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선박 대형화 추세에 따라 최근 많이 건조되는 1만 2000 TEU 급 컨테이너선에는 70㎜ 두께의 철판이 사용되는데, 향후 1만 6000 TEU급까지 규모가 커질 경우 80㎜ 강판이 사용될 예정입니다.

TEU는 길이 20ft의 컨테이너 박스 1개를 나타내는 단위이며, 컨테이너 전용선의 적재용량은 TEU단위로 표기합니다.

즉 1만 6000 TEU 컨테이너선은 우리가 일상적으로 볼 수 있는 컨테이너 1만 6000개를 적재할 수 있다는 뜻입니다.

한국원자력연구원 중성자과학연구부 우완측 박사와 성백석 박사는 지난 2007년부터 4년간에 걸친 연구개발 끝에 연구용원자로 하나로(HANARO)에서 생산된 중성자를 이용해서 80㎜ 두께 철판까지 검사할 수 있는 세계 최대 투과력을 가진 중성자 잔류 응력 측정 장치(RSI; Residual Stress Instrument)를 개발했습니다.

실험 중인 70㎜ 두께 철판

실험 중인 시편과 중성자 조사용 슬릿


중성자의 회절 특성을 이용한 중성자 잔류 응력 측정 장치는 다른 비파괴 검사 장치에 비해 검사 가능한 철판 두께가 가장 두꺼운 검사 장치로, 지금까지는 영국 ISIS의 중성자 잔류 응력 측정 장치가 60㎜ 두께의 강관 검사에 성공한 게 최고였습니다.

연구팀은 중성자 빔 세기를 극대화하고 퍼짐을 방지함으로써 이보다 20㎜ 더 두꺼운 80㎜의 철판을 검사할 수 있는 장치를 개발했습니다.

지금까지는 이처럼 두꺼운 철판을 검사할 수 있는 장치가 없어서 재료의 건전성을 정확히 검사하기 힘들었습니다.

이번에 원자력연구원이 개발된 장치로 80㎜ 두께의 철판까지 검사함으로써 국내 조선업체들이 건조하는 선박의 물리적 안전 특성을 정확하게 파악해서 설계에 반영할 수 있게 됐습니다.

이번에 개발된 중성자 잔류 응력 측정 장치는 선박 건조용 철판, 원전 핵심부품 용접부의 응력 분포 및 결함 여부 검사 등을 통해 산업 재료의 구조적 안전성 확립이 향상될 것으로 기대되고 있습니다.

 연구팀은 포스코의 의뢰를 받아 대형 컨테이너선에 사용되는 80㎜ 두께의 후판강재부 및 용접접합부의 잔류 응력 측정 및 미세구조를 분석하는 위탁과제를 수행 중입니다.

이번 측정 장치를 통해 원자력 발전소의 원자로 압력용기 용접 부위의 잔류 응력을 측정해서 원전의 안전성을 향상시키는 데도 장치를 활용할 계획입니다.

또 개발된 장치를 국내외 연구자들에게 개방해 산업체, 대학 및 연구소에서 잔류 응력 측정 업무를 의뢰받아 수행할 예정입니다.

<하나로(HANARO)와 연결된 빔 조사부, 검출기>

연구용 원자로 하나로와중성자 잔류 응력 측정장치

중성자 빔 라인과 시료 테이블 및 검출기


 용  어  설  명

잔류 응력 :
재료 자체에 내재된 불균일한 힘의 분포. 대부분의 산업용 소재들은 부품 내부에 유해한 잔류 응력을 가지고 있으며 이는 갑작스런 균열, 파괴 및 수명 단축 현상을 일으킨다.

중성자 잔류 응력 측정장치 :
중성자를 사용해서 재료를 구성하는 원자들 사이의 거리로부터 잔류 응력을 측정해서 재료의 비파괴 검사에 이용하는 장치. 자동차, 항공기, 철강 및 조선업 등의 각종 기계 부품 균열, 피로, 파단 현상을 규명하는데 쓰인다.

회절(diffraction) :
빛과 같은 파동이 장애물(물질)을 만났을 때 물질 내부의 원자들 사이를 투과하면서 뒤쪽으로 휘어져 도달하는 현상. 회절 무늬를 분석하면 물질의 성분과 위치에 대한 정보를 얻을 수 있다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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