노후 원자로에는 구체적인 해결책이 필요하다

방사선이 콘크리트의 구조적 무결성에 영향을 미친다는 것은 꽤 오래 전부터 알려져 왔습니다. 그러나 지금까지 이에 대한 세부 사항은 알려지지 않았습니다. 도쿄 대학을 포함한 연구자들은 마침내 콘크리트의 어떤 특성이 다양한 중성자 방사선 부하에서 구조적 특성에 영향을 미치는지 보여줄 수 있었습니다. 그들의 발견은 일부 우려 사항을 제기하는 동시에 다른 우려 사항을 줄였습니다. 예를 들어 콘크리트의 석영 결정은 스스로를 치유할 수 있어 일부 원자로가 처음 생각했던 것보다 더 오래 작동할 수 있습니다.

원자력 발전소와 관련된 일부 주목할 만한 사건들은 자연스럽게 사람들의 두려움을 불러일으킵니다.

하지만 많은 이들은 핵 에너지가 탄소 중립 세계를 달성하는 초석 중 하나라고 믿습니다.

이는 안전성, 신뢰성, 비용 효율성 및 기타 측면을 개선하는 방법을 찾고, 이 기술에 대한 두려움을 줄이고 수용성을 높이는 데 중점을 둡니다.

원자력 발전소의 안전성 및 수명과 관련된 한 가지 측면은 건설에 사용되는 재료, 특히 건물 전체에 사용되는 콘크리트에 있습니다.

이는 매우 견고한 재료로 알려져 있으며, 그 재료적 특성을 더 잘 이해하기 위해 오랫동안 연구되어 왔습니다.

하지만 연구자들은 지금에 와서야 원자로에서 나오는 중성자 방사선이 콘크리트의 수명에 어떤 영향을 미치는지 자세히 탐구할 수 있게 되었습니다.

"콘크리트는 여러 화합물로 구성된 복합 재료입니다. 이는 지역적 지리, 특히 콘크리트의 주요 구성 요소인 암석 골재를 포함한 다양한 요인에 따라 달라질 수 있습니다. 그러나 암석에는 종종 석영이 포함됩니다. 따라서 석영이 다양한 방사선 부하에서 어떻게 변하는지 이해하면 콘크리트가 일반적으로 어떻게 거동해야 하는지 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다." 건축학과의 이페이 마루야마 교수가 말했습니다.

"중성자 방사선에 의한 분해는 특히 비용이 많이 드는 연구 분야로, 광범위한 연구가 어렵습니다. 저희 연구팀은 2008년부터 이 문제를 다루어 왔으며, 광범위한 문헌을 참고하고 전문가와 인터뷰를 진행하여 문제를 해결하기 위한 전략을 수립했습니다. 이는 최근 X선 회절을 사용하여 조사된 석영 결정을 살펴보는 실험으로 이어졌습니다."

마루야마와 그의 팀은 중성자 방사선의 두 가지 특성, 즉 샘플이 받는 총 선량과 샘플이 선량을 받는 속도, 즉 플럭스를 살펴보았습니다.

그들이 발견한 사실은 처음에는 약간 놀라웠습니다. 중성자 방사선의 총량이 주어진 경우, 선량률이 높을수록 석영 수정의 팽창량이 훨씬 더 높았고 그 반대의 경우도 마찬가지였습니다.

비유적으로, 햇빛이 피부에 미치는 영향을 생각해 보세요. 일반적으로 보호 없이 직사광선에 너무 오래 노출되지 않도록 하는 것이 좋지만, 장시간에 걸쳐 동일한 노출을 받는 것은 그다지 문제가 되지 않습니다.

마루야마는 "플럭스 효과의 발견은 중성자 방사선이 결정 구조를 왜곡하여 비정질화와 팽창을 일으킬 뿐만 아니라, 왜곡된 결정이 회복되고 팽창이 감소하는 현상도 있다는 것을 보여주므로, 속도가 낮을수록 치유에 더 많은 시간을 할애할 수 있다"고 말했다.

"우리는 또한 이 현상이 콘크리트 내의 미네랄 결정 크기에 따라 달라진다는 것을 보았습니다. 더 큰 결정립은 팽창이 덜하여 크기에 따라 영향을 받는다는 것을 시사합니다. 이러한 결과를 고려할 때, 현재 우려되는 중성자에 의한 콘크리트의 분해는 이전에 생각했던 것보다 팽창이 적을 수 있습니다. 결과적으로 분해가 예상보다 덜 심할 수 있으며, 잠재적으로 원자력 발전소가 더 오랜 기간 동안 더 안전하게 작동할 수 있습니다."

이 팀은 이제 다양한 암석 형성 광물의 팽창 거동을 이해하는 데 있어 여러 과제를 해결하고, 팽창 메커니즘을 더욱 명확히 하고, 재료 특성과 환경 조건에 따라 골재의 팽창을 예측하는 능력을 개발하고자 합니다. 또한 이 팀은 광물 팽창에 따라 균열이 형성되는 방식을 예측하고자 합니다. 이 연구는 미래 원자력 발전소를 위한 재료 선택 및 콘크리트 설계에 기여할 수 있습니다. 또한 지구 궤도와 그 너머의 외계 건설을 위한 우주 기반 구조물에 사용되는 무기 재료의 내구성과 안정성에 대한 귀중한 통찰력을 제공할 수 있습니다.


출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250131110450.htm

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