GIST, 초강력 중성자원 개발…"대형 가속기 없이 가능"

핵융합 연구 시험 플랫폼 중성자 정밀 측정 활용 가능성

GIST, 레이저 기반 중성자 생성 실험 개요. (그래픽=GIST 제공) [email protected]

[광주=뉴시스]이창우 기자 = 광주과학기술원(GIST)은 물리·광과학과 방우석 교수 연구팀이 고출력 레이저로 가속한 전자를 활용해 세계 최고 수준에 근접한 발생량과 안정적인 에너지 특성을 동시에 갖춘 초강력(고선속) 중성자원을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구팀은 GIST가 보유한 150테라와트(TW)급 고출력 레이저로 전자를 가속한 뒤, 이를 납 변환체에 충돌시켜 한 번의 레이저 펄스에서 약 3000만개의 중성자를 생성하는 데 성공했다.

이번 성과는 원자로·대형 입자가속기 같은 거대 연구시설 없이도 대학 실험실 규모의 레이저 장비만으로 초강력 중성자를 구현할 수 있음을 입증한 데 의미가 있다.

특히 레이저 기반 중성자원의 한계로 지적돼 온 '에너지 변동성' 문제를 개선해, 전자빔 에너지나 변환체 조건이 달라져도 중성자 에너지 분포가 거의 변하지 않는 안정적 특성을 확인했다.

중성자는 전하를 띠지 않아 두꺼운 금속을 투과하면서도 수소(H)·탄소(C)·질소(N) 등 유기물 성분을 구분할 수 있어 차세대 정밀 보안 검색 기술로 주목받고 있다.

연구팀은 이번에 개발한 중성자를 활용해 폭발물 식별이 가능함을 시뮬레이션으로 제시했다.

또 변환체의 두께와 재료를 최적화할 경우, 최대 1억6000만개까지 중성자 발생량을 늘릴 수 있다는 분석 결과도 내놨다.

(왼쪽부터) GIST 물리·광과학과 방우석 교수, 김형일 석박사통합과정생. (사진=GIST 제공) [email protected]

대학 실험실 규모 장비로 공항 보안 검색이나 산업용 비파괴 검사 등 현장 적용 가능성을 한층 높였다는 평가다.

이번 성과는 최근 전남 나주시가 구축 사업지로 선정된 핵융합(인공태양) 연구시설과도 연관성이 있다. 인공태양에서 발생하는 중성자를 정밀 측정하기 위한 검출·계측 기술을 검증하는 시험 플랫폼으로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

방우석 교수는 "이번 연구는 레이저 기반 중성자원의 불안정성에 대한 우려를 해소하고, 이 기술이 영상·탐지 분야에서 실험실 수준을 넘어 실제 응용 단계로 확장될 수 있음을 입증한 성과"라고 말했다.

연구 결과는 국제학술지이자 세계적인 학술지 Cell의 자매지  Cell Reports Physical Science(IF 7.3)에 지난달 26일 게재됐다.

GIST 물리·광과학과 방우석 교수가 지도하고 김형일 석박사통합과정생이 제1저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원을 받았으며, 기술이전 관련 협의는 GIST 기술사업화센터로 문의하면 된다.


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