선박용 강재의 도장면 제거를 위한 Q-스위칭 파이버 레이저 클리닝에 관한 기초 연구

김지언 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내석사

현재 조선해양 산업 현장에서 도장 전처리 작업은 그라인딩 및 쇼트 방식을 채택하고 있으나 동력 공구에 의한 작업자의 위험성 및 분진 비산에 의한 환경오염과 작업자의 건강문제가 지속적으로 야기되고 있다. 또한 현재의 전처리 방법으로는 협소구역의 접근이 난해하고 모서리 등의 개소와 복잡한 형상에 대한 작업이 어려우며 모재의 손상을 유발하고 표면의 균일한 클리닝이 어렵다는 단점을 가지고 있다. 반면, 레이저 열원을 이용한 표면 클리닝 기술은 공정 중 환경오염 물질의 배출이 거의 없는 친환경 기술이다. 레이저의 우수한 제어 특성으로 인하여 표면의 오염층만을 선택적으로 제거할 수 있으며 국부적인 표면 클리닝이 가능하기 때문에 작업 시간이 단축되고 모재의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한 비 접촉식 공정으로 다양한 표면 형상에 적용이 가능하다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인하여 문화재 복원사업은 물론이며 금형, 전기·전자 및 반도체 산업에서 레이저 클리닝 기술은 이미 실용화 단계에 접어들었다. 또한 최근에는 대면적의 표면 전처리 공정에 레이저 클리닝을 도입하고자 하는 수요가 증가하면서 조선해양 산업, 항공 우주 산업 및 자동차 산업 등에 실용화가 기대되고 있다. 특히 조선해양 산업에서 레이저를 이용한 클리닝 기술 수준은 초기 단계이며 기존의 클리닝 기술을 대체하고자 다양한 연구가 진행중이다. 따라서 국내 기술수요에 적극 대처하고 향후 작업효율과 작업환경의 개선을 통해서 조선해양 산업 도장 전처리의 패러다임을 변화하기 위해 레이저 클리닝 기술을 확보하는 것이 시급하다. 본 연구에서는 평균 출력 100W의 Q-스위칭 파이버 레이저를 이용하여 강재 표면의 도장면 및 산화층을 제거하기 위해 레이저 클리닝 실험을 진행하였다. 기초실험으로써 실제 조선해양 산업에 적용되는 에폭시 및 숍프라이머 도장면과 국부적인 발청 수준인 얇은 산화층에 대해 스캔횟수, 펄스 중첩률, 패스 중첩률 및 에너지 밀도에 따른 레이저 클리닝을 실시하였다. 이와 같이 다양한 변수에서 얻어진 클리닝부의 특성을 분석하였으며, 레이저 클리닝 효율을 계산하여 최적의 조건을 도출하였다. 결과적으로 모재의 손상 및 열영향부 없는 우수한 클리닝 부를 얻을 수 있었다.

천리안 해양위성의 대기보정 및 대리교정 연구

안재현 한국해양대학교, 해양과학기술전문대학원 2017 국내박사

본 학위논문은 세계최초의 정지궤도 해색 위성인 천리안 해양 위성 (GOCI : Geostationary Ocean Color Imager)에 표준으로 사용되는 대기보정 이론에 대하여 기술하고 있다. 타 극궤도 해색위성들이 1~2일 주기로 한 장소를 방문하며 전 지구를 관측하는 것과 달리 천리안 해양위성은 한반도를 포함한 동북아해역을 0.5 km 공간해상도로 낮 시간 동안 1시간의 시간간격으로 관측하고 있으며 (하루 8회 관측) 가시광~근적외파장대 (412, 443, 490, 555, 660, 680, 745, 865 nm) 영역에서 관측한다. 대기상층 위성궤도에서 일반적인 맑은 해역을 대상으로 관측된 가시광~근적외파장대 신호 중 90%이상은 대기신호이며, 해수신호의 크기는 10% 미만을 차지한다. 대기신호의 크기가 해수신호의 크기보다 10배 이상 크기 때문에 1%의 대기신호 추정 오차는 10%이상의 해수 광 스펙트럼 추정오류를 일으킨다. 이런 이유로 위성을 통한 해색원격탐사 임무는 높은 대기보정 정밀도를 요구하고 있으며 대기보정의 개발이 해색원격탐사 알고리즘 개발 중 가장 핵심이 된다. 천리안 해양위성 표준 대기보정은 NASA가 해색원격탐사 임무를 위해 개발한 SeaWiFS 표준 대기보정에 이론적인 기반을 두고 있다. SeaWiFS 방법은 우선 두개의 근적외 파장대 관측결과와 복사전달시뮬레이션 결과(조견표)를 서로 비교하여 대기 중 에어로졸 입자의 종류 및 농도 최적값을 추정해 내며 이 추정결과를 바탕으로 모든 가시광 파장의 에어로졸 반사도 스펙트럼을 다시 조견표를 이용하여 계산한다. 천리안 해양위성의 대기보정도 유사하게 두 근적외파장대 에어로졸 반사도 상관관계를 이용하여 에어로졸 종류 및 농도를 계산하는데, 이 연구를 통하여 SeaWiFS 및 다른 유사 대기보정 방법들과 비교하여 정확도 뿐 아니라 계산 효율 또한 개선하였다. 추가적으로 SeaWiFS에 적용된 수증기 흡광 보정 모델을 천리안 해양위성의 분광특성에 맞게 수정하여 적용하였으며, 탁도가 높은 해역에서 대기보정 오차를 줄이는 방법도 천리안 해양위성 관측영역의 해수 광 특성 및 반사도 정보들을 이용하여 개발하였다. 초기버전의 천리안 해양위성 표준 대기보정의 검보정 결과 탁도가 높은 연안해역에서는 10% 내외의 만족할 만한 오차수준을 보여주었으나, 탁도가 낮은 해역에서는 50% 이상의 오차를 발생되었다. 이는 대리교정 수행의 부재가 주된 요인이며, 본 연구에서는 이를 보완하기 위해 SeaWiFS 표준 대리교정 프로세스에 기반을 두고 천리안 해양위성에 맞게 대리교정을 수행하였다. 이 대리교정 방법에서는 특정 해역의 에어로졸 광특성이 항상 해양성 에어로졸이라 가정하고 이를 바탕으로 근적외 파장대 위성 관측 조도를 시뮬레이션 하여 두 근적외 파장대를 먼저 상대교정 한다. 이후, 상대교정된 두 근적외 파장대를 이용하면 맑은 해역에서 복사전달시뮬레이션을 통하여 가시광 파장대 대기조도를 모의 할 수 있게 되고, 여기에 맑은 해역의 현장 광 측정 자료가 추가되면 가시광파장대 위성관측조도의 시뮬레이션이 가능하다. 이 가시광파장대 모의 결과와 실제 위성관측조도와 비교하면 가시광파장대 대리교정을 완료할 수 있다. 본 대리교정 결과 대리교정 상수가 최대 3.2% 바뀌었으며 (490 nm 밴드) 새 대리교정 상수 적용 시 맑은 해역 대기보정 정확도가 최대 50% 이상 상승하였다. 본 연구에서는 천리안해양위성 대기보정의 성능을 평가하기 위해서 대기보정 결과 원격반사도 (remote-sensing reflectance: Rrs)를 한국해양과학기술원 해양위성연구센터에서 2010년 이후로 한반도 주변 해역 현장조사를 통해 수집한 원격반사도 자료들과 비교검정 하였으며, 검정결과 76, 84, 88, 90, 81, 82%의 정확도를 보여주었다. 추가로 현장자료가 아닌 시뮬레이션 자료를 통해 천리안 해양위성 알고리즘 뿐 아니라 다른 해색원격탐사 임무를 위해 개발된 주요 대기보정 알고리즘들 구현하여 함께 비교검증 하였고, 본 비교검증에서도 천리안 해양위성 표준 대기보정이 다른 대기보정 방법들과 비교하여 가장 낮은 오차율을 보여주었으며, 특히 다중산란 효과가 큰 작은 입자크기의 에어로졸 모델에서 더 좋은 성능을 보여주었다. 본 연구결과는 이론적으로 SeaWiFS 등 비슷한 밴드 특성을 가진 타 해색위성의 대기보정방법으로도 적용이 가능하며, 천리안 해양위성 자료처리시스템 (GOCI data processing system: GDPS) 1.5버전에의 적용될 예정이다.

국내 해양에너지(조류·해상풍력) 균등화발전비용 분석 및 저감 방안 연구

윤서호 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내석사

본 연구에서는 조류발전과 해상풍력발전의 균등화발전비용(Levelized Cost of Energy, LCOE) 분석 사례를 조사하여, 누적설비용량에 따른 LCOE 범위를 추정하고, LCOE의 주요 구성요소에 대한 민감도를 분석하였으며, 마지막으로 LCOE 저감방안에 대하여 고찰하였다. 조류발전 LCOE는 누적설비용량이 1MW에서 1GW까지 증가할 때 ￦520~800/kWh에서 ￦142~285/kWh으로 감소하는 것으로 추정되었으며, LCOE의 주요 구성요소에 대하여 민감도 분석 결과, 설비 이용률, 할인율 그리고 발전설비 비용의 민감도가 높은 것으로 나타났다. 해상풍력발전의 경우 누적설비용량이 5GW에서 200GW급으로 확대될 때 LCOE는 평균 ￦184/kWh에서 ￦66/kWh으로 감소할 것으로 분석되었다. 국내 서남해 해상풍력실증단지와 제주 A 해상풍력발전단지의 LCOE 민감도 분석 결과 모두 이용률의 민감도가 높은 것으로 분석되었다. 조류발전 LCOE 저감 방안에 대하여 터빈 용량 증대, 성능 향상 및 규모의 경제 효과를 검토하였고, 체계적인 유지보수 계획 및 경제성 향상을 위한 터빈 배치에 대한 중요성을 검토하였으며, 아울러 제도적 지원에 대하여 논의하였다. 또한 국내 해상풍력발전 LCOE 저감방안으로 지반 조건에 따른 해상풍력발전 지지구조물 적용방안에 대하여 토사층의 경우 포스트파일링 재킷 공법, 트라이포드 공법, 프리파일링 공법 적용에 따른 국내 서남해 해상풍력실증단지의 LCOE를 계산하여 비교하였을 시 프리파일링 공법은 55MW일 경우 ￦285.34/kWh로 같은 규모의 포스트파일링 공법과 트라이포드 공법(각각 ￦282.41/kWh, ￦281.33/kWh) 보다 불리하나, 단지 규모가 커져 설치기수가 늘어날수록 공사비 및 LCOE 저감효과가 큰 것으로 검토되었다. 암반층의 제주 A 해상풍력발전단지의 경우 다중 격벽식 중공형 수중기초를 사용하였을 경우 재킷 기초를 사용하였을 때보다 LCOE가 ￦61.73/kWh 차이가 발생하여 약 18% 저렴한 것으로 나타났다.

기계학습 기법을 이용한 바지형 선박의 횡동요 RAO 예측

임재환 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내석사

Recently, Artificial Intelligence(AI) technology has been applied in various industries due to increased interest in the fourth industrial revolution. However, research related to AI is relatively lacking in shipbuilding and maritime industries because of the characteristic of the industrial structure that information disclosure is limited. But shipbuilding and maritime industries are a complex industry in which various sectors are merged, and large amounts of data are generated. In addition, various forms of data are generated by the shipbuilding and marine industries in their respective processes, including design, construction, maintenance and operation. Therefore, it is believed that AI technology can be applied to optimizing design, efficiency of maintenance, and stability evaluation in operation to produce significant results. Many existing studies have mainly been done to improve efficiency in terms of production management and to optimize ship operation. In this paper, however, a machine learning prediction model was built for predicting the lateral homologous RAO from the design optimization perspective of ships. Data used in the paper were for barge types registered in advance, and RAO was generated for each vessel in an in-house code using the three-dimensional singularity distribution method. In addition, Python and Tensorflow was used to build the prediction model, and statistical techniques were used to measure the results of changing the hyper parameters of the prediction model to evaluate the accuracy of the results. Thus, unlike previous studies targeting specific targets, this paper has a difference in that it has targeted several vessels. Finally, the purpose of the study is to identify the approximate RAO for vessels where the drawing of ships does not exist, and to improve the efficiency of the modelling and analytical processes necessary to obtain RAO. Furthermore, it is thought that it will be possible to develop into a study that will help assess the stability of autonomous driving vessels in the future, given that the stability of vessels with specific dimensions can be identified. 최근 4차 산업혁명에 대한 관심의 증가로 인공지능 기술이 다양한 산업에서 적용되고 있다. 그러나 조선 및 해양산업에서는 정보공개가 제한적이라는 산업구조 특성상 인공지능과 관련된 연구가 상대적으로 부족한 실정이다. 하지만 조선 및 해양산업은 다양한 분야가 융합된 복합적인 산업으로 많은 양의 데이터가 생성되는 산업 중 하나이다. 뿐만 아니라 조선 및 해양산업은 설계, 건조, 유지 보수, 운항 등 각각의 과정에서 갖가지 형태의 데이터가 발생한다. 따라서 인공지능 기술을 설계 최적화, 유지 보수의 효율성, 운항 시 안정성 평가 등에 적용하여 유의미한 결과를 도출할 수 있을 것이라 판단된다. 기존의 많은 연구들은 생산관리 측면의 효율을 개선하기 위한 연구와 선박의 운항의 최적화를 위한 연구가 주를 이루어왔다. 그러나 본 논문에서는 선박의 설계 최적화관점에서 횡동요 RAO를 예측을 위한 기계학습 예측모델을 구축하였다. 논문에 사용된 데이터는 선급에 등록된 바지형 선박을 대상으로 하였으며, 각각의 선박에 대하여 3차원 특이점 분포법을 사용한 In-house code로 선박별로 RAO를 생성하였다. 그리고 예측모델을 구축함에 있어 Python의 Tensorflow를 사용하였으며, 결과의 정확도 평가를 위하여 예측모델의 하이퍼 파라미터를 변경한 결과들에 대해서 통계적인 기법들을 평가 지표로 사용하였다. 따라서 본 논문은 특정 대상을 타겟으로 하는 기존의 연구들과는 달리 여러 척의 선박을 대상으로 하였다는 점에서 차이가 존재한다. 최종적으로 연구의 목적은 선박의 도면이 존재하지 않는 선박에 대한 대략적인 RAO를 파악함과 동시에, RAO를 구하는데 있어 필요한 모델링 과정과 해석 과정에 대한 효율성 개선에 목적이 있다. 더 나아가 특정 제원을 가지는 선박의 적재상태에 따른 안정성을 파악할 수도 있다는 점에서 향후 자율운항선박의 항행 중 안정성 평가에 도움이 되는 연구로 발전할 수 있을 것이라 판단된다.

다양한 환경 요인이 전복의 산화스트레스 반응 및 세포사멸에 미치는 영향

김민주 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내석사

Recent industrialization has resulted in a surge in the use of fossil fuels, leading to a continuous increase in atmospheric CO2 concentration. Consequently, marine ecosystems are at risk of being impacted by alterations in water temperature, salinity, and acidification. Exposure to these environmental changes generates reactive oxygen species (ROS) in marine organisms, including powerful oxidizing agents such as superoxide anion radicals (O2−) and hydrogen peroxide (H2O2). Overproduction of ROS in the body results in oxidative stress, leading to a variety of forms of intracellular damage, such as the oxidation of nucleic acids, including DNA, and the promotion of cell death. To counteract the ROS generated in their bodies, organisms employ antioxidant enzymes, such as superoxide dismutase (SOD) and catalase (CAT). During this process, SOD converts O2− to H2O2, while CAT converts H2O2 into harmless water (H2O) and oxygen (O2) molecules. However, even with these antioxidant mechanisms in place, ROS that remain in the body can trigger lipid peroxidation (LPO) and DNA damage, potentially resulting in cell death. In our study, we simulated a complex environmental change scenario by assuming global warming and ocean acidification, both of which are ongoing and projected to persist in the future. Specifically, we exposed abalone Haliotis discus hannai, a marine gastropod, to various environmental stressors, including changes in water temperature, salinity, and pH (salinity + pH, water temperature + pH), and observed their physiological response, including antioxidant activity and cell death, as a means of mitigating oxidative stress. 1. Effect of temperature and pH on oxidative stress and apoptosis in disk abalone This study analyzed oxidative stress indicators (ROS and MDA), antioxidant enzymes (SOD and CAT), and apoptosis-related genes (caspase-3) in abalone, to investigate the impact of water temperature and pH changes on oxidative stress and apoptosis. Abalone were exposed to a range of water temperatures (15 ℃, 20 ℃, and 25 ℃) and pH levels (7.5 and 8.1) for five days, and in situ hybridization and terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assays were used to visually confirm the effects. Abalone exposed to low/high water temperatures, or a low pH exhibited increased levels of ROS and MDA, with a particularly significant increase observed when low/high water temperatures were combined and a low pH. SOD and CAT expression levels were similarly increased under these complex conditions. The expression of caspase-3, an apoptosis-related gene, was also elevated in the low/high water temperature and low pH conditions, with the highest expression observed when the high temperature was combined with the low pH. Additionally, high levels of apoptosis were detected in abalone exposed to high temperature and low pH conditions. Overall, this study demonstrates that abalone experience an increased expression of antioxidant enzymes and cell death in response to warming temperatures, alone, and in combination with acidification. Specifically, high temperatures promoted cell death by upregulating genes associated with oxidative stress and apoptosis, compared to low pH environments. 2. Effect of salinity and pH on oxidative stress and apoptosis in disk abalone In In this study, the effects of low salinity and low pH on abalone were investigated by exposing them to a complex environment of 26 PSU and pH 7.5 for 5 days. The degree of oxidative stress, antioxidant enzyme levels (ROS, SOD, and CAT), and osmotic pressure generated in the body of abalone were assessed. Changes in the expression levels of regulation-related genes (Na+/K+-ATPase) and the degree of cell death and DNA damage were also analyzed to determine the effects of salinity and pH changes in abalone. The results showed that the effects of the low salinity and low pH combined to induce significantly higher levels of H2O2 concentration in the hemolymph alongside the expressions of SOD, CAT, and caspase-7 mRNA in the hepatopancreas, compared to the effects of low salinity or low pH alone. As the exposure time elapsed, the degree of DNA damage increased along with caspase-7 mRNA expression. The gill NKA expression and activity, and hemolymph osmolarity were significantly decreased in the low-salinity experimental group. However, there was no significant difference in the NKA expression and activity in the pH 8.1 (control) and low pH experimental groups. These findings suggest that the combined effects of low salinity and low pH can cause uncontrollable levels of ROS-mediated oxidative stress, leading to cell death and DNA damage in abalone. 최근 산업화로 인한 화석 연료의 사용량 증가와 더불어 대기 중의 CO2 농도가 지속적으로 증가하고 있다. 따라서 해양생태계는 이러한 영향 등으로 인하여 수온 및 염분 변화 그리고 산성화 등의 환경 변화에 직접적으로 노출되어 있는 실정이다. 서식지의 환경 변화에 해양생물이 노출될 경우 체내에서는 superoxide anion radicals (O2−)과 hydrogen peroxide (H2O2)와 같은 강력한 산화력을 지닌 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)이 생성된다. 또한, ROS가 체내에서 과도하게 생성되면 DNA와 같은 핵산을 포함한 각종 세포 내 물질이 산화되거나 세포사멸이 촉진되는 등 다양한 형태로 산화스트레스가 유발된다. 생물체는 superoxide dismutase (SOD)와 catalase (CAT) 등과 같은 항산화효소를 이용하여 체내에서 생성된 ROS를 제거하려는 항산화 메커니즘이 작동되는데, 이 과정에서 SOD는 O2−를 H2O2로 전환시키고 CAT는 H2O2를 무독한 물(H2O)과 산소(O2) 분자로 전환시킨다. 그러나 이러한 항산화 메커니즘의 작동에도 불구하고 체내에서 미처 제거되지 못한 ROS는 지질과산화(lipid peroxidation; LPO) 및 DNA 손상을 유도하여 궁극적으로는 세포사멸로 이어질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 현재 진행 중이거나 앞으로도 지속적으로 발생될 것으로 예상되는 지구 온난화 및 해양 산성화 현상을 가정하여 해양생태계에서 실제로 나타날 수 있는 복합 환경 변화 시나리오를 실험구로 설정하여 전복 Haliotis discus hannai을 노출시킨 후 산화스트레스 및 항산화 메커니즘 관련 실험을 진행하였다. 즉, 수온, 염분 및 pH 변화 등의 복합적인 환경(수온+pH, 염분+pH) 하에서 해양 복족류인 전복이 체내에서 발생된 산화스트레스를 제어하기 위한 항산화 반응 그리고 세포사멸을 포함한 다양한 생리학적 반응을 조사하였다. 1. 수온 및 pH가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향 본 연구는 전복을 다양한 수온(15℃, 20℃ 및 25℃) 및 pH(7.5, 8.1)의 복합 환경 조건에 5일간 노출시킨 후 전복 체내에서 발생되는 산화스트레스의 조절 메커니즘을 파악하기 위하여 진행되었다. 산화스트레스 지표로 알려져 있는 ROS와 MDA 그리고 항산화 효소(SOD, CAT) 및 세포사멸 관련 유전자(caspase-3)의 발현 수준을 분석하여 수온 및 pH 변화가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향을 조사하였다. 또한, 수온 및 pH 변화가 전복에 미치는 영향을 가시적으로 확인하기 위하여 in situ hybridization 및 Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling (TUNEL) assay를 통하여 분석하였다. 그 결과, 저∙고수온 또는 낮은 pH의 단일 조건 변화에 노출시킨 전복에서 ROS와 MDA의 증가가 관찰되었으며, 저∙고수온과 낮은 pH의 복합 실험구에 노출시킨 전복에서 특히 ROS와 MDA의 유의적인 증가가 관찰되었다. SOD 및 CAT의 경우에도 ROS 및 MDA의 변화와 유사하게 저∙고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 발현량이 유의적으로 증가하였다. 세포사멸 관련 유전자인 caspase-3는 저∙고수온 또는 낮은 pH의 단일 조건에서 발현량이 증가하였으나, 특히 고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 유의적으로 가장 높은 발현량을 보였다. 또한, 고수온 및 낮은 pH의 복합 실험구에서 가장 높은 수준의 세포사멸이 발생되었음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과를 종합해 보면, 온난화 단독 조건(고수온)과 온난화와 산성화를 결합한 복합 환경 조건(고수온+낮은 pH) 모두에서 전복의 체내 항산화 효소의 발현량이 증가하였을 뿐만 아니라 세포사멸 또한 발생하였다. 특히, 고수온 환경은 낮은 pH 환경에 비하여 산화스트레스와 세포사멸 관련 유전자의 활성을 증가시켜 세포사멸을 촉진시킨 것으로 판단된다. 2. 염분 및 pH가 전복의 산화스트레스와 세포사멸에 미치는 영향 본 연구는 전복을 저염분(26 psu) 및 낮은 pH(7.5)의 복합 환경 조건에 5일간 노출시킨 후, 전복의 체내에서 발생되는 산화스트레스의 조절 메커니즘을 파악하기 위하여 진행되었다. ROS의 발생 정도는 H2O2 농도로 분석하였으며, 항산화 효소(SOD, CAT) 그리고 삼투압 조절 관련 유전자(Na+/K+-ATPase, NKA)의 발현량을 분석하여 염분 및 pH 변화가 전복의 산화스트레스 반응 및 삼투압 조절에 미치는 영향을 파악하였다. 또한, 염분 및 pH 변화로 인한 전복의 세포사멸 발생 정도를 확인하기 위하여 세포사멸 관련 유전자인 caspase-7 발현량을 조사하였고, comet assay 분석을 통해 DNA의 손상 정도를 확인하였다. 그 결과, 저염분 또는 낮은 pH의 단일 조건 실험구에 비하여 저염분과 낮은 pH의 복합 실험구에 노출시킨 전복의 혈림프에서는 H2O2 농도가 그리고 간췌장에서는 SOD, CAT 및 caspase-7 mRNA 발현이 유의적으로 높게 나타났다. 모든 실험구에서는 노출 시간이 경과함에 따라 caspase-7 mRNA의 발현과 더불어 DNA의 손상 정도가 증가하였다. 또한, 아가미 NKA의 발현과 활성 그리고 혈림프의 삼투압 농도는 저염분 실험구에서 유의하게 감소하였으나, pH 8.1(대조구)과 낮은 pH 실험구에서는 NKA의 발현과 활성이 유의적인 차이를 보이지 않았다. 본 연구 결과를 종합해 보면, 전복은 저염분 또는 낮은 pH의 단일 환경 조건에 노출되는 경우에 비하여 저염분과 낮은 pH의 복합 환경 조건에서 더 많은 스트레스가 유발되었음이 확인되었다. 최근 지속적으로 발생되고 있는 지구 온난화 및 해양 산성화 현상과 같이 다양하고 복합적인 환경 변화에 노출된 전복 체내에서는 제어할 수 없는 수준의 ROS 매개 산화스트레스가 발생될 수 있다. 따라서 전복은 체내에서 발생된 산화스트레스를 제거하기 위하여 항산화 메커니즘을 작동하지만, 그럼에도 불구하고 제거되지 못한 ROS는 세포사멸 및 DNA의 손상을 유발하여 전복에게 악영향을 미칠 수 있을 것으로 판단된다. 해양 복족류인 전복은 국내∙외에서 주요 양식 대상 종으로 알려져 있음에도 불구하고 전복의 산화스트레스 및 항산화 반응 관련 연구는 많이 진행되어 있지 않다. 따라서 본 연구 결과는 최근 지속적으로 발생하고 있는 지구 온난화 및 해양 산성화의 진행에 따라 현실적으로 나타날 수 있는 해양생태계의 환경 변화가 전복에게 미칠 수 있는 분자내분비학적 측면의 정보를 제공할 수 있다는 점에서 의미가 있을 것으로 기대된다.

Indium-Tin-Oxide 인쇄박막 제작과 위험유해물질 센서 응용에 관한 연구

이석환 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2016 국내석사

A Study on the Preliminary Design and Performance Analysis of Radial Outflow Turbines for a Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle and an Organic Rankine Cycle

김준성 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내박사

최근 지구온난화 및 환경오염에 대한 경각심이 더욱 커지며, 점진적으로 환경규제를 강화하고 있다. 또한, 환경문제의 원인이 되는 고전적인 발전 시스템을 대체할 수 있는 방안에 대하여 전 세계적으로 주목하고 있다. 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클은 이러한 세계적인 경향에 적합한 친환경 발전 사이클이다. 한편, 터빈은 발전 사이클의 효율에 있어 지대한 영향을 미치는 요소이다. 근래 이러한 발전 사이클의 터빈으로 외향 반경류 터빈에 대한 관심이 커지고 있다. 외향 반경류 터빈은 설계와 제작에 있어 축류 터빈보다 용이하고, 고출력이 요구되는 설계조건에 있어 내향 반경류 터빈보다 유리하다. 외향 반경류 터빈이 지닌 다양한 장점으로 인하여, 일부 연구기관에서는 친환경 발전 사이클용 외향 반경류 터빈의 설계기법에 관한 연구를 수행하고 있다. 그러나 기존의 연구에서는 터빈의 예비설계단계에서 목표 효율이 불분명하다. 설계된 터빈의 효율이 열역학적 사이클에서 고려된 터빈의 효율과 상이할 시, 사이클은 설계된 터빈의 효율을 고려하여 재설계되어야 한다. 그러므로 터빈의 예비설계단계에서 목표효율을 분명히 하고, 설계된 터빈은 목표효율을 충족할 필요가 있다. 본 연구에서는 독창적인 알고리즘을 이용하여 외향 반경류 터빈의 예비설계 프로그램을 개발하였으며, 대표적인 특징은 다음과 같다. 우선, 목표효율을 프로그램의 입력변수로 사용함으로써 열역학적 사이클에서 요구하는 효율에 근접하도록 터빈을 설계할 수 있다. 또한, 터빈의 주요형상을 결정하고, 효율에 큰 영향을 미치는 노즐 출구의 상태량을 정확하게 예측하기 위하여 압력손실모델을 이용하였다. 그리고 효율적이고 용이하게 터빈을 설계하도록 알고리즘을 구성하였다. 마지막으로 오직 하나의 변수에 대하여 반복계산을 수행함으로써 빠른 시간 내 터빈의 설계가 가능하다. 개발한 예비설계 프로그램을 활용하여 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클용 외향 반경류 터빈의 설계를 수행하였다. 예비설계 프로그램에서 제시한 터빈의 초기형상은 설계조건을 다소 만족하지 못하였으나, 깃의 편향각이 터빈의 성능에 있어 지대하게 영향을 미치는 중요변수임을 밝혔다. 본 연구에서는 터빈의 초기 형상에 대하여 체계적이고 용이한 최적화 기법을 제시하였다. 예비설계 프로그램에서 제시한 터빈의 초기형상은 최적화 기법을 통하여 각 사이클의 설계조건을 만족하는 외향 반경류 터빈을 설계할 수 있었다. 설계된 외향 반경류 터빈은 다양한 작동조건에 따른 탈설계 성능분석이 수행되었다. 그 결과, 각 터빈의 회전수에서 터빈의 입구온도, 질량유량 및 압력비가 상승할수록 터빈의 출력이 증가하는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 설계 회전수에 근접하도록 터빈을 작동하는 것이 터빈의 성능에 유리하다는 결과를 얻었다. 각 사이클의 터빈은 독립변수들의 변화에 따라 출력 및 효율에 있어 대체적으로 유사한 경향을 보였다. 한편, 외향 반경류 터빈은 초임계 이산화탄소보다 유기냉매를 사용할 때 운전조건의 변화에 따라 민감하게 효율이 변화하는 결과를 보였다. 외향 반경류 터빈의 탈설계 성능분석결과를 활용하여 비속도, 부하계수 및 유량계수에 따른 성능곡선을 제시하였다. 본 연구에서 제시한 성능곡선을 통하여 초임계 이산화탄소 및 R143a용 외향 반경류 터빈은 비속도, 부하계수 및 유량계수에 따라 효율예측이 가능하다. 상기 무차원 변수에 따른 성능곡선에서 고효율 및 저효율 지점을 지정한 뒤, CFD 수치해석결과를 분석하였다. 그 결과, 로터 깃의 압력분포, 정체점의 위치 및 입사각 등이 외향 반경류 터빈의 효율에 영향을 미치는 요소임을 밝혔다. 한편, 외향 반경류 터빈은 작동유체에 따라 성능곡선이 상이할 뿐만 아니라, 고효율을 기대할 수 있는 무차원 변수의 범위가 다르다. 그러나 본 연구에서는 각 터빈의 성능곡선에서 공통적으로 고효율에 해당하는 무차원 변수의 범위를 발견할 수 있었다. 즉, 고효율이 요구되는 외향 반경류 터빈의 최적설계 시에 범용적으로 사용할 수 있는 무차원 변수의 범위를 본 연구에서 제안하였다. 본 연구에서 밝힌 연구결과들은 지속적으로 향상될 외향 반경류 터빈 설계기술의 초석이 될 것으로 기대된다. 추후 외향 반경류 터빈의 예비설계 프로그램 및 성분분석에 대한 연구가 꾸준히 이루어진다면, 본 연구에서 개발한 터빈의 설계기술이 초임계 이산화탄소 발전 사이클과 유기 랭킨 사이클 분야에 점진적으로 자리매김할 수 있을 것으로 기대된다.

Dietary substitution effect of Undaria pinnatifida with onion extract by-product on growth, chemical composition and air exposure stress of juvenile abalone (Haliotis discus, Reeve 1846) : 배합사료내 양파착즙 부산물의 미역대체에 따른 까막전복(Haliotis discus) 치패의 성장

정해승 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2020 국내석사

Effect of dietary substitution of Undaria pinnatifida with onion extract by-product (OEB) on growth, body composition and air exposure stress of juvenile abalone was determined. One thousand and eighty juvenile abalone were randomly distributed into 18 100 L net cages (sixty per cage). Five formulated diets were prepared. Twenty percent U. pinnatifida was included into the control (Con) diet. Twenty five, 50, 75 and 100% U. pinnatifida were substituted with an equal amount of OEB, referred to as the OEB25, OEB50, OEB75 and OEB100 diets, respectively. Finally, dry U. pinnatifida was prepared to compare formulated diets on growth performance of abalone, referred to as the Undaria. Each diet were randomly assigned to triplicate groups of abalone and fed to abalone once a day to satiety with little leftover for 16 weeks. After the 16-week feeding trial, abalone were subjected to air exposure for 24 h and survival was monitored for the next 4 days. Weight gain and specific growth rate (SGR) of abalone fed all formulated diets were greater than those of abalone fed the Undaria. The greatest weight gain and SGR were obtained in abalone fed the OEB50 diet, followed by the OEB75, OEB25, Con and OEB100 diets, in that order. Weight gain and SGR of abalone fed the OEB100 diet were lower than those of abalone fed the Con diet. Shell length, width and height and soft body weight of abalone tended to agree with growth rate of abalone. No difference in the chemical composition of the soft body of abalone was observed. The survival of abalone fed the OEB25, OEB50, OEB75 and OEB100 diets was higher than that of abalone fed the Undaria and Con diet at the end of 4-day post observation after 24-h air exposure. In conclusion, U. pinnatifida up to 75% could be replaced with OEB in abalone feed when 20% U. pinnatifida was included. The greatest growth performance was obtained in abalone fed the OEB50 diet. 까막전복(Haliotis discus) 치패용 배합사료내 미역대체원으로서 양파착즙 부산물의 첨가가 전복의 생존율, 성장, 체조성 및 공기노출 스트레스에 미치는 영향을 조사하였다. 전복 치패(평균 체중 ± SE: 6.0 ± 0.00 g) 1,080마리를 18개의 100-L 네트 케이지에 각각 60마리씩 수용하였다. 총 5종류의 실험사료를 준비하였으며, 20%의 미역을 첨가하여 제조한 대조구 사료(Con), Con 사료내 미역을 양파착즙 부산물로 각각 25, 50, 75, 100% 대체한 OEB25, OEB50, OEB75, OEB100 사료와 자연산 먹이인 건조 미역(Undaria)을 준비하였으며, 실험구는 3반복을 두었다. 먹이는 전복 전체중의 1.5%−2.5% 수준으로 1일 1회 충분히 공급하였으며, 총 16주간 공급하였다. 16주간의 사육실험 종료 후 전복을 24시간 동안 공기중 노출 시킨 후 4일간 누적 폐사율을 관찰하였다. 16주간의 사육실험 결과, 전복의 생존율은 86.1% 이상으로 나타났다. 증체량(weight gain) 및 일일성장률(specific growth rate, SGR)은 모든 전복용 배합사료 공급구에서 미역 공급구보다 우수하게 나타났고, OEB50 사료 공급구에서 가장 높은 성장률이 나타났으며 다음으로는 OEB75, OBE25, Con, OEB100 사료 순서로 높은 성장률이 나타났다. 사육실험 종료시 생존한 전복의 각장, 각폭 및 가식부 무게는 전복의 성장 결과와 유사한 경향을 보였다. 전복의 가식부 일반성분 분석 결과 모든 실험구간에 차이가 나타나지 않았다. 전복을 24시간 공기 중 노출 시킨 후 생존율을 관찰한 결과 미역을 양파착즙 부산물로 대체한 모든 배합사료 공급구에서 미역과 Con 사료 공급구 보다 높은 생존율이 나타났다. 이상의 결과를 고려할 때 까막전복용 배합사료내 미역을 20% 첨가시 양파착즙 부산물로 75%까지 대체 가능하며, 배합사료내 미역의 50%를 양파착즙 부산물로 대체시 전복의 성장 향상에 효과적인 것으로 보인다.

Long-range Underwater Acoustic Communication in the East Sea : Sea-going experiment and Performance

김동현 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2023 국내박사

스퍼터링을 이용한 고품질 AlN 박막 성장과 평가

조성민 한국해양대학교 해양과학기술전문대학원 2018 국내석사

넓은 밴드갭, 높은 열전도도와 표면 탄성 속도와 같은 우수한 물성을 지니고 있는 AlN (질화 알루미늄)은 다양한 분야에 활용되고 있다. 지금까지는 AlN 박막은 주로 MOCVD, MBE 및 스퍼터 등과 같은 박막 성장 장비들을 이용하여 성장하였다. 하지만 스퍼터로 제작된 AlN 박막은 저온 성장의 가능성, 박막의 낮은 거칠기 및 낮은 제조 단가와 같은 장점이 있지만 결정성의 관점에서는 특정 용도로서 활용에는 충분하지 않았다. 스퍼터된 AlN 박막의 결정성은 스퍼터링 조건들에 영향을 받는 것으로 보고된다. 그러므로 스퍼터링 방법으로 고품질의 AlN 박막을 제조하기 위해서는 스퍼터링 조건이 AlN 박막에 미치는 영향에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 AlN 박막의 응용 확대를 위해, 스퍼터링을 이용하여 AlN 박막의 성장과 평가에 관한 연구를 하였다. 1장에서는 이 연구의 배경과 동기에 대해 소개하였다. AlN의 결정 구조, 특성, 응용 분야 및 AlN 박막을 제작하기 위한 방법들을 서술하였다. 2장에서는 실험에 사용한 장비에 대해 기술하였다. AlN 박막의 제조를 위한 스퍼터링 방법들과 XRD, SEM, EDS, AFM, CL과 같은 AlN 박막의 분석 및 평가를 실시한 장비들을 설명하였다. 3장에서는 DC 반응성 가스 마그네트론 스퍼터를 이용하여 AlN 박막의 성장에 대해 설명하였다. 박막들은 공급량의 변화에 따라 화학양론적 조성의 변화에 대한 관점으로 결정성에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 4장에서는 펄스 스퍼터를 이용하여 AlN 박막에 성장에 대해 연구하였다. 3장의 내용을 활용하여 AlN 박막의 성장 조건 최적화를 실시하였다. 5장에서는, 다양한 분야의 활용 가치를 판단하기 위해, 4장에서 최적화된 AlN 박막의 물성을 평가하였다. 마지막으로 6장에서 모든 결과를 요약하고 본 연구의 결론을 설명 하였다. AlN (aluminum nitride), which has excellent properties such as wide band gap, high thermal conductivity and surface acoustic velocity, is utilized in various fields. Up to now, AlN thin films are mainly grown using thin film growth equipments such as MOCVD, MBE and sputter. However, AlN thin films fabricated by sputtering have advantages such as a higher possibility of a low temperature growth, a low roughness of thin film and a low manufacturing cost, but it is not satisfying in terms of crystallinity for certain applications. It was reported that the crystallinity of the sputtered AlN thin film is affected by the sputtering conditions. Therefore, in order to fabricate high-quality AlN thin films by sputtering, it is necessary to study the influence of sputtering conditions on AlN thin films. In this study, I researched the growth and evaluation of AlN thin films by sputtering for the widen application of AlN thin films. In the chapter 1, the background and motivation of this study were introduced. The crystal structure, properties, application fields of AlN and methods for fabricating AlN thin films were described. In the chapter 2, the equipments used in the experiment were introduced. The sputtering methods for fabrication of AlN thin film and equipments for the analysis and evaluation of AlN thin films such as XRD, SEM, EDS, AFM, and CL are described. In the chapter 3, The growth of AlN thin films was demonstrated using a DC reactive gas magnetron sputter. The Influences to the crystallinity in terms of the stoichiometric composition change with changes of the supply amount were investigated. In the chapter 4, The growth of the AlN thin film is discussed using a pulsed sputter. The growth conditions of the AlN thin film are optimized by utilizing the content of chapter 3. In chapter 5, In order to evaluate the utilization value of various fields, the physical properties of the optimized AlN thin films were evaluated in chapter 4. Finally, In the chapter 6 all results are summarized and conclusions of this study were explained.