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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 박광헌
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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이 논문의 연구 히스토리 (2)
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후쿠시마 사고 이후, 중대사고시 핵연료 피복관과 수증기의 격렬한 반응을 줄일 수
있고, 수소폭발을 막을 수 있는 방안으로 사고 저항성 핵연료(Accident Tolerant Fuel;
ATF)의 개발이 요구되고 있다.
SiC는 고온에서의 높은 조사저항성, 우수한 기계적 특성과 매우 낮은 중성자 흡수단
면적(thermal neutron absorption cross-section;0.09barns)으로 조사에 의한 기계적 장도
저하 및 부피변화가 거의 없는 재료이다. 따라서 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관은
정상상태 및 중대사고의 극한 환경 소재에서 요구되는 열적안정성, 고온에서의 높은
강도, 부식/산화/침식 등에 대한 내화학적 안정성 및 낮은 열팽창계수와 우수한 열전도
도를 지니기 때문에 노심재료(Reactor Core materials)로써 유망한 후보소재로 연구되
고 있다.
본 연구에선 고분자 함침 열분해법을 이용하였으며, 전구체인 Polycarbosilane(PCS)
를 polymer로 함침하여 SiC 복합체 보호막 피복관을 제조하여 사고조건 및 정상상태
에서의 내부식성을 분석하여 사고저항성 핵연료의 제조 가능성과 산업체 적용타당성
을 분석하는 것이 목적이다.
따라서 본 연구에서는 최종적으로 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관의 제조 가능성
및 산업체 적용타당성 분석하기 위함이며, 전구체인 Polycarbosilane을 이용한 PIP 공
정을 통해 기존 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 제조공정 개선한 후, 감마선을 이
용한 조사 효과, 경화공정 개발 및 특성 평가, SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 박
리현상 분석, SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 1차계통조건 부식 및 저온수 용해 특
성 분석을 세부 목표로 연구를 진행하였다.
그 결과, Zry-4 피복관에 SiC fiber를 필라멘트 와인딩법으로 시편을 제조함으로써
기존방법인 손으로 직접 와인딩 하였을 때 보다 더 균질한 형태의 시편을 얻을 수 있
었으며, 6회에 걸쳐 공정을 반복함에 따라 높은 수율의 SiCf/SiC 복합체를 얻을 수 있
었다.
개선된 공정을 통해 제조한 시편을 이용하여 1차계통 조건 부식실험 및 저온수 용해
특성 분석 결과, 함침된 PCS가 저온수에 용해되어 나오는 문제점이 발생하였으며, 감
마선을 이용한 fiber의 조사 특성 결과, fiber의 조사영향은 미비하며 감마선을 이용한
경화공정과 열산화 경화공정을 비교한 결과 함유된 산소량이 줄어듦에 따라 기계적강
도가 커질 것이라 판단되었다. 마지막으로 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관의 열충
격 실험을 통해 금속피복관과 SiCf/SiC 복합체 사이의 박리 및 복합체의 미세균열이 발
생하는 것을 발견하였다.
본 연구의 결과로 SiC 복합체 보호막 피복관의 정상상태의 거동 및 개선사항에 대
한 자료를 확보하였으며, SiC 복합체 보호막 피복관의 문제점을 개선하기 위한 추가
적인 연구가 진행되어 그 성공 가능성이 높아진다면, 중대사고시 사고저항성 핵연료
피복관을 갖는 핵연료의 개발이 가능해질 것이라 판단된다.
있고, 수소폭발을 막을 수 있는 방안으로 사고 저항성 핵연료(Accident Tolerant Fuel;
ATF)의 개발이 요구되고 있다.
SiC는 고온에서의 높은 조사저항성, 우수한 기계적 특성과 매우 낮은 중성자 흡수단
면적(thermal neutron absorption cross-section;0.09barns)으로 조사에 의한 기계적 장도
저하 및 부피변화가 거의 없는 재료이다. 따라서 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관은
정상상태 및 중대사고의 극한 환경 소재에서 요구되는 열적안정성, 고온에서의 높은
강도, 부식/산화/침식 등에 대한 내화학적 안정성 및 낮은 열팽창계수와 우수한 열전도
도를 지니기 때문에 노심재료(Reactor Core materials)로써 유망한 후보소재로 연구되
고 있다.
본 연구에선 고분자 함침 열분해법을 이용하였으며, 전구체인 Polycarbosilane(PCS)
를 polymer로 함침하여 SiC 복합체 보호막 피복관을 제조하여 사고조건 및 정상상태
에서의 내부식성을 분석하여 사고저항성 핵연료의 제조 가능성과 산업체 적용타당성
을 분석하는 것이 목적이다.
따라서 본 연구에서는 최종적으로 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관의 제조 가능성
및 산업체 적용타당성 분석하기 위함이며, 전구체인 Polycarbosilane을 이용한 PIP 공
정을 통해 기존 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 제조공정 개선한 후, 감마선을 이
용한 조사 효과, 경화공정 개발 및 특성 평가, SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 박
리현상 분석, SiCf/SiC 복합체 보호막 금속 피복관 1차계통조건 부식 및 저온수 용해 특
성 분석을 세부 목표로 연구를 진행하였다.
그 결과, Zry-4 피복관에 SiC fiber를 필라멘트 와인딩법으로 시편을 제조함으로써
기존방법인 손으로 직접 와인딩 하였을 때 보다 더 균질한 형태의 시편을 얻을 수 있
었으며, 6회에 걸쳐 공정을 반복함에 따라 높은 수율의 SiCf/SiC 복합체를 얻을 수 있
었다.
개선된 공정을 통해 제조한 시편을 이용하여 1차계통 조건 부식실험 및 저온수 용해
특성 분석 결과, 함침된 PCS가 저온수에 용해되어 나오는 문제점이 발생하였으며, 감
마선을 이용한 fiber의 조사 특성 결과, fiber의 조사영향은 미비하며 감마선을 이용한
경화공정과 열산화 경화공정을 비교한 결과 함유된 산소량이 줄어듦에 따라 기계적강
도가 커질 것이라 판단되었다. 마지막으로 SiCf/SiC 복합체 보호막 금속피복관의 열충
격 실험을 통해 금속피복관과 SiCf/SiC 복합체 사이의 박리 및 복합체의 미세균열이 발
생하는 것을 발견하였다.
본 연구의 결과로 SiC 복합체 보호막 피복관의 정상상태의 거동 및 개선사항에 대
한 자료를 확보하였으며, SiC 복합체 보호막 피복관의 문제점을 개선하기 위한 추가
적인 연구가 진행되어 그 성공 가능성이 높아진다면, 중대사고시 사고저항성 핵연료
피복관을 갖는 핵연료의 개발이 가능해질 것이라 판단된다.
목차
제 1 장 서 론 1제 1 절 연구개발의 목적제 2 절 연구개발 필요성 및 범위 3제 2 장 국내외 기술개발 현황 4제 1 절 장섬유 강화 SiC복합체제 2 절 장섬유 강화 SiC복합체의 제조방법 8제 3 절 국내수준 10제 4 절 국외 연구현황제 5 절 지금까지의 연구개발 실적 11제 3 장 연구 개발 수행 내용 및 결과 13제 1 절 연구개발 목표 및 세부내용제 2 절 실험 수행 내용 및 결과 141. SiCf/SiC 복합체 보호막을 갖는 금속피복관 제조 공정 개선2. 개선된 SiCf/SiC 복합체 보호막을 갖는 금속피복관의 1차계통 조건 부식실험 25가. 실험장치 및 방법나. 실험결과 283. 개선된 SiCf/SiC 복합체 보호막을 갖는 금속피복관의 열충격 실험을통한 박리현상 분석 32가. 실험장치 및 방법나. 실험결과 344. 감마선을 이용한 SiCf/SiC 복합체 보호막을 갖는 금속피복관의 제조 및 조사효과 분석 39가. 실험장치 및 방법 41나. 실험결과 44제 4 장 결 론(상용화의 가능성 검토) 50참고문헌 52Abstract 54감사의 글 57
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