표제지
제출문
원자력 신소재개발 과제구성표
요약문
SUMMARY
목차
Contents 21
제1장 서론 42
제2장 국내외 기술개발현황 48
제1절 외국 연구사례의 조사 50
제2절 국내의 연구사례조사 53
제3절 세부요소기술의 비교 54
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 56
제1절 하나로용 표준형 계장캡슐 기술개발 58
1. 조사시험용 계장캡슐 개발 58
2. 캡슐 주요부 상세설계 기술 61
3. 노외 성능평가용 캡슐 Mock-up 제작 73
4. 하나로 조사시험공 조사성능 평가용 캡슐 제작 86
5. 캡슐 하단 고정시험 장치 제작 97
6. 캡슐 재료 조사시험 동향 분석 97
7. Loop를 이용한 캡슐성능 시험 및 평가 101
8. 계장캡슐기술개발 품질보증 106
제2절 캡슐 및 관련구조물의 건전성 및 안전성 해석 111
1. 내진해석 111
2. 응력해석 117
3. 좌굴안전성 123
4. 충격안전성 124
5. 부품의 설계최적화 130
6. 다공열매체의 열적·기계적 특성 134
7. 계장캡슐의 하나로내 양립성 143
제3절 캡슐내 시편온도 제어 시스템 156
1. 캡슐 온도 제어 시스템의 설계 및 제작 156
2. 캡슐 온도제어장치 성능 평가 174
제4절 캡슐고정장치 190
1. 장치의 구성 190
2. 캡슐고정장치의 설계요건 190
3. 캡슐고정장치의 제작/설치 196
제5절 수중용 캡슐보호관 절단기 206
1. 설계 및 제작 206
2. 제작후 성능시험 212
3. 설치 214
제6절 계장캡슐에서의 중성자 조사량 평가방법 217
1. Neutron Dosimetry 217
2. 연구로에서의 Neutron Dosimetry 218
3. displacement per atom(dpa) 계산 221
4. dpa 계산에 있어서 중성자 spectrum과 산란단면적의 영향 228
5. 결론 및 앞으로의 연구방향 231
제4장 결론 232
제5장 연구개발 목표 달성도 및 대외기여도 240
제6장 연구개발결과의 활용계획 244
제7장 참고문헌 248
APPENDIX 436
APPENDIX A. Deisgn of 96M-01K Capsule and Parts 436
APPENDIX B. 96M-01K 캡슐 검사 440
1. 액체침투탐상 검사보고서 442
2. 방사선투과 검사보고서 446
3. 절연 TEST & LEAK TEST 검사보고서 448
4. 치수 검사보고서(중략) 449
APPENDIX C. 96M-01K Capsule 검사결과 분석 452
1. 노외시험용 캡슐검사 관련(1996.7.19) 454
2. 96M-01K Capsule X-선 검사(1996.7) 459
APPENDIX D. 96M-01K 캡슐 성능평가 시험 464
1. Capsule 진공 및 가압실험 결과(1996.10.1) 467
2. Capsule 승온시험 결과(I)(1996.11.11) 471
3. Capsule 승온시험 결과(II)(1996.12.) 485
4. CapsuIe 용도의 상승 및 하강속도 기술검토(IC-QA7-CO1, 1997.1.15) 492
APPENDIX E.캡슐 주요부품 기술검토 500
1. Capsule 부품 기술검토(1996.12.26) 503
2. Heater 교체 및 운전 문제(IC-QA7-C06, 1997.7.1) 505
APPENDIX F. 97M-01K 캡슐 과업지시서(HAN-IC-SP-97-003) 516
APPENDIX G. Design of Neutron Dosimetry 526
최종보고 전산입력서 532
서지정보양식 534
BIBLIOGRAPHIC INFORMATION SHEET 535
Table 1.1 Junction Unit의 적용 Code. 256
Table 1.2. Calculated temperatures of irradiation specimens in the... 257
Table 1.3. The Temperature Measurements in 96M-01K Capsule at the... 259
Table 1.4. Capsule(96M-01K) temperatures calculated by GENGTC code 260
Table 1.5. The Comparison of Heating and Cooling Rates of Capsules. 261
Table 1.6. Material Specifications of the Parts of Capsule 97M-01K 262
Table 1.7. Capsule 97M-01K의 하나로 장입시 무게 263
Table 1.8. Guide Spring 특성(대동스프링(주) 제작) 263
Table 1.9. 핵연료 및 캡슐들의 하중 특성 264
Table 1.10. Main Characteristics of JMTR 265
Table 1.11. 1995년도 JAERI 설계·제작 캡슐 일람 266
Table 1.12. Loop 시험용 캡슐의 열전대 위치. 267
Table 2.1. Material properties of type 304, 410 stainless steel... 268
Table 2.2. Load combination and acceptance limits 268
Table 2.3. The calculated displacements and the allowable values... 269
Table 2.4. The reaction forces for capsule mounting spiders... 269
Table 2.5. The calculated stresses and the allowable values... 270
Table 2.6. The calculated stress ratio 271
Table 2.7. The stress analysis results(stress intensity) and the allowable... 272
Table 2.8. The thermal zone description and materials used for capsule 273
Table 2.9. Heat source of capsule internal materials. 274
Table 2.10. Temperature distribution results of capsule mainbody 275
Table 2.11. Stresses of the capsule under thermal loading 276
Table 2.12. Boundary condition for buckling analysis of capsule 277
Table 2.13. The buckling analysis results of capsule 277
Table 2.14. Calculated terminal velocity of the capsule 278
Table 2.15. Maximum stress and strain value of the capsule... 278
Table 2.16. Material properties of various spring meterials 279
Table 2.17. Geometry and load contact condition of spring specimens 279
Table 2.18. Spring constants with spring's shapes 280
Table 2.19. Geometrical dimensions of the capsule 281
Table 2.20. Thermal properties of the capsule 281
Table 2.21. Material properties of aluminum, Type 304 stainless steel... 282
Table 2.22. Pressure Drop Data of 60 mm Diameter-Capsule 283
Table 2.23. Pressure Drop Data of 60 mm Diameter-Capsule... 284
Table 2.24. Peak frequencies measured by strain gauge output signal 285
Table 2.25. Geometrical properties of capsule mock-up and capsule 285
Table 2.26. In-air natural frequencies data of the capsule 286
Table 2.27. In-air natural frequencies of the capsule by free vibraiton... 286
Table 4.1. 캡슐고정장치 노외성능시험 결과 287
Table 4.2. 계장캡슐 고정장치의 설치후 성능시험결과 288
Table 4.3. 계장캡슐 고정장치의 정기점검 결과 289
Table 5.1. 계장캡슐 절단기의 주요특성 290
Table 6.1. DPA and gas production due te different cross section library and... 291
Table 6.2. Relative ratio of DPA and gas production due to differnet cross section... 292
Fig. 1.1. 히터-온도 제어형 Junction Unit의 완성 도면. 293
Fig. 1.2. 진공-온도 제어형 Junction Unit의 완성 도면. 294
Fig. 1.3. 히터용 ceramic connecter 도면. 295
Fig. 1.4. 열전대용 ceramic connecter 도면. 296
Fig. 1.5. Junction unit 분기 adapter 및 설치대 조립도. 297
Fig. 1.6. 96M-01K Capsule mock-up. 298
Fig. 1.7. Photograph of parts of 96M-01K Capsule mock-up. 299
Fig. 1.8. Photograph of 96M-01K Capsule mock-up. 299
Fig. 1.9. Capsule Internal Diagram for GENGTC Calculation. 300
Fig. 1.10. Temperatures of the Irradiation Specimens in the 96M-01K... 300
Fig. 1.11. Schematic Diagram of Capsule Test System in Air. 301
Fig. 1.12. Schematic Diagram of 96M-01K Capsule Showing the Sites of... 302
Fig. 1.13. Temperature changes of 96M-01K Capsule in air. 303
Fig. 1.14. Radial distribution of temperature at stage 3 of 96M-01K Capsule. 304
Fig. 1.15. Temperature changes of JMTR 94M-1A Capsule loaded in JMTR test hole... 305
Fig. 1.16. Detailed temperature changes of JMTR 94M-1A Capsule near 50MW JMTR... 306
Fig. 1.17. 97M-01K Capsule for HANARO irradiation. 307
Fig. 1.18. Design of test facility for capsule locking system. 309
Fig. 1.19. Design of parts of test facility for capsule locking system. 310
Fig. 1.20. JAERI research organization. 311
Fig. 1.21. Loop 시험용 캡슐의 제작도면. 312
Fig. 1.22. Loop 시험용 캡슐의 조립전 부품사진. 313
Fig. 1.23. Loop 시험용 캡슐의 조립후 사진. 314
Fig. 1.24. Loop 시험장비의 개념도. 315
Fig. 1.25. Loop 시험장치의 캡슐 시험부. 316
Fig. 1.26. 제어계통설비와 연결된 Loop 시험장치의 개념도. 317
Fig. 1.27. Loop 시험용 계장캡슐의 열전대 위치. 318
Fig. 1.28. 1 atm He gas 하에서 Rod Heater Power에 따른... 319
Fig. 1.29. 0.4 atm He gas 하에서 Rod Heater Power에 따른... 320
Fig. 1.30. 1 atm He gas, 0.1 mm gas 하에서 Rod Heater Power에 따른... 321
Fig. 1.31. 1 atm He gas, 0.2 mm gap하에서 Rod Heater Power에 따른... 322
Fig. 1.32. 1 atm He gas, 0.3 mm gap하에서 Rod Heater Power에 따른... 323
Fig. 1.33. 0.4 atm He gas, 0.1 mm gap하에서 Rod Heater Power에 따른... 324
Fig. 1.34. 0.4 atm He gas, 0.2 mm gap하에서 Rod Heater Power에 따른... 325
Fig. 1.35. 0.4 atm He gas, 0.3 mm gap하에서 Rod Heater Power에 따른... 326
Fig. 2.1. The schematic diagram of the HANARO capsule 327
Fig. 2.2. Vertical floor response spectrum of 0.2G SSE... 328
Fig. 2.3. Horizontal floor response spectrum of 0.2G SSE... 329
Fig. 2.4. Finite element model of capsules and supporting structures 330
Fig 2.5. Finite element model of control unit system 331
Fig. 2.6. The first mode shape of instrumented capsules and... 332
Fig. 2.7. Analysis model for the temperature calculation in HEATING 7.2f 333
Fig. 2.8. Calculated temperature profile in HEATING 7.2f... 334
Fig. 2.9. Finite element analysis model of capsule End Plug 335
Fig. 2.10. Temperature distribution at capsule End Plug 336
Fig. 2.11. Deformed shape of capsule End Plug by thermal loading 337
Fig. 2.12. Stress distribution at capsule End Plug 338
Fig. 2.13. Finite element model for bucking analysis of capsule 339
Fig. 2.14. Buckling mode shape of capsule(CASE1) 340
Fig. 2.15. Free body diagram of the capsule at terminal velocity 341
Fig. 2.16. Impact force history 342
Fig. 2.17. Vertical displacement time history of the capsule for node #29... 343
Fig. 2.18. Vertical displacement time history of the capsule for node #2, 16... 344
Fig. 2.19. The shape of the top guide spring assembly 345
Fig. 2.20. Funite element model of the top guide spring 346
Fig. 2.21. Photograph of Spring Test Speciemens 347
Fig. 2.22. Applied force vs. displacement curve for the wire spring... 348
Fig. 2.23. Analytical and experimental spring constants 349
Fig. 2.24. Schetch of specimen holder within capsule mainbody 350
Fig. 2.25. Geometry and coordinates system of the capsule 351
Fig. 2.26. Temperature of the solid specimen holder with various... 352
Fig. 2.27. Radial temperature profile of the specimen holder with various... 353
Fig. 2.28. Radial temperature profile of the solid holder with various heat... 354
Fig. 2.29. Finite element model of the specimen holder for the... 355
Fig. 2.30. Temperature distribution of the holder 356
Fig. 2.31. Temeprature distribution of the annular holder with four... 357
Fig. 2.32. Stress contour plot of the annular holder with four specimens... 358
Fig. 2.33. Pressure drop of 50, 60 and 70mm diameter-capsule 359
Fig. 2.34. Analysis model of capsule mock-up 360
Fig. 2.35. Free vibraiton pickup points for capsule mock-up 360
Fig. 2.36. Time domain free vibration signals at each point 361
Fig. 2.37. Auto power spectrum(point 1X) 362
Fig. 2.38. Simplified model of capsule mock-up for the evaluation... 363
Fig. 2.39. Auto power spectrum of the instrumented capsule 364
Fig. 3.1. 캡슐 온도제어 시스템 의 개략도(Schematic diagram of capsule temperature control system) 365
Fig. 3.2. 계장 캡슐 용도 제어시스템의 외관(Outward apperaence of capsule temperature control system) 366
Fig. 3.3. 히터제어부의 전경(Overview of the heater control part) 367
Fig. 3.4. 진공제어부의 전경(Overview of the vacuum control part) 367
Fig. 3.5. 진공장치부의 개략도(Schematic diagram of vacuum control part) 368
Fig. 3.6. 진공 펌프의 구성도(Schematic diagram of vacuum pump) 369
Fig. 3.7. 히터 제어부의 개략도(Schematic diagram of heater control part) 370
Fig. 3.8. PID제어기 설정 화면(Screen output of PID controlling setting) 371
Fig. 3.9. 제어기의 현재 상태 출력 화면(Screen output of current status of controller) 371
Fig. 3.10. 시간에 따른 캡슐 포화압력(Saturation Pressure as a Function of Time) 372
Fig. 3.11. He 가스 유입량에 따른 포화압력(Saturation Pressure as a Function of the Volume of He Gas Flow-in) 373
Fig. 3.12. PID 방법에 의한 압력 제어 장치 개략도(Schematic Diagram of Pressure Control System by PID Method) 374
Fig. 3.13. PID방법에 의한 압력제어(시간 대 캡슐 압력 변화)(Pressure Control by PID Method(Time vs. Capsule Pressure)) 375
Fig. 3.14. PID방법에 의한 설정압력 도달 과정(Approaching Process of Set Pressure by PID Method) 376
Fig. 3.15. 노외 시험용 캡슐온도제어시스템 열전대 위치(Location of Thermocouple of Out-Pile Capsule Temperature Control System) 377
Fig. 3.16. 시간에 따른 온도 포화 과정(봉상열원: 2.3KW, 1기압)(Temperature Saturation Process as a Function of Time (2.3 KW, 1atm)) 378
Fig. 3.17. 캡슐 압력 및 중심 열출력에 따른 포화온도(Saturation Temperature as Function of Capsule Pressure and Heating Power) 379
Fig. 3.18. 마이크로히터에 의한 승온 능력(Heating Capability of Microheater) 380
Fig. 3.19. 설정 온도 200℃ 일 때 온도 포화 과정(봉상열원:2.3KW, 1기압)(Temperatures Saturation Process When Set Temperature is 200C. (2.3KW, 1atm)) 381
Fig. 3.20. 시간에 따른 열전대별 온도 연동 과정(Simultaneous Temperature Variation of Thermocouples) 382
Fig. 3.21. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 1KW, 캡슐 압력: 1기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (1KW, 1atm)) 383
Fig. 3.22. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 1KW, 캡슐압력: 3기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (1KW, 3atm)) 384
Fig. 3.23. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 1KW, 캡슐압력: 5기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (1KW, 5atm)) 385
Fig. 3.24. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 1KW, 캡슐 압력: 0.4기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (1KW, 0.4atm)) 386
Fig. 3.25. 설정 온도 500℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 3KW, 캡슐압력: 0.4기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (3KW, 0.4atm)) 387
Fig. 3.26. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 5KW, 캡슐 압력: 0.4기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (5KW, 0.4atm)) 388
Fig. 3.27. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 1KW, 캡슐압력: 0.1기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (1KW, 0.1atm)) 389
Fig. 3.28. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 3KW, 캡슐압력: 0.1기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (3KW, 0.1atm)) 390
Fig. 3.29. 설정 온도 300℃일 때 온도 포화 과정(봉상열원 : 5KW, 캡슐압력: 0.1기압)(Temperature Saturation Process When Set Temperature is 300C. (5KW, 0.11atm)) 391
Fig. 4.1. 캡슐고정장치의 하나로 배치도. 392
Fig. 4.2. Clamp용 Base Plate. 393
Fig. 4.3. Clamp용 Base Plate의 최하단 Patrform 설치도. 394
Fig. 4.4. Control Unit용 Base Plate. 395
Fig. 4.5. Control Unit 용 Base Plate의 중단 Platform 설치도. 396
Fig. 4.6. 캡슐고정장치의 최하단 Platform 배치도. 397
Fig. 4.7. 캡슐고정장치의 측면도. 398
Fig. 4.8. CT 시험공용 Clamp 장치. 399
Fig. 4.9. Control Unit의 중단 Platform 설치도. 400
Fig. 4.10. Control Unit 제작도면. 401
Fig. 4.11. CT 시험공용 Connecting Rod. 402
Fig. 4.12. 캡슐고정장치 작동용 Tool. 403
Fig. 4.13. HANARO에 설치된 캡슐고정장치의 사진. 404
Fig. 4.14. 캡슐고정장치의 HANARO 설치후 최하단 설치도. 405
Fig. 5.1. 계장캡슐 절단기의 구성도. 406
Fig. 5.2. 계장캡슐 절단기 본체도면. 407
Fig. 5.3. 계장캡슐 절단기의 Sub-cylinder 부. 408
Fig. 5.4. 지지구조물과 연결된 계장캡슐 절단기 구성도. 409
Fig. 5.5. 계장캡슐 절단기의 지지구조물 개념도. 410
Fig. 5.6. 계장캡슐 절단기용 Basket. 411
Fig. 5.7. 계장캡슐 절단기 작동용 Tool. 412
Fig. 5.8. 계장캡슐 절단기의 유압회로도. 413
Fig. 5.9. 계장캡슐 절단기의 전기회로도. 414
Fig. 5.10. 지지구조물과 연결된 계장캡슐 절단기 사진. 415
Fig. 5.11. 계장캡슐 절단기의 Sub-cylinder와 유압기동부 사진. 416
Fig. 5.12. 계장캡슐 절단기로 성능시험후의 절단된 보호관 사진. 417
Fig. 6.1. Procedure of HANARO Neutron Dosimetry 418
Fig. 6.2. Effective energy range and half life of activation foil... 419
Fig. 6.3. Typical neutron capture recoil event 420
Fig. 6.4. Procedure of DPA calculation 421
Fig. 6.5. 1 dimensional capsule model used in MCNP code calculation 422
Fig. 6.6. Averaged neutron spectrum at capsule outer position 423
Fig. 6.7. Averaged neutron spectrum at capsule sample position 424
Fig. 6.8. The neutron flux ratio between capsule outer and sample position 425
Fig. 6.9. DPA variation of Fe using JENDL3.2 C.X. Lib. under the spectrum at sample position 426
Fig. 6.10. DPA variation of Fe using JENDL3.1 C.X. Lib. under the spectrum at sample position 427
Fig. 6.11. DPA variation of Fe using ENDFB-IV C.X. Lib. under the spectrum at sample position 428
Fig. 6.12. DPA variation of Fe due to (n,n) and (n,n') using JENDL3.2 C.X. Lib. under the... 429
Fig. 6.13. DPA variation of Fe due to (n,n) and (n,n') using JENDL3.1 C.X. Lib. under the... 430
Fig. 6.14. DPA variation of Fe due to (n,n) and (n,n') using ENDFB-IV C.X. Lib. under the 431
Fig. 6.15. Gas production rate due to (n,p) and (n,a) reactions using JENDL3.2 C.X. Lib. 432
Fig. 6.16. Gas production rate due to (n,p) and (n,a) reactions using JENDL3.1 C.X. Lib. 433
Fig. 6.17. Gas production rate due to (n,p) and (n,a) reactions using ENDFB-IV C.X. Lib. 434