原子力研究所, 対面的中性子検出器商用化成功

원자력연, 대면적 중성자 검출기 상용화 성공

| 기사입력 2010-06-23 08:30

세계서 3번째…측정 생산성 최대 100배 향상

단백질과 단결정 등 거대 분자의 구조를 정밀하게 측정할 수 있는 대면적 중성자 검출기가 세계에서 3번째로 국내 연구진에 의해 개발, 일본 연구용 원자로에 공급된다.

한국원자력연구원 중성자과학연구부 문명국 박사팀은 연구용 원자로의 중성자를 이용해 시료에서 반사되는 중성자를 측정, 측정 생산성을 100배 가량 높일 수 있는 `대면적(1.2m) 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기"를 개발하는데 성공했다고 22일 밝혔다.

길이 1미터가 넘는 대면적 곡면형 중성자 검출기를 상용화하기는 미국 브룩헤이븐국립연구소(BNL)와 프랑스의 ILL에 이어 3번째다.

이번에 개발된 검출기는 평면형이 아닌 곡면형 구조를 띠고 있어 연구용 원자로에서 생산한 중성자가 시료와 충돌한 후 반사되는 중성자의 위치를 왜곡 없이 측정할 수 있어 연구의 정확성과 효율성을 높여준다. 중성자는 전기를 띠지 않아 직접 검출할 수 없어 중성자와 헬륨-3가 반응했을 때 생성되는 전자 신호를 검출하는 방식으로, 중성자의 개수를 환산하는데 이를 위치별로 정확하게 측정하는 것은 공학적으로 고난도의 기술과 정밀성을 요구한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 문 박사는 검출기 내부에 중성자와 반응하는 헬륨-3가스를 채우고 10∼30㎛(마이크로미터) 굵기의 텅스텐 전선 600여개를 배치한 뒤 수천볼트의 고전압 전류를 흘려 중성자와 헬륨-3가 반응해 생성되는 전자신호를 위치별로 정확하게 검출할 수 있도록 했다. 특히 검출기를 대면적으로 만들어 측정의 생산성을 높였고 곡면형태로 설계해 전 방향으로 산란하는 중성자를 보다 정밀하게 검출할 수 있도록 구현했다.

이에 따라 수평각 120도 이상, 수직각 60도 이상에서도 중성자를 검출할 수 있다. 이 검출기는 일본 원자력연구개발기구(JAEA)가 운영하고 있는 연구용 원자로(JPR-3M)에 공급될 예정이다. 또 거대분자 구조를 연구하기 위해 연구용 원자로 `하나로"에 구축하고 있는 고성능 중성자 회절장치에도 적용할 계획이다.

문명국 박사는 "이 검출기를 적용하면 회절장치의 측정 생산성을 최소 수배에서 최대 100배까지 높일 수 있을 것"이라며 "장기적으로 하나로에서 운영중인 중성자 산란ㆍ회절장치를 보완하는데 활용함으로써 하나로의 중성자 물질구조 연구의 수준을 끌어 올려 나가겠다"고 말했다.

대전=이준기기자 bongchu@

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