우리 연구진이 파편화된 첨단 방사선 검출 소재 최신 연구 동향·데이터를 하나로 엮어, 전세계 연구자들의 '참고서' 역할을 할 연구성과를 발표했다. 상용화 비전과 발전 로드맵 제시로 향후 관련 기술 개발을 획기적으로 앞당기는 데 중요 역할을 할 전망이다.
과학기술연합대학원대학교(UST·총장 강대임)는 한국원자력연구원(KAERI·원장 주한규) 스쿨의 노창현 원자력과학기술 전공 교수(교신저자), 카말 아스가르 박사과정생(제1저자) 연구팀이 차세대 방사선 검출 소재 총설 논문을 발표했다고 16일 밝혔다.
연구 논문은 재료과학 상위 1% 학술지 '프로그레스 인 머티리얼스 사이언스' 4월호에 게재됐다.
연구팀은 핵분열 중 생성되는 다양한 방사선 핵종과 알파·베타·감마·중성자 등 방사선 물질 간 상호작용 이해를 바탕으로, 최첨단 소재들이 어떻게 방사선 검출 기술을 혁신하는지 밝혔다.
그 예로 차세대 반도체 소재인 '할라이드 페로브스카이트'는 고에너지 감마선에 대한 반응 감도와 빛 출력 효율이 뛰어나 정밀한 방사선 분석에 탁월함을 밝혔으며, 수 나노미터(㎚) 크기 초미세 반도체 입자인 '양자점'은 빠른 방사선 반응 속도와 조절 가능한 광특성을 바탕으로 소형·유연 장비 제작에 적합함을 확인했다.
또 '금속-유기 골격체(MOFs)'는 내부에 미세한 공간을 가진 스펀지 같은 구조를 설계할 수 있어, 마치 체로 거르듯 특정 방사선만 선택적으로 흡수하고 검출할 수 있는 일종의 '발광 스펀지' 역할을 할 수 있음을 밝혔다. 원자 단위의 얇은 두께를 가진 '2차원 소재'는 전하가 초고속으로 이동하는 독특한 특성이 있어, 종이처럼 얇은 초박막 엑스레이 및 방사선 검출기 개발에 최적의 선택이 될 수 있음을 증명했다.
아울러, 자연계에 없는 나노 크기 인공 패턴으로 만든 '메타물질'을 활용하면 사방으로 퍼져나가던 방사선을 센서 쪽으로만 꺽이도록 유도할 수 있음을 밝히고, 기존 한계를 극복한 초고효율 방사선 검출기 구현이 가능함도 제시했다.
연구팀은 이런 첨단 소재들이 유연 전자소자 등 기술과 결합하면 휴대성과 환경 적응성을 극대화한 차세대 방사선 센서로 거듭날 수 있어, 원자력 시설의 안전 모니터링, 방사선 보안, 의학·우주·국방 등 방사선이 발생하는 다양한 산업 영역에 적용돼 혁신적 제품 개발로 이어질 수 있음을 제시했다.
카말 아스가르 UST 박사과정생은 “이번 연구는 빠르게 발전하는 방사선 검출용 첨단 소재 연구를 통합한 결과”라며, “원자력 분야의 정밀성과 안전성이 그 어느 때보다 중요해진 만큼, 이번 성과가 실제 현장에 적용 가능한 고효율·고신뢰성 방사선 검출 시스템 개발의 초석이 될 것으로 기대한다”고 전했다.
노창현 교수는 “원자력 에너지 시스템의 안전성과 효율성을 높이기 위해서는 정밀하고 신뢰도 높은 방사선 검출 기술이 반드시 뒷받침돼야 한다”며, “이번 총설 논문은 세계적으로 주목받는 첨단 소재들이 차세대 방사선 검출 기술을 어떻게 혁신하고 있는지 집대성한 결과물로, 향후 원자력 미래 소재 연구가 나아가야 할 방향성을 제시하는 중요한 이정표가 될 것”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
