Analysis on Propagation Characteristics and Experimental Verification of $A_1$ Circumferential Waves in Nuclear Fuel Rods Coated with Oxide Layers

산화막 피복 원전 연료봉에서 $A_1$ 원주파의 전파 특성 해석과 실험적 검증

The resonance scattering of acoustic waves from the cylindrical shells of nuclear fuel rods coated with oxide layers has been theoretically modeled and numerically analyzed for the propagation characteristics of the circumferential waves. The normal mode solutions of the scattering pressure of the coated shells have been obtained. The pure resonance components have been isolated using the newly proposed inherent background coefficients. The propagation characteristics of resonant circumferential waves for the shells coated with oxide layers are affected by the presence and the thickness of an oxide layer. The characteristics have been experimentally confirmed through the method of isolation and identification of resonances. The change of the phase velocity of the $A_1$ circumferential wave mode for the coated shell is negligible at the specified partial waves in spite of the presence of the oxide layer and the increase in coating thickness. Utilizing the invariability characteristics of the phase velocity of the $A_1$ mode, the oxide layer thickness of the coated shells can be estimated. A new nondestructive technique for the relative measurement of the coating thickness of coated shells has been proposed.

산화막이 피복된 원전 연료봉의 원통형 쉘에 대한 공명산란 해석을 수행하고 원주파 전파 특성을 연구하였다. 피복 쉘에 대한 산란 음압의 정규 모우드 해를 구하였고 최근에 새롭게 제안된 고유 배경음압 계수를 이용하여 피복 쉘의 순수 공명 신호를 분리하였다. 12%의 상대 두께를 갖는 원통형 피복 쉘에 대하여 산화막 두께 증가에 따른 공명 원주파의 전파 특성을 해석하였다. 산화막의 존재와 그 두께가 증가할 때 정규 모우드의 차수에 따라 원주파의 전파 특성이 크게 변화한다. 제 1차 반대칭 ($A_1$) 원주파에서 특정 부분파의 위상속도는 산화막이 존재하고 그 두께가 증가함에도 불구하고 위상속도가 일정 한 특성을 보인다. 공명신호를 분리하고 공명 모우드를 확인하는 실험을 수행하여 $A_1$ 원주파의 전파 특성을 확인하였다. $A_1$ 원주파의 위상속도 일정 특성을 이용함으로써 산화막의 두께를 상대적으로 측정 할 수 있는 새로운 비파괴 평가방법을 제안하였다.