• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2014년도 제46회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.452-452
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• 2014

블랑켓 일차벽이나 디버터와 같은 핵융합로 플라즈마 대향부품은 플라즈마로부터 입사되는 중성자 및 입자들을 차폐하여 구조물을 보호하고, 발생열을 에너지로 변환하기 위해 냉각재를 활용한 열제거 기능을 담당한다. 특히, 고속중성자와 입사 열부하 및 여러 입자들로부터 블랑켓 및 내부 구조물을 보호하기 위해 차폐체와 구조물로 구성된다. 세계적으로 차폐체로서는 텅스텐 혹은 텅스텐 합금, 구조물용 재료로는 저방사화 Ferritic Martensitic (FM) 강이 유력한 후보재료로 개발, 연구 중에 있다. 국내에서는 국제핵융합로(ITER) 사업을 통해 고온등방가압(HIP, Hot Isostatic Pressing)을 이용한 이종금속간 접합기술과 한국형 저방사화 고온구조재료인 ARAA (Advanced Reduced Activation Alloy)가 개발되고 있으며, 이를 활용한 설계, 접합법 개발, 제작목업의 건전성 평가 등이 수행되고 있다. 한국원자력연구원에서는 핵융합 기초사업의 일환으로 전북대와 공동으로 수행 중인 건전성 평가체계 개발을 위해, 기 개발된 접합법을 활용한 $45mm(H){\times}45mm(W){\times}2mm(T)$의 W/FM강 목업을 제작한 바 있으며, 이를 국내 구축된 고열부하 시험 장비인 KoHLT-EB (Electron Beam)를 활용한 고열부하 인가 건전성 평가시험을 준비 중에 있다. 이종금속간 접합 특성은 기계적 평가를 위한 파괴시험을 통해 검증, 이를 활용한 목업이 제작되었으며, 제작된 목업에 대한 초음파를 이용한 접합면의 비파괴 검사를 통해 결함이 없음을 확인하였다. 최종적으로 실제 사용되는 핵융합 운전조건과 유사 혹은 가혹한 조건에서 고열부하를 인가하여, 그 건전성을 평가가 이루어질 것이다. 고열부하 시험을 위해서는 냉각조건, 인가 열부하, 수명평가를 통한 반복 고열부하 인가 횟수 등이 사전에 결정되어야 한다. 이를 위해 상업용 열수력, 구조해석 코드인 ANSYS-CFX와 -mechanical을 이용한 시험조건 모의 및 수명 평가가 수행되었다. 구축 장비의 냉각계통을 고려하여 냉각수의 온도 및 속도는 $25^{\circ}C$, 0.15 kg/sec로, 열부하는 0.5 및 $1.0MW/m^2$에 대해 모의를 수행하였다. 정상상태 시 텅스텐의 최대 온도는 각 열부하 조건에 따라 $285.3^{\circ}C$와 $546.8^{\circ}C$였으며, 이에 도달하는 시간을 구하기 위해 천이해석을 수행하였고, 이를 통해 30초에 최대온도 95 %이상의 정상상태 온도에 도달함을 확인하였다. 또한, 목업의 초기 온도에 도달하는 냉각시간도 동일한 천이해석을 통해 30초로 가능함을 확인하였고, 최종 시험 조건을 30초 가열, 30초 냉각으로 결정하였다. 결정된 반복 열부하 인가 조건에서 이종금속 접합체가 받는 다른 열팽창 정도에 따른 응력을 계산하여 목업의 수명을 도출하였고, 이를 시험해야 할 반복 횟수로 결정하였다. 각 열부하 조건에 따른 온도조건을 ANSYS-mechanical 코드를 활용하여 열팽창과 이에 따른 접합면의 응력분포로 계산하였다. 0.5 및 $1.0MW/m^2$에 대해, 목업이 받는 최대 응력은 334.3 MPa와 588.0 MPa 였으며, 이 때 텅스텐과 FM강이 받는 strain을 도출하여 물성치로 알려진 cycle to failure 값을 도출하였다. 열부하에서 예상되는 수명은 0.5 및 $1.0MW/m^2$에 대해, 100,000 사이클 이상과 2,655 사이클로 계산되었으며, 시간적 제약을 고려 최종 평가는 $1.0MW/m^2$에 대해, 3,000사이클 정도의 실험을 통해 그 수명까지 접합건전성이 유지되는 지 실험을 통해 평가할 예정이다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제37권6_1호
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• pp.1611-1623
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• 2021

본 연구에서는 K-LIS(Korea-Land surface Information System)의 KLDAS(Korea Land Data Assimilation System)를 사용하여 LSM의 초기 경계조건 최적화를 위해 스핀업(Spin-up)을 진행하였고다. 스핀업은 2018년을 대상으로 8회 반복 수행하였다. 또한, 국내 기상청(KMA, Korea Meteorological Administration), 농촌진흥청(RDA, Rural Development Administration), 한국농어촌공사(KRC, Korea Rural Community Corporation), 한국수력원자력(KHNP, Korea Hydro & Nuclear Power Co., Ltd.), 한국수자원공사(K-water, Korea Water Resources Corporation), 환경부(ME, Ministry of Environment) 등에서 관측하고 있는 기상자료를 사용하여 저해상도(K-Low, Korea Low spatial resolution; 0.125°) 및 고해상도(K-High, Korea High spatial resolution; 0.01°)의 기상자료를 생성하여 KLDAS에 적용하였다. 그리고, K-Low 및 K-High의 정확도 향상 정도를 확인하기 위해 선행 연구에서 사용된 MERRA-2 (Modern-Era Retrospective analysis for Research and Applications, version 2)와 ASOS-S(ASOS-Spatial)가 적용된 토양수분 및 증발산량을 같이 평가하였다. 그 결과, 초기 경계조건의 최적화는 토양수분의 경우 2회(58개 지점), 3회(6개 지점), 6회(3개 지점)의 스핀업이 필요하고, 증발산량의 경우 1회(2개 지점), 2회(2개 지점)의 스핀업이 필요하다. MERRA-2, ASOS-S, K-Low, K-High을 적용한 토양수분의 경우 R²의 평균은 각각 0.615, 0.601, 0.594, 0.664이고, 증발산량의 경우 R²의 평균은 각각 0.531, 0.495, 0.656, 0.677로 K-High의 정확도가 가장 높은 것으로 평가되었다. 본 연구 결과를 통해 다수의 지상 관측자료를 확보하고 고해상도의 격자형 기상자료를 생성하면 KLDAS의 정확도를 높일 수 있다. 다만, 지점 자료를 격자로 변환할 때 각 지점의 기상현상이 충분히 고려되지 않으면 정확도는 오히려 낮아진다. 향후 IDW의 매개변수 설정 또는 다른 보간기법을 사용하여 격자형 기상자료를 생성하여 적용하면 보다 높은 품질의 자료를 산출할 수 있을 것으로 판단된다.