| 中, 세계에서 가장 강한 중수소-삼중수소 중성자원 개발 | ||
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 최근, 중국과학원 원자력안전기술연구소 FDS펑린(鳳麟)원자력연구팀은 중성자수송 물리학 및 기술 연구에서 획기적인 성과를 거두었다. 연구팀이 개발한 고속 중수소-삼중수소 중성자원 실험 장치 HINEG의 중성자원 강도가 동종 장치 중에서 세계 최고 수준에 도달하였다. 원자력은 20세기 인류가 거둔 위대한 성과이다. 중성자는 원자력 시스템의 핵심으로서 원자로 중에서 핵반응을 유발하는 입자 및 에너지 운반체일 뿐만 아니라 원자력 열에너지를 생성하고 방사성을 유발하는 근원이다. 중성자원은 중성자의 생성, 연구, 이용 과정에서의 필수적인 과학 장치이며 또한 중성자 물리 및 복사 안전, 첨단 원자력 시스템의 핵심 기술 및 핵기술 교차적 응용 등 연구를 수행하는 중요한 실험 플랫폼이다. 중성자 표적은 HINEG의 핵심 시스템으로서 고속 이온 가속기에서 생성된 고출력 중수소 이온빔으로 삼중수소를 함유한 중성자 표적을 충격하면 표적에서 중수소-삼중수소 핵융합 반응이 일어나면서 중성자가 생성된다. 고속 중성자빔을 생성하기 위해 표적은 고출력 이온빔의 충격에 견뎌야 한다. 해당 과정에서 표적에서 고강도 열류(Heat flow) 발산 문제가 발생한다. HINEG 중성자 표적이 견디는 열류 밀도는 태양표면 열류 밀도의 3배이다. 만약 열발산 문제를 해결하지 못하면 표적의 온도가 신속히 상승하여 표적에 함유된 삼중수소가 빠른 속도로 방출되기에 중성자의 지속적인 안정 생성을 구현할 수 없다. 또한 표적 온도가 신속히 상승되면 표적이 용융되어 파손되는 현상도 나타난다. 중성자 표적의 고효율 열발산 문제를 해결하기 위해 연구팀은 어레이식 제트류 결합 강전단장(Strong shear field)에 의한 고효율 열발산 기술을 발명하였으며 반복적인 검증 테스트를 통하여 고효율 열발산을 구현하여 표적의 온도를 200℃이내로 제어하였다. 중수소-삼중수소 핵융합 반응에서 생성된 14MeV의 단일 에너지 중성자가 생성된다. 첨단 원자력 시스템의 복잡한 중성자 에너지 스펙트럼 환경을 시뮬레이션으로 재현하기 위해, 생성된 단일 에너지 중성자에 대한 정밀 조절을 진행하여 각종 실험 연구를 수행할 수 있도록 하여야 하는데 이 역시 하나의 어려운 문제점이다. 전자, 양성자, 대전입자를 전기장 또는 자기장을 이용하여 제어할 수 있지만 중성자는 전기를 띠지 않기에 전자기장으로 제어할 수 없다. 그러나 중성자와 특정된 재료 중 원자핵의 반응 과정을 통하여 중성자를 제어할 수 있는데 이를 구현하려면 정밀한 이론 방법 및 실험 기술이 요구된다. 연구팀은 중성자 수송 이론 연구 성과를 기반으로 중성자 수송 정밀 제어 핵심 기술을 발명하여 첨단 원자력 시스템의 복잡한 중성자 에너지 스펙트럼 환경에서 정확한 재현을 구현하였는데 이는 첨단 원자력 시스템 연구에 중요한 의미가 있다. 기존의 원자로에 비하여 첨단 원자력 시스템으로 자원 이용률을 대폭 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 핵폐기물의 생성을 감소시킬 수 있다. HINEG로 다양한 유형 첨단 원자력 시스템의 복잡한 중성자 에너지 스펙트럼 환경을 진실하게 재현할 수 있으며 또한 이론 및 프로그램 검증, 핵데이터 측정 및 검증, 원자로 부품의 핵특성 검증 등 실험 연구를 수행할 수 있다. 중성자 촬영은 물질 내부의 미세구조를 검사하는 “미세구조 관찰” 기술로서 중성자가 다양한 물질 중에서 관통 능력의 차이를 이용하여 물체 내부 구조를 관찰하며 수소 함유 재료, 중금속 부품 구조, 방사성 재료 검측 분야에서 X선 등 기타 비파괴 검사 기술의 단점을 보완할 수 있다. HINEG에서 생성된 고속 중성자빔은 고정밀도 비파괴 검사에 이용될 수 있기에 항공우주 등 분야의 쾌속 발전에 도움이 될 전망을 보인다. 중성자에 의한 암치료는 현재 신속하게 발전하고 있는 암치료 방법으로서 안전성을 보유한 생물학적 방향성 방사선 치료 방식이며 환자의 정상적인 조직에 대한 손상이 적고 효과적으로 환자의 생명질을 향상시킬 수 있기에 악성 종양을 치료하는 새로운 경로이다. 종양 치료 분야에서 20세기는 X선 치료 시대이고 21세기는 중성자 치료 시대이다. HINEG는 중성자에 의한 암치료 기술 연구의 중요한 플랫폼으로 되어 중성자에 의한 암치료 분야의 발전을 추진할 전망이다. 정보출처 : http://www.zgc.gov.cn/zgc/yw/kjqy72/164430/index.html |
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