현재, 각종 산업공정에서 발생하는 부생가스, 도시폐기물, 폐플라스틱, 바이오매스 등의 미활용 에너지원이나 석탄, 폐유 등을 가스화 혹은 열분해 하여 합성가스를 발생시켜 재활용하려는 연구가 활발히 진행하고 있다. 합성가스는 공업적으로 중요한 에너지원 및 화합물을 제조하는 가장 기초적인 반응가스인데, 합성가스를 제조하는 방법 중 가장 잘 알려진 천연가스 개질반응 이외에도 열분해/가스화 반응공정을 통해 제조되기도 한다.(중략)
런던협약으로 인하여 하수 슬러지 및 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지되어 이의 효과적인 처리 및 에너지 전환 기술에 대한 요구가 증대되고 있다. 하수 슬러지의 빠른 감량과 에너지화가 가능한 열적 에너지 전환 기술의 적용을 위해서는 하수 슬러지의 열분해 및 연소 특성에 대한 기본적인 kinetics 자료가 필수적이다. 본 연구에서는 열중량 분석기(thermogravimetric analyzer, thermobalance)를 이용하여 하수 슬러지의 열분해 및 연소 kinetics를 도출하였다. 열분해의 경우 총 세 단계의 반응이 일어나 각각에 대하여 subtraction method에 의하여 activation energy와 빈도 인자를 도출하였다. 촤 연소의 경우 반응 kinetics 해석은 기체-고체 화학반응의 세 가지 모델이 이용되었고 shrinking core model이 연소 특성을 가장 잘 나타내어 이 모델을 기준으로 activation energy와 빈도 인자를 도출하고 산소농도 영향을 살펴보았다.
반응보정인자(h)는 고체팬텀에서 전리함의 반응을 물에서의 값으로 변환하기 위한 인자이다. RW3 고체 팬텀의 경우에 고에너지 X-선에 대한 반응보정인자는 선질과 깊이에 의존하는 것으로 알려져 있으나 조사면 크기와 SSD(Source to surface distance), 그리고 전리함 종류에 따른 의존성은 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 알려진 의존성을 고찰하고 알려지지 않은 인자들에 대한 의존성을 조사하였다. 본 측정에서는 파머형전리함(FC65G, IBA, Germany)과 소형전리함(CC13, IBA, Germany)이 사용되었으며 대상 선질은 6 MV와 15 MV X-선이었다. 측정 결과 반응보정인자는 6 MV의 경우에 깊이 5 cm와 10 cm에서 각각 h = 1.015, 1.021, 그리고 15 MV의 경우에 깊이 5와 10 cm에서 각각 h = 1.024, 1.029로 나타났다. 결론적으로 반응보정인자는 선질과 깊이에는 의존하였지만 조사면 크기와 SSD에 따른 변화는 적었다. 전리함에 있어서 대상의 두 전리함에 대해서는 차이가 없었으나 다른 종류의 전리함에 대해서 추가적 연구가 필요하다고 생각한다. 본 결과는 RW3에서 전리함을 이용한 측정시 측정값의 분석에 활용될 수 있다.
고에너지 물질의 노화로 인하여 성능 감소를 최소화하기 위해 현재 노화 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 개별 재료에 집중한 연구가 대부분이며 일반적인 노화 메커니즘 파악에는 미흡한 상태이다. 본 연구에서는 이러한 맹점을 해결하기 위해서 금속(W, Ti, Zr)과 KClO4 산화제를 기반으로 하는 고에너지 물질에 대하여 열/표면 분석을 수행하였으며, 이를 통해 고습도-고온 조건하에 노화된 해당 물질에서 보인 열역학적 특성 및 화학반응인자의 변화를 확인하였다. 그 결과, 금속 원소의 상태가 화학반응인자의 상당한 변화를 결정하였다. 즉, 금속의 산화 및 산화막 두께의 증가는 활성화에너지 평균값의 상승을 초래하였으며, 금속 원자의 전기음성도는 활성화에너지 값의 표준편차의 변화를 이끌어냈다.
강우침식인자는 강우사상(rainfall event)으로 인한 토양침식량을 산정하는 지표(index)로서 일정기간 토양침식의 정도를 산정할 수 있는 범용토양유식공식(Universal Soil Loss Equation)을 구성하고 있는 인자 중 가장 값의 변동성이 크고 동일한 조건에서 토양유실량 산정에 큰 영향을 미치는 인자다. 강우침식인자의 산정은 유량탐사 센서나 강우게이지 자료(pluviograph)로부터 12.7mm이상, 최소 15분간 6.35mm이상의 호우사상을 추출하여 해당하는 호우사상에 대한 강우에너지식에 30분 최대강우강도를 곱한 값의 연평균값을 계산한 것이다(Wischmeier and Smith, 1978). 본 연구에서는 범용토양유실공식(USLE)의 강우침식인 자(R)를 산정하고 지리정보시스템(GIS)을 활용하여 공간적 분포를 나타낼 수 있는 만경강 유역 상류부에 위치한 봉동 수위관측소 유역의 토양침식도를 연도별로 도시하였으며, 2001~2010년까지의 10개년 강우량을 바탕으로 토양침삭량을 산정하였다. 그 결과는 강우량이 많을수록 침식인자가 크게 산정되는 일반적인 결과를 기대 할 수 있지만, 2001~2010년까지 10개년 강우침식인자를 분석한 결과 강우량이 많다하여 침식인자의 변화 값이 크게 반응하는 값보다 강우강도에 의해 침식인자가 크게 반응하는 결과를 보였다. 따라서 강우침식인자는 강우량보다는 강우강도에 좌우됨을 알 수 있었다.
이 연구의 목적은 진단방사선촬영에서 환자의 피부선량을 측정하는 나노도트선량계의 에너지의존성에 대한 보정인자들을 구하는 것이다. 보정인자들은 랜다우어사에서 제공한 팬텀 정에 관한 X-선에 상대적인 선량계의 에너지반응그래프와 로사도 등이 발표한 IEC의 RQR 표준방사선 품질들에 대한 평균에너지 값들을 사용하여 구하였다. 결과들은 관전압 40-150 kVp에서 1-1.33의 보정인자들을 나타냈다. 얻어진 보정인자들은 각 관전압에서 정확한 피부선량 측정을 위하여 임상에 사용하는데 유용할 것으로 생각된다.
원자력 발전소의 에너지를 생성하는 원자로의 동특성(Reactor Dynamic Characteristics)은 반응도(Reactivity) 영향인자가 변하여 원자로에 가해지는 외란(disturbances)에 의한 반응도 궤환(feedback)과 부가적으로 변하는 각종 원자로 계통의 설계변수 들에 대한 복잡한 노물리 현상을 통해 결정되며 이러한 현상을 이해하는 것은 원자력 발전소 종사자에게는 무척이나 중요한 일이다. 본 고에서는 가상현실 등 첨단기법을 이용하여 전력연구원에서 개발한 교육지원시스템(VRCATS)의 일환으로 강의실 이론 교육 시에 원격으로 시뮬레이터에 접속하여 각종 반응도 변화를 통한 원자로 노심상태 즉, 노심 내 전체 중성자속분포, 각종 온도 분포를 실시간으로 3 차원으로 보여주며, 시간에 따른 제논, 보론농도 등 반응도 변화 인자 및 총 반응도 변화추이 등을 감시 할 수 있는 컴퓨터 지원 노심설계 및 훈련 시스템(PREMARK) 개발 내용 및 특징을 기술하였다.
4-ethynylaniline(4-EA) 혹은 4-phenylethynyl phthalic anhydride(4-PEPA)을 end-capper로 사용하여 분자량이 2500 g/mol 혹은 5000 g/mol로 조절되고, 반응성 ethynyl 기를 갖는 4,4'-diamino diphenyl ether(4,4'-ODA)/3,3',4,4'-benzophenone tetracarboxylic acid dianhydride(BTDA), 4,4'-ODA/4,4'-oxydiphthalic anhydride(ODPA)계 폴리아이소이미드 올리고머를 합성하여 이들의 중합 및 경화거동을 연구하였다. FTIR 분광분석을 통하여 이들 폴리아이소이미드 올리고머 말단에 반응성 ethynyl 기가 포함되어 있음을 확인할 수 있었다. 이미드화 반응은 폴리아이소이미드 올리고머의 화학구조에도 영향을 받을 뿐 아니라 올리고머의 분자량에도 영향을 받아 분자량 2500 g/mol 올리고머가 5000 g/mol 올리고머보다 대략 $10^{\circ}C$ 정도 낮은 온도에서 이미드화 반응이 일어났다. Ethynyl기의 가교반응은 이미드화 반응보다 높은 온도에서 일어났으며 4-EA로 end-cap된 폴리아이소이미드 올리고머에 대해서는 이 두 반응이 DSC 그래프에서 겹쳐서 나타났다. 4-PEPA로 end-cap된 4,4'-ODA/ODPA 폴리아이소이미드 올리고머에 대해 등 속도 가열 DSC 실험을 통해 이미드화 반응 및 가교반응에 대한 활성화 에너지와 지수앞인자를 구하였다. 이미드화 반응에 대한 활성화 에너지는 141 kJ/mol, 지수앞인자 값은 $1.45{\times}10^{13}min^{-1}$, 가교반응에 대한 활성화 에너지는 177 kJ/mol, 지수앞인자 값은 $2.90{\times}10^{13}min^{-1}$이 얻어졌다.
Differential Scanning Calorimetry(DSC)를 이용하여 파이로점화장치에 사용되는 세 가지 고에너지 물질의 열분석 실험을 수행하였다. DSC 실험 데이터를 이용하여 고에너지 물질의 반응속도식을 추출해내는 이론적 방법을 제안하고 반응속도식 추출을 수행하였다. DSC 실험 결과는 Friedman 등전환법으로 분석되었다. 질량분율에 따른 활성화에너지와 빈도인자를 추출해 내어 반응속도식을 완성하였다. 추출된 반응속도식은 고에너지 물질의 화학반응과정을 몇 단계의 주요단계로 가정하는 형태가 아닌 전체 화학 반응 과정을 나타내는 형태를 갖는다. 이는 기존의 열분석 실험을 통해 추출되는 화학반응속도식 형태에 비해 이론적 측면과 정확성 측면에서 상당한 장점을 갖는다. 도출된 반응속도식을 이용하여 실제 추진기관에 운용되는 세 가지 고에너지 물질의 성능변화를 20년에 대하여 예측하였다.
본 연구에서는 이 단계 연속 바이오 수소/메탄 생산공정의 경제성을 조사하였다. 경제적 관점에서 다양한 수소 및 메탄 발효용 생물반응기를 비교 평가하였다. 이를 바탕으로 포도당으로부터 일 단계 수소발효를 위해 고온 trickling biofilter 반응기 (TBR, $100\;m^3$ 규모)를, 일 단계 반응의 부산물로 생성된 유기산과 알콜류의 이 단계 메탄전환을 위해 고온 upflow anaerobic sludge 반응기 (UASB; $700\;m^3$ 규모)를 선정하였다. 본 이 단계 공정의 수소생산 비용은 $$\;0.26/Nm^3$으로 계산되었고, 이는 고온 TBR 반응기만을 이용한 경우보다 약 30 % 낮았다. 이 단계 공정의 낮은 수소생산 비용은 높은 에너지 회수율과 낮은 슬러지 처리비용에 의한 것이었다. 생물학적 수소 생산공정의 경제성은 탄소원의 종류, 생물반응기의 형태 등 여러 인자에 의해 변경될 수 있으나, 본 연구결과는 향후 연구를 위한 유용한 기준으로 고려될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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