| 중국파쇄중성자원, 물질구조 탐색의 "슈퍼현미경" | ||
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 최근 홍콩대학교 황밍신(黃明欣) 연구팀은 광둥성 둥관(東莞)의 중국파쇄중성자원(CSNS)을 이용해 다양한 조직구조 및 변형조건에서 고강도강의 중요한 미시적 파라미터 정보를 획득했다.동 CSNS 범용 분말회절장치는 중국과학원과 광둥성이 공동으로 구축한 것으로서 영국, 미국, 일본에 이어 세계 네 번째 펄스형 파쇄중성자원 장치이다. 파쇄중성자원은 파쇄반응을 통해 중성자를 발생하며 중성자 산란 기술을 이용해 연구를 수행한다. "슈퍼현미경"으로 불리는 파쇄중성자원은 물질의 미세구조 및 동적상태를 탐색하는 유력한 수단이다. 중성자는 전하를 띠지 않기에 전하를 띤 양성자와 전자의 저해를 쉽게 받지 않으므로 여타 탐사방식에 비해 더 쉽게 물질을 투과할 수 있다. 중성자빔을 샘플에 부딪히면 대부분 아무런 저해를 받지 않고 샘플을 통과한다. 하지만 일부 중성자는 연구대상의 원자핵과 상호작용을 발생해 운동 방향의 변화를 일으켜 사방으로 산란될 수 있다. 따라서 중성자 산란 궤적, 에너지 및 운동량 변화 측정을 통해 물질의 미세구조 및 동적상태를 정확하게 역추정할 수 있다. 다른 하나의 "슈퍼현미경"인 상하이광원은 싱크로트론방사 또는 중성자 산란으로 물질의 내부구조를 탐색할 수 있지만 CSNS와는 근본적인 차이가 있다. 싱크로트론방사 X선은 원자핵 외부의 전자와 상호작용하는데 산란강도는 원자번호와 정비례하며 전자개수가 많은 원자에 민감하지만 원자개수가 적은 수소 원자와 같은 경원소 탐색은 어렵다. 중성자 산란은 싱크로트론방사와 달리 중성자와 원자핵 상호작용 산란강도는 원자번호와 무관할 뿐만 아니라 동위원소와 인접원소 구별은 물론이고 탄소, 수소, 산소 등 경원소도 구별할 수 있기에 대량 수소, 산소, 질소 원자를 함유한 중합물 및 생물대분자를 탐색할 수 있다. 수소자동차에서 수소를 저장하는 금속-유기 프레임재료에 대한 파쇄중성자원 실험을 통해 수소를 원활하게 방출할 수 있는 저장위치 및 저장조건을 파악할 수 있다. 전기차 리튬전지의 성능 향상을 하는데 있어서 파쇄중성자원이 더욱 적합하다. 리튬전지 및 충방전 과정 시뮬레이션 설비를 함께 중성자산란분광기에 투입한 후 수백 회 충방전 과정에서 리튬전지 각 부위의 미세구조 변화를 실시간으로 원위치 측정해 구조-성능 관계를 구축함으로써 리튬전지 설계 개선·최적화에 핵심적 데이터를 제공할 수 있다. 이외 다양한 온도, 압력, 전기장, 자기장 그리고 원위치 조건에서 샘플의 변화를 연구하는데도 적합하다. CSNS는 2018년에 본격 가동된 이후 국내외 연구자들은 재료과학, 생명과학, 물리, 화학화공, 자원환경, 신에너지 등 분야에서 광범위하게 응용했다. 정보출처 : http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-05/08/content_420669.htm?div=-1 |
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