레이저 광삼각법에 의한 핵연료집합체 변형 측정 기술 = Deformation Measurement Technology for Nuclear Fuel Assembly by Laser-Triangulation Method

국문 초록 (Abstract)

핵연료집합체는 원자로에서 연소되는 중에 핵분열에 의한 높은 온도 및 압력 환경과 생성되는 중성자의 조사에 의해 조사 성장, 휨, 비틀림, 길이변화, 산화피막 성장 등의 치수변형이 발생할 수 있다. 이 같은 핵연료집합체의 치수변형과 건전성을 확인하고, 핵연료 연소효율 향상 및 개량 핵연료 개발을 위한 기초자료로 활용하기 위해 비파괴검사를 수행하고 있다. 현재 핵연료집합체의 치수변형 측정에 적용되고 있는 비파괴검사에는 LVDT 및 비디오 촬영 기반의 변위측정 기술을 적용하고 있으나, 검사 속도가 느리고 접촉식에 따른 검사 편이성에 한계점을 갖고 있다. 본 연구에서는 기존 비파괴검사 기술을 대체하기 위해 레이저 광삼각법 기반의 새로운 치수 측정 방법을 제안하였다. 제안된 방법의 정확도 확인을 위해 LVDT로 측정한 모의 변위량과 레이저로 측정한 측정치를 비교하였다. 측정 오차(RMSE)는 휨 ±0.02 mm, 뒤틀림 ±0.04°로서 기존 측정방법과 비교하여 동등 이상의 정확도를 나타내었으며, 기존 방법 대비 25배 이상의 검사 속도로 제안한 방법의 우수성을 확인하였다. 본 연구결과는 기존 기술의 단점을 보완할 수 있기 때문에 향후 핵연료집합체 변형측정 장비 국산화 개발에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The dimensional deformation of a nuclear fuel assembly, including irradiation growth, bowing, twisting, length changes, and oxide film growth, occurs owing to neutron irradiation and the high-temperature, high-pressure environment resulting from nuclear fission in a reactor. Accordingly, nondestructive examinations (NDEs) are conducted to verify the integrity and measure dimensional changes in the nuclear fuel assembly. The measurement results are used as fundamental data for improving nuclear fuel combustion efficiency and developing advanced nuclear fuel. Conventional NDE technology for deformation measurement relies on devices such as the linear variable differential transformer (LVDT) and techniques such as video image analysis; however, it has certain limitations, such as low examination speed and reduced inspection convenience, owing to its contact-based nature. As an alternative to conventional NDE techniques, this study proposed a novel dimensional measurement method based on the laser-triangulation technology. To validate the accuracy of the proposed method, the simulated displacement measured using the LVDT was compared with the values obtained from laser measurement. The root mean square error values of the proposed method were ±0.02 mm for bending and ±0.04° for twisting, demonstrating accuracy comparable to or exceeding that of similar overseas equipment. These results indicate the effectiveness of the proposed method in addressing the limitations of conventional techniques and suggest its potential for developing advanced deformation measurement equipment for nuclear fuel assemblies in the future.