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중성자 SAS를 이용한 금속조직 특성연구

전문가 제언: ○ 원자력발전소는 핵분열에서 생성되는 열을 이용하여 전기를 생산하는 반면에 연구용 원자로는 핵분열의 방사선을 이용한다. 핵분열에 의한 방사선 중에서도 특히 중성자선이 여러 가지 연구 활동과 산업에 필요한 기술 개발에 많이 활용되고 있다. 우리나라의 연구용 원자로인 하나로는 국가의 대형 연구시설로서 국내외의 다양한 이용자들이 다양한 연구 목적에 활용하고 있다.

○ 하나로는 설계와 건설이 모두 우리나라의 기술로 이루어졌으며 이를 계기로 2010년에 요르단에 연구로 원자로를 수출하게 되었다. 원자로 노심에는 입방 센티미터 기준으로 약 2×10의 14승개의 중성자가 움직이고 있는데 이를 이용하여 물질특성 분석, 핵연료와 재료 조사시험, 방사성동위원소 생산과 관련 기술 개발, 실리콘 반도체 생산기술 개발 등의 연구가 수행되고 있다.

○ 2009년에는 핵분열과 감속과정을 거쳐 노심 내부에 생성된 열중성자를 액체수소에 통과시켜 에너지가 낮고 파장이 긴 냉 중성자를 생산하는 연구시설도 구축하였다. 본 자료에서 주로 다루고 있는 중성자 소각산란 장치(SANS: Small-Angle Neutron Scattering)는 나노크기(1-500nm)의 미세구조를 분석하는데 효과적인 분석 장치로 알려져 있으며 고분자나 금속재료 및 세라믹 재료 등의 폭넓은 범위에 사용되고 있다.

○ TEM법과 SANS법의 특징을 비교해보면 용이성은 TEM이 유리하고 비파괴성에서는 SANS가 유리하다. SANS를 이용하면 철강 재료는 5mm정도의 두께까지 비파괴 측정이 가능하고 알루미늄 합금은 1cm 정도까지 가능하다. TEM은 관찰 시에 박막화가 필요하고 특히 X선을 사용한 SAXS법은 0.5-0.1mm 이하의 박막화가 필요하지만 반면에 SAS법은 재료 전체를 대표하는 대표 값을 얻기가 쉽다.

○ 최근에 개발된 냉 중성자를 활용하는 중성자 소각산란 장치는 기존에 설치된 열중성자 소각산란 장치보다 중성자 빔 강도가 백배 이상 높고 더욱 광범위한 물리적 측정영역이 가능하여 많은 연구가 진행되고 있으며 특히 바이오연구 분야에서 많이 활용될 전망이다.

저자: Masato Ohnuma
자료유형: 학술정보