[한국원자력연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전= 박주영 기자 = 한국원자력연구원(이하 원자력연)은 내달부터 원자력·핵융합 재료 연구를 위한 철(Fe) 이온빔 조사 서비스를 개시한다고 19일 밝혔다.

원자로에서 방출되는 고에너지의 중성자가 부품에 일으키는 손상 정도를 평가하기 위해 중성자 발생장치 등이 쓰이지만, 중성자를 직접 조사하는 시험은 시간도 많이 소요되고 비용도 크다는 한계가 있다.

해외에서는 중성자와 유사한 물리적 특성을 가진 이온(원자가 전자를 잃거나 얻어 전하를 띠는 입자)을 이용한 부품 평가 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

원자력연은 2019년 중이온 빔 조사시설을 구축한 이후 2022년부터 아르곤(Ar), 헬륨(He) 등의 중이온 빔 조사 서비스를 제공하고 있다.

철 이온빔 조사는 차세대 원자로, 핵융합로에서 널리 사용되는 철강 재료의 손상을 신속하고 정밀하게 평가할 수 있는 효과적인 방법이다.

철강 재료와 동일한 철 이온빔을 통해 불필요한 물리·화학적 반응을 일으키지 않고 순수한 조사 손상 영향 평가가 가능하지만, 철은 기체로 만들기 어렵고 이온 추출이 까다로워 기술을 구현하기 쉽지 않았다.

연구원은 금속 원소를 이온화해 가속할 수 있는 금속이온원 장비를 구축, 국내 최초로 철 이온빔 조사 기술을 개발했다.

고체 상태인 철 화합물을 기체 상태로 이온화한 후 전자기장으로 원하는 이온만 선별, 철 이온을 초당 1천억개씩 추출해 조사할 수 있다.

이를 통해 경수형 원자로가 전 주기 운전했을 때 발생하는 손상 수준인 3dpa(displacement per atom·방사선 손상 표시 단위)를 하루 만에 실험할 수 있다.

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다른 중성자조사시설과 비교할 때 국내 최고 수준이라고 연구팀은 설명했다.

이동원 핵물리응용연구부장은 "해외 시설에 의존해오던 국내 연구자들에게 철 이온빔 조사 서비스를 제공할 수 있게 됐다"며 "소형모듈원자로(SMR), 용융염 원자로(MSR) 등 차세대 원자로와 핵융합로 주요 재료 개발에 기여할 것"이라고 말했다.