KR102497237B1 - 기포 탐지장치 - Google Patents

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KR102497237B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예는 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로에서 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 아르곤 기포의 크기 분포와 공극률을 측정하고 원자로 운전 중에 상시 감시할 수 있는 기포 탐지 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 기포 탐지 장치는 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로의 헤드 상부에 설치되어 일단부가 외부로 노출되고, 타단부는 액체 금속 냉각재에 접하는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈을 포함하며, 액체 금속 냉각재 내부로 누설 초음파를 방출시키고 기포 공극률을 측정하고자 하는 기포 탐지 측정영역에 고주파수 초음파 빔과 저주파수 초음파 빔을 집속시켜 기포에 의해 발생되는 비선형 공진 현상을 측정하여 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 피측정 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정한다.

Description

기포 탐지장치{BUBBLE DETECTION APPARATUS}
본 발명은 기포 탐지장치에 관한 것이다.
액체 금속로에서 소듐 중 기포 탐지는 소듐의 불투명성으로 광학적인 방법이 사용될 수 없어 초음파를 이용하는 방법이 적용되고 있다. 기포에 초음파가 입사할 때에 기포의 공진에 의해 비선형 진동 현상이 발생하고 구동 주파수에 대하여 2차 및 3차 고조파 성분을 발생시키는 특성이 있다. 이러한 비선형 진동 특성은 액침형 초음파 트랜스듀서를 이용하여 저주파수를 갖는 펌핑 펄스를 연속적으로 주파수 스윕(sweep)하면서 고주파수의 펄스를 송신하면 기포의 공진현상에 의해 유발되는 합 주파수와 차 주파수 신호가 발생되는 저주파수 펄스의 가진 주파수를 측정하여 기포 크기 분포와 공극률을 측정하는 저주파수와 고주파수 펄스 합성기법이 널리 적용되고 있다.
액체 금속로의 소듐 중 기포 탐지에 사용되는 기존의 액침 초음파 센서는 고온 고방사능 환경에서 장시간 사용이 불가능하고 원자로 가동 중에 소듐 냉각재 내부로 아르곤 기포 공극률 측정을 위해 액침 초음파 센서를 고온 소듐 냉각재에 침지할 수 없어 원자로 운전 중에 소듐 냉각재 내부의 기포 상시 감시를 수행할 수 없는 문제점이 있다.
액침형 초음파 센서는 대부분 소듐 액위 상부에만 설치 가능하고 노심 상부와 내부 구조물 주요 부위에 설치가 어려워서 아르곤 기포 크기와 공극률을 측정할 수 있는 부위가 제한되는 문제가 있다.
관련 선행문헌으로 미국등록특허 4,112,735는 "Detection of bubbles in a liquid"을 개시한다.
미국등록특허 4,112,735
본 발명의 한 실시예는 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로에서 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 아르곤 기포의 크기 분포와 공극률을 측정하고 원자로 운전 중에 상시 감시할 수 있는 기포 탐지 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 기포 탐지 장치는 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로의 헤드 상부에 설치되어 일단부가 외부로 노출되고, 타단부는 액체 금속 냉각재에 접하는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈을 포함하며, 액체 금속 냉각재 내부로 누설 초음파를 방출시키고 기포 공극률을 측정하고자 하는 기포 탐지 측정영역에 고주파수 초음파 빔과 저주파수 초음파 빔을 집속시켜 기포에 의해 발생되는 비선형 공진 현상을 측정하여 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 피측정 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정한다.
본 발명의 한 실시예는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈을 구비하여 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로에서 액체 금속 냉각재 내부에 녹아 있는 아르곤 기포의 크기 분포와 공극률을 측정하고 원자로 운전 중에 상시 감시할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치가 액체 금속로의 원자로 헤드 상부에 설치되는 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치의 개념도이다.
도 3은 고주파와 저주파 초음파 합성 기법을 적용한 기포 탐지 초음파 시험장치 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치의 초음파 빔 방사를 나타내는 도면이다.
도 5는 웨이브가이드 센서에서의 A0 판파 위상속도를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치에서 측정한 기포에 의한 초음파 산란 신호와 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도면들을 참조하여 기포 탐지장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치가 액체 금속로의 원자로 헤드 상부에 설치되는 상태를 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치의 개념도이다. 그리고 도 3은 고주파와 저주파 초음파 합성 기법을 적용한 기포 탐지 초음파 시험장치 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치의 초음파 빔 방사를 나타내는 도면이다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지장치는 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로의 헤드(10) 상부에 설치되어 일단부가 외부로 노출되고, 타단부는 액체 금속 냉각재에 접하는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 포함할 수 있다. 참조 번호 20은 노심, 30은 핵연료 교환부를 나타낸다. 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)은 액체 금속 냉각재 내부로 누설 초음파를 방출시키고 기포 공극률을 측정하고자 하는 기포 탐지 측정영역에 고주파수 초음파 빔과 저주파수 초음파 빔을 집속시켜 기포에 의해 발생되는 비선형 공진 현상을 측정하여 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 피측정 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정할 수 있다. 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)은 도 1에 도시한 바와 같이 원자로의 헤드 상부에 설치될 수 있다. 여기서, 원자로는 액체 금속 냉각재를 사용하는 액체 금속로를 포함한다. 액체 금속은 소듐을 포함할 수 있다. 따라서, 액체 금속 냉각재는 액체 소듐 냉각재를 포함할 수 있다. 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 이용함으로써 액체 금속로의 노심 부위와 내부 구조물, 그리고 주요 기기의 접근하기 어려운 부위에서의 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 피측정 가스의 기포 공극률을 용이하게 측정할 수 있다. 여기서, 피측정 가스는 아르곤 가스를 포함할 수 있다.
기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)은 도 2에 도시한 바와 같이 3개의 웨이브가이드 센서와 웨이브가이드 센서 모듈 지지부(140)를 포함할 수 있다. 여기서, 3개의 웨이브가이드 센서는 기포 탐지 측정영역을 중심으로 원주 방향을 따라 서로 설정된 간격을 두고 이격 배치되는 저주파수 펌프(pump) 웨이브가이드 센서(110), 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120), 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)를 포함할 수 있다. 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120)와 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)는 초음파 빔 방사부의 대향면이 설정각도를 갖도록 배치될 수 있다. 여기서, 설정각도는 90도를 포함할 수 있다. 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120)와 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)가 위치된 반대측 면에 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부(110)를 배치할 수 있다.
저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부(110), 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120), 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)는 각각 웨이브가이드, 웨지(wedge), 초음파 트랜스듀서, 가이드 튜브, 초음파 빔 방사부를 포함할 수 있다. 웨지는 초음파 발생부로부터 수신된 초음파 신호를 모드 전환시킬 수 있다. 웨이브가이드는 길이방향으로 길게 형성되어 일단부가 웨지에 연결되고 타단부를 통해 송수신되는 초음파 신호를 안내할 수 있다. 웨이브가이드의 타단부는 가이드 튜브가 미리 설정된 각도로 절개되어 웨이브가이드의 일면이 액체 금속 냉각재의 내부에 노출되어 초음파 빔 방사부를 형성할 수 있다. 웨이브가이드는 두께가 얇고 길이가 긴 스테인리스 강 재질의 판형상으로 형성될 수 있다. 웨이브가이드의 일단부는 원자로 용기 외부에 위치하는 웨지에 연결될 수 있으며, 웨이브가이드의 타단부는 원자로 용기 내부에 위치될 수 있다. 웨이브가이드의 외부에는 가이드 튜브가 구비될 수 있다. 가이드 튜브는 웨이브가이드의 외부를 감싸는 형상으로 구비되며, 고온, 고방사능의 액체 금속으로부터 웨이브가이드를 보호할 수 있다. 가이드 튜브는 웨이브가이드의 표면으로부터 일정 거리만큼 이격되어 구비될 수 있다. 가이드 튜브는 웨이브가이드와 이격되어 있어 판파의 전파 에너지가 액체 금속 내로 빠져나가는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120)는 고주파수 송신용 웨이브가이드(122), 고주파수 송신용 초음파 트랜스듀서(124), 고주파수 송신용 웨지(126), 고주파수 송신용 가이드 튜브(128), 고주파수 송신용 초음파 빔 방사부(127)를 포함할 수 있다. 이러한 공통 구성은 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부(110)와 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)에도 각각 적용되므로 중복되는 설명과 참조 번호는 생략한다. 참고로, 초음파 빔 방사부에서 고주파수 송신용 초음파 빔 방사부(127)와 고주파수 수신용 초음파 빔 방사부(137)의 대향면이 90도로 배치될 수 있다. 그리고 저주파수 펌프용 초음파 빔 방사부(117)는 고주파수 송신용 초음파 빔 방사부(127)와 고주파수 수신용 초음파 빔 방사부(137)의 반대측 에 배치되어 각각의 초음파 빔 방사부가 기포 탐지 측정영역을 향해 위치될 수 있다.
상기한 바와 같이 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)은 고온 고방사능의 극한 원자로 환경에서 초음파 센서를 외부에 두고 판 형상의 웨이브가이드(WG)를 이용하여 원격으로 초음파 신호를 송수신시키는 웨이브가이드 센서를 고온의 액체 금속 냉각재 내부에 영구적으로 설치하고 원자로 외부에 초음파 트랜스듀서를 설치하여 초음파 대역의 주파수영역을 갖는 전기적 에너지를 기계적 진동으로 변환함으로써 액체 금속 냉각재 중 피측정 가스의 기포 탐지와 기포 공극률 등에 대해 상시 감시할 수 있다. 예를 들어, 소듐과 같은 액체 금속을 냉각재로 사용하는 경우, 액체 소듐 냉각재에 포함되는 아르곤 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정할 수 있다.
도 3을 참조하면, 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)에서 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부(110)의 초음파 트랜스듀서(114)와 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부(120)의 초음파 트랜스듀서(124)는 다채널 파형 발생기(Function Generator)와 게이트 증폭기(Gated Amplifier)에 각각 연결되어 제어부(PC)에서 제어될 수 있다. 그리고 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부(130)의 초음파 트랜스듀서(134)는 광대역 수신증폭기(Broadband Receiver)가 연결되고 수신된 초음파 신호는 아날로그 디지털 변환기(A/D Board)를 통하여 제어부(PC)에서 신호가 수집될 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 이용하여 소듐 냉각재에 포함된 아르곤 가스 기포 탐지과정을 설명한다.
먼저, 소듐을 냉각재로 사용하는 액체 금속로를 가정하면, 원자로 용기에 저장되는 1차 액체 금속 냉각재 상부의 아르곤 커버가스는 소듐 자유액면을 통해 소듐 속으로 유입되어 아르곤 기포로 존재하게 된다. 소듐에 유입된 아르곤 기포는 국부적으로 노심의 핵반응도를 증가시키고 액체 금속 냉각재의 열전달 효율을 감소시킬 뿐만 아니라 계측기의 신호를 교란시켜서 액체 금속로의 안전 운전과 계측 감시 등에 문제를 일으킬 수 있다.
액체 금속로와 같은 고온, 고방사능 또는 직접 접근하기 어려운 극한 소듐 환경에서 초음파 센서를 외부에 두고 판 형상의 웨이브가이드(WG)를 이용하여 원격으로 초음파 신호를 송수신시키는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 고온의 소듐 냉각재 내부에 영구적으로 설치하고 원자로 외부에 초음파 트랜스듀서를 설치하여 소듐 냉각재에 포함된 아르곤 가스 기포 탐지와 기포 공극률 등에 대한 상시 감시가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 이용하여 액체 금속로의 소듐 냉각재 내부에 녹아 있는 아르곤 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정하여 원자로 운전 중에 상시 감시가 가능하다. 또한, 소듐 냉각재에 포함된 아르곤 가스의 기포 탐지에 판형 웨이브가이드 센서를 적용함으로써 사용 수명에 제한이 없이 적용 가능하고 기포 크기 분포 측정 범위에 따라 사용 주파수에 맞도록 초음파 트랜스듀서를 교체 적용할 수 있다.
한편, 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)은 도 4에 도시한 바와 같이 3개의 웨이브가이드 센서를 기포 탐지 측정 지점을 중심으로 원주 방향으로 배열된 상태를 가정한다. 예를 들어, 고주파수 송수신 웨이브가이드 센서는 초음파 빔의 방사면이 90도 각도를 갖도록 배치하고 고주파수 송수신 웨이브가이드 센서의 반대측 면에 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부(110)를 배치할 수 있다. 이와 같이 판형 웨이브가이드 센서를 액침형 초음파 센서와 같이 어레이 형태로 배치하고 0.1MHz~0.5MHz 범위의 저주파수 초음파 펄스를 연속하여 가진하면서 2.25MHz의 고주파수 초음파를 송신하고 2.25MHz의 수신 초음파 신호를 수신할 수 있다.
웨이브가이드에 초음파 펄스를 입사시켜 발생된 영차 반대칭 A0 판파는 액체와 접하면 액체 내부로 종파로 모드 변환되어 도 4에 도시한 바와 같이 방사될 수 있다.
도 5는 웨이브가이드 센서에서의 A0 판파 위상속도를 도시한 도면이다. 외부로부터 발생된 초음파 신호는 웨지를 거쳐 판 형상의 웨이브가이드로 전송될 수 있다. 특정 주파수를 가지는 초음파 신호가 웨지를 거쳐 판 형상의 웨이브가이드로 전송되면 초음파 신호는 판파 모드로 변환될 수 있다. 웨이브가이드의 길이방향을 따라 전파되는 판파를 이용하여 피측정 가스의 기포 크기와 공극률을 측정할 수 있다. 여기서, 판파(plate wave, Lamb wave)는 얇은 판 형상의 고체 내를 진행하는 파를 말하며, 진행 방식에 따라 대칭 모드(S-Mode)와 반대칭 모드(A-Mode)로 구분될 수 있다. 대칭 모드의 경우에는 판파의 진행방향으로 진동하는 파의 성분이 판의 두께 중심선에 대해 대칭으로 표시될 수 있다. 이와는 달리, 반대칭 모드의 경우에는 판파의 진행방향으로 진동하는 파의 성분이 판의 두께 중심선에 대해 비대칭으로 표시될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 웨이브가이드 센서부에서는 제0차 반대칭 판파(A0)가 사용될 수 있다. 판파는 웨이브가이드를 따라 웨이브가이드의 길이방향으로 전파될 수 있다. 이때의 초음파 빔 방사각(θ)은 소듐 냉각재 중 종파속도(VL)와 판파의 위상속도(Cp)에 따라 수학식 1로 산출될 수 있다.
[수학식 1]
sinθ = VL/ Cp
여기서, 판파의 위상속도(Cp)는 초음파 주파수(f)와 웨이브가이드의 두께(d)의 함수로 나타낼 수 있다. 초음파 빔 방사각(θ)도 초음파 주파수(f)와 웨이브가이드의 두께(d)의 함수로 나타낼 수 있다. 따라서, 초음파 주파수(f)가 변경되거나 또는 웨이브가이드의 두께(d)가 변경되는 경우, 초음파 빔 방사각(θ)도 변경될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지 장치에서 측정한 기포에 의한 초음파 산란 신호와 주파수 스펙트럼을 나타내는 도면이다. 도 6을 참조하면, 주파수 스펙트럼에서 기포의 공진 모드에 의한 2차 고조파와 3차 고조파가 발생되는 저주파수 펄스의 입사주파수를 측정하여 기포 크기를 산정하고 특정 시간 동안 각 공진주파수에서의 발생 빈도를 측정하여 기포 크기 분포도를 구하며 이로부터 기포 공극률을 계측할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈(100)을 이용하면, 액체 금속로의 원자로 운전 중 고온의 액체 금속 냉각재 내부의 아르곤 기포 발생 여부를 감지하고 기포 크기와 기포 공극률을 상시 측정할 수 있으며 연속 감시가 가능하다. 그리고 웨이브가이드 센서의 초음파 트랜스듀서가 원자로 헤드 외부에 설치되어 있어 반영구적으로 사용할 수 있다. 또한, 트랜스듀서를 용이하게 교체 가능하여 작동 주파수를 변화시킬 수 있어 기포 크기 분포도 측정 범위를 확대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 ; 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈
110 ; 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부
120 ; 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부
130 ; 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부

Claims (12)

  1. 액체 금속 냉각재를 사용하는 원자로의 헤드 상부에 설치되어 일단부가 외부로 노출되고, 타단부는 상기 액체 금속 냉각재에 접하는 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈을 포함하며,
    상기 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈은
    기포 탐지 측정영역을 중심으로 원주 방향을 따라 서로 설정된 간격을 두고 이격 배치되는 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부, 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부, 그리고 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부를 포함하고,
    상기 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부와 상기 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부는 각각의 초음파 빔 방사부의 대향면이 설정각도를 갖도록 배치되며,
    상기 액체 금속 냉각재 내부로 누설 초음파를 방출시키고 기포 공극률을 측정하고자 하는 기포 탐지 측정영역에 고주파수 초음파 빔과 저주파수 초음파 빔을 집속시켜 기포에 의해 발생되는 비선형 공진 현상을 측정하여 상기 액체 금속 냉각재의 내부에 녹아 있는 피측정 가스의 기포 크기 분포와 공극률을 측정하고,
    상기 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부의 단부에서 상기 액체 금속 냉각재의 내부에 노출되도록 길이방향으로 형성되는 초음파 빔 방사부, 상기 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부의 단부에서 상기 액체 금속 냉각재의 내부에 노출되도록 길이방향으로 형성되는 초음파 빔 방사부, 그리고 상기 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부의 단부에서 상기 액체 금속 냉각재의 내부에 노출되도록 길이방향으로 형성되는 초음파 빔 방사부는 기포 탐지 측정영역을 중심으로 원주 방향을 따라 3차원 구조로 기포 탐지 측정영역을 향해 배치되어, 3차원으로 기포를 탐지하는 기포 탐지장치.
  2. 제1항에서,
    상기 기포 탐지 웨이브가이드 센서 모듈은
    초음파 발생부로부터 수신된 초음파 신호를 모드 전환시키는 웨지(wedge),
    길이방향으로 길게 형성되어 일단부가 상기 웨지에 연결되고 타단부를 통해 송수신되는 상기 초음파 신호를 안내하는 웨이브가이드
    를 포함하는 기포 탐지장치.
  3. 제2항에서,
    상기 웨이브가이드의 외부를 감싸는 형상으로 형성되어 상기 액체 금속으로부터 상기 웨이브가이드를 보호하는 가이드 튜브를 더 포함하는 기포 탐지장치.
  4. 제3항에서,
    상기 웨이브가이드의 타단부는 상기 가이드 튜브가 미리 설정된 각도로 절개되어 상기 웨이브가이드의 일면이 상기 액체 금속 냉각재의 내부에 노출되어 초음파 빔 방사부를 형성하는 기포 탐지장치.
  5. 제3항에서,
    상기 웨이브가이드는 판형으로 형성되는 기포 탐지장치.
  6. 제5항에서,
    상기 웨이브가이드의 길이방향을 따라 전파되는 판파를 이용하여 상기 피측정 가스의 기포 크기와 공극률을 측정하는 기포 탐지장치.
  7. 제5항에서,
    상기 웨이브가이드는 스테인레스 강 재질을 포함하는 기포 탐지장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에서,
    상기 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부와 상기 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부가 위치된 반대측 면에 상기 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부를 배치하는 기포 탐지장치.
  11. 제1항에서,
    상기 저주파수 펌프 웨이브가이드 센서부의 초음파 트랜스듀서와 상기 고주파수 송신 웨이브가이드 센서부의 초음파 트랜스듀서에는 다채널 파형 발생기와 게이트 증폭기가 각각 연결되는 기포 탐지장치.
  12. 제11항에서,
    상기 고주파수 수신 웨이브가이드 센서부의 초음파 트랜스듀서에는 광대역 수신증폭기가 연결되는 기포 탐지장치.
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JPH0749334A (ja) * 1993-08-04 1995-02-21 Toshiba Corp 液体金属中の気泡測定装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Cavaro M, et al.s, Towards the characterization of the bubble presence in liquid sodium of Sodium cooled Fast Reactor, ResearchGate. (2013.06.30.). 1부.*
김회웅 외, 판형 웨이브가이드 초음파 센서를 이용한 소듐냉각고속로 원격주사 검사기법 개발, 한국소음진동공학회논문집 제25권 제1호, pp. 48-57, (2015.01.31.) 1부.*

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