 의해 상기 압력용기의 내부로 상기 냉각재가 주입된 상태에서 상기 압력용기에서의 냉각재 배출을 차단할 수 있도록 상기 배출관을 폐쇄하되, 상기 압력용기의 내부압력을 감소시킬 경우, 상기 배출관을 개방시킬 수 있도록 상기 배출관에 설치된 제1개폐밸브와, 상기 주입관에 설치되어 상기 주입관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브와, 상기 주입관 또는 배출관에 설치되어 상기 압력용기 내의 냉각재의 압력을 측정하는 압력측정부와, 상기 압력측정부로부터 측정된 압력 데이터를 토대로 상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력으로 유지되도록 상기 제1 및 제2개폐밸브와 주입펌프를 제어하는 압력 제어모듈을 구비한다.

상기 압력측정부는 상기 수용탱크와 제2개폐밸브 사이의 상기 주입관에 설치되어 상기 주입관을 통해 상기 압력용기로 주입되는 냉각재의 압력을 측정하는 제1압력 측정기와, 상기 제1개폐밸브와 수용탱크 사이의 상기 배출관에 설치되어 상기 압력용기 내의 냉각재의 압력을 측정하는 제2압력 측정기를 구비하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 보론미터 검사 방법은 내부에 중성자를 방출하는 중성자 선원이 설치된 압력용기에, 검사대상 보론미터를 세팅하는 세팅단계와, 상기 보론미터가 세팅된 상기 압력용기 내부에, 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재를 주입하는 주입단계와, 상기 압력용기에 수용된 상기 냉각재의 온도를 상기 검사대상 보론미터의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 가열하는 온도조절단계와, 상기 압력용기의 내부압력을 상기 검사대상 보론미터의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절단계와, 상기 압력용기의 내부압력 및 냉각재의 온도가 각각 실험압력 및 실험온도로 세팅된 이후, 상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자에 따라 상기 검사대상 보론미터에서 측정된 측정데이터를 수집하는 데이터 수집단계와, 붕소 농도가 상이한 다수의 냉각재를 이용하여 상기 주입단계, 온도조절단계, 압력조절단계, 데이터 수집단계를 반복하는 반복단계와, 상기 반복단계 이후에, 상기 데이터 수집단계에서 수집된 측정 데이터들과, 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 분석하는 분석단계를 포함한다.

상기 온도조절단계는 입관 및 배출관을 통해 상기 압력용기에 연통된 수용탱크의 내부에 수용된 상기 냉각재를 가열유닛을 이용하여 상기 실험온도로 가열하는 가열단계와, 상기 주입관 또는 배출관에 설치된 주입펌프를 작동시켜 상기 수용탱크와 압력용기에 수용된 상기 냉각재를 상호 순환시키되, 상기 압력용기에 수용된 냉각재의 온도가 상기 실험온도에 도달시까지 상기 냉각재를 순환시키는 순환단계를 포함한다.

상기 압력조절단계는 상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력에 도달시까지 상기 압력용기로부터 상기 냉각재의 배출은 차단하고, 상기 압력용기로 상기 냉각재를 주입하는 가압단계와, 상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력에 도달하면 상기 압력용기로 상기 냉각재 주입을 중단하는 조절완료단계를 포함한다.

상기 분석단계는 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 검사대상 보론미터의 측정 데이터들과, 상기 측정 데이터들의 측정시 사용된 각 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 관계식 산출단계와, 상기 관계식 산출단계에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 어느 하나를 대입하여 결과값을 산출하는 결과 산출단계와, 상기 결과 산출단계에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 산출하는 정확도 산출단계를 포함할 수도 있다.

상기 분석단계는 상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 검사대상 보론미터의 측정 데이터들 중 일부와, 상기 측정 데이터들 중 일부의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 관계식 산출단계와, 상기 관계식 산출단계에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 나머지를 대입하여 결과값을 산출하는 결과 산출단계와, 상기 결과 산출단계에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 산출하는 정확도 산출단계를 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법은 온도조절부 및 압력조절부에 의해 냉각재가 수용된 압력용기의 온도 및 압력을 보론미터의 실사용 조건의 온도 및 압력으로 세팅하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사대상 보론미터에 대해 보다 정확한 성능 검사를 실시할 수 있다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템에 대한 사시도이고,
도 2는 도 1의 보론미터 검사 시스템에 대한 개념도이고,
도 3은 도 1의 보론미터 검사 시스템의 데이터 수집부에 대한 블럭도이고,
도 4는 본 발명에 따른 보론미터 검사 방법에 대한 순서도이고,
도 5는 도 4의 보론미터 검사 방법의 관계식 산출단계에서 산출된 관계식의 예시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 보론미터 검사 시스템 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템(100)이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 보론미터 검사 시스템(100)은 내부에 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재가 수용될 수 있도록 수용공간(111)이 형성되며, 상기 수용공간(111)에 상기 냉각재에 포함된 붕소를 검출하기 위한 검사대상 보론미터(112)가 설치되는 압력용기(110)와, 상기 압력용기(110)에 설치되어 상기 압력용기(110) 내부에 충진된 상기 냉각재의 온도를 상기 보론미터(112)의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 조절하는 온도조절부(200)와, 상기 압력용기(110)의 내부 압력을 상기 보론미터(112)의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절부(300)와, 상기 수용공간(111) 내에 설치되어 상기 냉각재에 중성자를 방출하는 중성자 선원(410)과, 상기 중성자 선원(410)에서 방출되는 중성자에 따라 상기 보론미터(112)에서 측정된 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부(420)와, 상기 데이터 수집부(420)를 통해 수집된 측정 데이터와 상기 냉각재의 기설정된 붕소 농도 에 대한 정보를 토대로 상기 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 분석하는 분석모듈(430)을 구비한다.

압력용기(110)는 내부에 냉각재가 수용될 수 있는 수용공간(111)이 마련된 원통형으로 형성되며, 붕소가 용해된 냉각재와 화학반응이 일어나지 않는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 검사대상 보론미터(112)는 수용공간(111)에 인입될 수 있도록 압력용기(110)의 측면에 설치되는 것이 바람직하다.

온도조절부(200)는 내부에 상기 냉각재가 수용되는 내부공간(211)이 마련된 수용탱크(210)와, 상기 압력용기(110)로부태 배출된 냉각재가 상기 내부공간(211)으로 주입될 수 있도록 상기 압력용기(110) 및 수용탱크(210)에 연결된 배출관(220)과, 상기 수용탱크(210)에 설치되어 상기 내부공간(211)에 수용된 냉각재를 상기 실험온도로 가열하는 가열유닛(230)과, 상기 수용탱크(210)에 수용된 냉각재가 상기 압력용기(110)로 공급될 수 있도록 상기 수용탱크(210) 및 압력용기(110)에 연결된 주입관(240)과, 상기 주입관(240)에 설치되어 상기 수용탱크(210)에 수용된 냉각제를 펌핑하여 상기 압력용기(110) 내부에 주입하는 주입펌프(250)를 구비한다.

수용탱크(210)는 붕소가 용해된 냉각재와 화학반응이 일어나지 않는 합성수지재로 형성된다. 한편, 수용탱크(210)와 압력용기(110) 사이에는 드레인관(212)이 설치되어 있다. 상기 드레인관(212)은 일단이 압력용기(110)의 하부에 연통되게 연결되며, 타단은 수용탱크(210)의 측면에 연결되어 있다. 상기 드레인관(212)에는 드레인관(212)의 내부유로를 개폐할 수 있도록 드레인 밸브(213)가 설치되어 있다.

배출관(220)은 내부에 냉각재가 유동할 수 있는 유동로가 마련된 파이프형으로 형성되며, 일단이 압력용기(110)의 상부에 연결된다. 배출관(220)의 타단은 수용탱크(210)의 측면에 설치되는데, 드레인관(212)의 타단보다 하측에 설치되는 것이 바람직하다.

가열유닛(230)은 내부공간(211)에 인입되도록 상기 수용탱크(210)에 설치되며, 인가되는 전기에 의해 발열하는 다수의 발열부재(231)와, 압력용기(110) 내에 수용된 냉각재의 온도를 측정할 수 있도록 배출관(220)에 설치된 온도측정기(232)와, 상기 온도측정기(232)로부터 측정된 냉각재의 온도 정보를 토대로 상기 압력용기(110) 내의 냉각재가 실험온도에 도달하도록 상기 수용탱크(210) 내의 냉각재가 가열되게 상기 발열부재(231)를 제어하는 온도제어모듈을 구비한다.

한편, 발열부재(231)는 상술된 예에서 전기에 의해 발열하는 전열장치로 설명하였으나, 발열부재(231)는 이에 한정하는 것이 아니라 수용탱크(210) 내의 냉각재를 가열할 수 있는 가열수단이면 무엇이든 가능하다.

주입관(240)은 내부에 냉각재가 유동할 수 있는 유동로가 마련된 파이프형으로 형성되며, 일단이 압력용기(110)의 상부 측면에 연결된다. 주입관(240)은 타측이 수용탱크(210)의 상부에 설치되되, 타단부는 수용탱크(210)에 수용된 냉각재에 잠길 있도록 내부공간(211)에 인입되게 상기 수용탱크(210)에 설치되는 것이 바람직하다.

주입펌프(250)는 상기 주입관(240)에 설치되어 가열유닛(230)에 의해 가열된 수용탱크(210)의 냉각재를 펌핑하여 압력용기(110)로 공급한다. 상기 주입펌프(250)에 의해 수용탱크(210) 및 압력용기(110)의 냉각재는 상호 순환되어 압력용기(110) 내의 냉각재가 실험온도로 조절된다. 여기서, 온도조절모듈(233)은 온도측정기(232)에 측정된 측정값을 토대로 압력용기(110) 내의 냉각재의 온도가 실험온도에 도달하면 발열부재(231)의 작동을 정지시킨다. 한편, 도시된 예에서는 주입펌프(250)가 주입관(240)에 설치된 구조가 도시되어 있으나, 주입펌프(250)는 이에 한정하는 것이 아니라 배출관(220)에 설치될 수도 있다.

압력조절부(300)는 상기 배출관(220)을 개폐시킬 수 있도록 상기 배출관(220)에 설치된 제1개폐밸브(310)와, 상기 주입관(240)에 설치되어 상기 주입관(240)을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브(320)와, 상기 주입관(240) 또는 배출관(220)에 설치되어 상기 압력용기(110) 내의 냉각재의 압력을 측정하는 압력측정부(330)와, 상기 압력측정부(330)로부터 측정된 압력 데이터를 토대로 상기 압력용기(110)의 내부압력이 상기 실험압력으로 유지되도록 상기 제1 및 제2개폐밸브(310,320)와 주입펌프(250)를 제어하는 압력 제어모듈(미도시)을 구비한다.

제1개폐밸브(310)는 상기 압력용기(110)의 내부압력을 증가시킬 경우, 상기 주입펌프(250)의 작동에 의해 상기 압력용기(110)의 내부로 상기 냉각재가 주입된 상태에서 상기 압력용기(110)에서의 냉각재 배출을 차단할 수 있도록 상기 배출관(220)을 폐쇄하되, 상기 압력용기(110)의 내부압력을 감소시킬 경우, 상기 배출관(220)을 개방시키는 것으로서, 원거리에서도 용이하게 작동시킬 수 있도록 솔레노이드 밸브가 적용된다. 상기 제2개폐밸브(320)는 압력 제어모듈의 제어에 의해 주입관(240)을 선택적으로 개폐하는 것으로, 솔레노이드 밸브가 적용된다.

압력측정기는 상기 주입관(240)에 설치된 제1압력 측정기(331)와, 상기 배출관(220)에 설치된 제2압력 측정기(332)를 구비한다. 상기 제1압력 측정기(331)는 상기 수용탱크(210)와 제2개폐밸브(320) 사이의 상기 주입관(240)에 설치되어 상기 주입관(240)을 통해 상기 압력용기(110)로 주입되는 냉각재의 압력을 측정한다. 또한, 제2압력 측정기(332)는 상기 제1개폐밸브(310)와 수용탱크(210) 사이의 상기 배출관(220)에 설치되어 상기 압력용기(110) 내의 냉각재의 압력을 측정한다. 상기 제1 및 제2압력 측정기(332)는 측정대상의 압력을 측정하기 위해 종래 일반적으로 사용되는 압력 측정 수단이므로 상세한 설명은 생략한다.

압력 제어모듈은 압력용기(110)의 내부압력을 증가시킬 경우, 압력용기(110) 내부로 냉각재가 주입될 수 있도록 주입관(240)이 개방되도록 제2개폐밸브(320)를 작동시키고, 주입펌프(250)를 작동시킨다. 이때, 압력 제어모듈은 배출관(220) 및 드레인관(212)이 폐쇄되도록 제1개폐밸브(310) 및 드레인 밸브(213)를 작동시킨다.

여기서, 압력 제어모듈은 압력측정부(330)에서 측정된 압력이 기설정된 실험압력에 도달하면, 압력용기(110)로의 냉각재 주입이 중단되도록 주입관(240)이 폐쇄되게 제2개폐밸브(320)를 작동시키고, 주입펌프(250)를 정지시킨다.

중선자 선원은 수용공간(111)의 중앙부에 위치하도록 상기 압력용기(110)에 설치된다. 상기 중선자 선원은 붕소농도에 따라 변화하는 중성자의 분포를 측정할 수 있도록 에너지분포가 같은 세기의 중성자를 방출하는 선원으로써, 압력용기(110)의 수용공간(111) 내에 배치되어 중성자를 방출한다.

이러한 중성자 선원(410)은 α붕괴를 하는 핵종과 (α,n) 반응을 일으키는 핵종의 혼합물로 만들 수 있으며, Am-Be 중성자 선원(410)은 아메리슘의 α붕괴로 나오는 헬륨과 베릴륨의 (α,n) 반응을 통해 일정한 중성자를 방출시킬 수 있다.

데이터 수집부(420)는 압력용기(110)에 세팅된 보론미터(112)에 연결되는 것으로서, 프리암프, 메인 암프, 다중채널파고분석기, 고전압 공급기가 포함된다. 중성자 선원(410)으로부터 방출된 고속 중성자는 압력용기(110) 내부의 증류수에 의해 감속되어 열중성자로 변환되며, 붕산에 의해 흡수되는데, 냉각재의 붕소 농도에 따라 보론미터(112)의 계측값이 달라진다. 데이터 수집부(420)는 검사대상 보론미터(112)의 계측값 즉, 측정 데이터를 수집하여 분석모듈(430)로 전송한다.

분석모듈(430)은 상기 데이터 수집부(420)를 통해 수집된 측정 데이터와 상기 냉각재의 기설정된 붕소 농도에 대한 정보를 토대로 상기 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 분석한다. 한편, 분석모듈(430)은 도면에 도시되진 않았지만, 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 저장할 수 있는 데이터 베이스를 더 구비한다.

이때, 보론미터(112)의 검사 과정에서, 붕소 농도가 상이한 다수의 냉각재를 이용하여 검사대상 보론미터(112)의 검사를 다수회 반복하는데, 분석모듈(430)은 검사대상 보론미터(112)의 측정 데이터들과, 각 측정 데이터를 측정시 사용된 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 상호 매칭하여 상기 데이터 베이스에 저장한다. 상기 분석모듈(430)은 데이터 베이스에 저장된 측정 데이터들 및 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 산출하는데, 검사대상 보론미터(112)의 정확도 산출 과정은 후술되는 본 발명의 보론미터 검사 방법에서 상세히 설명한다.

한편, 도 4에는 본 발명의 보론미터 검사 시스템(100)을 이용한 보론미터 검사 방법에 대한 순서도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 상기 보론미터 검사 방법은 세팅단계(S110), 주입단계(S120), 온도조절단계(S130), 압력조절단계(S140), 데이터 수집단계(S150), 반복단계(S160) 및 분석단계(S170)를 포함한다.

세팅단계(S110)는 압력용기(110)에 검사대상 보론미터(112)를 세팅하는 단계이다. 이때, 압력용기(110)는 중성자를 방출하는 중성자 선원(410)이 수용공간(111)의 중앙부에 설치되고, 상기 검사대상 보론미터(112)는 수용공간(111)에 인입되도록 압력용기(110)의 측면에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 주입단계(S120)는 상기 보론미터(112)가 세팅된 상기 압력용기(110) 내부에, 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재를 주입하는 단계이다. 여기서, 관리자는 수용탱크(210)에 검사에 사용될 냉각재를 주입하고, 주입관(240)에 설치된 주입펌프(250)가 작동시킨다. 주입펌프(250)에 의해 수용탱크(210)에 수용된 냉각재는 압력용기(110)로 주입된다.

온도조절단계(S130)는 상기 압력용기(110)에 수용된 상기 냉각재의 온도를 상기 검사대상 보론미터(112)의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 가열하는 단계로서, 가열단계(S131) 및 순환단계(S132)를 포함한다.

가열단계(S131)는 주입관(240) 및 배출관(220)을 통해 상기 압력용기(110)에 연통된 수용탱크(210)의 내부에 수용된 상기 냉각재를 가열유닛(230)을 이용하여 상기 실험온도로 가열하는 단계이다. 압력용기(110)에 냉각재의 주입이 완료되면 관리자는 온도조절모듈(233)을 작동시키고, 온도조절모듈(233)은 수용탱크(210) 내부의 냉각재 온도가 실험온도가 되도록 발열부재(231)를 작동시킨다.

순환단계(S132)는 상기 주입관(240)에 설치된 주입펌프(250)를 작동시켜 상기 수용탱크(210)와 압력용기(110)에 수용된 상기 냉각재를 상호 순환시키되, 상기 압력용기(110)에 수용된 냉각재의 온도가 상기 실험온도에 도달시까지 상기 냉각재를 순환시키는 단계이다.

여기서, 온도조절모듈(233)은 실험온도로 가열된 수용탱크(210)의 냉각재를 주입펌프(250)를 통해 압력용기(110)에 공급하고, 압력용기(110)로부터 수용탱크(210)로 인입된 냉각재를 실험온도로 가열하기 위해 발열부재(231)를 작동시킨다. 여기서, 온도조절모듈(233)은 온도측정기(232)를 통해 압력용기(110) 내의 냉각재의 온도가 실험온도에 도달하면 발열부재(231)의 작동을 정지시킨다.

압력조절단계(S140)는 상기 압력용기(110)의 내부압력을 상기 검사대상 보론미터(112)의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 단계로서, 가압단계(S141) 및 조절완료단계(S142)를 포함한다.

가압단계(S141)는 상기 압력용기(110)의 내부압력이 상기 실험압력에 도달시까지 상기 압력용기(110)로부터 상기 냉각재의 배출은 차단하고, 상기 압력용기(110)로 상기 냉각재를 주입하는 단계이다. 여기서, 관리자는 압력 제어모듈을 작동시키고, 압력 제어모듈은 압력용기(110)의 내부압력을 증가시키기 위해 압력용기(110) 내부로 냉각재가 주입될 수 있도록 주입관(240)이 개방되도록 제2개폐밸브(320)를 작동시키고, 주입펌프(250)를 작동시킨다. 이때, 압력 제어모듈은 배출관(220) 및 드레인관(212)이 폐쇄되도록 제1개폐밸브(310) 및 드레인 밸브(213)를 작동시킨다.

조절완료단계(S142)는 상기 압력용기(110)의 내부압력이 상기 실험압력에 도달하면 상기 압력용기(110)로 상기 냉각재 주입을 중단하는 단계이다. 압력 제어모듈은 압력측정부(330)에서 측정된 압력이 기설정된 실험압력에 도달하면, 압력용기(110)로의 냉각재 주입이 중단되도록 주입관(240)이 폐쇄되게 제2개폐밸브(320)를 작동시키고, 주입펌프(250)를 정지시킨다.

데이터 수집단계(S150)는 상기 압력용기(110)의 내부압력 및 냉각재의 온도가 각각 실험압력 및 실험온도로 세팅된 이후, 상기 중성자 선원(410)에서 방출되는 중성자에 따라 상기 검사대상 보론미터(112)에서 측정된 측정데이터를 수집하는 단계이다. 여기서, 데이터 수집부(420)는 검사대상 보론미터(112)로부터 제공되는 계측값 즉, 측정 데이터를 수집하고, 수집된 측정 데이터를 분석모듈(430)로 전송한다.

반복단계(S160)는 붕소 농도가 상이한 다수의 냉각재를 이용하여 상기 주입단계(S120), 온도조절단계(S130), 압력조절단계(S140), 데이터 수집단계(S150)를 반복하는 단계이다. 데이터 수집단계(S150)가 완료되면 압력용기(110) 및 수용탱크(210)에서 수용된 냉각재를 배출하고, 배출된 냉각재와 상이한 붕소 농도를 갖는 냉각재를 이용하여 주입단계(S120), 온도조절단계(S130), 압력조절단계(S140) 및 데이터 수집단계(S150)를 반복한다. 이때, 반복단계(S160)에서는 각 단계를 약 18회 반복하는 것이 바람직하다. 이때, 분석모듈(430)은 데이터 수집부(420)로부터 제공받은 검사대상 보론미터(112)의 측정 데이터들과, 각 측정 데이터를 측정시 사용된 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 상호 매칭하여 상기 데이터 베이스에 저장한다.

분석단계(S170)는 반복단계(S160) 이후에, 상기 데이터 수집단계(S150)에서 수집된 측정 데이터들과, 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 분석하는 단계로서, 관계식 산출단계(S171), 결과 산출단계(S172) 및 정확도 산출단계(S173)를 포함한다.

관계식 산출단계(S171)는 상기 데이터 수집단계(S150)에서 수집된 상기 검사대상 보론미터(112)의 측정 데이터들과, 상기 측정 데이터들의 측정시 사용된 각 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 단계이다.

여기서, 분석모듈(430)은 데이터 베이스에 저장된 검사대상 보론미터(112)의 측정 데이터들과, 각 측정 데이터를 측정시 사용된 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 토대로 관계식 즉, 검사대상 보론미터(112)의 계측값-붕소 농도 변환식을 도출한다. 일예로, 도 5에는 상이한 붕소 농도를 갖는 18개의 냉각재를 이용하여 산출된 변환식이 도출되어 있다.

결과 산출단계(S172)는 상기 관계식 산출단계(S171)에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 어느 하나를 대입하여 결과값을 산출하는 단계이다. 분석모듈(430)은 데이터 베이스에 저장된 보론미터(112)의 측정 데이터들 중 어느 하나를 무작위로 선택하여 산출된 상기 관계식에 대입하여 결과값을 도출한다.

정확도 산출단계(S173)는 결과 산출단계(S172)에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 산출하는 단계이다. 분석모듈(430)은 상기 결과값과, 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 정확도를 산출한다.

한편, 분석단계(S170)에서, 측정 데이터들 중 일부로 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하고, 측정 데이터들 중 나머지로 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 산출할 수도 있다.

이때, 관계식 산출단계(S171)에서, 분석모듈(430)은 데이터 베이스에 저장된 측정 데이터들 중 일부를 무작위로 선정하고, 선정된 보론미터(112)의 측정 데이터들 중 일부와, 상기 측정 데이터들 중 일부의 측정시 사용된 각 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 단계이다.

또한, 결과 산출단계(S172)에서, 분석모듈(430)은 상기 관계식 산출단계(S171)에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 나머지를 대입하여 결과값을 산출한다. 그리고, 정확도 산출단계(S173)에서, 분석모듈(430)은 결과 산출단계(S172)에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터(112)의 정확도를 산출할 수도 있다.

상술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 보론미터 검사 시스템(100) 및 이를 이용한 보론미터 검사 방법은 온도조절부(200) 및 압력조절부(300)에 의해 냉각재가 수용된 압력용기(110)의 온도 및 압력을 보론미터(112)의 실사용 조건의 온도 및 압력으로 세팅하여 검사를 수행할 수 있으므로 검사대상 보론미터(112)에 대해 보다 정확한 성능 검사를 실시할 수 있다는 장점이 있다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

100: 보론미터 검사 시스템
110: 압력용기
111: 수용공간
112: 보론미터
200: 온도조절부
210: 수용탱크
211: 내부공간
212: 드레인관
213: 드레인 밸브
220: 배출관
230: 가열유닛
240: 주입관
250: 주입펌프
300: 압력조절부
310: 제1개폐밸브
320: 제2개폐밸브
330: 압력측정부
340: 압력 제어모듈
410: 중성자 선원
420: 데이터 수집부
430: 분석모듈

Claims

내부에 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재가 수용될 수 있도록 수용공간이 형성되며, 상기 수용공간에 상기 냉각재에 포함된 붕소를 검출하기 위한 검사대상 보론미터가 설치되는 압력용기;
상기 압력용기에 설치되어 상기 압력용기 내부에 충진된 상기 냉각재의 온도를 상기 보론미터의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 조절하는 온도조절부;
상기 압력용기의 내부 압력을 상기 보론미터의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절부;
상기 수용공간 내에 설치되어 상기 냉각재에 중성자를 방출하는 중성자 선원;
상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자에 따라 상기 보론미터에서 측정된 측정 데이터를 수집하는 데이터 수집부;
상기 데이터 수집부를 통해 수집된 측정 데이터와 상기 냉각재의 기설정된 붕소 농도 에 대한 정보를 토대로 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 분석하는 분석모듈;을 구비하고,
상기 온도조절부는
내부에 상기 냉각재가 수용되는 내부공간이 마련된 수용탱크;
상기 압력용기로부터 배출된 냉각재가 상기 내부공간으로 주입될 수 있도록 상기 압력용기 및 수용탱크에 연결된 배출관;
상기 수용탱크에 설치되어 상기 내부공간에 수용된 냉각재를 상기 실험온도로 가열하는 가열유닛;
상기 수용탱크에 수용된 냉각재가 상기 압력용기로 공급될 수 있도록 상기 수용탱크 및 압력용기에 연결된 주입관; 및
상기 주입관에 설치되어 상기 수용탱크에 수용된 냉각제를 펌핑하여 상기 압력용기 내부에 주입하는 주입펌프;를 구비하는,
보론미터 검사 시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 압력조절부는
상기 압력용기의 내부압력을 증가시킬 경우, 상기 주입펌프의 작동에 의해 상기 압력용기의 내부로 상기 냉각재가 주입된 상태에서 상기 압력용기에서의 냉각재 배출을 차단할 수 있도록 상기 배출관을 폐쇄하되, 상기 압력용기의 내부압력을 감소시킬 경우, 상기 배출관을 개방시킬 수 있도록 상기 배출관에 설치된 제1개폐밸브;
상기 주입관에 설치되어 상기 주입관을 선택적으로 개폐하는 제2개폐밸브;
상기 주입관 또는 배출관에 설치되어 상기 압력용기 내의 냉각재의 압력을 측정하는 압력측정부;
상기 압력측정부로부터 측정된 압력 데이터를 토대로 상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력으로 유지되도록 상기 제1 및 제2개폐밸브와 주입펌프를 제어하는 압력 제어모듈;을 구비하는,
보론미터 검사 시스템.
제3항에 있어서,
상기 압력측정부는
상기 수용탱크와 제2개폐밸브 사이의 상기 주입관에 설치되어 상기 주입관을 통해 상기 압력용기로 주입되는 냉각재의 압력을 측정하는 제1압력 측정기; 및
상기 제1개폐밸브와 수용탱크 사이의 상기 배출관에 설치되어 상기 압력용기 내의 냉각재의 압력을 측정하는 제2압력 측정기;를 구비하는,
보론미터 검사 시스템.
내부에 중성자를 방출하는 중성자 선원이 설치된 압력용기에, 검사대상 보론미터를 세팅하는 세팅단계;
상기 보론미터가 세팅된 상기 압력용기 내부에, 기설정된 농도의 붕소가 용해된 냉각재를 주입하는 주입단계;
상기 압력용기에 수용된 상기 냉각재의 온도를 상기 검사대상 보론미터의 실사용 온도에 대응되는 실험온도로 가열하는 온도조절단계;
상기 압력용기의 내부압력을 상기 검사대상 보론미터의 실사용 압력에 대응되는 실험압력으로 조절하는 압력조절단계;
상기 압력용기의 내부압력 및 냉각재의 온도가 각각 실험압력 및 실험온도로 세팅된 이후, 상기 중성자 선원에서 방출되는 중성자에 따라 상기 검사대상 보론미터에서 측정된 측정데이터를 수집하는 데이터 수집단계;
붕소 농도가 상이한 다수의 냉각재를 이용하여 상기 주입단계, 온도조절단계, 압력조절단계, 데이터 수집단계를 반복하는 반복단계; 및
상기 반복단계 이후에, 상기 데이터 수집단계에서 수집된 측정 데이터들과, 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 분석하는 분석단계;를 포함하는,
보론미터 검사 방법.
제5항에 있어서,
상기 온도조절단계는
주입관 및 배출관을 통해 상기 압력용기에 연통된 수용탱크의 내부에 수용된 상기 냉각재를 가열유닛을 이용하여 상기 실험온도로 가열하는 가열단계;
상기 주입관 또는 배출관에 설치된 주입펌프를 작동시켜 상기 수용탱크와 압력용기에 수용된 상기 냉각재를 상호 순환시키되, 상기 압력용기에 수용된 냉각재의 온도가 상기 실험온도에 도달시까지 상기 냉각재를 순환시키는 순환단계;를 포함하는,
보론미터 검사 방법.
제6항에 있어서,
상기 압력조절단계는
상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력에 도달시까지 상기 압력용기로부터 상기 냉각재의 배출은 차단하고, 상기 압력용기로 상기 냉각재를 주입하는 가압단계;
상기 압력용기의 내부압력이 상기 실험압력에 도달하면 상기 압력용기로 상기 냉각재 주입을 중단하는 조절완료단계;를 포함하는,
보론미터 검사 방법.
제5항에 있어서,
상기 분석단계는
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 검사대상 보론미터의 측정 데이터들과, 상기 측정 데이터들의 측정시 사용된 각 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 관계식 산출단계;
상기 관계식 산출단계에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 어느 하나를 대입하여 결과값을 산출하는 결과 산출단계; 및
상기 결과 산출단계에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 산출하는 정확도 산출단계;를 포함하는,
보론미터 검사 방법.
제5항에 있어서,
상기 분석단계는
상기 데이터 수집단계에서 수집된 상기 검사대상 보론미터의 측정 데이터들 중 일부와, 상기 측정 데이터들 중 일부의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보들을 토대로 상기 측정 데이터에 대한 붕소 농도의 관계식을 산출하는 관계식 산출단계;
상기 관계식 산출단계에서 산출된 상기 관계식에, 상기 측정 데이터들 중 나머지를 대입하여 결과값을 산출하는 결과 산출단계; 및
상기 결과 산출단계에서 산출된 결과값과, 상기 관계식에 대입한 측정 데이터의 측정시 사용된 상기 냉각재의 붕소 농도에 대한 정보를 비교하여 상기 검사대상 보론미터의 정확도를 산출하는 정확도 산출단계;를 포함하는,
보론미터 검사 방법.