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핵융합로용 저방사화 페라이트강의 연구개발과 관련재료기술

전문가 제언: ○ 핵융합은 핵분열과 정반대되는 물리현상으로 핵분열을 이용하는 원자력발전 보다 3~5배나 더 많은 에너지가 나오므로 꿈의 에너지원으로 부르기도 한다. 핵융합로는 바로 플라스마를 생성시켜 밀폐시키는 장치로서 현재 미국, 일본, 러시아, 유럽연합 등이 공동으로 참여하여 국제열핵융합실험로(ITER, International Thermalnuclear Experimental Reactor)의 개발이 진행되고 있다.

○ 핵융합로 노심부분의 안쪽은 차폐벽의 역할을 하는 블랭킷(blanket)으로 둘러싸여 있으며 ITER에는 블랭킷용 구조 재료로서 오스테나이트계 스테인리스강이 선정되었으나 최근 열팽창 계수가 작고 열전도도가 우수한 고Cr페라이트강이 유망시되어 방사능의 감쇄 효과가 우수한 합금설계에 의하여 저방사화 페라이트강이 개발되고 있다.

○ 초초임계압 화력발전의 증기관용 소재로서 600℃ 이상에서 사용할 수 있는 (9~12)Cr-Mo-V-Nb계의 페라이트강이 개발되어 실용화되고 있다. 핵융합로용에는 이 합금계를 기본으로 하여 방사능의 감쇄에 장시간을 요하는 Mo와 Nb에 대체하여 방사능의 감쇄 효과가 큰 W와 Ta를 첨가한 저방사화 페라이트강이 적극적으로 개발되어 중성자 조사 효과를 비롯한 재료의 고온 안정성이 다각도로 연구되고 있다.

○ 현재 개발되어 있는 Cr-W-Ta-V계의 방사선 감쇄능은 우수한 것으로 평가되고 있으나 장시간 사용에 따른 크리프강도의 열화와 그 대책에 대하여는 연구가 충분치 않은 실정이다. 따라서 저방사화 페라이트강의 실용화를 위하여서는 고온강도와 인성에 대한 장시간 데이터의 축적과 크리프파단수명을 신뢰성 있게 예측할 수 있는 모델의 개발이 필요하다.

○ 우리나라는 1995년 기초과학연구소에 플라스마 발생장치인 "한빛" 을 설치하여 한국형 핵융합로 개발프로그램인 K-Star계획을 추진 중에 있다. 그러나 재료 개발에 있어서는 실험용 원자로가 필요하므로 독자적인 연구에는 어려움이 많다. 따라서 현재 국제공동으로 추진 중인 ITER 프로그램에 참여하는 방안이 적극적으로 검토되어야 할 것이다.

저자: Fujio Abe
자료유형: 학술정보