연구 결과, 방사선 안전을 위한 중성자 차폐막이 밝혀졌습니다.

방사선 방호의 핵심인 중성자 차폐 분야에서 획기적인 발전이 이루어졌습니다. 이 획기적인 기술은 광범위한 재료 표면에 적용할 수 있는 비용 효율적인 솔루션을 제공함으로써 중성자 차폐 산업에 혁명을 일으킬 준비가 되어 있습니다.

UNIST 반도체재료공학부 권순영 교수 연구팀이 방사선에 존재하는 중성자를 차단할 수 있는 중성자 차폐막 개발에 성공했다. 이 혁신적인 쉴드는 넓은 영역에서 사용할 수 있을 뿐만 아니라 가볍고 유연합니다.

권 교수는 “개발된 맥신-탄화붕소 복합 차폐막은 두께가 수십 마이크로미터로 기존 상용 소재보다 1000배 이상 얇다”고 말했다. “도장 공정과 유사하게 다양한 표면에 쉽게 적용할 수 있습니다.”

원자력 발전, 의료 기기 및 우주 산업에 필수적인 중성자는 누출 시 고유한 위험을 안고 있습니다. 다른 원자와의 상호작용을 통해 전자 장치나 생명체에 예상치 못한 현상을 유발할 수 있습니다.

연구팀은 2차원 나노물질인 MXene과 원본 MAX 상을 직접 합성했다. 또한 탄화붕소를 중성자를 흡수할 수 있는 작은 조각으로 쪼개어 이를 위턱의 층 사이에 끼워 넣는 기술도 고안했다. 이러한 성과를 바탕으로 유연하고 가벼운 대면적 필름이 개발되었습니다. 또한, 개발된 혼합물을 다양한 표면에 적용할 수 있는 코팅 기술도 고안되었습니다.

공동 제1저자인 UNIST 신소재공학과 한조형 연구원은 “맥센과 탄화붕소의 성질을 제어해 두 물질의 혼합물의 용액 안정성을 향상시켰다”고 말했다. 맥센-탄화붕소 혼합물로 가볍고 유연한 쉴드 개발에 성공.”실험을 통해 입증된 것처럼 다양한 물체의 표면에 도료로 적용할 수 있는 안정적인 붕소.”

개발된 중성자막은 기포구멍이 최소화된 치밀한 구조로 크기가 수십 나노미터에 불과하다. 그 결과, 기존에 사용된 고분자 기반 복합재에 비해 우수한 기계적 특성을 나타냅니다. 열처리 등 추가적인 공정이 필요하지 않아 불순물이 없는 순수한 혼합조직을 제조할 수 있다.

공동 제1저자인 UNIST 재료공학과 세현 연구원은 “2만 번 이상의 굽힘 시험 후에도 차폐층이 코팅된 나일론 복합재는 원형 형태를 최대 98% 유지했다”고 말했다. 붕소탄화물 밀리그램으로도 탁월한 중성자 차폐율(30mg 사용시 40%)을 보여 그 우수성을 입증했다.”

권 교수는 “새롭게 개발된 복합재 제조 기술은 실용적이며 복잡한 장비나 공정이 필요하지 않으며, 필요한 두께와 면적의 중성자 보호 코팅 구현이 가능하다”고 덧붙였다. 다양한 분야에서 활용도 입증”

이번 연구 결과는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판 2023년 10월 31일자에 게재됐다. 과학기술정보통신부(MSIT)와 한국연구재단(NRF)의 지원을 받았다.

저널 참고자료

조형한, 석시현, 진영호 외, “중성자 방사선으로부터 보호하기 위한 견고한 2D 매트릭스-탄화붕소 하이브리드 필름”, Nat. Commun., (2023).