▲ 김용함 박사. 김용함 박사

KIRSS(한국표준과학연구원, 원장 김명수) 미래융합기술부 나노양자연구단 김용함 박사팀이 방사성 핵종을 정확하게 분석하고 측정할 수 있는 새로운 기술을 개발했다.

김 박사는 자기양자센서를 활용한 저온검출기를 개발해 방사성 핵종의 종류 및 양을 정확하게 측정할 수 있는 기술 개발에 성공했다.

이번에 개발된 저온검출기는 KRISS가 자체개발한 에너지 분해능이 뛰어난 자기양자센서를 활용해 극미량의 방사성 물질을 측정할 수 있는 장치다.

관련 기술은 방사성 핵종을 금속호일로 밀봉해 알파 붕괴 시 나오는 에너지 전체를 열에너지로 변환시킨다.

이때 변환된 미세온도 변화를 자기양자센서를 활용해 방사성 원소의 종류와 양을 정확하게 측정한다.

이를 통해 분석 대상 안에 존재하는 우라늄, 라듐, 폴로늄 등의 자연 방사능 뿐만 아니라 플루토늄 아메리슘 등의 인공방사능 성분까지 분석이 가능하다. 특히 플루토늄의 동위원소인 Pu239와 Pu240 신호를 분광학적으로 확실히 구분해 낼 수 있다.

기존에 방사성 핵종 분석은 반도체 기술을 이용한 알파·감마 분광기 등을 활용하였고, 정밀 분석을 위해서는 질량분석기를 활용했다.

하지만 복잡한 화학적 전처리 과정을 거쳐야 하기 때문에 많은 시간이 소요되고, 장비 또한 고가여서 경제적 부담이 컸다.

하지만 이 기술은 전처리 과정을 단축할 수 있으며, 고 분해능이어서 플루토늄 같이 우라늄 보다 상대적으로 반감기가 짧은 동위 원소 측정에 유리 하다. 또한 소형으로 현장 이동 측정이 가능하다.

개발한 장치는 분해능이 높아 비슷한 에너지가 나오는 동위 원소 각각을 정확히 구분해 낼 수 있다.

이를 통해 질량분석기 사용 시 문제점으로 지적되었던 매트릭스 측정에 의한 혼동 가능성을 방지했다.

비슷한 질량을 갖고 있는 원소와 매트릭스 간에 구분이 어려워 분석오류가 생길 가능성이 높기 때문이다.

미국, 독일 등 일부 선진국들은 자기양자센서를 활용해 X선 검출기를 개발했다. 하지만 우리나라는 이 외에도 이 기술을 알파 방출 핵종이 붕괴 시 방출되는 고유 에너지를 측정하는데 적용, Q-분광학 기법을 개발한 것이다.

김용함 박사는 “핵 물질 분석을 신속히 할 수 있으며, 기존 방법으로 어려웠던 측정을 가능하게 하는 새로운 측정법을 제시한 것”이라고 말했다.

관련 성과는 그 우수성을 인정받아 핵입자물리학분야 권위지인 피직스 G 저널(Journal of Physics G)에 게재되었다. 또한 국내 특허 등록을 완료했으며, 미국 특허를 출원했다.

앞으로 김 박사는 개발한 저온 검출기를 활용해 기초연구분야 뿐만 아니라 현재 까지 개발된 고 분해능 핵 분광을 핵 물질 분석 및 환경시료 내 방사능 측정 분야 등에 활용한다는 계획이다.