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국제핵융합재료조사시설(IFMIF) 타킷 계통의 설계와 개발 현황

전문가 제언: ○ 핵융합로의 실현에는 원형로 상당에서도 10~15MW/㎡의 중성자에 견딜 수 있는 재료가 필요하다. 노 재료 개발을 진행시키려면 14MeV의 강력 중성자원이 불가결하고, 국제핵융합재료조사시설(IFMIF)이 필요하여 중양자리튬(D-Li) 스트릿핑 반응에 의한 가속기형 중성자원이 선택되어, 그 실현에 필요한 대전류 중양자가속기, 고속액체리튬타깃 등의 기술개발이 요구된다. IFMIF의 기본 설계사양에서는 40MeV, 125mA의 가속기를 2대 사용하여 10n/㎡/s의 중성자조사장을 만들고 조사손상 생성속도가 50dpa/년에서 0.1ℓ, 20dpa/년에서 0.5ℓ라는 조사체적을 실현해야 된다. 약 3년간에 100dpa에 도달하는 조사손상을 실현하기 위해서는 70%의 가동률이 요구된다.

○ IFMIF의 타깃 계통의 주요 기능은 1년에 20dpa의 중성자조사를 실현하기 위해서, 또 10MW의 빔 입열(入熱)을 제거하기 위해서 최대유속 20m/s로 장시간 안정된 액체리튬(Li)유를 실현하는 것이다. 이들 기능을 실현하기 위해서 개념 설계나 요소기술 확증 활동이 실시되어야 한다. 타깃 계통은 타깃 집합체, Li 루프 및 Li 순화계통으로 구성되어 있고, 타깃 집합체는 정류기, 2단조임 노즐, 배면벽, 후린지 등으로 구성되어 있다. 타깃 집합체와 Li 루프의 재료는 배면벽을 제외하고, 스테인리스강이다. 배면벽에는 저방사화 페라이트강을 사용한다.

○ 2단조임 노즐은 개구부가 폭 26cm, 높이 2.5cm이고, 수 실험 및 Li 루프실험으로 안정유동이 확증되었다. Li 루프에서는 연속운전에 대응한 Li 루프 구조를 정하기 위해, Li 루프 배관의 열응력 해석을 하고, 과대한 열응력이 발생하지 않을 값들을 정하고, 빔 응급정지 시의 과도해석을 실시하고, 또 Li 고화방지에 필요한 유기매체 1차 냉각계통 및 물의 2차 냉각계통 온도제어 조건을 정했다. 방사화된 타깃 집합체의 교환을 위해 원격교환 암의 개념 설계를 하여 기본구조를 정했다. 그 외에 FMEA를 사용한 안전해석을 실시하여 타깃 계통의 안전성을 확인하였다. 이와 같은 일본 연구팀의 노력이 계속되고 있다. 한국에서도 이들 자료를 참고하여 앞으로의 연구개발을 추진해나가야 하겠다.

저자: NAKAMURA Hiroo, HORIIKE Hiroshi, KONDO Hiroo, TANAKA Satoru, FUKADA Satoshi
자료유형: 학술정보