한국원자력硏, 고효율 중성자 검출기 세계 3번째로 개발

중성자 회절장치의 측정 생산성을 최대 100배까지 높일 수 있는 '대면적 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기'를 개발한 문명국 박사.

연구용 원자로의 중성자를 이용한 물질 구조 연구에서 시료에서 반사된 중성자를 정밀 측정하고 측정생산성을 크게 높일 수 있는 '대면적 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기'가 우리 연구진에 의해 개발됐다.
한국원자력연구원(원장 양명승) 중성자과학연구부 문명국 박사팀이 개발한 '대면적 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기'는 연구용 원자로의 중성자를 이용해서 거대 분자의 구조를 해석할 수 있는 중성자 회절장치에 적용, 시료와 충돌한 뒤 반사되는 중성자 분포를 일거에 측정해서 측정 생산성을 획기적으로 높일 수 있다. 길이 1m가 넘는 대면적 곡면형 중성자 검출기의 실용화에 성공한 것은 미국 BNL(Brookhaven National Laboratory), 프랑스 ILL(Institut Laue-Langevin)에 이어 세계 3번째다.
개발과 동시에 이 '대면적 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기'는 일본 원자력연구개발기구(JAEA)의 요청으로 JAEA가 일본 도카이(東海)에서 운영 중인 연구용 원자로 JRR-3M에 공급하기로 했다.
중성자 회절장치는 연구용 원자로에서 생산한 중성자가 시료에 부딪친 뒤 반사하는 중성자의 분포를 분석해 시료의 물질 구조와 성질 등을 파악한다. 중성자는 전기를 띠지 않기 때문에 중성자와 헬륨-3(He-3)가 반응했을 때 생성되는 전자 신호를 검출하는 방식으로 중성자의 개수를 환산한다. 그러나 이때 발생되는 전자 신호의 크기는 아주 약하기 때문에 이를 위치별로 정확하게 측정하는 것은 고난도의 기술과 정밀성을 요구한다.
문명국 박사팀은 알루미늄 재질의 검출기 내부에 헬륨-3 가스를 채우고, 10~30㎛ 굵기의 금 도금된 텅스텐 전선 600여 개를 촘촘히 배치한 뒤 수 천 볼트의 고전압 전류를 흘려 위치별로 정확한 전자 신호를 검출할 수 있도록 했다. 또한 검출기를 대면적으로 만듦으로써 측정 생산성을 높이고, 곡면형 설계를 통해 전 방향으로 산란하는 중성자를 좀 더 정밀하게 검출가능하다.
한국원자력연구원은 '대면적 곡면형 2차원 위치민감형 중성자 검출기'를 연구용 원자로 하나로의 중성자를 이용해서 단백질과 단결정 등 거대 분자의 구조를 연구하기 위해 구축하고 있는 '고성능 중성자 회절장치(Bio-D)'에 적용할 방침이다. 장기적으로는 하나로에서 운영 중인 기존 중성자 산란/회절장치를 보완하는 데도 적용해 하나로의 중성자 물질 구조 연구를 세계적인 수준으로 끌어올린다는 계획이다.

글_전화영 기자 <한국원자력연구원 (042)868-2000 / www.kaeri.re.kr>