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201711.30

“속을 모르겠다고?” KSTAR 중성자면 OK!

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/kstar/756

기술이전 화제 모은 핵융합() ‘고속중성자 이미징 기술

비파괴검사학회 우수논문상 받으며 사업화 전망 재확인

 

 

고속중성자 이미징 기술로 비파괴검사학회 우수논문상을 수상한 이영석 박사  

    

KSTAR는 핵융합 연구라는 과학기술 개발 뿐 아니라 한국의 산업발전에도 큰 영향을 끼치고 있습니다. KSTAR 같은 핵융합장치에 적용되는 첨단 기술들이 다양한 산업 분야에서 활용할 수 있는 파생 기술을 만들어 내고 있기 때문입니다. 비파괴 검사 분야의 떠오르는 신기술인 고속중성자 이미징 기술도 그 대표적인 사례입니다. 지난 10월 한국비파괴검사학회 우수논문상에도 선정되기도 한 고속중성자 이미징 기술에 대해 개발자인 이영석 박사님을 찾아 해당 기술의 쓰임새와 전망에 대해 자세히 알아보았습니다.

 

 

국내 최초의 고속중성자 비파괴검사 기술

 

이번 수상 논문의 정식 이름은 고속중성자 투시영상 및 정밀진단 계측기술이다. 비교적 익숙한 단어들 가운데 유독 어렵게 느껴지는 말이 있다. 바로 고속중성자라는 단어이다. 먼저 이 박사의 설명을 들어보았다. 이 박사는 KSTAR 연구센터 플라즈마진단연구팀에서 일하고 있다.

 

초고온 플라즈마 상태인 KSTAR의 내부에서 중수소 간 핵융합 반응을 일으키면 아주 높은 에너지를 가진 고속중성자와 헬륨이 만들어지게 됩니다. 제가 연구하는 플라즈마 진단 기술 중 고속중성자 진단은 KSTAR 장치 안에서 핵융합 반응이 잘 발생하고 있는지 확인하는 기술입니다. 고속중성자가 많이 발생한다는 것은 곧 핵융합 장치 내부의 플라즈마에서 핵융합 반응이 활발하게 일어나고 있음을 뜻하는 것이지요.”

  

 

금속재질별로 고속중성자의 투과력을 실험하는 시편

    

 

그러면 핵융합 반응의 결과물인 고속중성자를 산업적으로도 활용해보려는 아이디어는 어떻게 시작되었을까?

 

고속중성자는 철, 알루미늄, 니켈, 납 등 무거운 금속물질을 잘 투과하는 성질을 지녔습니다. 또 침투 정도가 기존 비파괴검사장비에 쓰이던 초음파나 방사선보다 훨씬 깊기 때문에 물질의 형상 뿐 만 아니라 성분까지 분별할 수 있지요. 따라서 크기나 구조에 상관없이 거의 모든 물체의 내부를 정확하게 진단하고 계측할 수 있습니다. 공항 검색대나 항만의 대형컨테이너에서 폭발물과 마약 성분도 측정 가능합니다. 항공우주분야라면 엔진과 기체의 결함을 찾는 데 활용할 수 있고 포탄과 미사일의 화약 충진율과 뇌관의 이상 여부도 확인할 수 있지요. 하지만 세계적인 수요에도 불구하고 관련 장치 개발이 늦은 건 고속중성자를 얻기가 어렵기 때문입니다.”

 

고속중성자를 산업에 활용하기 위해서는 먼저 고속중성자를 생성하고 연구하는 거대장치가 있어야 한다. 우리나라에서는 KSTAR가 유일하다. 이미 다양한 산업현장에서 KSTAR의 파생기술이 활용되는 것을 알고 있었던 이 박사는 자신의 연구 분야에서도 국가 산업 발전에 기여할 수 있는 방안을 찾았다. 그러던 중 국내 산업계에서 사용되는 비파괴검사장치의 90% 이상이 수입에 의존하고 있다는 사실을 알게 된다.

 

우리나라는 물론 해외에서도 고속중성자 관련 연구시설은 흔치 않습니다. 따라서 고속중성자 기반의 비파괴검사 기술을 선도적으로 개발한다면 국내 산업의 자립도와 함께 국제적으로도 기술적 우위를 확보할 수 있으리라 생각했습니다.”

 

 

“4차 산업혁명 기술 융복합비파괴검사 패러다임을 바꾸다

 

국내에서 고속중성자 기반의 비파괴검사 기술 개발은 처음 시도되는 일이라 어려움이 많았다. 특히 좋은 화질의 영상을 얻기가 까다로웠다. 하지만 이 박사는 오랜 연구개발 끝에 해결책을 찾아냈다. 고속중성자가 물체를 투과한 뒤 물리량이 변하는 것을 측정하는 방식으로 선명한 영상을 얻을 수 있음을 알게 된 것이다.

 

하지만 기술개발이 전부는 아니었다. 이 기술을 이전받아 실제 장비로 구현할 회사를 결정하는 것도 쉬운 일은 아니었습니다. 비파괴검사학회와 산업기술박람회를 통해 기술이 소개되며 5~6곳의 기업들이 큰 관심을 나타냈다. 이 박사는 그중 가장 적극적이었던 기업에 기술을 이전, 현재 국방장비 부품의 결함 여부를 확인하는 정밀계측장비 개발을 추진하게 된다.

 

  동일한 공구제품을 엑스선(왼쪽)과 고속중성자 기술(오른쪽)로 촬영한 모습

 

해외에서는 이미 독일, 미국, 스위스 등지의 항공·자동차 대기업들이 고속중성자 비파괴검사 기술을 활용하고 있다. 이 박사는 국내 최초로 개발된 핵융합()의 고속중성자 비파괴검사 기술 역시 방위산업 시작으로 항공, 자동차, 운수, 부품 소재와 문화재 연구까지 우리나라 산업 전반에서 폭넓게 활용되기를 바라고 있다.

 

이 박사가 최근 주목하고 있는 분야는 전기차를 비롯해 갈수록 용도가 확산되고 있는 이차전지, 그리고 차세대 이동수단으로 떠오르는 수소차 분야다. 이들 분야에서는 모두 수소가 중요한 역할을 하는데, 고속중성자가 특히 수소와 반응도가 높기 때문에 기존의 장비들이 접근하지 못하는 영역에서 큰 역할을 하게 되리라 기대하고 있다.

 

이 박사는 요즘 고속중성자 비파괴검사 기술을 바탕으로 더욱 높은 성능의 융복합 장치와 검사기법을 개발하는 데도 관심이 많다. 특히 인공지능과 빅데이터, 바이오기술 등 4차 산업혁명의 핵심기술들과 접목해 단순 투시에 머무르고 있는 비파괴검사 기술을 정밀계측과 자동분석까지 스마트하게 발전시킬 수 있는 방향을 모색 중이다.

 

“KSTAR와 핵융합연구 자체가 최첨단 과학기술의 복합체인 만큼 곧 또 다른 융복합 고속중성자 기술이 탄생할 것이라 기대하고 있습니다. 앞으로도 저와 연구소 본연의 임무인 핵융합에너지 개발뿐만 아니라 연구 과정에서 나오는 다양한 파생기술들이 더 많은 국가 산업에 응용될 수 있도록 노력하겠습니다.”

 

오랜 연구 끝에 새로운 해결책을 찾아가는 그의 모습을 통해 KSTAR에서 또 어떤 신기술이 탄생할 수 있을지 기대해 본다.

 

 

  

KSTAR와 이영석 박사. 그는 플라즈마 진단을 연구하던 중 파생기술인

고속중성자 이미징 기술 개발에 성공했다 

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