We investigated the oxidation of nuclear grade graphite IG-110 in HTGRs, which is influenced by boundary layer conditions and in pore diffusion of oxygen. After exposure to oxygen the concentration profile and the total mass transfer rate of oxygen in a IG-110 cylinder was calculated by modeling with Shell mass balance and solving the resulting differential equation. The concentration profile of oxygen and effectiveness factor were estimated using experimental data. It turns out that the oxygen concentration profile is nearly uniform when the graphite temperature is lower than 700℃. In addition, variation of concentration of oxygen in a IG-110 cylinder with respect to temperature was also calculated. It shows that oxygen concentration reduces to zero at a distance from the exterior surface less than radius of the cylinder (r) above 900℃. Finally, a model for predicting burn-off behaviour is obtained through the investigation of the variation of interfacial area density with burn-off.
고안가스냉각로 내에서의 대표적인 원자로 흑연인 IG-110 의 산화반응에 대해서 연구를 수행하였다. 산소에 노출된 후의 농도 분포 및 총 질량 전달율을 Shell mass balance 와 미분방정식을 사용한 모델링을 통하여 계산하였다. 실제와 똑같은 경계조건을 주기 어렵기 때문에, 산소 농도는 반 지름 (r) 만의 함수로 단순화 하여 계산하였다. 계산결과 700℃ 이하에서는 흑연내의 산소농도의 분포가 거의 일정한 것으로 나타났다. 또한, 온도 변화에 대한 산소농도의 분포를 계산하였으며, 그 결과 산소의 농도는 900℃ 이상의 온도에서 표면에서 일정간격 떨어진 부근에서 0이 됨을 확인 할 수 있었다. 실험 data 를 바탕으로 산소의 농도 분포와 effectiveness factor 를 계산하였으며, 최종적으로는 burn-off 에 대한 내부면적밀도의 변화를 분석함으로써, burn-off 거동을 예측할 수 있는 모델을 얻어내었다. Burn-off 에 대한 내부면적밀도의 변화를 얻어낼 수 있는 상관식이 얻어졌다.
