Hyun Kyoung Ahn;Chi Hyun An;Byung Gi Park;In Hyoung Rhee
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.2
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pp.640-647
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2023
Material corrosion in nuclear power plant (NPP) is not controlled only by amine injection but also by ion exchange (IX) which is the best option to remove trace Na+. This study was conducted to understand the Na+ leakage characteristics of IX beds packed with ethanolamine-form (ETAH-form) and hydrogen-form (H-form) resins in the simulated water-steam cycle in terms of intrinsic behaviors of four kinds of cation-exchange resins through ASTM test and Vanselow mass action modeling. Na+ was inappreciably escaped throughout the channel created in resin layer. Na+ leakage from IX bed was non-linearly raised because of its decreasing selectivity with increasing Na+ capture and with increasing the fraction of ETAH-form resin. Na+ did not reach the breakthrough earlier than ETAH+ and NH4+ due to the increased selectivity of Na+ to the cation-exchange resin (H+ < ETAH+ < NH4+ ≪ Na+) at the feed composition. Na+ leakage from the resin bed filled with small particles was decreased due to the enhanced dynamic IX processes, regardless of its low selectivity. Thus, the particle size is a predominant factor among intrinsic properties of IX resin to reduce Na+ leakage from the condensate polishing plant (CPP) in NPPs.
A wide range of possible hazards existing in thermal batteries are mainly caused by thermal runaway, which results in overheating or explosion in extreme case. Battery separators ensure the separation between two electrodes and the retention of ion-conductive electrolytes. Thermal runaways in thermal batteries can be significantly reduced by the adoption of these separators. The high operating temperature and the violent reactivity in thermal batteries, however, have limited the introduction of conventional separators. As a substitute for separators, MgO powders have been mostly used as a binder to hold molten salt electrolyte. During recent decades the fabrication technology of ceramic fiber, which has excellent mechanical strength and chemical stability, has undergone significant improvement. In this study we adopted wet-laid nonwoven paper making method instead of the electrospinning method which is costly and troublesome to produce in volume. Polymeric precursor can readily be coated on the surface of wet-laid ceramic paper, and be formed into ceramic film after heat treatment. The mechanical strength and the thermo-chemical stability as well as the wetting behaviors of ceramic separators with various molten salts were investigated to be applicable to thermal batteries. Due to their excellent chemical, mechanical, and electrical properties, wet-laid nonwoven separators made from ceramic fibers have revealed positive possibility as new separators for thermal batteries which operate at high temperature with no conspicuous sign of a short circuit and corrosion.
Ayantika Banerjee ;Wangkyu Choi ;Byung-Seon Choi ;Sangyoon Park;Seon-Byeong Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.5
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pp.1892-1900
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2023
A protective oxide layer forms on the material surfaces of a Nuclear Power Plant during operation due to high temperature. These oxides can host radionuclides, the activated corrosion products of fission products, resulting in decommissioning workers' exposure. These deposited oxides are iron oxides such as Fe3O4, Fe2O3 and mixed ferrites such as nickel ferrites, chromium ferrites, and cobalt ferrites. Developing a new chemical decontamination technology for domestic CANDU-type reactors is challenging due to variations in oxide compositions from different structural materials in a Pressurized Water Reactor (PWR) system. The Korea Atomic Energy Research Institute (KAERI) has already developed a chemical decontamination process for PWRs called 'HyBRID' (Hydrazine-Based Reductive metal Ion Decontamination) that does not use organic acids or organic chelating agents at all. As the first step to developing a new chemical decontamination technology for the Pressurized Heavy Water Reactor (PHWR) system, we investigated magnetite dissolution behaviors in various HyBRID inorganic acidic solutions to assess their applicability to the PHWR reactor system, which forms a thicker oxide film.
Metal additive manufacturing (AM) has transformed conventional manufacturing processes by offering unprecedented opportunities for design innovation, reduced lead times, and cost-effective production. Aluminum alloy, a material used in metal 3D printing, is a representative lightweight structural material known for its high specific strength and corrosion resistance. Consequently, there is an increasing demand for 3D printed aluminum alloy components across industries, including aerospace, transportation, and consumer goods. To meet this demand, research on alloys and process conditions that satisfy the specific requirement of each industry is necessary. However, 3D printing processes exhibit different behaviors of alloy elements owing to rapid thermal dynamics, making it challenging to predict the microstructure and properties. In this study, we gathered published data on the relationship between alloy composition, processing conditions, and properties. Furthermore, we conducted a sensitivity analysis on the effects of the process variables on the density and hardness of aluminum alloys used in additive manufacturing.
Kim, Tae Soo;Lee, Hoochang;Hwang, Bokyung;Cho, Taejun
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.1
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pp.81-89
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2018
Austenitic stainless steels have excellent corrosion resistance, durability and fire resistance. Especially, since STS304L among austenitic types is a low-carbon variation of STS304 and has excellent intergranular corrosion resistance, it can often be used under the welded condition without heat treatment after field welding. This paper investigated ultimate behaviors such as ultimate strength and weld metal fracture mechanism of STS304L fillet-welded connections with TIG(tungsten inert gas) welding through test results. Main variables of specimens are weld length and welding direction against loading. Fracture of specimens are classified into three modes(tensile fracture, shear fracture and block shear fracture). Ultimate strengths were compared according to the welding direction and weld length and TFW series with transverse fillet weld had the highest strength compared with other types(LFW series with longitudinal fillet weld and FW series with all round weld). It is known that current design specifications such as KBC 2016 and AISC2010 underestimated the strength of TFW and LFW specimens and provided unconservative estimates for FW specimens. Finally, strength equations were proposed considering material properties of STS 304L material.
An, Sung-Ho;Kim, Geun-Young;Hwang, Bo-Kyung;Kim, Tae-Soo
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.5
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pp.55-63
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2018
Recently, the use of duplex stainless steel which with a two-phase microstructure (equal mixture of ferrite and austenite) has been increased in a variety of industrial fields due to higher strength leading to weight saving, greater corrosion resistance(particularly, stress corrosion cracking) and lower price. However, currently, stainless steels are not included in the structural materials of Korean Building Code and corresponding design standards are not specified. In this paper, experimental studies have been performed to investigate the structural behaviors of duplex stainless steel (STS329FLD) bolted connection with two bolts for providing the design data. Main variables are shear connection type (single shear and double shear) and end distance parallel to the direction of applied force. Fracture modes at the final step of test were classified into typical block shear fracture, tensile fracture and curling. Curling occurrence in single shear connection led to ultimate strength drop by up to 20%. Test strengths were compared with those by current design specifications such as AISC/AISI/KBC, EC3 and AIJ and proposed equations by existing studies. For specimens with no curling, Clement & Teh's equation considering the active shear plane provided a higher strength estimation accurancy and for specimens with curling, Kim & Lim's equation considering strength reduction by curling was also overly unconservative to predict the ultimate strength of curled connections.
The chloride ions, responsible for the initiation of the corrosion mechanism, intrude from the external medium into the concrete. A part of the intruding chloride ions will be retained by the hydration products of the binder in concrete, either through chemical adsorption or by physical adsorption. Since the hydration products of cement are responsible for the chloride binding in concrete, this study focused on the chloride binding in individual hydrate. The purpose of this study is to explore the time dependant behaviors of chloride ions adsorption with cement hydrates, focused on its mechanism. AFt phase and CH phase were not able to absorb chloride ion, however, C-S-H phase and AFm phase had a significant chloride adsorption capacity. In particular, AFm phase showed a chemical adsorption with slow rate in 40 days, while C-S-H phase showed binding behaviors with 3 stages including momentary physical adsorption, physico-chemical adsorption, and chemical adsorption. Based on the results, this study suggested theoretical approach to depict chloride adsorption behavior with elapsed time of C-S-H phase and AFm phase effectively. It is believed that the approach suggested in this study can provide us with a good solution to understand the mechanism on chloride adsorption with hydrates and to calculate a rate of chloride penetration with original source of chloride ions, for example, marine sand at initial time or sea water penetration later on.
The use of fiber-reinforced polymer (FRP) reinforcing bars in concrete structures has been increased as an alternative of steel reinforcement which has shown greater vulnerability to corrosion problem. However, the long-term performance of concrete members with FRP reinforcement is still questioned in comparison to the used of steel reinforcement. This study presents the results of an experimental study on the long-term behaviors of GFRP (glass fiber reinforced polymer) bar reinforced concrete beams after exposed to accelerated aging in an environmental chamber with temperature of $46^{\circ}C$ ($115^{\circ}F$) and 80% of relative humidity up to 300 days. The objectives of this research was to compare strength degradation and change of ductility between GFRP reinforced concrete beams and steel reinforcement beams after accelerated aging. Two types (wrapped and sand-coated surface) of GFRP bars and steel were reinforced. in concrete beams. Test results show that the failure modes of GFRP bar reinforced concrete beams are very similar with traditional RC beams, and the change of load-carrying capacity of steel reinforcing concrete beam is greater than that of GFRP bar reinforcing concrete beam under the accelerated aging. Test result also shows that the use of GFRP reinforcing in concrete could be introduced more brittle failure than that of steel reinforcing for practical application. The deformability factor up to compression failures indicates no significant variation before and after exposure of accelerated aging.
Gases such as hydrogen and radon can be generated around the canister in high-level radioactive waste disposal systems due to several reasons including the corrosion of metal materials. When the gas generation rate exceeds the gas diffusion rate in the low-permeability bentonite buffer, the gas phase will form and accumulate in the engineered barrier system. If the gas pressure exceeds the gas entry pressure, gas can migrate into the bentonite buffer, resulting in pathway dilation flow and advective flow. Because a sudden occurrence of dilation flow can cause radionuclide leakage out of the engineered barrier of the radioactive waste disposal system, it is necessary to understand the gas migration behavior in the bentonite buffer to quantitatively evaluate the long-term safety of the engineered barrier. Experimental research investigating the characteristics of gas migration in saturated bentonite and research developing numerical models capable of simulating such behaviors are being actively conducted worldwide. In this technical note, previous gas injection experiments and the numerical models proposed to verify such behaviors are introduced, and the future challenges necessary for the investigation of gas migration are summarized.
The present study investigated various thermodynamic parameters, microstructures and electrochemical behaviors of TiMoVCrZr and Ti-rich TiMoVCrZr high-entropy alloys (HEAs) prepared by vacuum arc remelting. The microstructures of the alloys were analyzed using X-ray diffraction (XRD) analysis, field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), and potentiodynamic polarization tests. The determined thermodynamic values of the Ω-parameter and the atomic size difference (δ) for the HEAs were determined to be in the range of Ω ≥ 1.1, and δ ≤ 6.6% with valance electron configuration (VEC) ≤ 5.0, suggesting the HEAs were effective at forming solid solutions. XRD patterns of the equiatomic Ti20Mo20V20Cr20Zr20 HEA revealed four phases consisting of the body centered cubic1 (BCC1), BCC2, hexagonal close-packed (HCP), and intermetallic compound Cr2Zr phases. Three phases were observed in the XRD patterns of Ti-rich Ti40Mo15V15Cr15Zr15 (BCC, HCP, and Cr2Zr) and a single BCC phase was observed in Ti-rich Ti60Mo10V10Cr10Zr10 HEAs. The backscattered-electron (BSE) images on the equiatomic Ti20Mo20V20Cr20Zr20 HEA revealed BCC and HCP phases with Cr2Zr precipitates, suggesting precipitation from the HCP solid solution during the cooling. The micro-segregation of Ti-rich Ti60Mo10V10C10Zr10 HEAs appeared to decrease remarkably. The alloying elements in the HEAs were locally present and no phase changes occurred even after additional HIP treatment. The lowest current density obtained in the polarization potential test of Ti-rich Ti40Mo15V15Cr15Zr15 HEA was 7.12×10-4 mA/cm2 was obtained. The studied TiMoVCrZr HEAs showed improved corrosion characteristics as compared to currently available joint replacement material such as ASTM F75 alloy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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