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초록·키워드
본 연구에서는 소형모듈원자로(SMR)의 중성자 차폐를 위한 붕소계 혼입재의 적용 가능성을 검토하기 위하여 탄화붕소 2종(BC1, BC2)과 질화붕소 2종(BN1, BN2)을 혼입한 모르타르의 기초 물성을 평가하였다. 각 붕소화합물을 시멘트 대비 약 5 wt%로 혼입하였으며, 플로우 및 응결 시험을 수행하였다. 탄화붕소 혼입 모르타르는 기준 배합과 유사하거나 더 높은 플로우를 나타낸 반면, 질화붕소를 혼입한 모르타르는 미세한 입자 크기의 영향으로 약 30 mm의 플로우 감소가 나타났다. 응결 시험 결과 탄화붕소 및 질화붕소를 혼입한 시험체의 초결 시간은 최대 2시간까지 지연되었으나 종결 시간은 기준 배합과 유사한 수준을 나타내었다. 모르타르 성능과 재료 비용을 종합적으로 고려하여 BC2와 BN1을 선정하였으며, 이를 콘크리트에 적용하여 재령 28일 압축강도와 ²⁵²Cf 선원을 이용한 중성자 차폐 성능을 평가하였다. 탄화붕소 혼입 콘크리트는 기준 콘크리트와 유사한 압축강도를 나타낸 반면, 질화붕소 혼입 콘크리트는 약 13 % 낮은 압축강도를 보였다. 중성자 차폐 효율은 탄화붕소 및 질화붕소 혼입 콘크리트에서 각각 33 % 및 31 %로 나타났으며, 이는 기준 콘크리트의 차폐 효율인 15 %보다 약 2배 높은 수준이다. 본 연구 결과는 SMR과 같이 제한된 공간에서 활용 가능한 붕소계 차폐 재료 선정에 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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