개요
핵융합로의 TBM 구조재료로 사용되는데 있어서 저방사화 페라이트/마르텐사이트(reduced activation ferritic-martensitic, RAFM)강이 갖는 장점으로는 높은 열전도도, 낮은 열팽창계수, 응력부식균열 저항성, 조상팽윤 저항성 및 이로 인한 조사후 치수안정성, He 취성 저항성 등을 들 수 있다. 반면, 내식성, 고온 크맆특성, 조사취성, 가공성 및 용접성 등의 측면에서는 보완되어야 할 점이 많은 것으로 알려져 있다. 핵융합로 TBM 내에서 RAFM강의 사용온도범위는 350-550°C 정도로서, 고온 및 저온 한계는 각각 기계적 특성의 열화 및 조사취성에 의해 제한된다. 게다가 DEMO급 핵융합로나 상용 핵융합로의 경우, 핵융합로 사용말기까지 약 150dpa에 해당되는 높은 중성자 조사량이 예측되고 있기 때문에 조사취성이 개선된 RAFM강의 개발이 절실한 상황이다. 이러한 TBM 구조재의 요건을 맞추기 위해, 고강도재료팀에서 저방사화 신합금 개발에 관한 연구를 진행해 왔으며, 다음과 같은 연구성과가 기대된다.
저방사화 페라이트/마르텐사이트 신합금 원천물질 조성 특허출원
RAFM강은 고방사화 특성을 갖는 원소(Mo, Nb, Ni, Cu, Co 등)의 함량을 제한하고, Fe보다 방사화 성향이 낮은 원소들만으로 합금을 제조해야 한다는 점에서 신합금 개발에 제한이 있다. 고강도재료팀에서는 FM강 개발을 통해 습득한 기술과 노하우를 기반으로 기존의 RAFM강(F82H, EUROFER97, EK-181, CLAM 등)의 합금조성과는 차별화된 한국 고유의 RAFM 신합금을 설계한 상태이며, 이에 대한 특성평가도 완료하였다. 이러한 신합금 원천물질 조성에 대해 미국, 한국, 일본, 유럽연합 등의 국가에 특허출원을 계획하고 있다.
핵융합실험용 RAFM 신합금 구조재 제조기술
RAFM강 개발의 궁극적인 목표는 우수한 특성을 갖는 구조재를 개발하여, 실제 핵융합로의 브랭킷 구조재료로 활용하는데 있다. 이를 위해 고강도재료팀은 개발된 한국 고유의 RAFM강을 시험용 브랭킷 mockup을 제조 할 수 있을 정도의 규모(약 3 ton급)를 갖는 모합금을 제조하고, 이로부터 다양한 형상을 갖는 구조부품의 제작 및 접합에 대한 기술을 개발할 예정이다.
RAFM 신합금 하나로 조사시험 기술
개발된 RAFM 신합금에 대하여 검증해야 할 중요한 특성중의 하나가 조사취성에 대한 평가이다. 이에 고강도재료팀은 조사시험시료 장착을 위한 조사시험캡슐 제작 및 조사후 시험평가 등에 대한 기술을 개발해 왔으며, 이를 기반으로 원자력연구원내의 하나로 조사시험 설비를 이용한 조사특성 평가를 수행할 예정이다.