Abstract
Graphite material has been recognized as a very competitive candidate for reflector, moderator, and structural material for very high temperature reactor (VHTR). Since VHTR is operated up to $900-950^{\circ}C$, small amount of impurity may accelerate the oxidation and degradation of carbon graphite, which results in increased porosity and lowered fracture toughness. In this study, ultrasonic wave propagation properties were investigated for both as-received and degradated material, and the feasibility of ultrasonic testing (UT) was estimated based on the result of ultrasonic property measurements. The ultrasonic properties of carbon graphite were half, more than 5 times, and 1/3 for velocity, attenuation, and signal-to-noise (S/N) ratio respectively. Degradation reduces the ultrasonic velocity slightly by 100 m/s, however the attenuation is about 2 times of as-receive state. The results of probability of detection (POD) estimation based on S/N ratio for side-drilled-hole (SDHs) of which depths were less than 100 mm were merely affected by oxidation and degradation. This result suggests that UT would be reliable method for nondestructive testing of carbon graphite material of which thickness is not over 100 mm. In accordance with the result produced by commercial automated ultrasonic testing (AUT) system, human error of ultrasonic testing is barely expected for the material of which thickness is not over 80 mm.
최근 VHTR(very high temperature reactor)에 대한 연구에서 흑연이 노심내 구조재, 반사재, 감속재로서 가장 적절한 재료로 인식되고 있다. 운전온도는 약 $900^{\circ}C$로 원자로 내부에 유입되는 소량의 불순물에도 흑연은 산화되기 쉬우며 산화된 흑연은 공극률이 증가하며 구조재료로서 가져야 할 파괴인성이 낮아진다. 본 연구에서는 산화 전후의 흑연에 대하여 초음파특성을 측정하고, 이를 기반으로 흑연에 대한 초음파탐상검사의 유효성을 타진하였다. 흑연의 초음파특성 측정 결과 초음파속도는 탄소강의 약 1/2, 음파 감쇠는 5배 이상, 신호대잡음비는 약 1/3로 측정되었다. 산화 후, 초음파속도는 as-received 상태에 비하여 미소하게 감소되었으나 초음파감쇠는 200% 이상으로 그 차이가 두드러지게 나타났다. 신호대잡음비에 기반하여 POD (probability of detection)을 산출한 결과, 100 mm 미만의 깊이를 가지는 측면공(SDH; side drilled hole)는 산화 전후에 큰 차이를 나타내지 않으므로 해당 깊이를 가지는 결함에 대해서 초음파탐상검사는 비교적 신뢰성 있는 검사를 수행할 수 있다고 판단된다. 상용 자동초음파탐상 장비에서의 테스트 결과 80 mm이하의 깊이에서는 인적오류가 크지 않을 것으로 예상할 수 있었으며, 위상배열 초음파 기법을 통한 검사를 수행한 결과 역시 양호한 신호대잡음비로 측면공들을 모두 검출할 수 있었다.
