• 방사성폐기물학회지
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• 제11권1호
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• pp.23-29
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• 2013

경제적이고 우수한 핵확산저항성을 갖는 파이로공정의 핵심 단위공정인 전해제련 공정에서 U와 TRU를 동시에 회수하기 위해 환원전극으로써 LCC가 사용된다. 한가지 원소만을 회수하는 금속음극과는 달리 LCC는 전기화학적으로 U와 TRU의 선택적 분리가 어려워 핵확산저항성을 높이는 기술의 핵심이라고 할 수 있다. LCC를 담아놓는 LCC 도가니는 U나 TRU로만 전착되어야하기 때문에 도가니는 전기적으로 절연되어야 한다. LCC와의 안정성과 회수된 TRU 및 용융염과의 화학적 안전성은 물론 공정 중 전착될 수 있는 금속 Li과의 반응성도 고려되어야하므로 LCC 도가니의 소재 특성은 매우 중요하다. 본 연구에서는 $Al_2O_3$, MgO, $Y_2O_3$, BeO 네 가지 대체 세라믹 소재의 화학적 안정성을 $500^{\circ}C$에서 모의 LCC로 열역학적 및 실험적으로 평가하였다. 세라믹 기판 위의 LCC 접촉각은 화학적 반응성을 예측하기 위해 시간에 따라 측정하였다. $Al_2O_3$는 가장 낮은 화학적 안정성 갖고 BeO는 재료 내에 존재하는 기공은 접촉각감소에 영향을 주었다. MgO, $Y_2O_3$는 우수한 화학적 안정성을 나타내었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권1호
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• pp.11-19
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• 2015

원자력발전소 증설에 따라 핵연료 피복관의 생산량이 증가 할 것으로 예상되며, 튜브 제조 시 발생되는 지르코늄(Zr) 스크랩 역시 증가 할 것으로 판단된다. 지르코늄(Zr) 정련기 대용량화와 회수율 향상을 위한 사전 연구로서 LiF-KF-ZrF₄ 불화물의 염에서 다전극을 이용하여 전해정련실험을 실시하였다. LiF-KF-ZrF₄염에서는 -0.8 V(vs.Ni)에서 환원전위가 관찰되었으며, 분극 거동 관찰 결과 전극의 개수가 증가할수록 셀의 저항이 낮아져 인가전류량이 증가하였다. 6개의 다 전극을 이용하여 정련 실험을 한 결과 가장 낮은 전류밀도인 25.64 mA/cm²조건에서 98%의 회수율로 가장 높은 회수율은 보였다. XRD 및 TG 분석 결과 순수한 Zr이 회수되었으며, ICP 분석결과 양극재의 기본 불순물 함량을 포함한 순도 97.8% 보다 낮은 불순물의 함량을 포함한 순도 99.92%의 Zr을 나타내었다. 폭 20 mm 높이 65 mm의 전극 6개를 사용시 전력소모율은 7.15 kWh/Kg으로 크롤 공정대비 39.7% 전력을 소모하게 된다. 다 전극 사용 시 단일 전극 사용에 비해 인가전류와 셀 효율 및 회수율 증대로 대용량화를 위한 효율적인 기술로 판단된다.

• Ocean and Polar Research
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• 제26권2호
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• pp.199-205
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• 2004

$SiO_2$ and CaO are added to decrease the smelting temperature in the reduction-smelting method for manganese nodule processing. These elements are components of the manganese nodules and might be very important controlling factors in the processing due to the locally variable content. The 707 chemical data of manganese nodules acquired from 1994 to 2001 in KODOS(Korea Deep Ocean Survey) area were used for the hierarchical cluster analysis. The chemical data were classified by the morphological types, and the averages of the chemical data for each station were classified by the facies groups and the localities. All data are plotted on the $SiO_2-CaO-MnO$ phase diagram at $1773^{\circ}K$ to compare with the best compositional area in the nodule smelting. Variations and distributions of $SiO_2$ and CaO in KODOS nodules were also reviewed. The mineral phases assigned by the cluster analysis are CFA(Carbonate Fluorapatite), Fe-oxide, Al-silicate, and Mn-oxide. MnO contents are generally higher than $SiO_2$ contents in most of the morphological types except for the Is- and It-type. The Dt- and Tt-type show wider range and the E-types show high anomaly in their CaO contents. The stations which belong to facies group A and B show generally higher MnO contents than $SiO_2$ contents, however, the stations of facies group C and D show wide range in their MnO and $SiO_2$ contents. It seems to be very important to control the $SiO_2$ contents in the processing because of the wide range in the northern area. The additions of approximately 10 wt.% CaO and 10 wt.% $SiO_2$ are recommended for the northern area, whereas, the additions of approximately 10 wt.% CaO and 20 wt.% $SiO_2$ are recommended for the southern area.

• 대한용접접합학회:학술대회논문집
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• 대한용접접합학회 2010년도 춘계학술발표대회 초록집
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• pp.66-66
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• 2010

국내 화력발전의 $CO_2$배출량을 크게 줄이고, 친환경, 그린 화력발전시스템을 위한 가장 효과적인 수단은 발전효율을 획기적으로 증대시키는 것이기 때문에 이를 목표로 한 기술개발은 경제적으로나 산업적으로 파급효과가 매우 크다. 발전효율 증대를 위한 핵심기술은 증기터빈의 성능향상이다. 현재 일본, 미국, EU 등 각국이 가장 관심을 가지고 기술개발에 심혈을 쏟고 있는 초내열, 내식 합금소재는 $700^{\circ}C$이상에서 기계적 성능을 보장할 수 있는 Ni기 합금개발이고, 현재까지 상당한 기술수준에 이르고 있는 것으로 파악되고 있다. 국내의 경우는 관련기술개발을 위해 연구가 진행되고 있으나, 기술적으로 아직 미흡한 수준이다. Ni기 초내열, 내식합금을 개발해서 그것을 화력발전용 증기터빈 부품, 특히 초내열합금 용접형 터빈로터 소재로 이용하기 위해서는 체계적이고 실용적인 연구를 통하여 용접형로타의 내구성과 신뢰성이 보장되는 최적 수준의 접합기술 개발이 선행되어야 한다. 따라서 본 연구는 선행연구로 $700^{\circ}C$이상 초내열/내식 Ni기 합금소재의 용접기술 개발을 위한 후보 소재 Alloy 617의 동종재료 용접 기술 개발을 목표로 한다. 본 연구는 Alloy617 12.6t 맞대기 이음으로 U그루브 내로갭 TIG용접을 하였다. 1pass 1layer 방식으로 총 8pass 8layer로 용접하였다. 전류 및 용접속도는 동일하게 두고 실드가스를 Ar 또는 Ar-$H_2$ 가스로 변경하여 시험하였다. Ar가스 TIG용접은 비드표면에 산화스케일이 생기고, 비드면이 거칠며 전체적으로 산화되었다. 반면에 Ar-$H_2$가스 TIG용접은 비드표면에 산화스케일이 없으며 표면이 미려하고 산화되지 않았다. 실드가스에 수소가스 첨가시 환원성가스로 역할을 하게 되고 이에 따라 용융지 표면에 산화피막을 제거하여 용접비드를 청정하게 하는 효과를 가진다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제2권1호
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• pp.1-11
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• 2004

한국원자력연구소에서는 고온의 용융염 매질 하에서 사용 후 핵연료를 환원시키는 차세대관리종합공정 연구를 수행 중에 있다. 추후 본 기술개발을 실증시험 하기 위해서는 방사선 차폐능이 확보된 핫셀이 필수적이며, 핫셀은 최대 1,385TBq의 방사능량에 대한 차폐 안전성을 가져야 한다. 최대 방사선원에 대한 핫셀의 차폐능을 확보하기 위하여, 본 연구에서는 실증시험 시 사용후핵연료부터 발생하는 중성자 및 감마선에 의한 선량률이 법적 허용선량치보다 낮게 유지되도록 핫셀의 차폐 설계에 대한 안전성을 평가하였다. QAD-CGGP 및 MCNP-4C 코드를 이용하여 핫셀 차폐체의 설계치에 대한 차폐 계산을 수행하였다. 작업구역에 대한 감마선 차폐계산 결과 QAD-CGGP 코드는 2.10${\times}$$10^{-3}$, 2.97${\times}$$10^{-3}$ mSv/h, MCNP-4C 코드는 1.60${\times}$$10^{-3}$, 2.99${\times}$$10^{-3}$ mSv/h 이었으며, 서비스 구역은 1.01${\times}$$10^{-2}$, 7.88${\times}$$10^{-2}$ mSv/h 로 평가되었다. 그리고 MCNP-4C코드를 이용하여 중성자에 의한 선량률을 계산한 결과, 중성자에 의한 선량률은 감마에 의한 선량률의 약 20% 이하치를 나타내었다. 따라서 선량률 대부분은 감마선에 의한 영향임을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 핫셀의 차폐 설계치가 작업구역의 선량 제한치 0.01 mSv/h 와 서비스 구역에서의 선량 제한치 0.15 mSv/h를 만족시키는 것을 확인할 수 있었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제13권4호
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• pp.263-269
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• 2015

산화물 사용후핵연료에 대한 전해환원의 금속전환체를 양극으로 한 전해정련공정에는 LiCl-KCl 공융염에 우라늄 원소뿐 아니라 초우란 원소 및 희토류 원소들이 용해되므로 우라늄을 선택적으로 회수하기 위해서는 우라늄과 다른 원소들이 음극에 전착되는 거동에 대한 연구가 필요하다. LiCl-KCl 공융염 내 희토류 원소의 농도에 따른 음극에서의 전착거동을 고찰하기 위해 U 및 Ce를 기준으로 한 U, Ce, Y 그리고 Nd 원소들의 분리계수에 대한 연구를 수행하였다. Ce 금속을 희생 양극으로 이용하여 정전류 정련반응을 통해 용융염 상과 전착물 상의 U, Ce, Y 그리고 Nd 원소의 농도를 분석하여 이로부터 분리계수를 얻었으며 $UCl_3$ 농도와 $CeCl_3/UCl_3$ 농도비에 따른 분리계수로부터 우라늄을 선택적으로 회수할 수 있는 조건들을 고찰하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.48-48
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• 2011

2010년 약 19.5 GWp 의 규모로 성장한 태양광 시장의 주요 소재는 실리콘을 이용한 태양전지이며, 고성능 및 고효율 태양전지 시장이 급성장 하였다. 이러한 고품질 태양전지에 사용되는 주요 원료인 9N 급 폴리실리콘은 2008년 4월 $265/kg 까지 상승하였으나, 점차 하향안정세에 있으며, 급속한 가격 경쟁을 통해 당분간 장기공급가가 50$/kg 이하로 하락할 것으로 전망된다. 이러한 실리콘 제조기술 중 가장 많이 사용되는 기술은 Trichloro-silane (TCS) 또는 Mono-silane (MS)를 사용하는 기상법인 일명 Siemens 공정이다. 이러한 기상법의 경우 12N 이상의 초고품질 실리콘 제조가 가능하나, 대규모의 설비투자(1억원/폴리실리콘 1톤)와 높은 에너지(120 kWh/kg)가 요구된다. 이에 최근 기상법이 아닌 야금학적인 정련법에 대한 기술이 개발되고 있으며, 이는 금속 실리콘을 슬래그 처리, 편석 분리, 응고 급랭, 전자빔, 플라즈마 등을 이용하여 정련하는 공정을 말한다. 야금학적 정련법은 순도 면에서 기상법에 비하여 낮은 단점이 있음에도 불구하고, 여러 장점들로 인해 활발히 연구되며 점차 실용화 되고 있는 매우 유용한 기술이다. 야금학적 정련법의 주요 장점은 기상법에 비해 약 25% 정도의 설비 투자비로 가능하고, 금속 실리콘을 직접 사용하며, 에너지 payback이 짧다. 또한, 산 및 염화실렌을 사용하지 않으므로 환경 문제를 적게 야기하고, 생산설비의 확장성도 매우 높다. 본 연구에서는 국내 규석광을 이용하여 일련의 정련 공정을 거쳐 고순도SG(Solar Grade)급 실리콘을 제조하고자 하였다. 실리콘 용융 환원로를 개발하고 순도를 높이기 위해 슬래그정련법을 이용하였으며, 생산된 3N 급의 금속 실리콘을 비기상법정련 방식인 일방향 응고와 플라즈마 정련 및 전자기유도 용해법을 이용하여 고순도의 실리콘을 제조하였다. 본 연구에서는 상업생산을 개시한 외국의 E사와 비교하여 산침출공정을 거치지 않으므로 실리콘회수율 및 환경부하 절감의 장점을 갖고 있으며 최종 순도 실리콘 6N 이상, 보론 함유량 0.2 ppm 이하를 달성하였으며, 기존 기상법 대비 약 20%의 전력 감소와 약 13%의 금속실리콘 원료 절감 효과가 있었다. 저가/고순도 SG급실리콘의 제조기술 개발은 향후 세계 태양광 시장에 대한 경쟁력을 확보하고, 시장 점유율 상승에 기여할 수 있으며, 산업 확대를 통한 주변 산업으로의 파급 효과가 매우 클 것으로 예상된다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제8권1호
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• pp.65-70
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• 2010

비등온 및 등온조건에서의 열중량분석을 이용하여 다양한 압력조건(0.5 - 50 mmHg)에서 LiCl-KCl 공융염 증류속도를 우선 측정하였다. 비등온조건에서의 열중량분석결과로부터 온도의 함수로 표현될 수 있는 증류 속도식을 도출하였다. 이 속도식에 의해 계산된 휘발플럭스(flux)는 등온조건에서의 열중량분석을 통해 얻어진 증류속도와 일치하였다. 1300 K 이하의 온도조건과 0.5 mmHg와 50 mmHg 사이의 감압조건에서 $10^{-4}-10^{-5}$ mole $cm^{-2}sec^{-1}$의 증류속도를 얻을 수 있다. 실험실규모 실험장치에서 50 mmHg의 압력과 1150 K 이상의 온도 조건에서 한 시간 증류로 약 99%의 염이 분리되었다. 희토류 침전물내에 잔류하는 염을 증류에 의해 제거할 때 휘발시간이나, 온도를 증가시키는 것보다 휘발 계면적을 증가시키는 것이 효과가 더 큰 것으로 나타났으며, 휘발면적을 $4.52cm^2$에서 $12.56cm^2$로 증가시켜 한 시간 동안 증류하였을 때 99.95% 이상의 염이 분리되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권6호
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• pp.623-630
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• 2006

분류층 가스화기에서 슬래그의 점도 변화는 가스화기 운전 온도을 결정하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 국내 가스화 대상탄 중 결정슬래그의 거동을 보여주는 5개 탄 슬래그의 $T_{cv}$를 문헌의 경험식과 Factsage를 이용한 평형계산으로 예측하고, 각 방법의 실용성을 조사하였다. 경험식으로는 두개의 모델이 사용되었는데 각각 회분용융시험의 $T_h$와 슬래그의 5개 주성분 농도를 이용하였다. $T_h$를 이용한 모델은 $20{\sim}100^{\circ}C$ 높은 $T_{cv}$를, 5개 주성분을 이용한 모델은 $80{\sim}120^{\circ}C$ 낮은 $T_{cv}$를 예측하였다. 평형계산에서는 액상선 온도로 $T_{cv}$를 구하였다. 평형계산에 주 4 성분만을 사용하였을 경우 측정된 $T_{cv}$보다 높은 온도가 예측되었다. 액상선 온도는 부 성분의 농도에 매우 민감하여 MgO와 $Na_2O$의 추가는 액상선 온도를 낮추어 주었다. 평형계산에서 석탄의 주성분뿐만 아니라 부성분을 모두 포함시켰을 때 측정된 $T_{cv}$에 가장 근접한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 $Cr_2O_3$ 계열의 내화재가 사용되었을 경우, $T_{cv}$의 좀 더 정확한 예측을 위하여 용해 내화재의 농도도 평형계산에 포함시켜야함이 확인되었다.

• 헤리티지:역사와 과학
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• 제48권1호
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• pp.148-165
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• 2015

철은 한반도 고대국가의 형성과 발전에 큰 영향을 미친 중요한 요소였다. 이러한 철을 대규모로 생산하기 위해서는 원료인 철광석과 연료인 목탄의 공급이 원활하고 생산된 철기의 유통을 위해 교통로가 발달된 곳이 적합한 입지로 알려져 있는데, 중원지역은 제철에 필요한 3가지 조건을 모두 갖춘 지역으로 제철유적이 다수 확인되었다. 제철유적에서 확인된 철 생산공정을 검토한 후 진천 석장리유적 B-23호 제철로를 복원하여 제철실험을 실시하였다. 실험은 향후 지속적으로 이루어질 제철실험에 반영할 수 있는 다양한 변수를 파악하기 위한 목적으로 실시하였다. 실험결과 첫째, 배소작업은 철광석의 파쇄에 도움을 주는 것을 재확인하였다. 둘째, 송풍관의 용융과 노내 생성물이 송풍을 방해하는 환경조성에 영향을 주는 것을 확인하였다. 셋째, 철은 탄소와 결합됨에 따라 녹는점이 낮아지며, 성질도 변하기 때문에 연소되는 목탄과 충분히 결합될 수 있는 환경조성이 제철조업에 가장 중요한 요소임을 확인할 수 있었다. 고대 제철기술을 복원하기 위해서는 제철유적에서 확인되는 정보의 철저한 분석과 다양한 가능성을 상정하여 실험에 임하는 자세가 필요하다. 이밖에 철의 생산과 유통을 파악하기 위하여 원료의 산지를 밝히기 위한 연구도 적극적으로 수행되어야 할 것이다.