초록 ▼

1. 핵융합로 대면소재로 적용 가능한 고농도 합금 컨셉의 W 신합금개발(저방사화원소 Ti, V, Cr, Ta 등 보유)을 통해 기존 순 W대비 우수한 특성을 지닌 신합금 설계법을 개발함.
2. 순 W대비 파괴인성 및 연성이 높고 고온에서 항복강도가 유지되는 우수한 기계적 물성의 W 신합금을 개발하고 추가 개발방향을 제안함.
3. W 신합금의 고온 열전도도 상승을 확인하여 순 W의 고온 열안정성 감소의 보완 가능성을 확인함.
4. W 신합금과 Cu의 복합재화를 통해 W 및 Cu 합금과 뛰어난 접합특성 및 열전도도를 보

1. 핵융합로 대면소재로 적용 가능한 고농도 합금 컨셉의 W 신합금개발(저방사화원소 Ti, V, Cr, Ta 등 보유)을 통해 기존 순 W대비 우수한 특성을 지닌 신합금 설계법을 개발함.
2. 순 W대비 파괴인성 및 연성이 높고 고온에서 항복강도가 유지되는 우수한 기계적 물성의 W 신합금을 개발하고 추가 개발방향을 제안함.
3. W 신합금의 고온 열전도도 상승을 확인하여 순 W의 고온 열안정성 감소의 보완 가능성을 확인함.
4. W 신합금과 Cu의 복합재화를 통해 W 및 Cu 합금과 뛰어난 접합특성 및 열전도도를 보이는 복합재를 제조함.
5. 중이온 조사 평가 결과 순 W대비 조사특성이 급격히 개선됨을 확인함.
6. W 합금의 Small-size test를 통해 소량으로도 물성 평가가 용이한 비파괴 시험법을 핵융합로 소재에 적용함.
7. 핵융합로 대면소재 연구에 다양성을 제시하며 분석 특성들의 데이터베이스 구축을 통해 추후 관련 합금설계에 기여할 수 있는 가이드라인을 제공함.

( 출처 : 보고서 요약서 3p )

Abstract ▼

Purpose & Contents
In this project, we develop novel tungsten alloys for plasma facing materials of divertor module in Korea DEMO fusion reactor (K-DEMO), which improve high-temperature durability, thermal conductivity, plasma & radiation damage resistivity and binding properties with backplate c

Purpose & Contents
In this project, we develop novel tungsten alloys for plasma facing materials of divertor module in Korea DEMO fusion reactor (K-DEMO), which improve high-temperature durability, thermal conductivity, plasma & radiation damage resistivity and binding properties with backplate compared to pure tungsten.

Results
In this project, we have developed a new tungsten alloy that can be applied as a plasma facing material in a fusion reactor. First, we developed 10 kinds of tungsten-based new alloys with low-activation elements such as Ti, V, Cr and Ta by applying a high-concentration alloy concept to tungsten. We have developed unique tungsten alloy design technology. The alloy design had a high melting point of 2500 ℃ or higher and a technical complement to secure the thermal conductivity of tungsten at high temperature. The resistance of the deuterium irradiation was improved compared to that of pure tungsten. Secondly, by analyzing the strengthening effect, which is the main strengthening behavior of BCC refractory metal alloys including tungsten, the main factors leading to the strengthening effect were well established at high concentration. It had been achieved that the know-how on the development of refractory metal alloys with excellent strength properties. Third, by developing a tungsten-based new alloy with improved fracture toughness, ductility and high-temperature softening resistance compared to conventional pure tungsten, it is possible to solve the shortcomings of the mechanical properties of existing tungsten. Fourth, a tungsten alloy-copper composite material with improved bonding properties with tungsten and copper alloys was fabricated and the leading research of refractory metal alloy-copper composite material was carried out. The developed composites have values that apply to various other industries in addition to the coolant of facing material. Fifth, we introduced an economical and accurate non-destructive test method that can be easily applied to the evaluation of nuclear fusion materials which are difficult to access.

Ultimately, evaluation results such as improved high temperature strength, thermal stability, bonding property with backplate, and irradiation damage resistance have been secured and compared with existing tungsten facing materials. Future research on the design and development of plasma facing materials for K-DEMO divertors will be helped by database we have developed.

Expected Contribution
In this project, we have developed a tungsten–based new alloy that can replace tungsten, which is used as plasma-facing material for existing fusion reactor, and proposed a future research and development direction. The high-concentration tungsten alloy can enhance mechanical properties such as high strength and high temperature softening resistance. The possibility of improving deuterium irradiation resistivity and reducing the thermal conductivity of pure tungsten can be complemented by technological complement to the disadvantages of existing tungsten. It is a pioneering study that provides guidelines and databases for related research. It is expected that it will be possible to accelerate the commercialization of fusion fusion with high feasibility by proposing diversity in research of plasma facing material through the result of such property improvement compared to existing tungsten. In addition, the tungsten alloy-copper composite with improved tungsten bonding properties is highly industrially applicable due to the simplicity of the tungsten composite. In addition, it is expected that more economical and precise characterization of fusion materials with low accessibility to in-service materials will be possible by applying small-size evaluation to fusion materials and ensuring reliability. We hope that this research will accelerate the development of Korean face-to-face materials through the unique tungsten alloy development technology.

( 출처 : SUMMARY 5p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 7
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 8
• 가. 연구 개발 목적 ... 8
• 나. 연구 개발의 필요성 ... 8
• 다. 연구 개발 범위 ... 12
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 16
• 가. 국내 기술 개발 현황 ... 16
• 나. 국외 기술 개발 현황 ... 17
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 19
• 가. 핵융합로 플라즈마 대면소재에 관한 배경 지식 및 자료 정리 ... 19
• 나. 대면소재용 텅스텐계 신합금의 설계 및 개발 ... 44
• 다. 고농도 내화 금속계 합금의 경도 분석 및 고용강화 효과 분석 ... 64
• 라. 고온 압축 평가를 통한 텅스텐계 신합금의 고온 구조적 안정성 평가 ... 75
• 마. Small-size test를 통한 텅스텐계 신합금의 파괴인성 평가 ... 82
• 바. 고온 열전도도 평가를 통한 텅스텐 신합금의 열안정성 평가 ... 92
• 사. 중이온빔 조사를 통한 텅스텐계 신합금의 조사 특성 평가 ... 100
• 아. 텅스텐이 첨가된 합금과 구리의 복합재화를 통한 접합특성 향상 방안 ... 103
• 자. 핵융합로 대면소재 응용을 위한 추가 후속 연구 ... 113
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 116
• 가. 목표 달성도 ... 116
• 나. 관련 분야 기여도 ... 121
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 123
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 125
• 가. 핵융합로 대면소재 플라즈마 및 고온 특성 평가 기술 ... 125
• 나. 우수한 기계적 특성을 갖는 내화금속계 고엔트로피 합금 개발 동향 ... 125
• 다. 텅스텐-구리 복합재의 제조 ... 127
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 129
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구 시설·장비 현황 ... 130
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 131
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 134
• 11. 기타 사항 ... 135
• 12. 참고 문헌 ... 136
• 끝페이지 ... 139