중성자에 조사된 원자로 압력용기 재료(SA508)의 Magneto-acoustic emission 효과

Effect of Magneto-acoustic Emission of Reactor Pressure Vessel Materials Irradiated by Neutrons

원자로 압력용기 재료인 SA508 Steel을 온도 $70^{\circ}C$와 대기압하에서 최고 $10^{18}n/cm^2$까지 중성자를 조사시켜 조사량에 따른 미세경도 변화와 magneto-acoustic emission(MAE) 에너지를 측정하였다. 중성자 조사에 따른 경도의 변화는 조사량이 $10^{16}n/cm^2$까지는 거의 일정하였으나, 조사량이 $10^{17}n/cm^2$ 이상에서 급격히 증가하였다. MAE 에너지의 변화는 중성자 조사량에 따라 경도의 변화와 같은 형태로 변하였으나 그 변화량은 감소하여 그 변화의 추이는 경도의 변화와는 역의 형태였고, 또한 MAE 에너지의 상대적 변화와 경도 변화사이에는 아주 좋은 선형성을 보였다. 이러한 결과에서 SA508 강재는 $10^{17}n/cm^2$ 이상의 중성자에 조사될 경우에 재료에 중성자 조사에 의한 미세 결함이 급격히 증가하여 전위(dislocation)이동에 대한 저항성을 나타내는 마찰경화의 증가가 경도의 증가를 유발하고, 또한 이러한 미세 결함은 자기장과의 반응에서는 $90^{\circ}$ 자벽의 운동중에 자기탄성 변화를 유도하여 MAE 에너지의 감소를 유발함을 알 수 있었다. 그리고 경도의 변화량보다 MAE 에너지의 변화량이 더 크게 나타나, 중성자 조사에 의한 미세결함은 기계적 성질보다 자기적 성질에 더 민감하게 반응한다는 것을 알 수 있었다. 따라서 MAE가 중성자 조사에 의한 재료의 미세 구조 결함을 비파괴적인 방법으로 평가하는 강력한 도구의 가능성이 있음을 알 수 있었다.

Magneto-acoustic emission (MAE) energy and hardness were measured in the reactor pressure vessel steel (SA508 Steel) for the various neutron fluence, irradiated dose up to $10^{18}n/cm^2$. The hardness was nearly a constant up to $10^{16}n/cm^2$, but it was rapidly increased with an increase of the neutron irradiation above $10^{17}n/cm^2$. It may be considered that the increase of hardness is due to the hindrance of dislocation motion induced defect clusters by irradiation. On the other hand. the MAE energy was slowly decreased as the neutron irradiation increased up to $10^{16}n/cm^2$ and it was rapidly decreased with an increase of the neutron irradiation above $10^{17}n/cm^2$. The decrease of the MAE energy may be considered as an increase of the defect clusters which is very sensitive to the $90^{\circ}$ domain wall motion. Furthermore, the change of MAE energy and hardness had nearly a linear relationship. but the change of MAE energy was more significant than the change of the hardness. Therefore, MAE may be considered as a very useful technique for the nondestructive evaluation of irradiation damage.