KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 핵융합 실험 장치의 진공용기 및 진공용기 내부의 플라즈마 대향 부품들은 초고진공 (5$\times$10-9 Torr)의 달성을 위해 진공용기 내부의 이물질(H2, H2O, CO, CO2, CH4 등) 제거를 목적으로 SS316LN인 진공용기는 25$0^{\circ}C$, 탄소 물질인 플라즈마 대향부품은 35$0^{\circ}C$ 정도까지 가열(이하 베이킹)할 필요성이 있다. 이 가열방법으로 고온 질소가스를 진공용기 이중벽 사이로 흘려주는 방식과 코일에 저주파 교류전류를 흘려 진공용기를 유도가열하는 방식이 고려되고 있는데, 유도가열방식은 최대 유도 전력이 70kW 정도로 실제 베이킹에 필요한 열량을 공급하는데 있어 적잖이 부족하며 또 국부적인 가열 특성으로 인하여 KSTSR의 베이킹 방식은 전자의 가열방식을 우선적으로 채택하고 있다. 본 논문에서는 0-차원 해석을 통하여 진공용기와 플라즈마 대향 부품들에 대한 베이킹 계획을 결정하고 이를 만족시키기 위해 투입해야 할 열량을 직선적으로 증가하는 온도 곡선에서 각 부분의 온도 상승률을 다르게 설정한 세 경우와 F-자 형태로 변화하는 온도 곡선의 경우에 대해 각각 적용하여 시간에 따른 필요열량을 비교.검토하였으며, 이를 근거로 안정적인 베이킹 계획을 선정하였고 이 베이킹 계획의 실현을 위해 투입해야 할 고온 질소가스의 유량과 온도 도달시간까지 매 시간에서의 가스온도를 산출하였다. 토러스 형상의 토카막 진공용기와 플라즈마 대향 부품 및 다층단열재에 대한 해석 모델은 길이가 유한한 0-차원 실린더 모델로 가정하였고, 이에 대한 기하학적 성질 및 열역학적 성질은 유효계수를 고려하여 산출하였다. 진공용기 이중 벽 내부로 흐르는 질소가스의 유량과 온도의 계산은 진공용기 내벽과 외벽을 각각 독립적인 열전달 요소로 가정하여 구성한 모델을 이용하였다. 전체 해석에서 각 열전달 요소의 비열 값은 온도에 따라 변화하는 비열의 특성을 반영하였으며. 진공용기와 플라즈마 대향 부품의 방사율(emissivity)은 앞서 가정했던 각 온도 상승 곡선에 대해서 각각 0.1, 0.2, 1.3의 경우를 가정하여 계산하였다. 직선적으로 증가하는 온도 상승 곡선중 2$0^{\circ}C$/hr의 온도상승율을 갖는 경우가 다른 베이킹 시나리오 모델에 비해 효과적이라 생각되며 초대 필요 공급열량은 200kW 정도로 산출되었다. 실질적인 수치를 얻기 위해 보다 고차원 모델로의 해석이 필요하리라 생각된다. 끝으로 장기적인 관점에서 KSTAR 장치의 베이킹 계획도 살펴본다.
종래의 방법으로 고압하에서 전지의 표준기전력 $(E^{\circ})$를 산출하는 것은 불가능하다. 그러나 완전평형상수의 개념을 종래의 Nernst 방정식에 적용하므로서 고압하에서 표준기전력을 구할 수 있게 되었다(완전 Nernst방정식). 더욱이 다른 열역학적 성질 이를테면 수화수의 순변화(k), 용매의 압축을(${\beta}$), 전지반응에서 종래의 해리상수(K) 평형상태에서 표준자유에너지변화(${\Delta}G^{\circ}$) 표준엔탈피변화(${\Delta}H^{\circ}$) 및 표준엔트로피변화($S^{\circ}$) 등을 얻었다. 본 실험에서는 전지의 기전력(E)을 $20{\sim}35^{\circ}C$와 1∼2500 atms 범위에서 측정하였다. 일정한 온도에서 전지의 기전력은 압력이 증가함에 따라 증가하였으며, 일정한 압력에서 온도가 증가함에 따라 역시 증가하였다. 전지반응의 수화수의 순변화(k)는 $20^{\circ}C$에서 41.96으로서 압력에 따라 변하지 않고 일정한 값을 유지하였으나 한편 K와 ${\Delta}S^{\circ}C$는 압력에 따라 증가하였으나 ${\Delta}G^{\circ}$와 ${\Delta}H^{\circ}$는 감소하였다. 고압하에서도 완전 Nernst방정식으로부터 표준기전력을 계산할 수 있으므로 상압에서와 마찬가지로 화학평형론을 취급할 수 있게 되었다
기능화 탄소나노튜브인 4-cumylphenol-MWNT(CP-MWNT)를 이용하여 초고분자량 폴리에틸렌(ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE))/CP-MWNT 복합체 필름을 용액 삽입법을 이용하여 제조하였다. 0에서 2.00 wt%까지의 서로 다른 CP-MWNT의 농도에 따라 만들어진 복합체 필름의 열적, 기계적, 기체 투과도 및 광학 투명성 등의 변화를 시차주사열량계, 열중량분석기, 전계 방사형 주사전자현미경과 인장시험기를 사용하여 측정하였다 복합체 필름은 기능화된 탄소나노튜브를 소량 첨가하여도 열역학적 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있으며 0.50에서 1.00 wt%의 농도에서 최대값을 가진다. CP-MWNT의 농도가 1.00 wt%일 때 필름의 산소 기체 차단성은 최대 향상을 나타내었다. 전체적으로는 CP-MWNT가 첨가된 복합체 필름의 열적-기계적 성질 및 기체 투과도 등은 순수한 UHMWPE보다 더 향상되었다.
흑연 표면에 흡착된 Kr분자를 2D기체로 보고 2D비리알상태방정식의 넷째 비리알 계수를 cluster intergral을 이용해서 계산하였으며, 또한 Henry 상수와 둘째 및 셋째 비리알계수도 계산하였다. 그리고 이 상태방정식으로부터 흡착등온곡선을 구하여 실험결과와 비교하여 본 결과 상당히 만족스런 결과를 얻었다. Kr-고체표면 사이의 상호작용 에너지는 Lennard-Jones(12,6)퍼텐셜의 pairwise additivity를 가정하여 구하였으며, 여기에 사용한 파라미터는 ${\varepsilon}_{gs}$/k = 71.1 K, ${\varepsilon}_{gg}$/k = 170 K, ${\sigma}_{gs}$ = 354 pm 및 ${\sigma}_{gg}$ = 368 pm이다.
To investigate the effect of microstructure on the formation of the desorption peak, the volumetric thermal analysis technique (VTA) was applied to the Mg-13.5 wt% Ni hydride system. The sample made by the HCS (hydriding combustion synthesis) process had two kinds of Mg microstructures. Linear heating was started with various constant heating rates. Only one peak was appeared in the case of the small initial hydrogen wt% (0.83 wt%). Yet, two peaks were appeared with increasing initial hydrogen wt% (1.85 and 3.73 wt%) when only Mg was hydrogenated. The first peak was formed through the evolution of hydrogen from $MgH_2$, made by eutectic Mg. The second peak was formed through the evolution of hydrogen from $MgH_2$, made by primary Mg. Therefore, this result shows that the microstructure also has a considerable effect on forming the desorption peak. We have also derived the hydrogen desorption equations by VTA to get apparent activation energy when the rate-controlling step for the desorption of the hydrided system is the diffusion of hydrogen through the ${\alpha}$ phase and the chemical reaction ${\beta}{\rightarrow}{\alpha}$.
Lippin cott/schroeder 포텐샬 함수는 O-H---O와 같은 수소결합 시스템에 응용되고, 좋은 데이터를 주기 위하여 약간 수정된다. 이 모델의 사용은 Van der Waals 반발력과 정전기적 상호작용을 표현하는 항들을 요구하며, 이들 항들은 평형조건으로부터 결정된다. 이 간단한 모델을 사용하므로서, 주파수이동과 수소결합 형성의 엔탈피 관계는 직선이 될 것으로 예상되며, 이것은 문헌에 있는 실험적 결과와 일치한다는 것을 보여준다.
액체 구조에 관한 천이상태 이론을 벤젠과 사염화탄소의 이성분 액체 혼합물에 적용시켰다. 각 성분의 상태합으로부터 액체 혼합물계의 상태합을 구하고, 이것으로부터 전체압, 부분압, 몰부파, 혼합엔트로피 및 압축율 등의 열역학적 성질을 여러 온도에서 계산하였다. 계산 결과는 문헌에서 얻은 실험값과 근사적으로 일치함을 발견하였다.
액체 내에는 분자들 주위에 분자크기의 빈자리가 들어 있게 되어 빈자리로 뛰어들면서 기체와 같은 자유도를 갖는 분자와, 빈자리에서 좀 떨어져서 고체와 같은 자유도를 갖는 분자와, 빈자리 때문에 변형에너지를 받고서 천이상태에 있는 분자들이 있다고 가정하여 액체에 대한 상태함을 유도하여 알곤, 질소, 벤젠, 클로로포름 및 이황화탄소의 액체상태에서의 열역학적 성질들을 계산한 결과 실측치와의 좋은 일치를 얻었다.
새로운 혼성 폴리에스테르 4가지를 합성하여 액정성을 DSC 및 편광 현미경을 사용하여 조사, 연구하였다. 세가지 혼성 폴리에스테르는 같은 메소젠 단위를 갖고 있으나 폴리메틸렌 유연 격자중 메틸렌기 수가 기수-우수, 기수-기수 및 우수-우수의 조합으로 되어 있는점이 다르며, 또 하나의 혼성 폴리에스테르는 양단에 p-옥시벤조일기가 결합하고 있는 메틸-및 브로모히드로 퀴논 단위가 데카메틸렌 격자에 결합하고 있는 구조를 갖고 있다. 이들 폴리에스테르는 모두 녹는점 및 그 이상의 온도에서 네마틱 액정상을 형성함을 알았으며 네마틱${\to}$등방성 액체간의 상변환이 가역적으로 일어남을 DSC 및 현미경으로 관찰할 수 있었다. 액정${\to}$등방성액체의 상변환에 수반되는 열역학적 성질을 중합체의 구조와 관련시켜 고찰하였다.
Tin bis(monohydrogen orthophosphate) monohydrate 물질의 흡착 성질에 관하여 KCl 수용액을 통하여 조사하였다. 금속이온 농도와 pH를 변화시키면서 어떻게 달라지는지 화학평형에 바탕을 두고 data를 분석하였다. 금속이온들의 흡착 data는 Langmuir 흡착식에 넣어 Langmuir 수치들을 얻는 데 사용되었다. Tin phosphate는 산성에서 이온교환 화합물로 작용하였으며, 2가의 전이금속이온에 대해 Cu+2 > Co+2 > Ni+2의 순서로 선택적 흡착성질을 나타내었다. 약한 산성 이온 교환체에서와 같이 금속이온의 교환은 tin phosphate의 선택성을 결정하는데 결정적 역할을 하였다. 모든 경우에서 흡착의 정도는 온도와 농도의 증가와 함께 증가하였다. Lnngmuir 수치들은 흡착과정 동안의 엔트로피, 엔탈피, 자유에너지 변화량같은 열역학적 함수들을 계산하는데 이용되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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