중성자 영상 검사, 원자로 없이 가속기로도 한다

사이클로트론 기반 중성자 영상검사 장치를 개발한 한국원자력연구원 연구진이다. (왼쪽부터) 문명국 책임연구원, 이동원 핵물리응용연구부장, 정봉기 선임연구원, 박정훈 사이클로트론응용연구실장, 이종철 선임연구원이다. 한국원자력연구원 제공

국내 연구진이 입자 가속기를 이용해 중성자 영상 검사를 할 수 있는 장치를 만들었다. 

한국원자력연구원은 정봉기 핵물리응용연구부 선임연구원 연구팀이 전북 정읍에 있는 한국원자력연구원 첨단방사선연구소에서 운영 중인 가속기 30메가전자볼트(MeV) 사이클로트론을 활용해 중성자 영상검사 장치를 개발했다고 23일 밝혔다. 

산업 현장에서 제품의 품질 관리를 위해 장비를 파괴하지 않고 내부의 결함을 파악하는 '비파괴 검사'를 많이 진행한다. 일반적으로 엑스선을 활용해 비파괴 검사를 하지만 금속 제품은 엑스선이 잘 투과하지 못해 분석이 어렵다. 

이런 경우 중성자를 활용한 검사를 한다. 중성자는 수소나 리튬과 같이 가벼운 물질과 잘 반응하고 금속과 같이 무거운 물질을 잘 투과하는 특성이 있기 때문이다. 국내에서는 연구용 원자로인 하나로를 통해서 자동차, 항공기 및 군수부품, 연료전지 등의 분야에서 활용해 왔다. 문제는 하나로를 운전하는 기간에만 검사가 가능하다는 점이었다.

정 연구원 연구팀은 하나로를 운전하지 않아도 가능한 중성자 영상검사 장치를 개발했다. 입자 가속기 사이클로트론을 활용해 중성자를 만든 뒤, 비파괴 검사를 실시하는 장치다. 사이클로트론에서 발생한 양성자를 베릴륨(Be) 표적에 조사해 중성자를 발생시켰다. 

장치를 통해 300㎛(마이크로미터·100만분의 1m) 결함까지 확인할 수 있는 해상도의 영상을 획득하는 데 성공했다. 미국, 일본 등 해외에서 주로 사용되는 가속기 기반 영상검사 장치와 견줄 수 있는 수준이다. 

향후 한국원자력연구원은 개발된 장치를 자동차, 우주, 방위산업 분야의 기업이 비파괴 검사를 실시하는 데 적극 활용할 수 있도록 개방할 예정이다. 장기적으로는 산업 현장에 직접 장치를 설치하고 활용할 수 있도록 지원할 계획이다. 

이동원 한국원자력연구원 핵물리응용연구부장은 “향후 대용량 고속 중성자 발생장치 개발도 추진해 산업계의 요구에 대응할 수 있도록 노력하겠다”라고 밝혔다. 

[이채린 기자 rini113@donga.com]