KR20000001020A - Radiation embrittlement evaluating method in reactor material using barkhausen noise - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가압경수로 원자력발전소의 압력용기등의 원자로재료에서 일어나는 중성자 조사에 의한 조사취화를 비파괴적으로 평가하는 방법에 관한 것으로서, 이 방법은 강자성재료에 교류자기장을 가할 때 자기유도에 의하여 발생하는 바르크하우젠 노이즈가 중성자 조사에 의한 원자로 압력용기재료의 조사손상 정도에 따라 변하는 것을 이용한 것으로서 기존의 파괴시험에서 일어나는 문제점들을 해결하기 위한 것이다.The present invention relates to a method for nondestructively evaluating irradiation embrittlement caused by neutron irradiation in a reactor material such as a pressure vessel of a pressurized water reactor nuclear power plant, which is generated by magnetic induction when applying an alternating magnetic field to ferromagnetic materials. Barkhausen noise is used to change the degree of damage of reactor pressure vessel material by neutron irradiation.
가압경수로 원자력 압력용기는 고에너지의 중성자에 의하여 계속적으로 조사됨에 의하여 압력용기의 재질이 경화되는 조사경화, 연성-취성 천이온도가 상승하여 취성파괴의 확률을 높이는 조사취화 (radiation embrittlement) 등의 조사손상 (radiation damage)이 일어나고 있다. 이들 조사손상은 원자로 압력용기의 파괴저항성을 약화시켜 원자로 압력용기의 건전성에 큰 위협이 되고 있다. 따라서 원자로 압력용기의 건전성을 평가하기 위한 감시시험용 조사캡슐을 장착한 후 가동중 일정한 시점에 주기적으로 인출, 시험하여 건전성을 입증하고 향후 안전운전 조건에 반영하고있다.Pressurized water reactor Nuclear pressure vessels are continuously irradiated by high energy neutrons, such as irradiation hardening that hardens the material of the pressure vessel, and radiation embrittlement which increases the probability of brittle fracture by increasing the ductile-brittle transition temperature. Radiation damage is occurring. These irradiation damages weaken the breakdown resistance of the reactor pressure vessel and pose a great threat to the integrity of the reactor pressure vessel. Therefore, it is equipped with monitoring capsules for monitoring test to evaluate the integrity of the reactor pressure vessel, and is periodically withdrawn and tested at certain points during operation to prove its integrity and reflected in future safe operation conditions.
그러나 감시시험에 수행하게 되어있는 시험은 인장시험, 충격시험등의 파괴시험으로 이들 시험은 절차의 복잡함과 아울러 많은 비용의 소요된다. 또한 이 시험은 조사캡슐의 갯수가 제한되어 있으므로 필요한 시기에 수시로 시험할 수 없을 뿐만 아니라 가동기간이 오래된 발전소에는 적용하기 힘들다. 따라서 비파괴적으로 조사손상을 평가할 수 있는 기술이 요구된다. 그러나 조사손상은 수 옹그스트롬(Å)에서 수백 Å 정도의 미세한 조사유기 결함에 의하여 일어나므로 초음파 시험을 비롯한 기존의 비파괴 시험으로는 조사손상을 탐지하기 힘들다.However, the tests that are to be performed in the monitoring test are fracture tests such as tensile test and impact test, which are complicated and expensive. In addition, the test is limited in the number of survey capsules, so it is not possible to test it at any time and it is difficult to apply to old power plants. Therefore, there is a need for a technique that can non-destructively evaluate irradiation damage. However, irradiation damage is caused by micro-irradiation defects in the order of several hundred angstroms to several hundred angstroms. Therefore, it is difficult to detect irradiation damage by conventional non-destructive tests including ultrasonic tests.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 중성자 조사에 의하여 경수로 압력용기의 자기적 성질이 변하는 것을 이용하여 원자로재료의 조사손상을 비파괴적으로 평가하는 방법에 대한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and relates to a method for nondestructively evaluating the radiation damage of the reactor material by using the magnetic properties of the water reactor pressure vessel by the neutron irradiation.
상기의 목적 달성을 위해 강자성 재료에 교류자기장을 가하면 자기유도에 의하여 노이즈와 같은 신호가 유도되는데 이를 바르크하우젠 노이즈(이하(BN))라 한다. 이 바르크하우젠 노이즈는 재료의 상태에 따라 변화하는데 이를 이용하면 재료의 상태를 비파괴적으로 평가할 수 있다. 본 발명에서는 중성자를 조사한 원자로압력용기 재료의 바르크하우젠 노이즈 신호를 통계적으로 처리 함으로서 여러 가지 측정 변수들을 얻을 수 있다. 본 발명에서는 BN의 끝 높이를 측정하여 이를 BN 진폭이라고 하였으며, BN 신호의 모양(envelope)에서 BN 에너지를 정의하였다. 중성자 조사에따른 바르크하우젠 노이즈의 변화 및 미소경도의 변화를 제시하였다.In order to achieve the above object, when an alternating magnetic field is applied to a ferromagnetic material, a signal such as noise is induced by magnetic induction, which is called Barkhausen noise (hereinafter referred to as BN). This Barkhausen noise changes with the state of the material, which can be used to nondestructively evaluate the state of the material. In the present invention, various measurement parameters can be obtained by statistically processing the Barkhausen noise signal of the reactor pressure vessel material irradiated with neutrons. In the present invention, the end height of the BN was measured and referred to as the BN amplitude, and the BN energy was defined in the envelope of the BN signal. Changes in Barkhausen noise and microhardness according to neutron irradiation are presented.
도 1 은 본 발명의 구동부분과 신호처리 방법을 나타낸 장치 전체 구성도.1 is an overall configuration diagram of a device and a signal processing method of the present invention.
도 2 는 중성자 조사에 의한 바르크하우젠 노이즈(BN)의 변화도Fig. 2 is a diagram showing variation of Barkhausen noise (BN) by neutron irradiation.
도 3 은 중성자 조사량에 따른 BN과 미세경도의 변화를 나타낸 변화도3 is a change diagram showing the change in BN and microhardness according to the neutron dose
도 4 는 중성자 조사량에 따른 BN의 변화와 미세경도사이의 관계도.4 is a relationship between the change in BN and the microhardness according to the neutron dose.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the configuration and operation of the present invention in detail based on the accompanying drawings as follows.
함수 신호발생기에서 생성된 정현파를 전력증폭기에 통과시켜 일부는 디지탈 오실로스코프에 보내고 일부는 요크형 자화장치에 장착된 시편에 보내 시편을 자화시키되, 시편에따라 적절한 주파수의 인가전류를 시편에 가한후 유도된 전기신호의 일부를 자기이력 곡선을 그리기 위해 자속계를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내고, 나머지 일부는 신호증폭기 앰프에서 증폭된 후 대역 필타를 통과시켜 디지탈 오실로스코프에 보내는 것과 상기 디지탈 오실로스코프는 전송되어진 모든 자료를 컴퓨터로 보내 신호를 분석하는것으로 구성되어진 것이다.The sine wave generated by the function signal generator is passed through the power amplifier, part of which is sent to the digital oscilloscope, and part of which is sent to the specimen mounted in the yoke type magnetizer to magnetize the specimen. A portion of the electrical signal is passed through a magnetometer to the magnetic oscillation curve to send it to the digital oscilloscope, the other part is amplified by the signal amplifier amplifier and passed through the band filter to the digital oscilloscope, and the digital oscilloscope transmits all the transmitted data. It consists of sending a signal to a computer and analyzing the signal.
본 발명의 작용은 다음과 같다.The operation of the present invention is as follows.
도 1 은 바르크하우젠 노이즈를 측정하기 위한 장치의 구성도이다. 함수발생기에서 생성된 정현파는 전력증폭기를 통과한 후 시편을 자화시킨다. 시편에따라 적절한 주파수의 인가전류를 시편에 가한후 유도된 전기신호(Barkhausen noise) 는 앰프에서 증폭된 후 컴퓨터에서 분석된다. 또한 이 신호는 자속계를 통과한 후 자기이력곡선을 그리는데 이용된다. 본 발명은 중성자 조사에 의하여 원자로재료의 조사손상이 진행됨에 따라 바르크하우젠 노이즈 신호가 변하는 것을 이용한 것이다.1 is a block diagram of an apparatus for measuring Barkhausen noise. The sine wave generated by the function generator magnetizes the specimen after passing through the power amplifier. Depending on the specimen, the applied electrical current of the appropriate frequency is applied to the specimen and the induced electrical signal (Barkhausen noise) is amplified by the amplifier and analyzed by a computer. This signal is also used to draw the hysteresis curve after passing through the magnetometer. The present invention utilizes a change in the Barkhausen noise signal as the irradiation damage of the reactor material proceeds by neutron irradiation.
도 2 는 중성자 조사에 의하여 바르크하우젠 노이즈가 변하는 것을 나타낸 것이다. 중성자 조사에 의하여 신호의 모양이 변화하였다는 것을 알 수 있다. 노이즈로부터 의미있는 측정값을 얻기 위하여 본 발명에서는 노이즈의 출력단에 콘덴사를 부착하여 신호의 윤곽선(envelope)를 얻은 후 이 윤곽선의 최대점의 높이를 바르크하우젠 노이즈 진폭(BNA)로 정의하였으며, 시간축에 따른 각점의 높이의 제곱을 적분한 값을 바르크하우젠 노이즈 에너지(BNE)로 정의하였다.2 shows that Barkhausen noise is changed by neutron irradiation. It can be seen that the shape of the signal was changed by the neutron irradiation. In order to obtain a meaningful measurement value from the noise, in the present invention, a condenser is attached to the output terminal of the noise to obtain an envelope of the signal, and the height of the maximum point of the contour is defined as Barkhausen noise amplitude (BNA). Integrating the square of the height of each point along the time axis was defined as Barkhausen noise energy (BNE).
도 3 은 70℃에서 조사된 시편의 중성자 조사량에 따른 미세경도와 BNA, BNE 의 변화를 보인 것이다. 중성자 조사량에 따라 세 단계의 특징적인 변화를 보이고 있다. 특히 1016n/cm2부터 조사량에 따라 선형적으로 변하고 있는데 이를 이용하면 중성자 조사량 측정을 위한 중성자 검출기(dosimeter)로서 사용이 가능하다.Figure 3 shows the change in microhardness and BNA, BNE according to the neutron irradiation amount of the specimen irradiated at 70 ℃. Depending on the neutron dose, there are three characteristic changes. In particular, it is linearly changed according to the irradiation dose from 10 16 n / cm 2 , and it can be used as a neutron detector (dosimeter) for neutron dose measurement.
도 4 는 미세경도와 BNA, BNE 사이의 관계를 보인 것이다. 미세경도 와 BNE 사이의 상관계수는 0.857, 미세경도와 BNA 사이의 상관계수는 0.903 으로 각 매개변수 사이에 비교적 좋은 상관관계를 보여준다. 따라서 미세경도와 같은 기계적 시험의 대용으로 사용될 수 있음을 알 수 있다.Figure 4 shows the relationship between the fine hardness and BNA, BNE. The correlation coefficient between microhardness and BNE was 0.857 and the correlation coefficient between microhardness and BNA was 0.903, which shows a relatively good correlation between each parameter. Therefore, it can be seen that it can be used as a substitute for mechanical tests such as microhardness.
이상과 같이 본 발명에 의하면 간단한 장치로 인가자장과 탐촉센서만으로 원자로 압력용기의 조사취화 현상을 비파괴적으로 평가가 가능하다.As described above, according to the present invention, it is possible to nondestructively evaluate the radiation embrittlement phenomenon of the reactor pressure vessel using only a magnetic field and a probe sensor using a simple device.
본 발명의 자기적 성질을 모든 강자성 금속 재료의 방사선 조사효과 평가방법에 사용할 수 있는 것이다.The magnetic properties of the present invention can be used in the method for evaluating the irradiation effect of all ferromagnetic metal materials.
그러므로 본 발명은 종래의 비파괴 기술로서는 미세한 결함(수십Å정도)에 의하여 일어나는 중성자조사손상과 같은 현상을 관찰할 수 없었다. 그러나 본발명을 이용하면 중성자 조사손상 현상을 탐지 가능하다. 특히 도 4에 나타난 비커스경도와의 상관 관계를 이용하면 앞으로 기계적 특성시험의 대용으로도 사용 가능한 것이다.Therefore, the present invention could not observe a phenomenon such as neutron irradiation damage caused by minute defects (about tens of microseconds) by the conventional nondestructive technology. However, the present invention can detect neutron damage. In particular, the correlation with the Vickers hardness shown in Figure 4 can be used as a substitute for the future mechanical properties test.
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Cited By (4)
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| KR200458147Y1 (en) * | 2008-11-10 | 2012-01-20 | 김철호 | Belt |
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1998
- 1998-06-08 KR KR1019980021042A patent/KR20000001020A/en not_active Application Discontinuation
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