원자력재료 · 조사손상
조사손상 · 취화
원자로 압력용기 강철은 수십 년간 고속 중성자에 얻어맞습니다. 중성자가 철 원자를 격자에서 튕겨내 결함이 쌓이면(dpa) 강철은 더 단단해지지만 더 물러집니다(취화). 이 취화가 압력용기의 수명을 정합니다.
모델: NRC Reg. Guide 1.99 취화식 · 고속중성자(E>1MeV) 조사 · dpa 환산 1 dpa ≈ 7×10²⁰ n/cm²
연성→취성 천이온도 상승 (ΔRTNDT)
취화 주의+160°C
누적 손상
0.086
dpa (원자당 변위)
조사 경화
+129
MPa 항복강도↑
중성자 조사량
6.0×10¹⁹
n/cm² (E>1MeV)
천이온도(RTNDT)현재 140°C
초기 -20°CPTS 한계 149°C
결정 격자 (모식도)결함 28개 / 원자 112개
철 원자 빈자리 틈새원자빈자리 + 틈새원자 = 프렌켈쌍
압력용기 강재
40 년 · 0.086 dpa
구형 고구리강 · 구리 0.30%
1970년대 이전 압력용기·용접부. 구리 불순물이 많아 같은 중성자에도 빠르게 취화 — 일부 노후 원전은 열처리(annealing)로 취화를 되돌리거나 출력을 낮췄습니다.
중성자 하나가 원자 하나를 밀어내는 건 아주 작은 사건이지만, 수십 년 쌓이면 강철의 성질이 바뀝니다 — 단단해지되 잘 깨지게(취성). 똑같은 중성자를 맞아도 구리 불순물이 적은 강철은 훨씬 덜 취화됩니다. 그래서 압력용기 수명을 늘리는 열쇠는 더 두꺼운 강철이 아니라 더 깨끗한 강철이죠. 강종을 바꿔 보면, 같은 60년 운전에도 취화 벽에 닿는 강철과 아직 여유로운 강철이 갈립니다. (교육용 근사 · 실제 노심 인접 구조물은 이보다 100배 높은 dpa로 팽윤·응력부식까지 겪습니다)