국내최초 성과…정용현 교수팀, 원자력통제기술원과 공동연구

연세대 미래캠퍼스 원주산학협력단과 한국원자력통제기술원은 '3차원 위치검출용 뮤온 단층촬영 시스템'을 개발하는데 성공했다고 23일 밝혔다. 시스템은 사용 후 핵연료 건식저장시설에서 핵물질 안전조치를 검증하는 데 사용되며, 국내에서 처음으로 개발됐다는 것이 연세대 측 설명이다.

연세대 미래캠퍼스 방사선융합공학과 정용현 교수 연구팀은 약 2년 동안 원자력 안전 연구개발 사업을 진행했다. 연구팀은 플라스틱 섬광체와 파장변이섬유(Wavelength-shifting fiber, WLS), 실리콘광전자증배소자(Silicon Photomultiplier, SiPM)를 이용해 기존 장치에 비해 계측 효율이 높고 성능(공간분해능)이 우수한 뮤온 단층촬영 시스템 개발에 성공했다.

연구팀은 단층촬영 시스템이 우주방사선인 뮤온 입자를 이용한다고 설명했다. 뮤온은 우주선이 대기권 내 원자들과 충돌하면서 생성되는 2차 우주방사선이다. 두꺼운 물체도 쉽게 통과할 정도로 투과력이 좋고, 우라늄과 같은 무거운 원소와 부딪힐 때에는 산란반응에 의해 운동궤적이 변화한다.

이런 특성을 이용해 촬영대상의 앞과 뒤쪽에 뮤온 영상 검출기를 두고, 뮤온 입자가 대상을 투과할 때 생기는 산란각도 변화를 측정함으로써 대상 물질을 식별하고 3차원 위치를 특정할 수 있다.

이 시스템을 이용하면 사용후핵연료 건식저장시설을 열어보지 않고도 내부에 핵물질이 얼마나 보관되어 있는지 확인할 수 있다. 특히 뮤온이라는 자연방사선을 이용하므로 방사선 피폭 및 대상 물체의 손상이 없으며, 설치가 간편하다는 장점이 있다.

정용현 교수는 "이번 연구를 통해 뮤온 검출기의 제작기술, 신호처리기술, 영상재구성 알고리즘 등 뮤온 단층촬영 시스템의 핵심기술을 확보했다는 것에 큰 의의가 있다"며 "개발한 시스템을 통해 사용후핵연료 건식저장시설 감시는 물론 공항이나 항만에서의 핵물질 탐지, 지하 구조 탐사, 대형구조물 비파괴검사 등에도 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

한국원자력통제기술원 연구지원관리실장 정희준 박사는 "이번 3차원 위치검출용 뮤온 단층촬영 시스템 개발은 국내 핵물질 탐지 기술을 세계적인 수준으로 끌어올린 중요한 성과"라며 "다양한 산업에 적용 가능해 국내 기술 발전 및 국가 경쟁력 향상에도 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

KPI뉴스 / 박에스더 기자 yonhap003@kpinews.kr

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