대표적인 질소제거 시스템인 무산소-산소공정을 대상으로 주어진 유입수 수질 조건에서 최대의 질소제거를 위한 최적의 슬러지 반송비를 질화/탈질 반응식을 이용하여 양론적으로 계산하였다. 양론적 계산에 고려된 수질 항목은 질화/탈질에 영향을 미치는 암모니아성 질소, 질산성질소, 알칼리도, COD, 용존산소로 설정하였다. 최대의 질소제거를 위한 최적의 슬러지 반송비를 앞의 5가지 유입수 항목으로 나타내었다. 양론적 계산에 의한 각 공정의 유출수와 최종 유출수 중의 TN농도가 실제 보고된 하 폐수 처리장의 TN농도와 잘 일치 하였다. 또한 양론적 계산에 의해 실제 처리장 최종 유출수 중의 TN농도를 ${\pm}5.0\;mg/L$ 내에서 예측 가능하였다.
본 연구에서는 가장 대표적인 AAM 중 하나인 규산나트륨 적용 AAS의 수화물 구성에 대한 화학양론 모델을 개발하고, 이 결과를 열역학적 모델 결과와 비교하였다. 기본적으로 Chen and Brouwers(2007a)의 모델을 기반으로 하였으며, 일부 수화물에 대한 최신의 데이터베이스를 적용해 일부 개선하였다. 계산된 AAS에 대한 결과는 또한 OPC의 그것과도 비교되었다. AAS의 화학양론 모델 기반 수화물의 부피 구성비는 열역학적 모델 결과에 비해 약 최대 20% 이내에서의 차이가 발견되었으며, w/b 및 활성화제량에 의한 변화량의 추이 역시 열역학적 모델의 결과의 그것과 거의 동일하였다. 특히 고정수량과 공극비는 두 가지 모델에 의한 계산 결과가 약 10% 이내의 차이로 근접하였다. 특히 고정수량의 결과는 실험값과도 거의 동일하였다. 그러나 수화물 및 기타 공극 등 각 상들의 부피에 의해 민감하게 결정되는 값인 화학수축의 경우 열역학적 모델에 비해 화학양론적 모델의 계산결과는 실험결과와 차이가 컸다.
고 에너지 물질은 폭약이나 로켓의 추진체와 같은 군사적 목적뿐만 아니라 연료, 토목 및 건축 등의 민간 분야에도 사용되고 있다. 새로운 고에너지 물질의 개발을 위해 필수적인 단계는 물질의 폭발성능을 정확하게 계산하는 것이다. 여러 수식들 중에서 폭발 성능을 계산하는데 가장 대표적인 수식은 Kamlet-Jacobs (K-J) 식 이다. K-J 식에서는 폭발 시 기체 생성물의 몰수와 이들 기체의 평균 분자량, 그리고 폭발열 과 같은 인자가 폭발 성능에 크게 영향을 미치고, 이것들은 폭발반응에서 생성된 생성물 조성에 좌우되게 된다. 본 연구에서는 4가지 화학 양론적 규칙(Kamlet-Jacobs, Kistiakowsky-Wilson, modified Kistiakowsky-Wilson, Springall-Roberts 규칙)을 통해 65종 고에너지물질의 폭발 생성물 조성을 계산하였고, 이를 K-J, Rothstein, Xiong, Stine, Keshavarz등이 제안한 폭발속도식에 적용하였다. 각 계산된 방법별로 실험값에 대한 평균절대오차와 평균제곱근오차를 얻었다. 다소 복잡한 K-J와 Xiong식은 간단한 Keshavarz 식과 Rothstein식보다 더 낮은 평균절대오차를 나타내었다. 또한 mod-KW규칙으로 생성물을 계산하여 Xiong의 식에 적용하였을 때, 폭발속도들이 가장 정확했다. 이 연구는 고에너지물질의 정확한 성능을 얻기 위하여 폭발속도를 계산하는 다양한 방법을 비교하였다.
산화티탄(IV)의 비화학양론적 화학식인 $TiO_{2-x}$ 혹은 $TiO_{2-(x^0+x')}$의 값 혹은 $x^0+x'$ 값을 특수히 고안한 자기석영마이크로천칭을 사용하여 $1{\times}10^{-6}{\sim}-1$ 기압의 산소압력 범위와 600~$1300^{\circ}C$온도범위에서 측정하였다. 표준상태에서 rutile의 x값에 대한 기준 혹은 $x^0$값은 0.00148이다. 1기압 산소압력하에서 x값은 온도가 상승하면 차차로 감소하여 $1130^{\circ}C$에서는 화학양론적인 rutile을 형성한다. $1{\times}10^{-6}∼1${\times}$10^{-2}$ 기압 산소압력 범위와 600~$1300^{\circ}C$ 온도범위에서 x값은 0.00148 ∼ 0.01719 범위에서 변한다. 위 조건에서 비화학양론적 rutile의 생성엔팔피 $({\Delta}H_f)$는 21.05 ∼ 29.97 Kcal/mole 범위에서 변한다. logx'를 $log Po_2$에 대하여 (혹은 (log x'= 1n/$log Po_2$) 도시한 직선의 기울기에서 계산한 1/n값은 $1{\times}10^{-6}1{\sim}{\times}10^{-4}$기압의 낮은 산소압력 범위에서 $-{\frac{1}{2}}{\sim}-{\frac{1}{4}}$ 범위의 값을 갖는다. rutile의 안전성, 전기전도성, 촉매성, 및 결핍성 등과 같은 이산화티탄(IV)의 여러가지 물성을 x값에 의하거나 x값의 온도와 산소압력 의존성에서 계산한 열역학적인 데이타에 의하여 설명할 수 있다.
본 연구에서는 기상화학 증착법으로 성장되는 GaN 후막에 대한 열역학적 전사모사를 수행하고 이를 실험결과와 비교, 검토하였다. 열역학적계산은 화학양론적 연산방식을 이용하여 수치 해석하였으며, 모사의 변수로써 온도범위는 400∼1500K, 기상비율은 $(GaCl_3)/[GaCl_3+NH_3],(N_2)/(GaCl_3+NH_3)$를 취하였다. GaN의 성장온도 범위는 이론적인 계산이 실험결과보다 훨씬 낮은 450∼750K으로 예측되었다. 성장온도에서 모사결과와 실험결과와의 차이는 GaN의 기상 에픽텍시 성장이 박막성장의 높은 활성화 에너지 때문에 반응속도론적으로 국한된 영역 내에서 발생한다는 것을 나타낸다.
본 연구에서는 기상화학 증착법으로 성장되는 GaN 후막에 대한 열역학적 전사모사를 수행하고 이를 실험결과와 비교, 검토하였다. 열역학적계산은 화학양론적 연산방식을 이용하여 수치 해석하였으며, 모사의 변수로써 온도범위는 400~1500K, 기상비율은 $(GaCl_3)/[GaCl_3+NH_3],(N_2)/(GaCl_3+NH_3)$를 취하였다. GaN의 성장온도 범위는 이론적인 계산이 실험결과보다 훨씬 낮은 450~750K으로 예측되었다. 성장온도에서 모사결과와 실험결과와의 차이는 GaN의 기상 에픽텍시 성장이 박막성장의 높은 활성화 에너지 때문에 반응속도론적으로 국한된 영역 내에서 발생한다는 것을 나타낸다.
페롭스카이트 구조를 갖는 $Y_{1-x}A_xFeO_{3-y}$ (A = Ca, Sr)계에서 x = 0.00, 0.25, 0.50, 0.75 및 1.00인 비화학양론적 화합물 고용체를 1200$^{\circ}C$ 대기압에서 제조하였다. X-선 회절분석을 통하여 모든 조성의 고용체들에 대한 결정구조를 조사하였다. $Y_{1-x}Ca_xFeO_{3-y}$계의 경우는 x값이 증가함에 따라 환산 격자 부피가 감소하였고, $Y_{1-x}Sr_xFeO_{3-y}$계의 경우는 x의 증가에 따라 환산 부피가 증가하였다. 그 고용체들의$ Fe^{3+}$에 대한 $ Fe^{4+}$의 몰비 ${\tau}$값은 Mohr 분석법으로 구하였고 그 혼합 원자가 상태는 298K에서 Mossbauer 분광분석으로 확인하였다. x값과 ${\tau}$값으로부터 y값을 계산하여 비화학양론적 화학식을 확정하였다. 전도성 메카니즘은 혼합원자가 상태간의 전도성 전자 건너뜀 모델로 설명하였다.
폭굉한계는 가연성물질의 화재 및 폭발 위험성을 결정하기 위해 사용되는 중요한 연소 특성치 가운데 하나이다. 본 연구에서는 가연성혼합물의 구성하는 각 순수성분의 연소열과 기상 조성을 이용하여 폭발한계를 예측하였다. 제시된 방법론에 의한 계산값은 적은 오차범위에서 문헌값과 일치하였다. 따라서 본 연구에서 제시한 방법론이 다른 가연성물질의 폭굉한계 예측에 폭넓게 적용되기를 기대한다.
PWR 정지시 일차계통 수화학 제어의 주요대상은 계통표면에 침적된 부식생성물의 주성분인 비화학양론적 니켈(코발트)페라이트로서, 산성-환원 단계에서 용존수소에 의해 Ni$^{\circ}$ (또는 Co$^{\circ}$)로 환원되고 산성-산화 단계에서 용존산소에 의해 Ni$^{2+}$ (또는 CO$^{2+}$)로 산화되어 이온교환기에 의해 제거된다 본 연구에서는, 니켈 및 코발트 산화물의 25~300 $^{\circ}C$ 환원 또는 산화반응 시 표준자유에너지의 변화 및 용존수소 또는 용존산소의 요구농도를 계산하여, 원자로 정지시 일차계통수 용존 기체의 제어조건을 고찰하였다. 산성-환원 단계의 냉각재 온도인 300~82$^{\circ}C$ 범위에서 용존수소가 충분할 경우 열역학적으로 $^{58}$ Co(또는 $^{60}$Co)Fe$_2$O$_4$$\longrightarrow$Co의 역반응이 억제되므로서 노심외 계통부위 침적이 감소될 수 있기 때문에, 용존수소를 온도에 따라 요구농도 곡선 위로 약간 높게 유지하는 것보다 25~50 cc/kg-$H_2O$로 유지하는 방식이 바람직한 반면, 용존산소를 제공하는 과산화수소 농도가) 2.7 ppm일 때 NiFe$_2$O$_4$$\longrightarrow$Ni$_2$O$_4$(+$\alpha$-Fe$_2$O$_3$) 반응이 일어날 수 있기 때문에, 산성-산화 단계에서는 과산화수소의 냉각재 농도를 이보다 낮게 유지하는 것이 바람직하다.
우리 국민에게 2000년은 야누스의 두 얼굴로 다가오고 있다. 새로운 천년에 대한 희망의 얼굴과, 세기말 대재양론에 Y2K문제까지 가세하여 불안함을 감추지 못하는 절망의 얼굴이다. 일부 종교단체나 예언가들은 Y2K문제로 인해 지구의 종말이 온다고 믿고서 피난처를 만들고 있으며 인터넷망 등을 이용, 지지세력의 확장을 꾀하고 있다. 그러나 우리는 이에 편승하여 인류의 미래를 이들에게 맡길 것이 아니라, Y2K문제의 실상을 정확히 이해하고 지혜로운 대처를 위해 모든 역량을 결집해야 할 것이다. Y2K문제는 개인용 컴퓨터에서부터 금융, 통신, 전력, 행정전산망 등 국가산업 전반에 영향을 미칠 뿐 아니라 모든 국민의 생활과 직결되는 문제이기 때문이다. 특히 안전성이 생명인 원자력 발전소에서의 Y2K문제는 모든 국민과 언론의 집중적인 관심의 대상이 되고 있다. 이 같은 관심과 우려의 표명은 원전의 특성을 고려할 때 당연한 현상이지만, 2000년이 되면 원전이 불시에 정지되고 큰 사고가 발생할 것이라는 일부의 시각은 국민의 불안만 가중시킬 뿐이다. 결론부터 말하자면 이러한 우려는 기우에 불과하다. 예를 들면 은행 전산망에서 이자를 계산할 때는 날짜가 필수적이다. 그러나 일반 산업 자동화 설비와 마찬가지로 24시간 연속 가동되는 원자력발전소를 운전 할 때는 미리 일정한 값으로 입력된 각종 운전자료, 즉 온도, 압력, 유량 등과 매순간 생성되는 운전자료들을 단순 비교하기 때문에 날짜가 필요치 않다. 이는 마치 실내 난방온도를 일정 값으로 미리 정해놓으면, 그때 그때의 실내온도와 미리 정해진 온도를 비교하여 난방기가 자동으로 작동되는 방식과 같다. 따라서 운전과 직접 관련되는 설비는 Y2K와 관련이 없고, 운전 편의를 위한 데이터취득설비 일부와 방사능 계측 등의 측정장비에 Y2K영향이 있다. 한전에서는 이들 문제의 적시 해결을 위해 충분한 예산과 인력을 확보하여 문제를 해결하는 과정에 있으며 3월 현재 약 70$\%$의 공정을 보이고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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