연구개요 Dual-energy CT를 이용하여 검사를 시행할 경우 2개의 x-ray source와 2개의 x-ray detector를 이용하여 1회 검사 후 half-dose(저선량, 50%)와 standard-dose(기준 선량, 100%)이미지로 각각 복원 가능하다. 조영제 주입 후 특정 시기에 시행한 방사선 피폭을 기준 선량과 저선량의 CT 이미지, 진단능을 비교 평가하여, 저선량 CT가 기준선량 CT보다 열등하지 않다면, 저선량 CT가 기준선량 CT를 대체하는 것을 기대할 수 있다. 복부 CT에서 저선량 CT가 기준선량 CT를 대체한다면, 선별적으로 저선량 CT를 시행하고, 진단능의 차이가 없을 것이다. 연구 목표대비 연구결과 복부 CT에서 저선량 CT의 사용을 늘리면서, 병변의 진단능에 차이가 없는 정도의 저선량CT를 만들기 위해 연구를 진행하였다. 모든 연구는 dual-energy CT를 활용하여 기준 선량 이상의 방사선선량이 환자에 노출되는 사례는 보고되지 않았다. 다양한 정도의 저선량 CT를 만들어서 검사를 진행했다. 1) 복부 CT에서는 기준선량을 100%로 보았을 때, 66.7%정도의 선량을 포함한 저선량 CT에서는 복부의 병변(간, 췌장, 콩팥, 임파선)의 병변을 찾고 양성 종양과 악성 종양을 구분하는데 문제가 없는 것을 확인하였다. 그러나 기준선량대비 33.3%정도의 선량만을 포함한 CT에서는 간에 양성과 악성 종양을 구분하는데 제한이 있는 것으로 복부 CT에서의 진단능이 떨어지는 것을 보였다. 2) 콩팥과 요관, 방광에 돌이 있는 것도 본 연구에 기준선량과 저선량 CT를 비교하였을 때, 기준선량 대비 16.7%의 방사선량만으로 저선량 CT를 시행했을 때 3mm이상의 요로 결석을 찾는데 무리가 없는 것을 파악하였다. 3) 80kVp로 낮은 관전압으로 저선량 CT검사를 시행했을 때, 80/Sn50kVp CT와 이미지를 비교했을 때 악성 종양환자에서 영상의 대비도가 우수하고 해상도도 큰 차이를 보이지 않았다. 4) 하지 혈관의 협착과 같은 혈관질환이 있는 환자에게서 기준선량 대비 70%와 30%의 방사선량을 노출한 CT 이미지에서도 혈관 질환 진단에 차이를 보이지 않았다. 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) 위의 연구결과는 총 4개가 2018R1C1B5044024 사사를 포함하여 SCI 저널로 출간되었다. 저선량 CT 연구의 많은 경우가 환자가 방사선량의 기준선량으로 검사한 이후에 추가로 한 번 더 검사함으로써 연구에 포함된 환자가 선량을 노출되는 것이 증가하는 제한점이 있었다. 본 연구는 다양한 파일럿 팬텀 스터디를 통해서 저선량 CT의 몇몇 프로토콜을 만들 수 있었으며, 환자들에게도 추가 선량 피폭 없이 저선량 CT를 시행할 수 있었다. 본 연구를 통해서 만들어진 저선량 CT protocol의 일부를 환자의 effective diameter (배둘레길이, 덩치)를 고려하여 현행 병원에서도 일부 반영하여 시행하고 있음. 또한, 출간된 논문을 읽어본 독자와 영상의학과 의사에게도 프로토콜의 활용성을 임상에 적용하여 환자의 검사 중 피폭 선량을 낮추면서도 진단에 영향을 미치지 않도록 접목할 수 있다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박소현
• 주관연구기관 : 가천대학교
• 발행년도 : 20210400
• Keyword : 1. 방사선량;컴퓨터 단층촬영;듀얼 에너지 씨티;복부;방사선량 저하; 2. radiation dose;computed tomography;dual-energy CT;abdomen;radiation dose reduction;

Ⅳ. 연구개발결과 ○ 제 1세부: 웹기반 방사능오염 예측 시스템 구축 웹기반 방사능 오염예측 시스템의 가장 근간이 되는 모듈은 대기 및 해양으로 누출된 방사성물질의 이동경로를 예측하는 모델이다. 이를 위하여 4차 원자력연구개발 사업을 통하여 한국원자력연구원에서 개발한 대기확산모델 LADAS와 해양확산모델 LORAS가 채택되어 시스템에 탑재 되었다. 웹기반 방사능 오염예측 시스템에서는 사고 시 방사성핵종의 선원항을 입력하면 우선 대기확산모델을 운영하여 대기, 육지 침적량 및 해수면 침적량을 계산한 후 이들 자료를 DB에 저장하고, 해양확산모델에서 DB에 저장된 해수면 침적량 자료를 자동으로 연계하여 해양확산을 평가할 수 있도록 시스템을 구성하였다. 본 과제에서 구축하고 있는 웹기반 방사능오염 예측 시스템은 실시간 기상자료를 이용하여 현업 수준에 이르는 신속한 평가를 진행해야 하므로 계산 속도의 극대화를 위해 초고속 병렬 클러스터의 사용이 필요하다. 실시간 방사능오염 예측평가를 현업 수준으로 신속하게 진행하기 위해서는 고속 병렬 수치계산, 대용량 데이터 고속 전송 및 대용량 스토리지가 뒷받침되어야 하며 이를 위해 최적화된 병렬 연산이 가능한 수치모델과 인피니밴드(InfiniBand)에 기반한 계산노드간 대용량 고속 데이터 전송이 요구된다. 상기의 조건을 만족하는 안정된 독립 시스템을 구축하기 위해 웹기반 방사능 오염 예측 시스템 계산용 초고속 병렬 클러스터 시스템을 구축하였다. 시스템내 대기 및 해양확산모델 연산속도 향상을 위하여 모델을 병렬화하였는데, 지구규모 대기확산모델에 적용하였을 때 사용한 CPU 코어 수에 따른 모의실험 연산시간 변화를 평가해 보면 투입한 계산자원 대비 효율이 가장 높은 최적화된 CPU 코어 수는 대략 28~32개 사이임을 알 수 있고 이에 따라 웹기반 방사능 오염 예측 시스템에서 유관 정부기관(사용자) 당 28코어 혹은 계산노드 1대를 배정하는 것이 효율적이 판단된다. 고속 병렬 수치계산의 최적화는 우선 수치모델 자체의 모델/코드 최적화와 컴파일러 및 시스템 구조/설정 상의 최적화를 통해 현업 수준의 신속한 계산이 가능한 일정한 수준까지 진행할 수 있으며 computational resource의 분배를 조정하여 실시간 방사능오염 예측평가에 적용할 수 있다. 또한, 일정 수준 이상의 최적화를 진행하기 위해서는 수치모델의 각 모듈별 개별 최적화와 함께 전/후처리 모듈 최적화 및 전체적인 연산속도 향상을 위한 모듈을 추가로 구축하는 방법이 있다. 본 연구에서는 이를 위해 대기 및 해양 확산 수치모델의 모듈에 대한 개별적인 최적화와 시스템 계산자원 분배 최적화를 포함해 이를 포괄적으로 지원하는 연산속도 향상 모듈을 구축하여 고성능 병렬 클러스터의 연산속도를 향상 시켰다. 방사능 오염예측 시스템 내 환경으로 누출된 방사성물질에 의한 내부 및 외부 방사선량 평가모듈과 오염된 농수산물 섭취에 따른 섭취선량 평가모듈을 구축하여, 방사성물질의 대기 및 해양 환경내로 확산 이후 인체 피폭선량 평가와 오염된 음식물의 섭취에 따른 위해도를 평가하는 모듈을 구축하였다. 최종적으로 본 연구에서는 대용량 자료 처리 및 연동모듈 개발, 확산모델 병렬화, 웹기반의 GUI 구성, 계산결과의 가시화, 사용자 적정 코아수 배분 및 시스템 계산자원 분배 최적화 모듈 등의 1단계 웹기반 방사능오염 예측 시스템을 구축하였다. ○ 제 2세부: 휴대용개인방사능오염측정키트 시제품 개발 및 성능인증시스템구축 생활주변 환경에 대한 방사능오염을 감지할 수 있을 정도의 성능과 민감도를 갖고, 핵종분석이 가능하여 인공방사능 판별이 가능하고, 고성능·저가의 상온반도체 센서기반 휴대용 방사능 오염측정기를 TRL9 수준으로 개발하였다. 최근에 군사용에서 해제된 화합물반도체 CdZnTe 방사선센서 기술을 적용하여 효율적인 핵종분석기술을 통한 인공방사능 판별 구현하였으며, 일반적인 저가의 CdZnTe 방사선센서 크리스탈 (1 cm × 1 cm ×0.5 m) 에 Coplanar grid 전극 2 개를 사용하여 감마선의 위치를 감지하는 민감형 오염측정기를 구현하여 획기적인 에너지 분해능(2.7 % FWMH;Cs-137의 662 keV 감마라인)을 달성하였다. 본 기술을 적용하여 10 만원 이하의 저가의 계수용 CdZnTe 방사선센서 크리스탈을 사용하여 300 만원 이상의 고순도 분광분석용 방사선센서와 유사한 에너지 스펙트럼 측정능을 가진 측정기를 개발하였다. 여러 저노이즈·고속 신호처리, 저전력소자, SoC 집적기술, 그리고 오픈 하드웨어와 오픈소프트웨어소스를 적용하여 휴대성 강화 및 저비용제작 가능한 완제품을 개발하였다. 이미 상용된 방사능오염측정기의 성능인증서비스를 위해 국제규격에 적합한 방사능오염측정기 성능시험시스템 및 공인 인증체계를 구축하였으며, 9 개의 성능시험 항목별 절차수립, 최소 검출방사능시험기술개발, 단일광자민감도 시험을 위한 고속 디지털신호처리시스템을 구축하였고, 개발된 완제품 시제품에 대하여 성능시험을 시범 실시하여 시험절차서 품질시스템 등록 및 시험성적서 발급을 완료하였다. ○ 제 3세부: 방사능 식물정화기술 개발 기존에 세슘제염 후보식물로서 알려진 해바라기 대비 Cs 제염 효율이 우수한 새로운 자생식물체로서 색동호박을 선발하였으며, 선발된 자생식물을 이용하여 세슘 제염효율을 분석하여 보았다. 이 때. 비교 시험된 다른 자생식물 대비 색동호박의 Cs 흡수율이 가장 우수하였는데, 특히 색동호박은 specific Cs uptake (128μg/10mg) 및 total Cs uptake (5,149μug) 모두에서 가장 우수한 양상을 보였다. 기존의 잘 알려진 해바라기가 specific uptake가 29μg/10mg, total uptake가 509μg인데 비해, 색동호박의 경우 128μg/mg 및 5,149μg로서 해바라기에 비해 각각 specific uptake rate는 4배, total uptake rate는 10배 이상 우수한 것으로 나나났다. 보다 효율적인 제염효과를 얻기 위해 새로운 개념의 생물전기화학반응기를 설계하고 제작하였으며, 이러한 반응기를 활용한 경우 활용하지 않은 경우에 비해 Cs 제염효율이 3배 증가되는 것으로 나타났다. 세슘제염 후보식물인 색동호박에 대하여 다양한 온도, 습도, pH 환경조건에서 세슘 제거 능력을 시험하여 보았다. 그 결과, 색동호박을 20-30도 사이의 조건, 30-80%의 습도조건 및 토양 pH 5-9사이에서 4주간 배양한 결과 80% 이상의 제염효율을 보였다. 지속적으로 Cs을 공급하여 준 경우 최대 세슘 제거량을 분석한 결과 19g의 세숨(55조 Bq 및 1,5600Ci)에 상응하는 세슘을 제거할 수 있었으나, 식물의 생장 및 방사선에 의한 영향을 고려한 경우 안정적으로는 4,000억 Bq의 세슘을 60일 이내에 안정적으로 제거할 수 있음을 보았다. 이상의 결과는 색동호박이 매우 우수한 Cs 제염식물로서 사용될 수 있음을 의미하는데, 특히, 색동호박의 경우 기존에는 방사능제염식물로서 전혀 고려되지 않았던 식물로서, 야생에서 Cs의 제염을 위해서 최우선적으로 고려해야 할 것으로 기대된다. (출처 : 요약문 10p);

• 연구책임자 : 김인규
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 방사능;방사성핵종;방사능 오염;웹기반 방사능오염 예측;방사능 검출기;식물정화기술; 2. Radioactivity;Radionuclides;Radioactive contamination;Web-based prediction system of the radioactive contamination;Radiation detector;Phytoremediation;

연구개발 목표 ○ 미국 DOE의 가상원자로 개발 프로젝트(CASL) 주관 연구기관인 Oak Ridge National Laboratory(ORNL)과 공동으로 원전 고정밀 열수력 해석과 관련하여 개발된 핵심 전산코드들에 대한 검증 연구를 수행하여, 원전 모델링 및 시뮬레이션의 핵심 분야인 기기스케일 및 CFD스케일 열수력 해석기술의 원전 안전해석 적용성을 확보하고자 함. ○ 이를 위하여 다음의 세부 연구목표를 제시함: ·실험 데이터를 활용한 CFD스케일 벽면비등 해석을 수행하여 기구학적 벽면 비등 모델에 대한 검증 및 개선 연구를 수행함. ·실험 데이터를 활용하여 CFD 스케일 핵비등이탈율 모델에 대한 검증 및 개선 연구를 수행함. ·선정된 기기스케일 다차원 열수력 문제에 대한 비교 계산을 통하여 기기스케일 원자로 열수력 안전해석 기술에 대한 검증 연구를 수행함. 연구개발 내용 ○ 기기스케일 원자로 안전해석 체계 확립 및 열수력-노물리 연계 안전해석 검증: ·기기스케일 원자로 안전해석 문제의 정의: CASL VERA Benchmark No.9 선정 ·원자로 노물리 해석 입력 생성 및 TCP/IP소켓 방식을 이용한 정상상태 노물리 -열수력 연계 해석체계 구축 ·기기스케일 원자로 안전해석: 열수력-노물리 연계, 과도상태 해석 (No.9 문제) ·기기스케일 원자로 안전해석 결과 평가: Code-to-Code Benchmark 비교평가 ○ CFD 스케일 벽면비등 모델의 평가/검증 및 개선: ·선정된 검증실험에 대한 벽면비등 모델의 주요인자 정의 ·벽면비등 모델의 평가 및 검증 해석 ○ CFD 스케일 핵비등이탈율(DNBR) 예측 모델의 평가/검증 및 개선: ·핵비등이탈율 예측모델의 주요인자 정의 및 검증실험 선정 ·핵비등이탈율 예측모델의 평가 및 검증 해석 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) ○ 본 연구개발에서 검증된 기기스케일 원자로 안전해석 기술은 기존 1차원 계통열수력 해석코드 기반의 안전해석 기술의 정밀도를 한 단계 상승시킬 수 있는 다차원 안전해석을 위한 핵심 기술로 활용 가능함. ○ 기기스케일 원자로 안전해석 코드는 가상원전 시스템 구성을 위한 핵심 코드로서, 추후 한국형 가상원전 연구개발 수행 시 기반 코드로서 활용 가능함. ○ CFD스케일 벽면비등 모델 평가, 검증 및 개선은 벽면 근처의 국소현상을 반영한 해석이 가능하여, 기존의 실험 데이터를 활용한 상관식의 예측 정확도를 크게 향상시킴으로써 전체 안전해석의 예측 불확실도 개선에 기여할 것임. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 송철화
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 기기스케일;2상유동 CFD;다물리;열수력;벽면비등 모델;핵비등이탈율 모델;안전해석;CUPID 코드; 2. Component scale;two-phase CFD;multi-physics;thermal-hydraulics;wall boiling model;DNBR model;safety analysis;CUPID code;

□ 연구개발 목표 ○ 사용후핵연료 전해환원에서 저환원율 원소 환원 특성 규명과 효율 향상 - 저환원율 원소(희토류 금속과 알칼리 토금속 원소)의 전기화학 데이터 생산 - 저환원율 원소의 전해환원 반응 특성과 저효율 원인 규명 - 미환원 산화물이 후속공정과 최종폐기물에 미치는 영향을 평가 - 중요 문제 원소의 환원효율을 높일 수 있는 공정 개선방안을 도출 □ 연구개발 내용 ○ 1단계: 미환원 산화물의 전기화학 데이터를 구축하여 전해환원 과정에서 저효율을 보이는 희토류와 알칼리 토금속의 환원 반응 특성과 저효율 원인 규명 - 희토류 금속과 알칼리 토금속 미환원 산화물의 전해환원 중 간접환원 및 직접 환원과 관련된 전기화학과 열역학 데이터 문헌조사 및 측정 - 전해환원 실험 장치를 구축하여 예비 환원실험을 진행하고, 희토류와 알칼리 토금속의 전해환원 반응 특성과 저효율 원인 규명 ○ 2단계: 미환원 산화물이후속공정으로 전달되어 핵물질 회수공정과 최종폐기물에 미치는 영향을 평가하고, 환원율 향상이 필요한 원소에 대하여 환원율을 향상할 수 있는 공정 개선 방안을 도출 - 미환원 산화물이후속공정인 공용융염 환경에서 용출 여부, 용출 화합물 형태, 회수체에 전착되는 거동을 평가하고 후속공정 효율 저해 원소 도출 - 미환원 산화물이 존재할 수 있는 전해환원 용융염 폐기물, 전해정련 양극폐기물, 공용융염 폐기물 등 최종폐기물 특성에 미치는 영향 평가 - 전해환원 운전조건과 환원반응을 개선(인가전위, 환원제, 온도 등)하여 후속공정 목표달성을 방해하고 최종폐기물 특성을 저해하는 중요 저환원율 원소 산화물에 대한 전해환원율 향상 방안 도출 □ 활용계획 및 기대효과 ○ 미환원 산화물의 환원율을 높여서 공정 효율을 증가 ○ 고속로 핵연료 품질에 직접적인 영향을 주는 후속공정에 주는 영향을 최소화하며, 최종폐기물에서 고방열성 핵종에 대한 정밀한 특성을 파악 ○ 고온 용융염과 산화물 복합계면에서 일어나는 방사화학적 현상에 대한 이해를 증진하여 차세대 핵연료주기 시스템에 실증에 기여 ○ 사용후핵연료 파이로프로세싱과 후행핵연료주기 차세대 전문 인력 양성 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 최성열
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20211000
• Keyword : 1. 방사화학;전해환원;복잡계면;희토류금속산화물;용융염;사용후핵연료;파이로프로세싱;알칼리토금속산화물; 2. Radiochemistry;Electrolytic Reduction;Complex Interface;Rare Earth Metal Oxide;Molten salt;Spent Nuclear Fuel;Pyroprocessing;Alkaline Earth Metal Oxide;

□ 연구개발 목표 □ 다양한 원자력 분야에 적용되는 충전층의 주요 변수에 따른 자연/강제대류 열전달 상관식 개발 및 압력강하 예측 모델 연구 - 충전층 높이, 입자 크기, 유동 및 가열 조건에 따른 대류열전달계수 측정 - 가열 충전층 내 자연대류/강제대류 열전달 상관식 개발 - 충전층 구조에 적용 가능한 Colburn J-factor 상관식 개발 □ 연구개발 내용 □ 1단계(1~2차년도) - 문헌조사 수행 및 Test matrix 결정 - 양극 면적과 위치 영향 등을 확인하기 위한 예비실험 수행 - 충전층 자연대류 열전달 측정 실험장치 구축 - 충전층 특성 및 가열 조건에 따른 자연대류 열전달 측정 실험 수행 - 충전층 강제대류 열전달 측정 실험장치 구축 - 충전층 특성, 가열 조건, 유속, 유동 방향에 따른 강제대류 열전달 및 압력강하 측정 실험 수행 □ 2단계(3~5차년도) - 주요 변수(D/d, H, Red 등)의 범위 확장을 위한 전력 제한 평가 - 확장 범위에 대한 충전층 자연대류 및 강제대류 열전달 측정 실험 수행 - 가열 충전층 자연대류 열전달 상관식 개발 및 고도화 - 가열 충전층 강제대류(Upward, downward) 열전달 상관식 개발 및 고도화 - 충전층 구조에 적용 가능한 Colburn J-factor 상관식 개발 및 고도화 □ 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) 본 연구는 원자력 침체기의 기초/기반 연구로써 원자력 부문에서 다양하게 활용되는 충전층 내에서 발생하는 자연대류 및 강제대류 열전달 현상을 실험적, 이론적으로 고찰하고자 한다. 개발한 충전층 내 열전달 상관식은 페블 연료를 사용하는 미래형 원자로, 중대사고 파편잔해층 냉각 평가, CFVS의 Sand bed filter 등 다양한 원자력 분야에 적용될 것이다. 물질전달 실험기법을 통하여 입자의 자체가열을 현실적으로 구현하고 기존 연구들보다 확장된 범위의 연구를 수행함으로써 실험데이터 축적에 기여하며 충전층 기하구조가 반영된 Colburn J-factor 상관식을 개발함으로써 충전층 압력강하의 새로운 예측 방법론을 시도할 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 정범진
• 주관연구기관 : 경희대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 충전층;페블 베드 원자로;자연대류;강제대류;열전달 상관식;콜번 J 인자;자체가열;물질전달; 2. Packed bed;Pebble bed reactor;Natural convection;Forced convection;Heat transfer correlation;Colburn J-factor;Self-heating;Mass transfer;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 이덕중
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 전노심 해석;원전 실설계;최적화 및 가속화;설계인자;수치원자로;다물리 해석;중성자 수송;불확실도 평가; 2. Whole Core Analysis;Practical Nuclear Design;Optimization and Acceleration;Design Parameter;Numerical Reactor;Multi-physics Analysis;Neutron Transport;Uncertainty Analsysis;

□ 연구개발 목표 대형 에너지 저장장치의 수요가 증가함에 따라 높은 안전성과 낮은 비용, 고성능 수계 전해질 기반의 이차전지 기술이 요구된다. 본 연구는 다양한 방사광 X-선 분석기술 중 특히 X-선 회절과 이미징 기법을 활용하여 이온전지의 반응 메커니즘을 연구함으로써 수계 전해질 기반 신규 이차전지 메커니즘을 제시하는 것을 목표로 한다. 고전압 수계 이차전지 시스템 개발을 위해서는 전극 소재와 전지 구조의 분석 기술이 뒷받침되어야 한다. 따라서 본 과제에서는 수계 이온전지 유망 전극 소재를 발굴하여 방사광 X-선 기반 전극 소재 고도 분석을 거쳐, 실시간 분석법을 개발함으로써 수계이온전지 이온 삽입 탈리에 따른 동적 프로세스를 이해하고자 한다. □ 연구개발 내용 ○ 방사광 X-선 분석기술 기반 고전압 수계 이온전지 소재 분석 연구 ■ High resolution synchrotron X-ray diffraction(SXRD)을 통한 수계 이온전지용 소재의 결정구조 해석 ■ 다중이온 전달기반 전지 소재 분석을 위한 Transmission X-ray Microscopy(TXM) 기법 - 비파괴 3D imaging을 통한 particle morphology 및 전극 구조 해석 - 수계 이온전지 충방전에 따른 Zn 음극 표면 변화 관찰 ■ CDI(Coherent Diffraction Imaging) 기법을 이용한 nanoscale 입자 단위의 구조 변화 해석 - Bragg Diffraction과 CDI를 결합하여 결정상 단일 입자의 3D 영상을 통해 strain과 입자 내부 결함 등의 해석이 가능한 분석 기술 적용 ○ 방사광 X-선 실시간 분석법 기반 수계 이온전지의 다중이온 삽입 탈리에 따른 동적 프로세스 분석 ■ In situ SXRD 분석법 기반 충방전 중 소재의 결정구조 변화 해석 ■ 전지 충방전 중 이온 삽입과 탈리에 따른 실시간 XANES (X-ray Absorption Near-Edge Structure) mapping 분석 기술 ■ 수계 이온전지 사이클 유지 및 퇴화에 따른 반응 메커니즘 분석을 위한 방사광 X-선 기반 실시간 분석 기술 개발 □ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함) 넓은 영역대의 X-선이 높은 휘도로 제공되는 방사광은 각종 산업에서 기대되는 나노·미래 소재의 격자구조, 전자구조, 나노스케일의 실상 이미지를 알아내고 이를 다양한 연구 분야에 적용해 오고 있다. 신규 이차전지 개발은 새로운 메커니즘을 요구하며, 이를 위해서는 전반적인 이차전지 기술에 대한 심도 깊은 이해가 필요하다. 따라서 본 연구에서 개발한 방사광 X-선 기반 분석기술은 향후 타 이차전지 시스템의 이해에 광범위하게 적용 가능하다. 또한 신규 이차전지 시스템 개발과 고도분석 기술 연구가 병행됨으로써 도입기인 수계이차전지 관련 원천기술을 선점하여 급증하는 에너지저장장치 주요 저장원으로의 응용을 기대할 수 있을 것이다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정영화
• 주관연구기관 : 포항공과대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 방사광;엑스선 회절;엑스선 이미징;전극 소재;실시간 분석;동적 프로세스;수계전지;이온전지 반응; 2. Synchrotron Radiation;X-ray Diffraction;X-ray Imaging;Electrode materials;In-situ Analysis;Dynamic Process;Aqueous Batteries;Ion Batteries Reaction;

본 연구는 원전 해체 작업 시 필요한 원전 해체 작업복 및 차폐막 등에 적용할 수 있도록 경량화 및 유연성을 갖는 나노 금속과 고분자 차폐 소재를 개발하였고 기존 제품 대비 15% 이상의 차폐율 성능이 향상된 차폐소재에 대한 설계, 생산, 인증 평가를 완료하였음. 원전 해체 공정 및 작업별 분석을 통해서 필요한 차폐 재료와 성능 기준을 제시하였고, 다양한 크기의 텅스텐-비스무트 중량비, 혼합비별 해석을 통하여 기존 소재 대비 최적화 소재 비율을 제시하였고, 감마선 피폭 소재와 섬유 융착 시편을 통해서 방사선 조사 및 섬유 영향도 분석 및 최종 차폐 작업복에 대한 내구성 및 기계적 물성 평가와 방사선 차폐 평가 수행하였고 실제 원전에서 사용 평가 실험 수행 및 개발 제품을 일본 후쿠시마 원전에 수출 완료함. 본 연구를 통해서 원천특허기술 (국내특허출원 8건, 국외특허출원 2건, 국내특허등록 2건)을 확보함. (출처 : 요약서 4p)

• 연구책임자 : 이승엽
• 주관연구기관 : 서강대학교
• 발행년도 : 20210100
• Keyword : 1. 방사선 차폐 소재;원전 해체;차폐 해석;설계 최적화;고분자 복합재; 2. Radiation Shielding Material;Nuclear Decommissi oning;Shielding Analysis;Design Optimization;Polymer Composite;

□ 연구개발 목표 본 연구에서는 미래전장에서의 다양한 첨단무기체계 공격에 대응할 수 있는 복합, 고성능 알루미늄기지 방호 소재를 개발하기 위하여 - 다양한 강화상 및 비금속 원자가 함유된 알루미늄기지 하이브리드 소재의 방호성능에 대한 국내외 기술조사를 실시하고, - 조합실험, 기계학습, 인공지능 설계의 방법으로 복합 방호 성능에 최적화된 강화상 및 비금속 원자가 분산된 알루미늄기지 하이브리드 소재를 설계하며, - 3D Printing 및 주조/성형 공정을 통해 복합 방호용 알루미늄기지 하이브리드 소재를 구현할 수 있는 기술을 확보하고자 한다. □ 연구개발 내용 1) EMP, 방사능, 충격파 대응 알루미늄기지 하이브리드 소재 기술조사 2) 논문, 특허 등 기존 문헌에 근거한 알루미늄 하이브리드 소재 DB 구축 3) 조합실험을 통한 다양한 알루미늄기지 하이브리드 소재 DB 확장 4) 기계학습 및 인공지능 설계를 통한 소재 조합 최적화 및 복합 방호용 하이브리드 소재 설계 5) DED (Direct Energy Deposition)기반 알루미늄기지 하이브리드 분말을 3D Printing 기술 개발 6) PIT (Powder-in-tube) 기법 및 고에너지 주조법을 활용한 알루미늄기지 하이브리드 분말의 주조/성형 기술 개발 7) FSW (Friction stir welding) 기반 이종 소재간의 접합 기술 개발 등을 통해, 다수의 방호 영역에 동시 적용될 수 있는 새로운 소재를 개발하고, 이를 부품화할 수 있는 기초 기술을 확보하고자 한다. □ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함) - 고기능화/첨단센서화가 예상되는 미래의 전장에서 주도권을 확보할 수 있도록, EMP, 방사능, 충격파 등 미래형 첨단무기체계에 대응할 수 있는 방호소재 원천기술 확보 - 고강도, 고강성, 전자파차폐, 에너지 흡수등 다양한 기능성을 지는 경량하이브리드 소재 개발에 따른 민간분야 (미래 모빌리티, 원자력발전구조재, 전자파차폐소재 등) 응용 - 나노소재분야 인력 양성 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 최현주
• 주관연구기관 : 국민대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 알루미늄;복합소재;마찰교반용접;적층제조;전자기 펄스;충격파;방사능;주조; 2. Aluminum;Composites;Friction Stir Welding;Additive Manufacturing;Electromagnetic Pulse;Shock Waves;Nuclear Radiation;Casting;

□ 연구개발 목표 본 연구의 목표는 원전 이종금속용접부, 니켈기 합금 용접재에 대한 환경피로시험을 수행하고, 이를 바탕으로 확률론적 환경피로 수명평가 예측모델을 개발하는 것이다. □ 연구개발 내용 1. 니켈기 합금 용접재 환경피로시험 수행 - 환경피로시험을 위한 이종금속용접시편 제작 및 시험장치 구축 - 이종금속용접시편 미세조직분석 및 환경피로시험 수행 - 환경피로시험 수행 및 시험편 파단기구 분석 2. 확률론적 수명평가 예측모델 개발 - 기존 니켈기 합금 용접재 환경피로 관련 선행연구문헌조사를 통한 end-of-life 데이터 기반 모델 추정 - 본 연구에서 생산한 피로시험 데이터를 활용한 각 시험조건별 time-series 데이터 기반 모델링 - 본 연구에서 생산한 피로시험데이터를 모두 종합적으로 고려한 damage-index 기반 모델링 □ 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) 본 연구를 통해 생산된 니켈기 합금 용접재의 피로시험 데이터는 원전 규제지침 및 설계를 위한 기초 데이터로 활용가능하다. 또한, 가동 중인 원전의 용접부 피로수명 마진 정량화 및 best-estimate 예측을 위한 데이터로 활용이 가능하다. 지금까지 니켈기 합금 모재에 비해 용접재에 대해 수행되었던 환경피로 데이터가 상대적으로 부족했던 만큼, 본 연구에서 생산된 52M/152 용접재 피로수명 데이터가 중요하게 쓰일 수 있으리라 판단된다. 본 연구에서 개발된 피로수명 관련 모델들의 경우에는, 직접적으로 규제지침 및 설계에 반영되기 보다는 기존 환경피로수명 모델(즉, ASME 피로설계곡선과 environmental correction factor)의 보수성을 정량화하여 확인하는 용도 및 실제 발전소 운전 이력을 통한 피로수명의 best-estimate을 구하는데 활용가능할 것이다. 특히, LSTM network 모델 방법론은 금속 구조재료의 종류와 관계없이 적용 가능하므로 원자력 분야뿐만이 아니라 일반적인 재료의 피로 연구 분야에서도 활용될수 있을 것이다. (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 반치범
• 주관연구기관 : 부산대학교
• 발행년도 : 20211200
• Keyword : 1. 이종금속용접부;니켈기합금용접재;합금 52M/152;환경피로;수명예측;Weibull 분포;손상 지수; 2. Dissimilar metal weld;Ni-base alloy welds;Alloy 52M/152;Environmental fatigue;Life estimation;Weibull distribution;Damage index;LSTM;