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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- Bahn Chi Bum
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 부산대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수1
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원자로의 특수한 환경으로 인하여 발생하는 핵연료 피복재의 부식은 핵연료연소도를 증가시키고 재장전주기를 늘려 경제성을 향상시키려는 최근의 노력에 큰 장애물이 되어왔다. 피복재 건전성 확보를 위해 부식메커니즘을 규명하는 것은 시급히 해결해야할 현안이 되고 있다. 하지만, 핵연료피복재 부식저항성을 향상 또는 악화시키는 정확한 메커니즘이 규명되지 못하고 있는 상황이다.
본 연구에서는 원전 일차계통수 환경을 모사한 루프(loop)의 가압용기에서 300 시간, 50 일 그리고 100 일 동안 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편과 일차계통수에 30 ppb 의 아연이 주입된 환경의 가압용기(static autoclave)에서 300 시간 동안 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편에 형성된 산화막의 특성, 금속/산화막 계면과 물/산화막 계면에 인접한 영역의 결정형태, 침전물, 수화물 생성 여부를 STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), in-situ TEM (in-situ Transmission Electron Microscopy), XRD (X-Ray Diffractometer) 등의 장비를 활용하여 관찰하였다. 이 때, 전자현미경 관찰을 위한 시편은 FIB (Focussed Ion Beam) 기술로 제작되었다.
ZrO 형태의 sub-oxide 와 계면에 수직한 방향으로 성장한 주상정(columnar grain)을 보였다. 또한, 금속/산화막 계면에서 산화막이 덜 성장한 부분(계면의 골 부분)에서 주로 큰 균열이 관찰되었다. 한편, 물/산화막 계면에서는 공공(void)과 미세균열들(micro crack)이 관찰되었고 이것들을 포함하는 영역의 면적은 시편의 부식시간이 증가함에 따라 증가하였다. 또한, 물/산화막 계면은 주로 등축정(equiaxed grain)으로 이루어져 있었다. In-situ TEM 장비를 활용하여 상온에서부터 시편을 360 ℃(원전 가동온도)로 가열하고 다시 상온으로 냉각시키는 가열-냉각 사이클 하에서의 관찰에서 금속/산화막 계면에서 확연한 명암차이가 관찰되었다. 하지만, 명암차이 외에 가열-냉각 사이클로 인한 균열의 닫힘 현상과 같은 산화막 미세구조의 변화는 관찰되지않았다. 그리고 아연이 주입된 일차계통수 환경에서 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편의 분석결과, 100 일 까지의 부식에서 아연주입 효과는 미미하였다.
본 연구에서는 원전 일차계통수 환경을 모사한 루프(loop)의 가압용기에서 300 시간, 50 일 그리고 100 일 동안 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편과 일차계통수에 30 ppb 의 아연이 주입된 환경의 가압용기(static autoclave)에서 300 시간 동안 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편에 형성된 산화막의 특성, 금속/산화막 계면과 물/산화막 계면에 인접한 영역의 결정형태, 침전물, 수화물 생성 여부를 STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy), in-situ TEM (in-situ Transmission Electron Microscopy), XRD (X-Ray Diffractometer) 등의 장비를 활용하여 관찰하였다. 이 때, 전자현미경 관찰을 위한 시편은 FIB (Focussed Ion Beam) 기술로 제작되었다.
ZrO 형태의 sub-oxide 와 계면에 수직한 방향으로 성장한 주상정(columnar grain)을 보였다. 또한, 금속/산화막 계면에서 산화막이 덜 성장한 부분(계면의 골 부분)에서 주로 큰 균열이 관찰되었다. 한편, 물/산화막 계면에서는 공공(void)과 미세균열들(micro crack)이 관찰되었고 이것들을 포함하는 영역의 면적은 시편의 부식시간이 증가함에 따라 증가하였다. 또한, 물/산화막 계면은 주로 등축정(equiaxed grain)으로 이루어져 있었다. In-situ TEM 장비를 활용하여 상온에서부터 시편을 360 ℃(원전 가동온도)로 가열하고 다시 상온으로 냉각시키는 가열-냉각 사이클 하에서의 관찰에서 금속/산화막 계면에서 확연한 명암차이가 관찰되었다. 하지만, 명암차이 외에 가열-냉각 사이클로 인한 균열의 닫힘 현상과 같은 산화막 미세구조의 변화는 관찰되지않았다. 그리고 아연이 주입된 일차계통수 환경에서 부식된 ZIRLOTM 피복재 튜브시편의 분석결과, 100 일 까지의 부식에서 아연주입 효과는 미미하였다.
목차
Chap. 1. Introduction 11.1. Background 11.2. Literature review 31.3. Objectives 6Chap. 2. Experimental method 72.1. Sample information 72.2. Experimental environment 92.3. Analysis method and sample preparation 12Chap. 3. Results and discussion 153.1. 300-hour corroded sample 153.1.1 Oxide morphology 153.1.2 Metal/oxide interface 203.1.3 Water/oxide interface 223.1.4 Precipitates 253.1.5 In-situ TEM observation 273.1.6 XRD analysis 293.2. 50-day corroded sample 313.2.1 Oxide morphology 313.2.2 Metal/oxide interface 333.2.3 Water/oxide interface 333.2.4 Precipitates 373.2.5 In-situ TEM observation 383.2.6 XRD analysis 393.3. 100-day corroded sample 403.3.1 Oxide morphology 403.3.2 Metal/oxide interface 433.3.3 Water/oxide interface 443.3.4 Precipitates 443.3.5 XRD analysis 473.4. Zinc effects 483.4.1 300-hour corroded sample 493.4.2 50-day corroded sample 533.4.3 100-day corroded sample 54Chap. 4. Summary & conclusions 56Reference 59ABSTRACT 62국문요약 64
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