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제4세대 초고온 원자로용 재료기술개발

전문가 제언: ○ 원자력발전은 장기간에 걸쳐 에너지를 확보할 수 있고 지구를 온난화시키는 가스를 배출하지 않는 등 좋은 점을 갖고 있는 반면에 시설과 안전 등에 잠재적인 위험성을 지니고 있다. 특히 미래의 에너지에 속하는 수소를 제조하는 제4세대 원자력시스템인 초고온 가스로(VHTR)는 1,000℃ 정도로 고온의 열을 공급해 주는 설비이므로 운전과 관리에 있어서 정성을 들여서 발전설비들을 온전하게 잘 지키고 안전을 우선하여 운영해야 할 것이다.

○ 원자력시스템의 구조재료는 가동 중 중성자와의 상호작용에 의해 체적의 팽창과 밀도의 저하, 열전도율과 전기전도도의 저하, 경도와 탄성율의 증가, 한도를 초월하는 대폭적인 강도저하, 연성취성 온도의 저하, 조사 중의 전기저항의 저하 등과 같은 조사 취화가 일어난다. 따라서 초고온 가스로용 내열재료를 개발할 때에는 이러한 재료의 특성을 반드시 고려해야 한다.

○ 압력용기에는 약 500m, 격납용기에는 3,000m, 열교환기에는 4,000m, 배관시스템에는 약 20,000곳의 용접이음부가 존재할 정도로 원자력 발전 설비를 제작하고 조립하는데 용접기술이 핵심적으로 사용된다. 한편 용접구조물의 파괴는 용접부에서 발생하는 경우가 많다. 따라서 용접이음부에 대한 고온 크리프, 크리프-피로, 응력부식과 부식특성, 조사 팽윤과 조사취화 등의 손상이 발생하지 않도록 용접기술의 개발이 매우 중요하다. 또한 차세대 첨단 구조재와 세라믹 재료를 사용할 때에도 용접/접합 기술의 개발과 이음부의 품질확보가 필요하다.

○ 초고온 가스로에 사용되는 내열합금은 고온강도가 높기 때문에 고온균열과 같은 용접결함이 발생하기 쉽다. 그러므로 초고온 가스로용 내열재료를 개발할 때에는 내열합금의 용접부에서 발생하는 균열의 발생조건과 발생기구 및 고온특성의 열화기구를 이해하고 이들의 방지와 개선을 위한 대책을 세워야 할 것이다.

저자: Yukio Tachibana
자료유형: 학술정보