신규 나노변형 반응기 합금의 팽창 저항성 분석

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Journal of Nuclear Materials에 게재된 사전 검증 연구에서, 나노 크기의 NbC 석출물이 고르게 분포된 신제조 오스테나이트계 스테인리스강(ARES-6)과 기존 316 스테인리스강을 중이온 조사 하에서 분석했습니다. 팽윤 후 거동을 통해 ARES-6의 이점을 비교했습니다.
연구: 중이온 조사 하에서 나노스케일 NbC 석출물이 고르게 분포된 오스테나이트계 스테인리스 강의 팽윤 저항성. 이미지 출처: Parilov/Shutterstock.com
오스테나이트계 스테인리스강(SS)은 일반적으로 높은 방사선 플럭스에 노출되는 현대식 경수로에서 제작되는 내부 구성품으로 사용됩니다.
중성자 포획에 따른 오스테나이트계 스테인리스강의 형태 변화는 방사선 경화 및 열분해와 같은 물리적 특성에 악영향을 미칩니다. 변형 주기, 기공률, 그리고 여기는 오스테나이트계 스테인리스강에서 흔히 발견되는 방사선 유도 미세구조 변화의 예입니다.
또한, 오스테나이트계 스테인리스강은 방사선에 의한 진공 팽창을 겪게 되는데, 이는 원자로 노심 구성품의 치명적인 파괴로 이어질 수 있습니다. 따라서, 더 긴 수명과 더 높은 생산성을 갖춘 최신 원자로의 혁신을 위해서는 더 많은 방사선을 견딜 수 있는 복잡한 조립체의 사용이 필요합니다.
1970년대 초부터 방사성 물질 개발을 위한 많은 방법들이 제안되어 왔습니다. 방사선 효율을 향상시키기 위한 노력의 일환으로 진공 팽창 탄성의 주요 측면들의 역할이 연구되어 왔습니다. 그러나 고니켈 오스테나이트계 스테인리스강은 헬륨 액적 변형으로 인한 방사선 취성에 매우 취약하기 때문에, 저니켈 오스테나이트계 스테인리스강은 부식 조건에서 충분한 부식 방지 성능을 보장할 수 없습니다. 또한 합금 조성을 조정하여 방사선 효율을 향상시키는 데에도 몇 가지 한계가 있습니다.
또 다른 접근법은 점파괴의 배수 지점 역할을 할 수 있는 다양한 미세구조적 특징을 포함하는 것입니다. 싱크는 방사선에 의해 유발되는 고유 결함의 흡수에 기여하여, 공극과 간극의 집합으로 인해 생성되는 구멍과 변위 원의 형성을 지연시킬 수 있습니다.
수많은 전위, 미세 석출물, 그리고 입자 구조가 방사선 효율을 향상시킬 수 있는 흡수체로 제안되어 왔습니다. 동적 속도 개념 설계와 여러 관측 연구를 통해 이러한 미세 구조적 특징이 공극 팽창을 억제하고 방사선에 의한 성분 분리를 줄이는 데 도움이 된다는 것이 밝혀졌습니다. 그러나 이러한 틈새는 방사선의 영향으로 서서히 치유되어 배수 지점의 기능을 완전히 수행하지 못합니다.
연구진은 최근 산업용 제강 공정을 사용하여 매트릭스에 나노 니오븀 카바이드 침전물이 균일하게 분산된 비슷한 비율의 오스테나이트계 스테인리스 강을 생산했는데, 이 공정은 나중에 ARES-6로 명명되었습니다.
대부분의 석출물은 방사선 고유 결함에 충분한 싱크 사이트를 제공하여 ARES-6 합금의 방사선 효율을 증가시킬 것으로 예상됩니다. 그러나 미세한 니오븀 탄화물 석출물의 존재는 골격 구조에 기반한 예상 방사선 저항성을 제공하지 않습니다.
따라서 본 연구의 목적은 작은 니오븀 탄화물이 팽창 저항성에 미치는 긍정적 영향을 검증하는 것이었다. 또한, 중이온 충격 시 나노스케일 병원균의 수명과 관련된 선량률 효과도 조사하였다.
갭 증가를 조사하기 위해, 니오븀 나노카바이드가 균일하게 분산된 새로 제조된 ARES-6 합금을 이용하여 산업용 강철을 여기시키고 5 MeV 니켈 이온으로 충격을 가했습니다. 다음 결론은 팽윤 측정, 나노미터 전자 현미경 미세 구조 연구, 그리고 낙하 강도 계산을 기반으로 합니다.
ARES-6P의 미세구조적 특성 중, 나노니오븀 카바이드 침전물의 고농도가 팽윤 시 탄성 증가의 가장 중요한 원인이며, 고농도의 니켈 또한 중요한 역할을 합니다. 높은 변위 빈도를 고려할 때, ARES-6HR은 ARES-6SA와 유사한 팽창률을 나타냈습니다. 이는 탱크 구조의 강도가 증가했음에도 불구하고 ARES-6HR의 변위만으로는 효과적인 배수 지점을 제공할 수 없음을 시사합니다.
중이온 충격 후, 니오븀 카바이드 침전물의 나노스케일 준결정 특성이 파괴됩니다. 그 결과, 본 연구에서 사용한 중이온 충격 장치를 사용했을 때, 방사선 조사되지 않은 시료에 존재하던 대부분의 병원균이 매트릭스 내에서 점차 소멸되었습니다.
ARES-6P의 배수 용량은 316 스테인리스 강판의 3배로 예상되지만, 측정된 팽창 증가량은 약 7배입니다.
빛에 노출되면 니오븀 나노카바이드 침전물이 용해되는 것이 ARES-6P의 예상 팽윤 저항성과 실제 팽윤 저항성 사이의 큰 차이를 설명합니다. 그러나 나노니오븀 카바이드 결정립은 저선량률에서 더 높은 내구성을 가질 것으로 예상되며, ARES-6P의 팽창 탄성률은 향후 정상적인 원자력 발전소 조건에서 크게 향상될 것입니다.
신, JH, 공, BS, 정, C., 엄, HJ, 장, C., & 알무사, N. (2022). 신, JH, 공, BS, 정, C., 엄, HJ, 장, C., & 알무사, N. (2022). 신, JH, 공, BS, 천, K., 엄, HJ, 장, K., & 알-무사, N. (2022). 신, JH, 공, BS, 정, C., 엄, HJ, 장, C., & 알무사, N. (2022). 신, JH, 공, BS, 정, C., 엄, HJ, 장, C., & 알무사, N. (2022). 신, JH, 공, BS, 천, K., 엄, HJ, 장, K., & 알-무사, N. (2022).중이온 조사 시 나노 크기의 NbC 석출물이 고르게 분포된 오스테나이트계 스테인리스 강의 팽윤 저항성. Journal of Nuclear Materials. 다음에서 확인 가능: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311522001714?via%3Dihub.
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샤히르는 이슬라마바드 우주기술연구소 항공우주공학부를 졸업했습니다. 그는 항공우주 계측기 및 센서, 계산 역학, 항공우주 구조 및 재료, 최적화 기술, 로봇 공학, 그리고 청정 에너지 분야에서 광범위한 연구를 수행했습니다. 작년에는 항공우주공학 분야에서 프리랜서 컨설턴트로 활동했습니다. 기술 문서 작성은 샤히르의 강점이었습니다. 국제 대회에서 수상하든 지역 글쓰기 대회에서 우승하든, 그는 탁월한 능력을 발휘합니다. 샤히르는 자동차를 사랑합니다. 포뮬러 1 레이싱과 자동차 뉴스 읽기, 카트 레이싱에 이르기까지, 그의 삶은 자동차를 중심으로 돌아갑니다. 그는 자신의 스포츠에 대한 열정을 가지고 있으며, 항상 시간을 내기 위해 노력합니다. 스쿼시, 축구, 크리켓, 테니스, 레이싱은 그가 좋아하는 취미이며, 함께 시간을 보내는 것을 즐깁니다.
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게시 시간: 2022년 9월 12일