[요즘 과학 따라잡기] 물질을 꿰뚫어보는 중성자/오인환 한국원자력연구원 책임연구원

'하나로'의 다양한 활용법

2019년 일본의 보복성 수출규제로 ‘소재·부품·장비’ 분야 연구개발에 대한 관심이 높아졌다. 신소재 개발을 위해서는 물질 이해가 필요한데 이를 위해서는 그 구성과 작동원리를 원자단위에서 바라봐야 한다. 많은 연구실에서는 이를 위해 일반적으로 X선 장비를 이용한다.

물질의 원자는 핵, 중성자 그리고 전자로 이루어져 있다. X선은 전자기파로 원자를 구성하는 전자에 의해 회절하는 성질을 갖고 있다. 이를 통해 간접적으로 전자의 위치를 파악하고 물질 내 원자들에 대한 정보를 얻는다. 원자가 무거울수록 전자 개수가 많아지는데, X선 특성상 가벼운 원자에 대해서는 정확히 알기 어렵다.

휴대전화와 전기자동차의 중요 부품인 배터리 연구의 경우 상대적으로 가벼운 원자인 리튬과 나트륨의 정확한 위치와 움직임을 파악하는 것이 핵심이다. 앞서 언급한 것처럼 X선을 이용한 연구에는 한계가 있기 때문에 이를 보완하기 위해 중성자를 활용한다. 전기적으로 ‘중성’을 띠고 있어서 전자에 의한 방해 없이 물질 내부 깊숙이 침투가 가능해 핵과 직접 상호작용을 통해 정확한 위치 정보를 알아낼 수 있다는 장점이 있다.

중성자를 얻기 위해서는 핵분열 또는 핵파쇄 두 가지의 방법을 이용한다. 핵파쇄 시설은 국내에 아직 없는 상황이기 때문에 핵분열을 이용해야 하는데 이를 이용할 수 있는 장치는 다목적 연구용원자로 ‘하나로’가 있다. 하나로를 이용한 다양한 신소재 연구가 활발해지길 기대한다.

오인환 한국원자력연구원 책임연구원