1초에 100억개 중성자 만든다

입력: 2023-09-21 11:07 이준기 기자

폰트

기자 구독

원자력연, 고선량 이동형 중성자 발생장치 개발
성능 기존 장치의 10배 이상...세계 최고 수준

국내 연구진이 다량의 중성자를 발생하면서 이동과 설치가 간편한 세계 최고 수준의 고선량·이동형 중성자 발생장치 기술을 내놨다.

한국원자력연구원은 김선호 박사 연구팀이 고에너지의 중수소 이온빔을 만드는 장치인 ECR(전자사이클로트론공명) 플라즈마원과 발생된 이온을 가속하는 '가속부'를 개발했다고 21일 밝혔다.

최근 티타늄 표적에 이온빔을 조사해 중성자를 만드는 중성자 발생장치가 여러 산업에 쓰이면서 주목받고 있다. 중성자는 방사성동위원소인 캘리포늄(Cf-252)에서 얻는데, 이를 장치에서 만들 수 있으면 다량의 중성자를 확보해 보다 물질을 빠르고 정확하게 분석할 수 있다. 이동과 설치가 쉬우면 현장에서 곧바로 사용할 수 있는 편의성도 갖는다.

연구팀은 중수소를 이온빔으로 바꿔주는 ECR 플라즈마원의 자기장 구조를 최적화해 이온빔 성능을 35mA에서 50mA까지 끌어 올렸다. 가속부는 이동이 가능한 크기 내에서 최대한 높은 에너지를 확보하는 게 관건인데, 전체 배치나 형상 변경을 통해 성능을 150keV에서 200keV(1.5V AA 건전지를 약 13만4000개 직렬 연결한 전압)까지 성능을 높였다. 성능이 한층 향상된 ECR 플라즈마원과 가속부로 구성된 중성자 발생장치는 세계 최고 수준인 초당 1010n(n/s는 1초에 100억개 중성자 발생)의 고선량 중성자를 만들 수 있다. 기존 이동형 장치보다 10배 이상 더 많은 중성자를 생성해 검사 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.

현재 미국이 만든 중성자 발생장치의 성능이 가장 좋지만, 규모가 상당히 커 이동과 설치는 어려운 한계가 있다. 연구팀이 개발한 중성자 발생장치는 세계에서 두 번째 성능을 가지면서 차폐체와 제어 시스템을 포함해도 트레일러 1대에 실고 이동할 정도로 이동과 설치가 간편하다. 연구팀은 낮은 중성자 발생 장치부터 산업화하기 위해 연구소기업 큐빔솔루션을 창업했다.

이동원 원자력연 핵물리응용연구부장은 "앞으로 자동차, 항공기, 군수 산업에서 핵심 부품의 비파괴 검사, 제철·석유화학단지 플랜트, 핵연료의 실시간 진단, 공항·항만 등 국가 주요시설 폭발물 탐지 등 다양한 분야에 활용할 수 있다"고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr