표제지

목차

보고서 요약서 3

요약문 5

SUMMARY 10

제1장 연구개발과제의 개요 37

1. 광섬유 소재기반 온도센서 기술개발 37

2. 원전 안전계통 센서회로 내방사화 핵심기술개발 38

제2장 국내외 기술개발 현황 40

제1절 광섬유 소재기반 온도센서 기술개발 40

1. 기술개요 40

2. 국내 기술개발 현황 42

가. 내방사선 특수 광섬유 42

나. 광섬유 센서 42

3. 국외 기술개발 현황 42

가. 내방사선 특수 광섬유 42

나. 광섬유 센서 45

제2절 원전 센서계통 전자소자 내방사화 기술 48

1. 기술개요 48

2. 국내 기술개발 현황 49

3. 국외 기술개발 현황 49

가. 미국 50

나. 일본 51

다. 유럽 51

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 53

제1절 내방사선 광섬유 소재기반 온도센서 기술개발 53

1. 고방사선 환경 내방사선 FBG 온도센서 개발 53

가. FBG 온도센서용 내방사선 특수 광섬유 설계 및 제작 53

1) 내방사선 특수 광섬유 조성 및 구조 설계 53

2) 내방사선 특수 광섬유 모재 제조 및 인출 56

3) 내방사선 특수 광섬유 광특성 평가 61

4) 내방사선 특수 광섬유의 내방사선 특성 평가 64

나. 내방사선 특수 광섬유 기반 FBG 온도센서 설계 및 제작 75

1) FBG 온도센서 설계 및 제작 공정 75

2) 방사선 조사 및 온도 변화에 따른 내방사선 FBG 광특성 평가 78

다. FBG 제조공정에 따른 방사선 영향 분석 89

1) FBG 센서의 방사선 영향 89

2) 상용 광섬유로 제작한 FBG 센서의 방사선 영향 평가 90

3) FBG 제작공정에 따른 내방사선 특성평가 96

2. 고온환경 내방사선 라만(Raman) 광섬유 온도 센서 개발 105

가. 라만(Raman) 온도 센서용 내방사선 비선형 특수 광섬유 조성 및 구조 설계 105

1) 광섬유 코어: F (Fluorine)을 함유한 pure silica 유리 조성 107

2) 광섬유 클래딩: 광자결정 광섬유 (PCF, Photonic crystal fiber) 구조 107

나. 라만(Raman) 온도 센서용 내방사선 비선형 특수 광섬유 모재 제조 및 인출 108

다. 라만(Raman) 온도 센서용 내방사선 비선형 특수 광섬유의 광특성 평가 112

1) F-doped silica core PCF 단면 기하학 구조 특성 112

2) F-doped silica core PCF의 광흡수 특성 114

3) F-doped silica core PCF의 비선형 특성 115

라. 라만(Raman) 온도 센서용 내방사선 비선형 특수 광섬유의 내방사선 및 온도센서 특성 117

1) F-doped silica core PCF의 내방사선 특성 117

2) F-doped silica core PCF의 라만 산란 및 온도 센서 특성 119

제2절 원전 안전계통 센서회로 내방사화 핵심기술개발 124

1. 원전 센서계통 기술현황 및 내방사선 기술분석 124

가. 원전 원자로 구역별 센서 현장기술 분석 124

1) 원자로 건물 주요센서 현황 124

2) 원자로 구역 계측회로 현황 128

나. 원전 안전계통 센서회로 방사선 설계요건 분석 131

다. 원전분야 전자소자 및 회로의 내방사선 기술 분석 135

2. 안전계통 센서회로 내방사선 특성분석 및 내방사화기법 개발 137

가. 원전 압력센서 및 트랜스미터 기능 및 방사선 기준 분석 137

1) 센서원리 및 트랜스미터의 기능 137

2) 센서 트랜스미터의 방사선 기준분석 139

나. 센서회로의 방사선 특성시험 및 분석 140

1) 원전센서회로의 방사선 특성시험 구성 및 절차 140

2) 원전 압력 트랜스미터의 내방사성 시험 및 분석 143

다. 안전계통 센서 및 회로레벨 내방사화기법 연구 166

1) 원전 센서계통 내방사화 방향 및 기준 166

2) 주요 전자소자의 내방사화 기법 연구 166

3. 원전 센서신호 공통회로 내방사선 설계 및 구현 176

가. 원전 센서 공통회로 모듈설계 기술개발 176

1) 원전 센서별 기능분석을 통한 공통회로 설계 및 내방사화 기법 176

2) 방사선 내성소자 기반 센서 공통회로 모듈 설계 180

3) 센서 공통회로 모듈의 내방사선 특성분석 187

나. 내방사성 개선형 원전 안전계통 센서 공통회로 모듈 개발 193

1) 내방사선 요건분석 193

2) 내방사선 성능개선을 위한 회로설계 기술개발 200

3) 보상기법 적용 센서 공통회로 내방사선 시험평가 및 기능 검증 202

다. 결론 207

제3절 센서계통 방사선 손상메카니즘 분석 및 내방사선 시험평가기법 개발 209

1. 광섬유 (Optic fiber) 및 반도체 (Si) 소자의 방사선 손상 메카니즘 연구 209

가. 광센서 모재 및 실리콘 반도체 소자 방사선 손상모델 연구 209

1) 방사선 손상원인 및 영향 209

나. 광섬유 (Optic fiber)의 방사선 손상메커니즘 연구 211

1) 이온빔 조사 및 특성 분석용 실측장치 (IBIL) 구축 211

2) 광섬유 및 센서에 대한 이온빔 조사 및 손상 모델 분석 214

다. 실리콘 다이오드 (Si PIN Diode)의 방사선 손상 메커니즘 연구 217

1) 이온빔조사 및 특성분석용 실측장치 (IBIC) 구축 217

2) 반도체 소자의 방사선 손상 원인과 전개 217

3) 반도체 센서에 대한 이온빔 조사 및 손상특성 분석 219

라. 강유전체 감마선 실측조사 시험 및 손상특성 분석 224

1) 강유전체의 방사선 영향 224

2) 강유전체의 시험시료 제작 225

3) 강유전체의 감마선 조사 시험 및 방사선에 의한 특성 분석 226

2. 내방사선 시험평가 기법 개발 235

가. 내방사선 시험평가 및 인증 선진기법 분석 235

1) 광섬유의 방사선 시험평가 및 인증 기법 235

2) 전자소자의 방사선 시험평가 및 인증 기법 235

3) 국내 원전의 방사선 시험평가 절차 및 규격 244

나. 센서 및 공통회로 내방사선 시험평가 절차 및 체계 246

1) 광섬유 내방사선 시험평가 기준 및 절차서 246

2) 센서 및 공통회로 시험평가 기준 및 절차서 250

다. 원전 안전센서 검인증 기술 연구 256

1) 국내외 우주 및 원자력 제품 검인증 개요 256

2) 유럽의 우주 전자부품 인증 기술 및 체계 258

3) 국내 전자부품의 신뢰성 기술확보 및 검인증기술 연계 발전 268

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 270

1. 고방사선 환경 온도계측 FBG 광섬유 센서개발 270

2. 원전 안전계측 내방사선 라만 광섬유 온도센서 개발 271

3. 원전 안전계통 센서회로 내방사화 핵심기술개발 272

4. 센서계통 내방사선 시험평가기법 개발 273

제5장 연구개발결과의 활용계획 274

1. 고방사선 환경 온도분포 FBG 광섬유 센서 기술개발 274

2. 원전안전계측 내방사선 라만 광섬유 온도센서 개발 274

3. 원전 안전계통 센서회로 내방사화 핵심기술개발 274

4. 센서계통 내방사선 시험평가기법 개발 275

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 276

제7장 연구장비의 구축 및 활용 결과 279

제8장 참고문헌 280

표 2.1-1. 내방사선 광섬유 기술의 세계수준과 국내수준 비교 41

표 2.1-2. 상용 내방사선 광섬유 제조업체 및 내방사선 특성 45

표 2.1-3. 광섬유 온도 센서 관련 연구수행 기관 및 연구 내용 47

표 2.2-1. 내방사선 센서회로 기술의 세계수준과 국내수준 비교 48

표 3.1-1. MCVD recipe : FBG 공정용 내방사선 특수 광섬유 58

표 3.1-2. FBG 공정용 내방사선 특수 광섬유 구조 변수 61

표 3.1-3. 광섬유의 내방사선 시험조건 (Test method I) 65

표 3.1-4. 광섬유의 내방사선 시험조건 (Test method II) 66

표 3.1-5. 상용 일반 단일모드 광섬유 샘플 제원 66

표 3.1-6. 광섬유의 파장별 RIA 특성; Dose = 1,200 Gy, Dγ= 600 Gy/hour 71

표 3.1-7. 광섬유 FBG 스펙트럼 특성 평가 (@ 1310 nm, 1550 nm) 80

표 3.1-8. FBG 방사선 (Gamma-ray) 조사 조건 82

표 3.1-9. FBG 제작을 위해서 선정된 광섬유의 조성 91

표 3.1-10. 제작된 FBG 센서 샘플 사양 91

표 3.1-11. FBG 센서의 감마선 평가시험을 위한 조사조건 및 테스트 방법 92

표 3.1-12. 방사선 조사에 의한 FBG 센서의 반치대역폭 및 센서 감도 특성 변화 95

표 3.1-13. FBG 제작을 위해서 선정된 광섬유의 조성 96

표 3.1-14. 제작된 FBG 센서 샘플 사양 97

표 3.1-15. FBG 센서의 감마선 평가시험을 위한 조사조건 및 테스트 방법 98

표 3.1-16. 방사선에 조사 후 FBG 센서의 반치대역폭 및 FBG 온도 감도계수 변화 103

표 3.1-17. 제조된 F-doped silica core PCF 구조 분석 113

표 3.1-18. F-doped silica core PCF의 비선형 parameters 117

표 3.2-1. 공정계측용 센서현황 및 측정방식 125

표 3.2-2. 진동감시를 위한 감시계통 센서 127

표 3.2-3. 국내원자력 계통별 적용기기 현황 131

표 3.2-4. 격납건물의 방사선 환경 132

표 3.2-5. 원전 계통별 기계 및 전기설비의 내환경 요건 133

표 3.2-6. 국내 원전에 적용된 트랜스미터의 내방사성 및 측정 오차범위 134

표 3.2-7. 원전센서용 트랜스미터의 내방사선 평가대상 및 방사선 조건 139

표 3.2-8. 원전센서용 트랜스미터 감마선 영향평가시험 결과 140

표 3.2-9. 상용 트랜스미터에 대한 내방사선 평가시험 조건 144

표 3.2-10. 상용 트랜스미터에 대한 내방사선 평가시험 결과 145

표 3.2-11. 상용 트랜스미터의 각 모듈별 내방사선 평가시험 조건 146

표 3.2-12. 상용 트랜스미터를 구성하는 각 모듈의 내방사선 평가시험 결과 147

표 3.2-13. 원전 센서 신호처리 모듈의 주요 구성소자 148

표 3.2-14. 74HC00/10의 TID 평가시험을 위한 조사조건 및 테스트 방법 154

표 3.2-15. MAX6006 소자의 TID 평가시험 조건 및 방법 157

표 3.2-16. TLC3702D 소자의 TID평가시험을 위한 조사조건 및 테스트 방법 159

표 3.2-17. ADuM-1201의 TID 평가시험조건 및 방법 162

표 3.2-18. 상용 EEPROM에 대한 내방사선 평가시험 결과 170

표 3.2-19. Op-amp 내방사선 평가시험 조건 173

표 3.2-20. MIL-PRF-38534 RHA 레벨 179

표 3.2-21. TID 평가시험을 위한 방사선 조사 조건 및 방법 188

표 3.2-22. 트랜지스터(BCW60A)소자의 TID시험을 위한 방사선 조사조건 202

표 3.2-23. 원전 공통센서회로의 내방사선 성능평가 시험조건 206

표 3.2-24. 내방사선 센서 공통회로 모듈 주요 특성 208

표 3.3-1. MIL-PRF-19500 RHA 레벨 및 요건 237

표 3.3-2. MIL-PRF-38534 RHA 레벨 239

표 3.3-3. EEE 소자의 신뢰도 등급 비교 240

표 3.3-4. ESCC 22900 RHA 레벨 242

표 3.3-5. 품질 레벨의 내역 [JAEA Review 2008-012] 244

표 3.3-6. 방사선 열화처리에 대한 IEEE 규격 245

표 3.3-7. 총 선량/선량률 조합(정상상태 시험) 246

표 3.3-8. MIL-STD 규격 251

표 3.3-9. 인증 및 제품보증 활동현황 256

표 3.3-10. 우주선진국의 우주제품 인증전담 기관현황 257

표 3.3-11. 신뢰성평가기관 268

그림 2.1-1. Specialty optical fibers global market, revenues 2012-2020 43

그림 2.1-2. Main markets for specialty optical fibers, 2012 43

그림 2.1-3. Global market value for fiber optic sensors by type, 2010-2017, BCC Research 46

그림 2.1-4. Global market value by sensor design, 2010- 2017, BCC Research 47

그림 3.1-1. GeO (Oxygen-deficient germanium) defect 모델 (a) 세 개의 산소와 하나의 Ge 혹은 Si 원자와 결합하고 있는 GeO defect (b) UV 빛에 의해 결합이 끊어지면서 생성된 GeE 53

그림 3.1-2. FBG 공정용 내방사선 광섬유 조성 설계 54

그림 3.1-3. FBG 공정용 내방사선 광섬유 굴절률 분포 구조 설계 54

그림 3.1-4. FBG 공정용 내방사선 광섬유 모드 특성 분석 시뮬레이션 55

그림 3.1-5. 내방사선 특수 광섬유 모재 제조를 위한 MCVD 시스템 56

그림 3.1-6. MCVD 공정 개념도 56

그림 3.1-7. FBG 공정용 내방사선 광섬유 제조 공정도 57

그림 3.1-8. MCVD 공정 중 jacketing 공정 57

그림 3.1-9. FBG 공정용 내방사선 특수 광섬유 모재 58

그림 3.1-10. 광섬유 모재 인출기 (draw tower) 59

그림 3.1-11. 광섬유 굴절률 측정 장비 60

그림 3.1-12. FBG 온도 센서용 내방사선 특수 광섬유 굴절률 분포도 및 단면 현미경 사진 61

그림 3.1-13. 광섬유의 광전송 손실 특성 측정: cut-back method 62

그림 3.1-14. FBG 온도 센서용 내방사선 특수 광섬유의 광전송 손실 계수(α) 측정 결과 62

그림 3.1-15. 광섬유의 차단파장 특성 측정 : bending method 63

그림 3.1-16. FBG 온도 센서용 내방사선 특수 광섬유 차단 파장 측정 결과 63

그림 3.1-17. 광섬유 RIA 시험설비 및 시험구성도 65

그림 3.1-18. 광섬유 RIA 측정시스템 구성 67

그림 3.1-19. FBG 센서의 배치도 68

그림 3.1-20. 광섬유 RIA 측정 시험절차 68

그림 3.1-21. 상용광섬유 4종류의 RIA 특성; 상온, Dγ : 10 Gy/min 69

그림 3.1-22. 상용광섬유 4종류의 RIA 특성; 상온, Dγ : 10 Gy/min 70

그림 3.1-23. 파장에 따른 RIA 변화 특성; Dγ = 600 Gy/hour, Dose 1,200 Gy 70

그림 3.1-24. 상용 단일모드 광섬유의 어닐링 특성; 상온 72

그림 3.1-25. 광섬유의 내방사선 특성 평가 실험 구성도 및 조사 조건 73

그림 3.1-26. 광섬유의 내방사선 특성 평가 실험 구성 사진 74

그림 3.1-27. 광섬유의 내방사선 특성 측정 74

그림 3.1-28. FBG (Fiber Bragg grating) 원리 75

그림 3.1-29. 광섬유의 FBG 공정 구성도 75

그림 3.1-30. 광섬유의 FBG 공정 셋업 76

그림 3.1-31. Phase mask (위상마스크)를 FBG 제작 공정 77

그림 3.1-32. 광섬유 수소 로딩 공정 78

그림 3.1-33. 내방사선 특수 광섬유 FBG 스펙트럼 @ 1310 nm 79

그림 3.1-34. 내방사선 특수 광섬유 FBG 스펙트럼 @ 1550 nm 79

그림 3.1-35. 온도 변화에 따른 광섬유의 FBG 스펙트럼(@1550 nm) 특성 변화 : (좌) FBG 스펙트럼, (우) FBG Bragg peak 파장 80

그림 3.1-36. 온도 변화에 따른 광섬유의 FBG 스펙트럼(@1310 nm) 특성 변화 : (좌) FBG 스펙트럼, (우) FBG Bragg peak 파장 81

그림 3.1-37. 내방사선 특수 광섬유 FBG 방사선 (Gamma-ray) 조사 실험 81

그림 3.1-38. 감마선 조사에 따른 내방사선 특수 광섬유의 FBG 스펙트럼 특성 변화 : (a) @ FBG @ 1310 nm, (b) FBG @ 1550 nm(그림누락) 83

그림 3.1-39. 방사선량에 따른 내방사선 특수 광섬유(@ 1310 nm)의RIA 특성 84

그림 3.1-40. 방사선량에 따른 내방사선 특수 광섬유(@ 1550 nm)의 RIA 특성 84

그림 3.1-41. 방사선 환경하에서 온도 변화에 따른 내방사선 특수 광섬유 (@ 1310 nm)의 FBG peak 파장 변화 특성 85

그림 3.1-42. 방사선 환경하에서 온도 변화에 따른 내방사선 특수 광섬유 (@ 1550nm)의 FBG peak 파장 변화 특성 85

그림 3.1-43. 감마선 조사 전후의 내방사선 특수 광섬유(@ 1310 nm)의 온도에 따른 FBG peak 파장 변화 특성 86

그림 3.1-44. 내방사 온도 챔버를 이용한 방사선 환경 하에서의 내방사선 FBG 온도 센서 특성 평가 87

그림 3.1-45. 방사선 환경 하에서의 온도 변화(30~100˚C)에 따른 내방사선 특수 광섬유 FBG peak 파장 변화 특성 87

그림 3.1-46. 내방사선 특수 광섬유 FBG 시제품 사진 88

그림 3.1-47. FBG 센서의 BWS 측정 시스템 구성도 92

그림 3.1-48. 방사선 조사와 온도상승에 따른 BWS 특성; Dγ = 270 Gy/min 93

그림 3.1-49. 방사선 조사에 따른 FBG 센서의 BWS 특성; Dγ= 270 Gy/min 94

그림 3.1-50. FBG 센서의 BWS 측정 시스템 구성도 99

그림 3.1-51. 수소 로딩 조간에 따른 BWS 특성 99

그림 3.1-52. 광섬유 종류에 따른 BWS 특성 100

그림 3.1-53. 레이저 세기에 따른 BWS 특성 101

그림 3.1-54. 레이저 세기에 따른 BWS 특성 102

그림 3.1-55. 누적선량에 따른 FBG 센서의 BWS 변화 특성 104

그림 3.1-56. 광섬유 라만 산란 스펙트럼(예시) 및 원리 105

그림 3.1-57. 금속 이온 및 반도체 화합물이 함유된 특수 광섬유의 RIA 특성 (좌), Ti 이온이 함유된 광섬유의 라만 산란 특성 106

그림 3.1-58. 라만 온도 센서용 내방사선 비선형 특수 광섬유 조성 및 구조 106

그림 3.1-59. glass core/air hole 도파 모드형 PCF의 모드 특성 107

그림 3.1-60. F-doped silica core PCF 조성 및 구조 설계 108

그림 3.1-61. 내방사선 F-doped silica core PCF 인출 공정 순서도 108

그림 3.1-62. F-doped silica glass의 F 함량 분포 109

그림 3.1-63. 내방사선 F-doped silica core PCF stacking 과정 109

그림 3.1-64. 내방사선 F-doped silica core PCF 1차 모재 사진 110

그림 3.1-65. 내방사선 F-doped silica core PCF cane 사진 110

그림 3.1-66. MCVD 장비를 이용한 silica glass tube collapsing 공정 111

그림 3.1-67. F-doped silica core PCF 인출 공정(draw tower) 111

그림 3.1-68. F-doped silica core PCF 단면 SEM 이미지 112

그림 3.1-69. F-doped silica core PCF 구조 실측 사진 113

그림 3.1-70. 광섬유의 광전송 손실 특성 측정 : cut-back method 114

그림 3.1-71. F-doped silica core PCF 광흡수 계수 측정 결과 115

그림 3.1-72. cw-SPM 방법을 이용한 F-doped silica core PCF의 non-resonant 비선형 측정 셋업 115

그림 3.1-73. F-doped silica core PCF의 cw-SPM 스펙트럼 116

그림 3.1-74/그림 3.1-76. F-doped silica core PCF의 cw-SPM phase shift 117

그림 3.1-75/그림 3.1-77. F-doped silica core PCF의 내방사선 특성 평가 실험 셋업 118

그림 3.1-76/그림 3.1-78. F-doped silica core PCF의 RIA 특성 118

그림 3.1-77/그림 3.1-79. 광섬유 라만 산란 스펙트럼 측정 셋업 119

그림 3.1-78/그림 3.1-80. F-doped silica core PCF의 LD repetition rate 및 pulse width 에 따른 라만 산란 특성 120

그림 3.1-79/그림 3.1-81. F-doped silica core PCF의 stokes & anti-stokes 라만 산란 특성 (Pulse width: 20 ns, repetition rate: 100 kHz) 120

그림 3.1-80/그림 3.1-82. 광섬유의 길이(거리) 분포에 따른 anti-stokes 라만 역산란(back-scattered)광 측정 셋업 121

그림 3.1-81/그림 3.1-83. F-doped silica core PCF의 라만 분포 센서(Raman DS) 특성 122

그림 3.1-82/그림 3.1-84. 온도 변화에 따른 F-doped silica core PCF의 라만 산란 세기 변화 123

그림 3.2-1. 원자력발전소 1차 계통의 센서 현황 124

그림 3.2-2. RTD 센서의 구성 및 형태 126

그림 3.2-3. ENFMS 센서의 원전 설치위치 126

그림 3.2-4. 원전 진동감시계통에 적용된 센서 127

그림 3.2-5. 공정계측 안전채널 센서 연계도 129

그림 3.2-6. 압력 트랜스미터 다이어그램 129

그림 3.2-7. ROSE-MOUNT 트랜스미터 회로 130

그림 3.2-8. 원자로격납건물 방사선 환경 132

그림 3.2-9. 압력센서 트랜스미터의 시스템 구성 137

그림 3.2-10. 정전용 형 압력센서의 내부구조 및 측정원리 138

그림 3.2-11. 정전용량식 센서의 신호처리 방식 139

그림 3.2-12. APT-3700N (PTS-01)의 누적선량에 따른 전류출력의 변화 140

그림 3.2-13. TID 평가시험 절차 142

그림 3.2-14. TID 실측 평가시스템의 구성 143

그림 3.2-15. 전자소자의 TID 성능평가를 위한 실측시험 구성사진 143

그림 3.2-16. 상용 스마트형 트랜스미터에 대한 내방사선 평가시험 구성 144

그림 3.2-17. 누적선량에 따른 상용 트랜스미터의 전류출력의 변화 145

그림 3.2-18. 방사선 조사실험을 위해 설계된 트랜스미터 아날로그 보드 146

그림 3.2-19. 74HC00소자용 DUT보드 회로 149

그림 3.2-20. 74HC00, 74HC10 내방사선 시험용 DUT 보드 149

그림 3.2-21. MAX6006 소자용 DUT보드 회로 150

그림 3.2-22. MAX6006 DUT보드 제작 사진 150

그림 3.2-23. TLC3702D 소자용 DUT보드 회로 151

그림 3.2-24. TLC3702D DUT보드 제작 사진 151

그림 3.2-25. DP3300ART3.3 소자용 DUT보드 회로 152

그림 3.2-26. ADP3300ART3.3 DUT보드 제작 사진 152

그림 3.2-27. ADuM1201 소자용 DUT보드 회로 153

그림 3.2-28. ADuM1201 DUT보드 제작 사진 153

그림 3.2-29. 누적선량에 따른 74HC00의 전기적특성변화(VIH) 155

그림 3.2-30. 누적선량에 따른 74HC00의 소비전류(ICC)의 변화 155

그림 3.2-31. 누적선량에 따른 74HC10의 전기적특성변화(VIH) 156

그림 3.2-32. 누적선량에 따른 74HC10의 소비전류(ICC)의 변화 156

그림 3.2-33. MAX6006 소자의 내방사선 실측평가 시험결과 158

그림 3.2-34. MAX6006 소자의 누적선량에 따른 출력전압(Vref)의 변화 158

그림 3.2-35. TLC3702의 누적선량에 따른 트리거 기준입력 변화 159

그림 3.2-36. TLC3702의 누적선량에 따른 출력전압의 변화 160

그림 3.2-37. TLC3702D 소자의 누적선량에 따른 출력전압의 변화 160

그림 3.2-38. TLC3702D 소자의 누적선량에 따른 트리거 입력레벨의 변화 161

그림 3.2-39. ADuM1201의 정상상태 동작파형 163

그림 3.2-40. ADuM1201의 비정상동작(누적선량 : 1.2 kGy) 163

그림 3.2-41. ADuM1201의 발진현상(누적선량 : 3.6 kGy) 163

그림 3.2-42. ADuM1201 소자의 누적선량에 따른 출력전압의 변화 164

그림 3.2-43. 트랜스미터 주요전자부품 소자의 방사선 특성분석 결과 165

그림 3.2-44. EEPROM에 대한 TID시험평가 시스템 구성 167

그림 3.2-45. EEPROM 시험용 DUT제어보드의 구성 167

그림 3.2-46. SONOS 트랜지스터의 원리 168

그림 3.2-47. SONOS 기술을 적용한 RH-EEPROM (Northrop Grumman, 2008) 168

그림 3.2-48. EEPROM 소자에 대한 TID 평가시험 (Irradiation Room) 170

그림 3.2-49. EEPROM의 누적선량에 대한 Cell오류발생 추이 171

그림 3.2-50. EEPROM의 누적선량에 대한 소비전류의 변화 171

그림 3.2-51. 방사선 조사에 의한 EEPROM(AT25040A) Cell 내부 오류 172

그림 3.2-52. Op-amp 소자의 누적선량에 따른 출력전압의 변화 (TL27LC외 2종) 173

그림 3.2-53. 트랜스미터의 누적선량에 따른 전류특성변화 (LM158개선 전/후) 175

그림 3.2-54. 공정계측 안전채널 센서 연계도 176

그림 3.2-55. 압력 트랜스미터 다이어그램 177

그림 3.2-56. 내방사선 기술 적용과정 178

그림 3.2-57. 제안된 정전용량식 센서신호처리 방법 180

그림 3.2-58. 공통센서 신호처리회로 구성 181

그림 3.2-59. PWM 변조방식의 센서 신호처리회로 181

그림 3.2-60. τ 변화에 따른 PWM 신호 변조 182

그림 3.2-61. PWM 신호의 전류변환 회로 183

그림 3.2-62. 공통센서 신호처리모듈의 PCB 레이아웃 도면 184

그림 3.2-63. 공통센서 신호처리모듈 184

그림 3.2-64. 센서 정전용량 값에 따른 PWM신호 펄스폭 185

그림 3.2-65. 센서의 정전용량 값에 따른 PWM 출력신호 185

그림 3.2-66. 센서 신호처리 회로의 정전용량 값에 따른 전류출력의 변화 186

그림 3.2-67. PT100 센서의 저항변화에 따른 전류출력신호의 변화 186

그림 3.2-68. 센서 공통회로 TID 실측시험 현장 187

그림 3.2-69. 센서 공통회로 TID 실측시험 시스템의 구성 188

그림 3.2-70. 센서 신호처리 공통모듈의 누적선량에 따른 전류출력의 변화 189

그림 3.2-71. 센서 공통모듈의 누적선량에 따른 PWM 신호주기 및 듀티 비 변화 190

그림 3.2-72. 발진회로 및 PWM변조회로 회로도 191

그림 3.2-73. 누설전류 (IBE)변화에 따른 출력전류신호 191

그림 3.2-74. 누설전류 (IBE) 변화에 따른 출력전류의 변화 192

그림 3.2-75. 트랜지스터소자의 누설전류 vs VBE의 영향 분석 회로 194

그림 3.2-76. 누설전류변화에 따른 VTH의 특성변화 시뮬레이션 결과 194

그림 3.2-77. 트랜지스터의 누설전류변화에 따른 PWM 출력파형분석 회로 196

그림 3.2-78. 누설전류의 τ 및 펄스폭 영향 분석결과 (a) 누설전류증가에 따른 τ변화 분석결과 (b) 누설전류증가에 따른 PWM 파형의 펄스폭 변화 (Input condition : 0 ㎂ ~ 40 ㎂) 197

그림 3.2-79. 누설전류 변화에 따른 PWM 출력전압 변화 198

그림 3.2-80. ΔVBE 에 따른 PWM 파형의 출력변화 분석회로 198

그림 3.2-81. ΔVBE 에 따른 PWM 출력전압 변화 199

그림 3.2-82. 내방사선 성능개선을 위한 VBE 보상회로 모델 200

그림 3.2-83. 내방사선 성능개선을 위한 VBE 보상회로 모델링 201

그림 3.2-84. VBE 보상회로 적용에 따른 PWM 출력전압의 변화 201

그림 3.2-85. 트랜지스터(BCW30A) TID평가시험의 구성 202

그림 3.2-86. 트랜지스터 소자의 TID특성평가를 위한 회로구성 203

그림 3.2-87. 트랜지스터 소자의 TID시험용 DUT보드 구성 203

그림 3.2-88. 누적선량에 따른 BCW60A 소자의 전기적 특성변화 실측시험 결과 204

그림 3.2-89. 내방사선 성능개선을 위한 VBE 보상회로를 적용한 트랜스미터 회로 205

그림 3.2-90. 원전 공통센서회로 TID평가시험 구성 205

그림 3.2-91. 트랜스미터 회로의 내방사선 성능평가에 적용된 DUT보드 구성 206

그림 3.2-92. 트랜스미터 회로의 내방사선 성능 평가시험 결과 207

그림 3.2-93. 내방사선 센서 공통회로 모듈 원형 208

그림 3.3-1. 유리 물질의 방사선 연속 영향 209

그림 3.3-2. 반도체에 대한 방사선 영향의 개요 210

그림 3.3-3. Si-ODC(I)과 Si-ODC(II) 모델로 제안된 실리카에서 전기적 중성 relaxed (A) 와 unrelaxed (B) 산소 공공 형태 212

그림 3.3-4. IBIL 광학시스템에 대한 schematic diagram 212

그림 3.3-5. IBIL 렌즈 시스템 214

그림 3.3-6. a) IBIL 수집을 위한 분석기 끝단에서 보내어진 빛, b) 빔 프로파일에 대한 미세 사진 214

그림 3.3-7. 광섬유에 대한 4.5 MeV 양성자 빔의 SRIM 시뮬레이션 (광섬유 코아직경＝10 um, 클래딩직경＝110 um, 플라스틱 쉴드 직경＝190 um 215

그림 3.3-8. 광섬유에 대한 4.5(좌)와 6 MeV(우) 양성자 측면조사 STIM 영상 216

그림 3.3-9. 광섬유에 대한 4.5(좌)와 6 MeV(우) 양성자 측면조사 STIM 스펙트럼 217

그림 3.3-10. NIEL에 따른 입자의 에너지 함수 218

그림 3.3-11. 핵 마이크로프로브를 이용한 IBIC과 STIM 동시 측정 개념도 220

그림 3.3-12. 양성자 1x1013cm-2 선량에 노출된 HIL PIN 다이오드에 대한 2 MeV 양성자를 사용하여 얻은 IBIC영상(좌) 220

그림 3.3-13. 60Co 감마선과 6 MeV 양성자 조사에 의한 p형 Si PIN diode에 있어서 전하수집율 효율의 손상의존도 222

그림 3.3-14. Si 다이오드에 대한 6 MeV 양성자 (TID = 2×1011MeV/g) 결과의 CCE 의존성 223

그림 3.3-15. 강유전체 소자가 활용될 수 있는 방사선에 노출되는 환경들 224

그림 3.3-16. 방사선 조사에 따른 강유전체 물질에 형성될 수 있는 결함들의 예 225

그림 3.3-17. 방사선 조사 전과 후의 PTO와 PZT 박막 FE-SEM 표면 이미지 227

그림 3.3-18. 방사선 총 선량에 따른 PTO와 PZT 박막 XRD 패턴 228

그림 3.3-19. 방사선 총 선량에 따른 PTO와 PZT 박막의 분극-외부전기장 이력곡선 229

그림 3.3-20. 방사선 총 선량에 따른 △2Pr 의 변화량 229

그림 3.3-21. 방사선 총 선량에 따른 internal bias voltage 230

그림 3.3-22. 다양한 방사선 총 선량으로 조사된 PTO와 PZT 박막의 주파수 변화에 따른 유전상수 변화 그래프 232

그림 3.3-23. 방사선 총 선량에 따른 PTO와 PZT 박막의 유전상수 232

그림 3.3-24. 다양한 방사선 총 선량에서의 PTO 박막의 피로 곡선 233

그림 3.3-25. 다양한 방사선 총 선량에서의 PZT 박막의 피로 곡선 234

그림 3.3-26. 이온화 방사선 시험절차의 흐름도 236

그림 3.3-27. 바이폴라 (또는 BiCMOS) 선형 또는 혼성신호 소자에 대한 이온화 방사선 시험 절차의 흐름도 238

그림 3.3-28. EEE 소자 검증에 대한 MIL 규격 문서체계 239

그림 3.3-29. 기술평가 시험 흐름도 241

그림 3.3-30. 검증 및 LOT 수용시험 흐름도 241

그림 3.3-31. 광섬유의 방사선 유입손실 시험 절차서 247

그림 3.3-32. 광섬유의 방사선 유입손실 시험 절차도 248

그림 3.3-33. 광섬유 방사선 실측시험 구성 (Steady state test) 249

그림 3.3-34. 광섬유 방사선 실측시험 구성 (Transient test) 249

그림 3.3-35. 국외 방사선 실측시험 규격 예 251

그림 3.3-36. 신뢰성평가기준을 구성하는 3가지 시험기준 269

그림 6.1-1. 라만 분포 센서 transmitter & single-photodiode receiver block 276

그림 6.1-2. 상용 광섬유의 방사선 조사 후 Bragg 파장 변화 276

그림 6.1-3. double-ended configuration 기법의 RDTS 277

그림 6.1-4. Random hole 광섬유 이미지 277

그림 6.1-5. 수소 로딩(좌), 감마선 조사(우)에 따른 DTS 온도 측정 결과 278

그림 6.1-6. 감마선 조사에 따른 laser, stokes, anti-stokes 광 전송 손실(좌)과 이에 따른 back-scattered anti-stokes 파워 278