Conventional magnetic and micromagnetic measurements were conducted to evaluate the radiation damage and damage recovery in SA508-3 reactor vessel (RPV) steel, and due to thermal ageing of Inconel 600 steam generator tube material.
The B-H hysteresis loop of the the neutron irradiated SA508 steel showed that the coercive force (Hc) increased in two stages with neutron dose, a relatively slow increase up to a dose of $10^{14} n/cm^2$, followed by rapid increase by 15.4 % for a $10^{16} n/cm^2$ dose sample compared with that of the unirradiated one. The change of maximum induction (Ms) also showed a similar trend to that of coercivity. The Barkhausen noise amplitude (BNA) reflecting the domain wall motion decreased also in two stages, a slow decrease up to $10^{14} n/cm^2$ irradiation, followed by a rapid decrease of 37.5 % at $10^{16} n/cm^2$. The decrease in BNA may be attributed to the increase in the number of impassable defects possessing a large retarding force. The results indicate that the Barkhausen noise is more sensitive than the conventional magnetic properties, such as coercive force, remanence and maximum induction.
Effects of neutron and proton dose on the magnetic properties of RPV steel was investigated. The damage depth profile of proton irradiated specimen showed a high damage gradient suggesting complex defect structure at around maximum peak of 380 μm. The magnetic properties of neutron irradiated samples were varied in two stages with doses. The Hc and Ms induction increased slowly up to a neutrom dose $1.5 \times 10^{-7} dpa$, followed by a rapid increase up to $1.5 \times 10^{-5} dpa$. The change of magnetic properties of proton irradiated specimen also showed a characteristic trends depending on proton dose. The Hc increased up to a proton dose $0.8 \times 10^{-2} dpa$ then decreased up to $1.2 \times 10^{-2} dpa$. Similarly, the Ms increased up to a dose $0.2 \times 10^{-2} dpa$ then decreased up to $1.2 \times 10^{-2} dpa$. However, the rate of Hc and Ms change with dose is less than that of neutron irradiated despite of $10^3$ higher relevant damaging capability than that of neutron. The BNA in neutron irradiated specimens also varied in two stages in a reverse manner but the transition occured at the same dose. The BNA in proton irradiated specimens decreased 60% up to $0.2 \times 10^{-2} dpa$ followed by increament up to $1.2 \times 10^{-2} dpa$. The results were explained in terms of the interaction between radiation induced defects structure and the magnetic domain wall.
Vickers microhardness and magnetic properties for the neutron irradiated SA508-3 RPV steel specimens irradiated to the neutron fluence of $5.5 \times 10^{17} n/cm^2 (E>1 MeV)$ at 70℃ were measured to investigate the irradiation effects and thermal recovery characteristics. Two recovery stages were observed from the hardness change due to isochronal annealing: the stage I at around 362℃ and the stage II at around 474℃, and the hardness recovered within 10 min. and the annealing recovery were approximately 68% and 85% at 362℃ and 474℃. On the other hand, the Barkhausen noise count (BNC) recovered 95% within 3 min. and the recovery rate of the BNC in the primary annealed specimen at 474℃ were lower than that at 362℃, decreasing with increasing annealing time. The mechanism responsible for the two stages was explained using the results of Barkhausen noise on the basis of the interaction between radiation induced defects and the magnetic domain wall. From the correlation between hardness and BNA, it is suggested that the Barkhausen noise measurements may be used as a useful tool for monitoring the thermal recovery behavior of neutron irradiated RPV steel.
Barkhausen noise signal was measured as a function of ageing time at various temperatures in Inconel 600 alloy to evaluate the material state nondestructively. Differential Scanning Calorimetry(DSC) and Transmission Electron Microscopy (TEM) were used to correlate ordering and microstructural change to the observed change of the Barkhausen noise. Three stage of Barkhausen noise change with ageing time with given temperature was attributed to the change of anisotropy energy and domain wall pinning conditions due to the formation of Short Range Order (SRO), Long Range Order (LRO) and carbide precipitation, respectively.
원자로압력용기의 조사취화는 압력용기의 파괴저항성을 약화시켜 압력 용기의 건전성을 위협하며 원자력 발전소의 수명단축에 가장 큰 원인이 되고 있다. 따라서 원자로 압력용기의 조사손상을 평가할 수 있는 비파괴적 방법이 개발된다면 안전성 향상뿐만 아니라 수명연장에도 큰 도움이 될 것이다. 본 연구에서는 미소자성기법을 적용하여 SA508-3 원자로 압력용기(RPV)강의 조사손상과 증기발생기의 재료인 인코넬 600의 열 시효 현상을 평가하였다.
제 3 장에서는 중성자를 조사한 SA508-3 강의 자기이력 곡선과 Barkhausen noise를 측정하였다. 보자력(Hc)은 $10^{14} n/cm^2$ 까지는 완만히 증가하다 그 후로는 급격히 증가하여 조사량이 $10^{16} n/cm^2$ 일 때 비조사재에 비하여 15.4% 증가하였다. 최대자기유도(Ms)의 변화도 역시 비슷한 경향을 보여주었다. 이는 중성자조사에 의하여 결함이 증가하여 자구벽을 방해하였기 때문으로 보인다. 그러나 자구벽의 운동을 반영하는 Barkhausen noise amplitude (BNA)는 $10^{14} n/cm^2$ 까지 거의 변하지않다가, 그후 급격히 감소하여 조사량이 $10^{16} n/cm^2$ 일 때는 비조사재에 비하여 37.5% 감소하였다. BNA의 감소는 자벽의 운동에 대한 큰 저지력을 가지고 있는 자속이 통과할 수 없는 결함 때문인것으로 생각된다.
제 4 장에서는 중성자와 양성자를 조사한 RPV 강의 자기적 성질변화를 dpa 단위를 사용하여 비교하였다. 중성자를 조사한 시편의 자기적 성질은 조사량에 따라 2단계로 변화하였다. $1.5 \times 10^{-7}$ 까지 Hc와 Ms는 완만히증가 하였으며, 그후 $1.5 \times 10^{-5}$ 까지 급격히 증가하였다. 양성자를 조사한 시편의 자기적 성질은 중성자를 조사한 시편의 경우에 비하여 복잡한 경향을 보여주었다. Hc는 $0.8 \times 10^{-2} dpa$ 까지 증가하다 그 후 감소하였으며, Ms도 $0.2 \times 10^{-2} dpa$ 까지 증가하다 그 후 $1.2 \times 10^{-2} dpa$ 까지 감소하였다. 그리고 중성자의 경우에 비하여 손상 정도가 $10^3$ 배나 큼에도 불구하고 Hc와 Ms의 변화율은 중성자 조사의 경우 보다 작았다. 중성자를 조사한 시편의 BNA도 2단계의 변화를 보여 주었으나 동일한 조사량에서 반대의 경향을 보여주었다. 양성자를 조사한 시편의 BNA는 $0.2 \times 10^{-2} dpa$에서 60%까지 감소하였으나 그 후 증가하였다. 이들 결과는 자구벽과 조사 때문에 생긴 결함의 상호작용으로 설명되었다.
제 5 장에는 미세경도와 자기적 성질 변화를 측정하여 70℃에서 $5.5 \times 10^{17} n/cm^2 (E>1 MeV)$의 중성자를 조사한 시편의 조사취화 회복특성을 조사하였다. 등시소둔 실험을 통하여 362℃와 474℃ 부근에서 2단계의 회복단계가 확인되었으며, 회복률은 362℃와 474℃에서 각각 68%와 85% 로, 경도는 약 10분 이내에 회복되었다. 각 단계의 회복기구는 조사에 의한 결함의 종류와 자구벽의 상호작용을 이용하여 설명하였다. 중성자 조사에 의하여 보자력은 감소하였으며, 반면에 최대자기유도는 증가하였다. 자구의 운동과 관계되는 BNA는 중성자 조사에 의하여 감소하였으며, 열처리에 의하여 회복되었다. 열처리에 민감한 BNA의 특성으로 보아 원자로 압력용기의 조사취화 회복연구에 사용될 수 있을 것으로 생각된다.
제 6 장에서는 인코넬 600 재료의 열 시효를 비파괴적으로 탐지하기 위하여 여러 온도에서 시간의 함수로 소둔된 재료의 Barkhausen noise 신호를 측정하였다. DSC와 TEM을 사용하여, 열처리에 의하여 생기는 각 단계에 대응하는 pinning 기구를 확인하였다. 각 온도에서 소둔시간에 따른 Barkhausen 신호는 세 단계로 구분할 수 있는데, 이는 이방성에너지의 변화와 자구벽의 pinning에 의하여 단범위규칙, 장범위규칙 그리고 탄화물 석출에 의한 것으로 나누어진다.
