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핵분열과 핵융합 에너지용 구조재료

전문가 제언: ○ 구조재료는 원자로에서 안전하고, 열역학적으로 효율이 좋은 전기 에너지를 생산하는데 필요하며, 또한 핵연료와 핵분열 생성물의 격납을 위해서 필요하다. 앞으로 융합 에너지 원자로의 성공에 결정적인 역할을 해야 하는 고성능 구조재료는 강렬한 열 기계적 응력과 고 에너지 중성자의 전례 없는 선속에 노출되기 때문에 재료의 품질안정이 절실하다.

○ 첨단재료는 증가된 안전 한계와 설계 융통성, 특히 강도의 증가와 내크리프성, 우수한 내부식성과 중성자방사 손상내성을 제공함으로써 원자로 성능을 개선할 수 있다. 특히 고성능 방사선 내성재료 설계의 핵심 전략은 상당한 고온 강도와 중성자 방사 손상에 대한 내성을 제공하고, 동시에 나노 규모 입자의 아주 균일한 밀도를 채택해야 한다.

○ 와이어 랩은 연료 핀이 약간 휘어지는 경우 냉각재 수로의 수축을 방지하기 위하여 사용된다. 연료는 원자로 내에 보통 몇 년간 머무르게 됨에 따라 그 피복재는 고온(~300℃)과 기계적 응력, 강한 방사선에 끊임없이 노출된다. 특히 산화, 수소화물화, 저 열전도율 부식침전의 축적, 균열과 부식에 미치는 수소의 영향 등이 핵심적인 우려사항이다.

○ 일상적인 감시와 부품 교체는 재료품질 저하를 경감할 수 있으나 고장을 완전히 방지할 수는 없다. 높은 가동온도에서 유래되는 전력 상승과 60년 혹은 그 이상의 원자로 수명연장을 고려할 때, 많은 부품은 원래 설계한계보다 약간 높은 온도의 원자로 환경을 견디어낼 수 있도록 설계하여야 한다.

저자: S.J. Zinkle et al.
자료유형: 학술정보