"총알 탄환 불량까지 구분한다"…중성자 영상검사장치 개발

원자력연, 사이클로트론 활용해 중성자 만들어
비파괴 검사로 선명한 영상..300㎜ 해상도 성능

한국원자력연구원은 사이클로트론 기반 중성자 영상검사 장치를 개발했다. 원자력연 제공

원자력연 연구팀이 사이클로트론 기반 중성자 영상검사 장치로 찍은 영상(오른쪽)과 엑스선 영상(가운데) 비교 모습. 중성자로 찍은 영상은 불량 탄환까지 구분할 수 있다. 원자력연 제공

가속기를 이용한 중성자 영상검사장치가 개발돼 물체를 파괴하지 않고 내부 결함 등을 정밀하게 관측할 수 있게 됐다.

한국원자력연구원은 정봉기 박사 연구팀이 전북 정읍의 첨단방사선연구소에서 운영 중인 30MeV 입자가속기인 사이클로트론을 활용해 중성자를 만들어 비파괴 방식으로 물체 내부의 영상을 얻을 수 있는 장치를 개발했다고 23일 밝혔다.

중성자는 수소나 리튬 등 가벼운 물질과 잘 반응하고 금속과 같이 무거운 물질을 잘 투과하는 특성을 갖고 있다. 기존 엑스선으로 검출하기 어려웠던 결함이나 금속 내부를 비파괴적으로 검사할 수 있다.

하지만 국내에서는 중성자를 만들 수 있는 시설이 연구용원자로인 하나로가 유일하다. 하나로를 이용한 중성자 영상검사 기술은 자동차, 항공기, 군수부품, 연료전지 등에 널리 쓰이지만 하나로를 운전하는 기간에만 검사가 가능해 활용에 제약이 있었다. 연구팀은 하나로 대신 입자 가속기인 사이클로트론을 이용했다. 먼저 사이클로트론에서 발생한 양성자를 베릴륨 표적에 쪼여 중성자를 발생시키는 장치를 개발했다. 이 장치는 초당 1조 개의 중성자가 발생하고, 최대 출력 시 초당 50조 개까지 중성자를 생성한다.

이렇게 만든 중성자가 물체를 통과해 검출기에 반응하면서 발생한 빛으로 이미지 영상을 만든다. 특히 300마이크로미터 결함까지 확인할 수 있는 해상도 성능을 지녀 미국, 일본 등의 장치와 어깨를 나란히 할 정도다. 연구팀은 가속기를 이용한 중성자 영상 검사장치를 자동차, 우주, 방위산업 분야 산업체가 비파괴 검사에 활용하도록 개방할 예정이다.

이동원 원자력연 핵물리응용연구부장은 "가속기 기반 중성자 영상검사 기술을 확보함에 따라 산업계가 보다 많이 활용할 수 있을 것"이라며 "앞으로 대용량 고속 중성자 발생장치 개발을 추진해 산업계 요구에 대응하겠다"고 말했다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr