산업 비파괴 검사 이제는 가속기로 한다

중성자 영상 검사 테스트를 위해 장치를 조작하고 있는 모습

한국원자력연구원 제공

산업 현장에서 제품 품질 관리를 위해 많이 사용하는 방법이 비파괴 검사다. 보통 엑스선을 사용하지만, 금속 제품은 투과하지 못해 분석이 어렵다. 이때 중성자를 활용한 검사를 하는데, 국내에서는 연구용 원자로 ‘하나로’를 통해서만 가능하다.

국내 연구진이 원자로가 아닌 가속기를 이용해 중성자 영상 검사를 할 수 있는 장치를 개발해 눈길을 끈다.

한국원자력연구원 핵물리응용연구부, 중성자과학부, 사이클로트론응용연구실 공동 연구진은 입자 가속기 ‘사이클로트론’을 이용해 중성자를 만들어 비파괴 검사를 해 선명한 영상을 얻을 수 있는 중성자 영상 검사 장치를 개발했다고 23일 밝혔다.

중성자는 수소, 리튬같이 가벼운 물질과 잘 반응하는가 하면 금속처럼 무거운 물질도 잘 투과하는 특성이 있어 엑스선으로는 확인하기 어려운 결함이나 금속 내부를 비파괴 검사할 수 있다.

지금까지 국내에서 중성자 생산 장비는 연구용 원자로 하나로가 유일했다. 하나로에서 만든 중성자를 이용한 영상 검사 장비로 자동차, 항공기, 군수품, 연료전지 등 분야에서 활용했지만, 원자로 운전 기간에만 검사할 수 있다는 문제가 있었다.

이에 핵물리응용연구부는 연구원의 정읍 첨단방사선연구소에서 운영하는 30MeV(메가 전자볼트) 사이클로트론으로 중성자 영상 검사 장치를 개발했다.

이 장치는 사이클로트론에서 발생한 양성자를 베릴륨 표적에 조사해 중성자를 발생시킨다. 사이클로트론의 부분 출력만으로 초당 1조 개의 중성자가 발생하고, 최대 출력 시 초당 50조 개까지 발생한다. 이렇게 생산된 중성자가 물체를 통과해 검출기에 반응하면서 발생한 빛으로 이미지 영상을 만드는 장치를 개발해 사이클로트론 기반 중성자 영상 검사 장치를 완성했다.

사이클로트론 기반 중성자 영상 검사 장치 개발 주요 연구진. (왼쪽부터) 문명국 책임연구원, 이동원 핵물리응용연구부장, 정봉기 선임연구원, 박정훈 사이클로트론응용연구실장, 이종철 선임연구원

한국원자력연구원 제공

연구를 이끈 이동원 원자력연구원 핵물리응용연구부장은 “이번에 개발한 장치는 300마이크로미터 결함까지 확인할 수 있는 해상도를 확보해 선진국의 가속기 기반 영상장치 장치와 비슷한 수준이며, 최종 인허가도 획득해 즉시 활용할 수 있다”라고 말했다. 이 부장은 “이번에 개발된 장치를 자동차, 우주, 방위산업 분야에 적극 활용할 수 있도록 개방할 예정이며, 산업 현장에 직접 장치를 설치하고 활용할 수 있도록 지원할 계획”이라고 덧붙였다.

유용하 과학전문기자