Multi-layered Gap Measurement on In-Vessel Cerium Retention Using Ultrasonic Wave Reflective Pattern Analysis and Frequency Diversity Signal Processing

초음파 반사 패턴과 주파수 대역 분할 신호처리를 이용한 다층구조인 노내 간극 측정

A gap between a $Al_2O_3/Fe$ thermite and lower head vessel is formed in the lower-plenum arrested vessel attack(LAVA) experiment which is the 1st phase study of simulation of naturally arrested vessel attack in vessel(SONATA-IV). The gap measurement using a conventional ultrasonic method would be lack of a reliability due to the structure complexity and the metallurgical grain size change of the lower head HAZ occurred by a thermite $Al_2O_3/Fe$ melt or a $Al_2O_3$ melt at $2300^{\circ}C$. The grain echoes having false signals and lower S/N ratio signals are detected due to a multiple scattering, a mode conversion and an attenuation of a ultrasonic resulted from at the interface of increased grain size zone. In this test, the signals pattern was classified to understand the behavior of the ultrasonic in a multi-layer specimen of solid-liquid-solid of assuming that the thermite and the lower head vessel is immersed. The polarity threshold algorithm of frequency diversity gives us the enhancement about 6dB of the ratio S/N.

모의 원자로내 용융물 냉각 실증 실험 결과 용융물 $Al_2O_3/Fe$ thermite 와 lower head vessel사이에 간극이 발생된다. 간극을 정량적으로 측정하기 위한 기존의 초음파 방법은 구조물의 복잡성과 $2300^{\circ}C$ 에서 용융되는 thermite $Al_2O_3/Fe,\;Al_2O_3$의 영향으로 발생되는 lower head의 열영향부위(HAZ)의 금속학적인 결정입자 크기의 변화로 결정 계면으로부터 발생되는 잡음신호와 초음파 산란, 감쇠, 모드 변환 등이 발생되어 신뢰성이 떨어지고 있다. 간극을 정량적으로 측정하기 위해서 thermite와 lower head 사이에 물이 채워진 형태의 즉 고체, 액체, 고체의 다층구조에서 초음파의 진행 및 반사 형태를 분류 및 분석하였다. 결정립의 잡음을 억제하기 위하여 주파수대역의 확률 처리 방식인 PT(polarity threshold) 알고리즘을 이용하여 약 6dB 신호 대 잡음비의 개선효과를 가져왔다.