KR200216678Y1 - 고방사능 핵연료 봉단 용접부 ｘ-선 온라인 검사장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치에 관한 것으로, 그 목적은 이동이 가능한 초점크기 10㎛이하의 미세초점 X-선 발생장치에 의한 실시간 X-선 투시 검사기술을 이용하여 고방사능 핵연료를 장착한 핵연료봉단 밀봉 용접부를 비파괴적으로 검사하고, 검사효과를 향상시키며, 기존의 검사방법과 병행하여 핵연료의 건전성을 확인하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치를 제공하는 것이다.

본 고안은 10㎛ 이하의 초점을 구비하는 마이크로포커스 X-선 발생부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부와 연결되어 X-선을 제어하는 X-선 발생 제어부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부가 장착되고 마이크로포커스 X-선 발생부를 상하로 직선이동시키는 이송부와, 상기 이송부 상부에 위치하도록 설치되고 장착된 핵연료봉을 회전시키는 회전부와, 상기 회전부 및 이송부를 제어하는 제어부와, 상기 핵연료봉에서 방출되는 방사능을 차폐하는 방사능 차폐부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부에서 발생되어 핵연료봉의 용접부를 투과한 X-선을 감지하도록 핵연료봉 상부에 설치되는 X-선 영상변환부와, 상기 X-선 영상변환부를 제어하는 X-선 영상변환 제어부와, 상기 X-선 영상변환부에 일체형으로 설치되는 카메라와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부, 이송부, 회전부, X-선 영상변환부, 카메라가 내부에 설치되는 X-선 차폐 캐비넷과, 상기 카메라에서 획득된 영상이 X-선 차폐 캐비넷 외부에 설치된 X-선 영상변환 제어부를 통해 전달되는 B/W 모니터 및 영상처리부와, 상기 영상처리부에 전달된 영상이 실시간으로 디스플레이 되는 VGA 모니터로 구성되어 연료봉단 밀봉 용접부를 실시간으로 검사할 수 있는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치를 제공함에 있다.

Description

고방사능 핵연료 봉단 용접부 Ｘ-선 온라인 검사장치{On-line X-ray inspection apparatus of end closure weld of highly radioactive nuclear fuel rod}

본 고안은 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치에 관한 것으로, 고방사능 핵연료 봉단 밀봉 용접부를 초점크기 10㎛ 이하의 미세초점 X-선 발생장치를 이용하여 실시간으로 용접부를 비파괴 검사하는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치에 관한 것이다.

일반적으로 핵연료봉은 경수로용과 중수로용이 있으며 모두 지르카로이-4 재질로 제조된다. 핵연료봉의 한쪽 끝을 연료봉 몸체와 같은 지르카로이-4 재질의 봉단마개를 삽입하여 이음부를 밀봉 용접한 후에 핵연료 소결체를 장입하고 반대편도 봉단마개를 삽입하여 용접함으로써 완전 밀봉된다. 용접방법으로는 일반적으로 저항용접방법을 사용하며 특수한 상황에서 TIG 용접 또는 레이저용접 방법을 사용하기도 한다. 핵연료봉단 용접부는 핵연료의 성능뿐만 아니라 안전성 측면에서 매우 중요하기 때문에 용접부의 건전성을 평가하는 일은 매우 중요하다.

또한, 핵연료봉의 원주 방향으로 용접된 용접부의 외경은 중수로용 연료봉의 경우 약 13 mm, 14x14 경수로용의 경우 약 10.75 mm, 16x16 및 17x17 경수로용의 경우 약 9.5 mm, 고방사능 DUPIC 핵연료봉의 경우 약 13 mm이고 용접부의 폭은 2 ∼ 5 mm로 매우 작기 때문에 수 십 배 확대방법을 사용해야 미세한 결함을 검사할 수 있다.

현재 사용되는 핵연료봉 봉단 용접부 검사 방법으로는 파괴적인 검사방법인 조직검사, 인장시험, 파열시험이 이용되고 있으며 비파괴적인 검사 방법으로는 헬륨누출시험이 활용되고 있다. 파괴적인 검사 방법은 전수검사가 불가능하고 표본을 추출하여 검사하기 때문에 전체적인 핵연료봉 봉단 용접부의 건전성을 통계적인 수치에 의존해야 하고 헬륨누출 검사방법은 전수검사가 가능하지만 미세 크랙이나 기공, 용입불량 등의 결함을 발견하기 힘들다.

X-선 검사방법은 기존의 일반적인 필름을 이용하는 것으로, 필름 현상 등 검사 효율이 떨어지고 사용된 X-선 발생장치의 초점도 미세 초점이 아니어서 X-선 영상의 확대율이 낮아 미세한 결함검사에 적용하기에는 어려운 문제점이 있었다.

또한, X-선 형광을 이용한 기존의 온라인 검사방법 또한 형광명과 연료봉 사이의 간격이 작아 확대율이 낮기 때문에 미세 결함의 검출이 곤란하고 연료봉 회전 기능이 없어 연료봉 용접부에 대한 전방향 검사 기능이 부족하며 핵연료봉으로부터 방출되는 방사선을 차폐할 수 있는 적절한 차폐 기능이 없어 고방사능 핵연료를 장착한 핵연료봉의 용접부 검사하기에는 곤란한 점이 있는 등 여러 가지 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 그 목적은 이동이 가능한 초점크기 10㎛이하의 미세초점 X-선 발생장치에 의한 실시간 X-선 투시 검사기술을 이용하여 고방사능 핵연료를 장착한 핵연료봉단 밀봉 용접부를 비파괴적으로 검사하고, 검사효과를 향상시키며, 기존의 검사방법과 병행하여 핵연료의 건전성을 확인하고 신뢰성을 향상시킬 수 있는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치를 제공하는 것이다.

본 고안은 10㎛ 이하의 초점을 구비하는 마이크로포커스 X-선 발생부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부와 연결되어 X-선을 제어하는 X-선 발생 제어부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부가 장착되고 마이크로포커스 X-선 발생부를 상하로 직선이동시키는 이송부와, 상기 이송부 상부에 위치하도록 설치되고 장착된 핵연료봉을 회전시키는 회전부와, 상기 회전부 및 이송부를 제어하는 제어부와, 상기 핵연료봉에서 방출되는 방사능을 차폐하는 방사능 차폐부와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부에서 발생되어 핵연료봉의 용접부를 투과한 X-선을 감지하도록 핵연료봉 상부에 설치되는 X-선 영상변환부와, 상기 X-선 영상변환부를 제어하는 X-선 영상변환 제어부와, 상기 X-선 영상변환부에 일체형으로 설치되는 카메라와, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부, 이송부, 회전부, X-선 영상변환부, 카메라가 내부에 설치되는 X-선 차폐 캐비넷과, 상기 카메라에서 획득된 영상이 X-선 차폐 캐비넷 외부에 설치된 X-선 영상변환 제어부를 통해 전달되는 B/W 모니터 및 영상처리부와, 상기 영상처리부에 전달된 영상이 실시간으로 디스플레이 되는 VGA 모니터로 구성되어 연료봉단 밀봉 용접부를 실시간으로 검사할 수 있는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치를 제공함에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도

도 2 는 본 발명의 세부 설치 상태를 보인 예시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

(1) : 카메라

(2) : X-선 영상 변환부(Image intensifier)

(3) : 핵연료봉 (4) : 회전부

(5) : 방사능 차폐체 (6) : 이송부

(7) : 마이크로포커스 X-선 발생부

(8) : 제어부 (9) : 고전압 발생부

(10) : 냉각 및 진공부 (11) : 고해상도 B/W 모니터

(12) : X-선 영상변환 제어부 (13) : X-선 발생 제어부

(14) : VGA 모니터 (15) : 영상처리부

(16) : X-선 차폐 캐비넷 (17) : X-선 제어 시스템

(18) : X-선 영상처리 시스템 (19) : X-선 빔

(20) : 용접부 (21) : 봉단 마개

도 1 은 본 발명에 따른 구성을 보인 예시도를, 도 2 는 본 발명의 세부 설치 상태를 보인 예시도를 도시한 것으로, 본 고안은 마이크로 포커스 X-선 발생부에서 발생되어 핵연료봉 봉단 용접부에 투과한 X-선을 실시간으로 영상처리하여 고해상도 B/W 모니터 및 VGA 모니터에 디스플레이하고, 디스플레이된 영상을 통해 결함 검사를 수행하도록 되어 있다.

즉, 본 고안은 X-선을 발생하는 마이크로포커스 X-선 발생부(7)와, 이를 제어하는 X-선 발생 제어부(13)와, 마이크로포커스 X-선 발생부(7)를 이동시키는 이송부(6)와, 핵연료봉(3)을 회전시키는 회전부(4)와, 상기 회전부(4) 및 이송부(6)를 제어하는 제어부(8)와, 상기 핵연료봉(3)의 방사능을 차폐하는 방사능 차폐부(5)와, 핵연료봉단 밀봉 용접부(20)로 투과된 X-선을 감지하는 X-선 영상변환부(2)와, 이를 제어하는 X-선 영상변환 제어부(12)와, 상기 X-선 영상변환부(2)에 의해 변환된 광학영상이 전달되는 카메라(1)와, 외부로의 X-선 누출을 방지하는 X-선 차폐 캐비넷(16)과, 상기 카메라(1)에서 획득된 영상이 전달되는 B/W 모니터(11) 및 영상처리부(15)와, 상기 영상처리부(15)에 전달된 영상이 실시간으로 디스플레이 되는 VGA 모니터(14)로 구성되어 있다.

상기 마이크로포커스 X-선 발생부(7)는 X-선을 연료봉단의 용접부(20)로 투과하는 것으로, 10㎛ 이하의 미세초점을 구비하며, X-선 발생 제어부(13)에 의해 제어된다.

상기 이송부(6)는 마이크로포커스 X-선 발생부(7)를 이송시키는 것으로, 방사능에 견딜 수 있는 공지된 이송수단이 사용되며, 투과되는 X-선의 중심선이 연료봉단의 용접부(20)를 따라 이동되도록 마이크로포커스 X-선 발생부(7)를 상/하 직선운동시킨다.

즉, 상기 마이크로포커스 X-선 발생부(7)는 이송부(6)에 장착되어 있으며, 상/하 직선운동에 의해 X-선 영상 변환부(2)와의 거리가 조절되며, 이를 통해 배율 및 초점이 조절되도록 되어 있다.

상기 회전부(4)는 핵연료봉(3)을 장착하여 회전하는 것으로, 방사능에 견딜 수 있는 공지된 회전수단이 사용되며, 장착된 핵연료봉(3)을 360°회전시켜 용접부(20)의 전방향이 검사 가능하도록 되어 있으며, 핵연료봉(3)이 장착되는 부위가 가변가능하도록 되어 있다. 즉, 회전부(4)의 직경이 가변되도록 되어 있다.

상기 방사능 차폐부(5)는 핵연료봉(3)에서 방출되는 방사능을 차폐시키는 것으로, 회전부(4)에 설치된 핵연료봉(3) 중, 검사에 필요한 연료봉단의 용접부(20)를 제외한 나머지 부분이 삽입되며, 약 7㎝ 의 두께의 원통형상을 구비하고 있다.

상기 X-선 영상변환부(2)는 X-선 영상을 광학영상으로 변환시켜주는 것으로, 마이크로포커스 X-선 발생부(7)에서 발생되어 핵연료봉 봉단 용접부(20)를 투과한 X-선을 감지하고 이를 광학영상으로 변환한 후 카메라(1)로 전달한다.

상기 카메라(1)는 X-선 영상변환부(2)에 부착되어 설치되는 것으로, 고해상도 CCD 카메라 또는 방사선에 대한 내구성이 강한 비디콘 또는 프리미콘 카메라등이 사용된다.

상기 마이크로포커스 X-선 발생부(7), 이송부(6), 핵연료봉(3), 회전부(4), X-선 영상변환부(2), 카메라(1)는 X-선 차폐 캐비넷(16) 내부에 설치되어 있어 외부로의 X-선 누출이 방지되도록 되어 있다.

상기 고해상도 B/W 모니터(11)는 카메라(1)에서 획득한 영상을 X-선 영상변화 제어부(12)를 통해 전달받아 디스플레이 하는 것으로, 디스플레이된 영상을 통해 용접부(20)의 결함검사를 행할 수 있다.

상기 VGA 모니터(14)는 컴퓨터와 영상처리보드 및 영상처리 프로그램으로 구성된 X-선 영상처리부(15)를 통해 실시간으로 X-선 영상을 디스플레이 하거나, 획득된 영상을 적절히 개선하여 디스플레이 하는 것으로, 일정한 크기 이상의 결함을 자동으로 감지하여 경고 메시지를 출력시킨다.

상기와 같이 구성된 본 고안을 이용하여 핵연료봉단 용접부(20)를 검사하고자 할 경우, 연료봉단의 용접부(20)를 제외한 나머지 부분이 방사능 차폐체(5)내에 위치하도록 회전부(4)에 장착하고, 마이크로포커스 X-선 발생부(7)에서 발생되는 X-선을 핵연료봉(3)의 용접부(20)에 투과하면, 투과된 X-선을 X-선 영상변환부(2)에서 감지한 후 이를 광학영상으로 변화하여 카메라(1)에 전달하고, 상기 카메라(1)에서 획득한 영상은 X-선 영상변환 제어부(12)를 통해 B/W 모니터(11) 및 영상처리부(15)로 전달되어 B/W 모니터(11) 및 VGA 모니터(14)에 X-선 영상이 실시간으로 디스플레이 된다.

또한, 일반적인 경수로용 핵연료봉과 중수로용 핵연료봉의 봉단 용접부에 모두 적용 가능하고자 할 경우, 상기 핵연료봉(3)이 장착되는 회전부(4)의 직경을 가변시켜 사용한다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

이와 같이 본 고안은 10㎛ 이하의 미세 초점을 갖는 마이크로포커스 X-선 발생부를 이용하므로, 수 십 배 확대된 영상에서도 초점의 흐림 없이 정밀한 X-선 영상을 획득할 수 있어, 수십 ㎛ 크기의 결함을 용이하게 감지할 수 있다.

또한, 실시간 X-선 영상 변환장치(image intensifier)를 이용하여 X-선 영상을 광학 영상으로 변환시키고 카메라 시스템을 이용하여 동영상을 모니터상에 출력시키도록 되어 있어, 실시간으로 용접부를 투시하여 결함을 검사할 수 있기 때문에 검사효율이 높고, 핵연료의 성능과 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 영상처리부에 의해 일정 크기 이상의 결함을 자동으로 감지하고, 경고 메시지를 출력시켜 용접부의 결함을 자동으로 검사할 수 있으며, X-선 영상을 영상처리하여 개선한 영상을 통해 보다 정밀한 결함검사를 수행할 수 있다.

또한, 본 고안은 경수로용 핵연료봉과 중수로용 핵연료봉의 봉단 용접부에 모두 적용할 수 있으며, 기존의 검사와 병행하여 사용할 경우, 핵연료의 건전성 향상에 기여할 수 있는 등 많은 효과가 있다.

Claims (1)

10㎛ 이하의 초점을 구비하는 마이크로포커스 X-선 발생부와,

상기 마이크로포커스 X-선 발생부와 연결되어 X-선을 제어하는 X-선 발생 제어부와,

상기 마이크로포커스 X-선 발생부가 장착되고 마이크로포커스 X-선 발생부를 상하로 직선 이동시키는 이송부와,

상기 이송부 상부에 위치하도록 설치되고 장착된 핵연료봉을 회전시키는 회전부와,

상기 회전부 및 이송부를 제어하는 제어부와,

상기 핵연료봉에서 방출되는 방사능을 차폐하는 방사능 차폐부와,

상기 마이크로포커스 X-선 발생부에서 발생되어 핵연료봉의 용접부를 투과한 X-선을 감지하도록 핵연료봉 상부에 설치되는 X-선 영상변환부와,

상기 X-선 영상변환부를 제어하는 X-선 영상변환 제어부와,

상기 X-선 영상변환부에 일체형으로 설치되는 카메라와,

상기 마이크로포커스 X-선 발생부, 이송부, 회전부, X-선 영상변환부, 카메라가 내부에 설치되는 X-선 차폐 캐비넷과,

상기 카메라에서 획득된 영상이 X-선 차폐 캐비넷 외부에 설치된 X-선 영상변환 제어부를 통해 전달되는 B/W 모니터 및 영상처리부와,

상기 영상처리부에 전달된 영상이 실시간으로 디스플레이 되는 VGA 모니터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 고방사능 핵연료 봉단 용접부 X-선 온라인 검사장치.