초록 ▼

폴리머 소재에 대한 양전자 소멸시간 분석을 통한 방사선조사손상 나노결함 분석 연구
1. 양전자수명측정장치 구축 및 열적 열화실험 수행
- 폴리머 샘플에 대하여 방사선 가속 열화(0,50,200,500,1000 kGy) 및 열가속열화(150도 48시간, 96시간) 실험 수행
- 양전자수명측정장치 구축 및 열화조건에 따른 폴리머 샘플 양전자 수명 측정
2. 폴리머에 대한 양전자수명측정법 적용
- 양전자수명측정을 이용하여 폴리머내 Free Volume 크기 및 상대적 비율 정량화
- 열화조건에 따른 대한

폴리머 소재에 대한 양전자 소멸시간 분석을 통한 방사선조사손상 나노결함 분석 연구
1. 양전자수명측정장치 구축 및 열적 열화실험 수행
- 폴리머 샘플에 대하여 방사선 가속 열화(0,50,200,500,1000 kGy) 및 열가속열화(150도 48시간, 96시간) 실험 수행
- 양전자수명측정장치 구축 및 열화조건에 따른 폴리머 샘플 양전자 수명 측정
2. 폴리머에 대한 양전자수명측정법 적용
- 양전자수명측정을 이용하여 폴리머내 Free Volume 크기 및 상대적 비율 정량화
- 열화조건에 따른 대한 기계적 특성 조사와 양전자 수명과의 비교
- 열가속열화에 따른 폴리머 자유부피 변화와 방사선열화에 따른 폴리머 자유부피 변화 비교 분석
3. 고분자 소재의 열화 관련 열화평가 자료 구축
- 고분자 소재에 대한 방사선 영향 및 영향을 주는 요소 자료 구축
- 열가속 열화와 방사선 열화에 따른 기계적 특성 변화 분석
- 양전자 수명 측정을 이용한 고분자 소재 열화에 따른 미세결함 특성 분석

Abstract ▼

IV. Results of the Project
1. Analysis of the degradation of polymeric materials in NPPs For the evaluation of the radiation resistance and effects, the radiation effects on the polymeric materials used in NPPs were investigated. When radiation passes through polymeric materials, the reaction of

IV. Results of the Project
1. Analysis of the degradation of polymeric materials in NPPs For the evaluation of the radiation resistance and effects, the radiation effects on the polymeric materials used in NPPs were investigated. When radiation passes through polymeric materials, the reaction of ionization, excitation, dissociation, free radical reactions occurs. The main reactions are free radical reactions. Radicals produced by radiation cause cross-linking, unsaturation, degradation, gas evolution.
The most important chemical changes that occur during the irradiation of polymers are those of cross-linking and degradation. When a polymer is irradiated, both these processes occur, usually competitively. The effects of polymer molecular structure and the irradiation environment (oxygen, temperature, moisture, antirads, sensitizers) were investigated. Radiation impact of mechanical, electrical and physical properties were also investigated. Through these investigation and analysis, preliminary database has established baseline data for evaluation.
2. Accelerated radiation and heat aging tests on polymeric materials
To analysis the polymer aging effects, we selected three polymeric materials (EPDM, NBR, CR). We fulfilled the radiation and heat accelerated aging test.
The Co-60 radiation dose are 0, 50k, 200k, 500k, 1000k Gy with the rate of 10kGy/hour according to IEEE std 323-2003. The heat accelerated aging tests were performed according to Arrehenius equation. By applying the activation energy of NBR sample, we calculated the equivalent accelerated time. The heat accelerated test were operated for 48 and 96 hours at 150℃. It is so with 20 years and 40 years at 50℃ in nuclear power plants. Through the accelerated aging tests, we incurred the polymer defects according to 45 aging condition.
3. Constitution of positron annihilation lifetime spectroscopy (PALS) and mechanical property tests
For the measurement of free volume in polymer, we tried to construct positron annihilation lifetime spectroscopy. In KAERI, PA system(PALS, CDOBS) is operating. For the cross-checking of experiment, we tried to establish PA system with different composition. In this study, plastic scintillator were used for the improvement of energy resolution. Instead of fast-fast oscilloscope system, we established fast-fast & fast-slow PA systems.
The mechanical properties(hardness, tensile strength, elongation percentage, tensile strength at 50% elongation) were measured on 45 samples in KCL(Korea Conformity Laboratories) according to KS M6518:2006.
4. Analysis on mechanical property according to accelerated aging condition
Analysis of mechanical property has been conducted for the samples of radiation and heat accelerating aging test. It showed that the hardness of all samples has increased according to the radiation dose. On the other hand, for tensile strength, radiation and heat accelerating aging has appeared to decrease.
According to radiation dose, the elongation percentage are sharply decreased. In CR samples with the heat and radiation accelerated aging, the elongation percentage is below 50%. The measurement results of tensile strength at 50% elongation are different from the aging condition. In radiation aging, the tensile strengths are increased according to dose. However the tendency of tensile according to heating test are different from each other sample. Radiation and heat aging showed similarities in tensile strength and elongation percentage.
However the result of hardness measurement was different from each other. 5. The analysis of positron lifetime annihilation measurements
The positron annihilation lifetime of polymeric material(NBR, CR) samples from the accelerated aging were measured. The positron lifetime were analyzed with three lifetime component. The longest lifetime component(τ₃) represents the free volume size in polymer. As a measure of relative fraction of free-volume hole, free volume and intensity(I₃) were multiplied. Free volume theory in polymer were used to explain the properties of polymer. When a polymer is irradiated, cross-linking and degradation could be occurred. Accordingly, the free volume of polymers are decreased. These results were verified through the PAL measurement. We certified the decrease of the fractional free volume. From these results, we verified the feasibility of PA application on polymers.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 9
• 목차 ... 14
• 표목차 ... 17
• 그림목차 ... 18
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제 1 절 연구개발의 목적 ... 21
• 제 2 절 연구개발의 필요성 ... 21
• 제 3 절 연구개발의 범위 ... 22
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 24
• 제 1 절 국내 기술개발 현황 ... 24
• 제 2 절 국외 기술개발 현황 ... 25
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 26
• 제 1 절폴리머 소재에 대한 방사선 열화현상 ... 26
• 1. 고분자 소재에 대한 방사선 영향 ... 26
• 가. 고분자 물질에서 방사선에 의해 야기되는 현상 : 라디칼 메커니즘(Radical Mechanism) ... 26
• 나. 고분자 물질에서 방사선에 의해 야기되는 현상 : 이온 메카니즘(Ionic mechanism) ... 30
• 2. 고분자 소재의 방사선 영향에 영향을 주는 요소 ... 31
• 가. 화학적 조성과 분자 구조 ... 31
• 나. 환경 (atmosphere) ... 34
• 다. 방호제와 증감제 ... 36
• 라. 온도 ... 36
• 마. 결정성(Crystallinity) ... 37
• 3. 방사선 조사로 인한 폴리머의 기계적, 전기적, 물리적 특성 변화 ... 37
• 가. 기계적 특성 ... 37
• 나. 전기적 특성 ... 38
• 다. 광학적 특성 ... 38
• 라. 기체의 형성 (gas evolution) ... 39
• 4. 폴리머의 방사선 안전성 ... 40
• 가. 폴리머 재료의 분류 ... 40
• 나. 폴리머의 방사선 저항성 결론과 향후 전망 ... 44
• 제 2 절 폴리머 소재 및 열화 실험 수행 ... 45
• 1. 폴리머 소재 ... 45
• 가. 에틸렌프로필렌고무(EPDM) ... 45
• 나. 크로로프렌 고무 Chloroprene Rubber (CR) ... 47
• 다. 니트릴 부타디엔 고무(NBR; Nitrile Butadien Rubber) ... 49
• 라. 고분자 재료간의 비교 ... 50
• 2. 방사선 및 열가속 열화 ... 52
• 가. 방사선 열화실험 ... 53
• 나. 열가속 열화실험 ... 55
• 제 3 절 양전자실험 구축 및 기계적 특성 조사실험 ... 60
• 1. 폴리머에서의 양전자 연구 ... 60
• 가. 연구배경 ... 60
• 나. 폴리머에서의 양전자 수명 성분 ... 61
• 2. 양전자 소멸 측정 시스템의 구성 ... 65
• 가. 22Na 선원의 특성 ... 66
• 나. 양전자수명 측정 장치 ... 67
• 다. 양전자 수명 스펙트럼 분석 프로그램 ... 76
• 3. 고분자소재에서의 자유부피 ... 79
• 가. 자유부피 ... 79
• 나. 자유 부피의 특성과 자유 부피 측정을 위한 양전자수명측정 ... 80
• 4. 양전자수명성분을 통한 폴리머 자유부피 측정 ... 82
• 가. 폴리머에서의 양전자 수명 성분 ... 82
• 나. 폴리머에서의 free volume 측정 ... 83
• 5. 기계적 특성 실험 ... 86
• 가. 인장, 신장률, 인장응력 시험 ... 86
• 나. 경도 시험 ... 88
• 제 4 절 폴리머 소재의 열화에 따른 기계적 특성 변화 분석 ... 90
• 가. 경도 측정 실험 결과 ... 103
• 나. 인장강도 측정 실험 결과 ... 106
• 다. 신장률 측정 실험 결과 ... 110
• 라. 50% 신장시 인장응력 측정 실험 결과 ... 113
• 제 5 절 폴리머 소재의 열화에 따른 양전자 수명 분석 ... 117
• 가. 열화 조건에 따른 NBR의 자유부피 변화 추이 ... 120
• 나. 열화 조건에 따른 CR의 자유부피 변화 추이 ... 123
• 다. 결론 ... 126
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 129
• 가. 연구개발 목표 달성도 ... 129
• 나. 관련분야 기여도 ... 130
• 제 5 장 연구개별결과의 활용계획 ... 131
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 132
• 1. EPOS ... 132
• 2. 중성자 유도 양전자 소스 ... 132
• 3. 고선량 열 양전자 빔 장치 ... 133
• 4. 기타 정보 ... 133
• 5. 주요 연구 기관 ... 133
• 제 7 장 참고문헌 ... 134
• 끝페이지 ... 139