- 원자력硏, 저준위 에너지 감응형 복합구조 물질 개발로 방사선 시각화 가능성 찾아 -

 - 하나로‘중성자 소각산란’기술 활용, 나노물질 복합구조 규명 -

□ 국내 연구진이 100나노미터(nm) 파장 이하의 에너지 신호에도 반응하는 나노 크기의 복합구조 물질을 개발했다. 이 물질은 작은 에너지 변화에도 쉽게 반응해 가시광선, 자외선 등 파장 형태를 가지는 모든 에너지의 변화를 반짝이는 빛으로 나타낼 수 있다. 방사선도 눈으로 볼 수 있는 방법을 찾은 것이다.

사진 1. 1월 11일자 에너지연구국제저널(International Journal of Energy Research) 온라인판에 게재된 논문 ‘Spatial-Arrangement-Assisted Emission Energy Fine Tuning of CdSe Quantum Dots (QDs) in QD–Block Copolymer Complexes’ 

□ 한국원자력연구원 중성자과학부 장종대 박사 연구팀은 전북대학교 김태환 교수 연구팀과 공동 연구하여 저준위 에너지 감응형 복합구조 물질을 개발했다고 16일 밝혔다.

 ㅇ 연구팀은 자체 개발한 폴리에틸렌옥사이드 기반의 고분자 나노구조체와 에너지에 반응하면 빛을 내는 카드뮴셀레나이드(CdSe) 나노입자를 물속에서 혼합해 복합구조 물질을 만들었다. 이 물질은 이른바 ‘자기조립 혼합구조체’(self-assembled complex)로 인위적 과정 없이 물에 섞이지 않고 서로 모여드는 둘의 성질만을 이용해 만든 안정적인 복합구조 물질이다.

 ㅇ 이 복합구조 물질은 수십 나노미터의 크기로, 외부 환경에 따라 구형이나 원통형의 구조체로 변형될 수 있다. 매우 낮은 에너지의 세기에도 감응하며, 구조체의 모양에 따라 빛의 세기가 달라지는 것이 특징이다. 

사진 2. 복합구조 물질의 구조체 형태별 에너지 시각화 반응

(1) 내부 공간이 있는 구형(Vesicle)

(2) 원통형(Cylinder)

(3) 구형(Sphere)

□ 해당 물질은 에너지의 변화를 시각화할 수 있다는 점에서 개발 의의가 크다. 특히 방사선 노출과 같은 에너지 변화가 일어날 때 기존 방사선 감지기가 수치로 위험성을 표시했다면, 이 물질을 활용한 센서는 불빛으로 신호를 알리므로 전문지식이 없는 일반인들도 위험성을 쉽게 확인할 수 있다.

 ㅇ 물질을 방사선 검출 센서로 응용·개발하여 플라스틱 뱃지 혹은 부착물의 형태로 설치하면, 방사선 노출 여부를 불빛으로 즉시 판단하여 방사선 방호와 대피가 빨라질 수 있다. 연구를 더 심도 있게 진행하면 소재를 섬유화하여 방사선을 감지하는 의복 제작도 가능할 것으로 기대한다.

□ 이번 연구에서는 연구원이 보유 중인 중성자 소각산란 장치가 활약했다. 중성자 소각산란이란, 중성자가 물질 내부의 원자핵과 반응하도록 중성자를 쬐어 그 궤적이 휘거나 흩어지는 모습을 관찰해 분석이 어려운 나노 크기의 물질이나 입자의 형태, 구조, 배열 상태를 분석하는 기술이다.

사진 3. 한국원자력연구원 장종대 박사(좌), 전북대학교 김태환 교수(우)

□ 한편, 연구를 이끈 장종대 박사가 주저자로 참여한 ‘양자점 블록공중합체 혼합물의 공간적 배열에 의한 에너지 조작 기술’* 논문은 원자력 기술 분야 세계 최고 권위 학술지인 에너지연구국제저널(IJER, International Journal of Energy Research)에 1월 11일 온라인으로 게재됐다.

   ※ Spatial-Arrangement-Assisted Emission Energy Fine Tuning of CdSe Quantum Dots(QDs) in QD–Block Copolymer Complexes

 ㅇ 이번 연구는 과학기술정보통신부로부터 나노소재기반 플렉서블 방사선 검출센서 개발 사업과 중성자 산란장치 운영 및 이용활성화 사업으로부터 연구운영비를 지원받아 창출된 연구성과이다.

□ 중성자과학부 장종대 박사는 “이번 연구는 가시형 방사선 검출 소재 개발의 첫걸음을 뗀것이라 생각한다”며 “낮은 방사선까지도 가시적으로 표현할 수 있어 방사선을 더 안전하게 사용하는데 도움이 될 것으로 기대한다”라고 말했다.