수소 가스 원격 모니터링을 위한 라만 라이다 시스템 개발
Development of a Raman Lidar System for Remote Monitoring of Hydrogen Gas
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초록
수소 가스는 연소과정에서 오염물질의 배출이 없는 친환경 에너지원이다. 그러나 연소 및 폭발성이 매우 강해 매우 위험한특징을 갖고 있다. 원자력 발전소의 중대 사고 발생시 핵연료의 산화 과정에서 다량의 수소 가스가 발생하며 원전 격납 건물의2차 사고의 원인으로 작용함으로 원전의 안전을 확보하기 위하여 수소 가스의 검출 기술은 매우 중요하다. 본 논문은 수소 가스의 원격 계측을 위한 라만 라이다 시스템의 개발에 관한 것이다. 소형의 이동 가능한 라만 라이다 시스템을설계 및 개발하였으며, 수소 가스의 농도를 정량적으로 계측하기 위한 계측 알고리즘을 개발하였다. 개발된 수소 가스 계측을위한 라만 라이다 시스템의 수소 가스 검출 능력을 검증하기 위하여 수소 가스의 농도를 조절할 수 있는 가스 챔버를 이용하여낮에 야외 환경에서 수소 가스 검출 실험을 실시하였다. 그 결과 20미터 거리에서 최소 0.67 Vol.%의 수소 가스 농도의 검출이가능하였다.
Abstract
Hydrogen gas is a green energy sources because it features no emission of pollutants during combustion. But hydrogen gasis very dangerous, being flammable and very explosive. Hydrogen gas detection is very important for the safety of a nuclearpower plant. Hydrogen gas is generated by oxidation of nuclear fuel cladding during a critical accident, and leads to serioussecondary damage in the containment building. This paper discusses the development of a Raman lidar system for remotedetection and measurement of hydrogen gas. A small, portable Raman lidar system was designed, and a measurement algorithmwas developed to quantitatively measure hydrogen gas concentration. To verify the capability of measuring hydrogen gas withthe developed Raman lidar system, experiments were carried out under daytime outdoor conditions by using a gas chamber thatcan adjust the hydrogen gas density. As results, our Raman lidar system is able to measure a minimum density of 0.67 vol. %hydrogen gas at a distance of 20 m.
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