핵융합장치의 동위원소 농축된 구조재료

전문가 제언

○ 21세기 무한 청정에너지원으로 각광을 받는 핵융합반응은 핵분열로 생성되는 중성자에너지가 2MeV인 데 반해 핵융합반응으로 생성되는 중성자는 14.01MeV이다. 그러므로 핵분열 중성자보다 구조재료에 큰 조사손상을 주고 많은 핵변환이 일어나고 방사화가 일어난다. DEMO급 핵융합로의 경우, 핵융합로 사용말기까지 약 150dpa에 해당되는 높은 중성자 조사량이 예측되고 있기 때문에 새로운 강의 개발이 절실한 상황이다.

 

○ 저방사화 구조재료(LAM) 개발에는 일반적으로 장수명 붕괴생성물을 생산하는 합금원소인 Co, Al, Ni, Mo, Nb, N, B 및 Cu 등의 원소를 줄이거나 제거하여야 하므로 저 방사화 구조재료 개발에 어려움이 있다. 세계 선진국에서 가장 유망한 후보재료로 Ferritic-Martensitic(FM)강, SiCf/SiC 복합체 및 텅스텐(W) 합금이 고려되고 있다. 이중에 대표적인 FM 강은 유럽연합의 EUROFER, 일본의 F82H, JFL-1, 미국의 ORNL-3971 등이 있다.

 

○ 이 연구는 일부 제한하고 있는 원소인 Mo과 Ni를 동위원소적으로 농축된 원소를 EUROFER 강에 첨가한 후 조사 후 방사화 특성분석을 통해 폐기물 처분과 원자로 정지시의 조사선량에 미치는 영향을 검토한 새로운 내용을 담고 있다. 또한 1차 벽 고온재료 CuCrZr에 반응단면적인 가장 큰 동위원소 재단을 통해, 즉 63Cu의 분율은 줄이고 65Cu 분율을 증가시켜 4He 가스 생성을 50% 정도 줄일 수 있는 내용을 소개하고 있다.

 

○ 우리나라의 핵융합로 재료개발 연구는 주로 한국원자력연구원 고강도 재료팀을 중심으로 개발하고 있다. 최근에는 저방사화 구조재료 기술이 적용된 “아라(ARAA: Advanced Reduced Activation Alloy)”를 개발 중이며 특히 중성자에 대한 저항성이 높고 고온과 충격에도 잘 견딜 수 있도록 설계됐으며, 프랑스 국제 핵융합실험로(ITER)에서 검증 실험이 진행될 예정이라 한다. 그러나 원자력 선진국에서도 많은 연구가 진행되는 것으로 보아 산학연의 공동연구가 더욱 활발히 진행되기를 바란다.

 

저자

L.W.G. Morgan, J. Shimwell, M.R. Gilbert

자료유형

니즈학술정보

원문언어

영어

기업산업분류

에너지

연도

2015

권(호)

90()

잡지명

Fusion Engineering and Design

과학기술
표준분류

에너지

페이지

79~87

분석자

강*환

분석물

• 핵융합장치의 동위원소 농축된 구조재료.pdf [373,883 byte]

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