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[IT뉴스]핵융합·가속기 핵심 '중수소 신호' 미확인 영역 채웠다

온카뱅크관리자

2025-12-09 11:37:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> GIST 
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 왼쪽부터 방우석 광주과학기술원(GIST) 물리·광과학과 교수, 김형일 학생. GIST 제공
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 국내 연구팀이 핵융합 장치나 입자가속기 등에서 활용되는 입자 검출 장비의 한계를 극복하고 입자 수와 방사선량을 정밀 측정하는 기술을 개발했다. 검출 한계를 넘은 신호까지 복원하는 알고리즘을 개발해 그동안 확인하지 못한 영역의 데이터를 처음으로 확보하는 데 성공했다.
 광주과학기술원(GIST)은 방우석 물리·광과학과 연구팀이 핵융합 반응의 핵심 연료인 중수소 이온의 검출 신호를 정확히 측정하는 데 성공했다고 9일 밝혔다. 연구결과는 지난달 24일(현지시간) 국제학술지 '래디에이션 피직스 앤 케미스트리'에 공개됐다.
 핵융합 발전은 태양 내부처럼 초고온·초고압 환경에서 일어나는 핵융합 반응을 지상에서 구현해 에너지를 생산하는 기술이다. 핵융합은 가벼운 원자핵 2개가 충돌해 하나로 합쳐지는 현상이다. 핵융합 발전은 이론상 탄소 배출이 거의 없고 발전 효율이 높아 미래 에너지원으로 주목받는다. 
 핵융합 장치 내부에서는 고에너지 중수소·삼중수소 입자가 발생한다. 중수소와 삼중수소는 수소 원자(H)보다 중성자가 각각 1개, 2개 더 많아 더 무거운 수소를 말한다.
 절대 감응도는 입자 한 개가 검출기에 남기는 실제 신호의 세기다. 중수소와 삼중수소의 '절대 감응도' 데이터를 알면 수많은 입자가 동시에 움직이는 고강도 방사선 환경에서도 입사 입자 수와 방사선량을 신뢰성 있게 측정할 수 있다.
 그동안 핵융합에 필수적인 주요 에너지 영역에서는 검출기의 '포화' 현상 때문에 절대 감응도를 확보할 수 없었다. 검출기에 많은 입자가 동시에 들어오면 스캐너가 측정할 수 있는 한계를 넘으면서 실제 데이터를 읽을 수 없다. 특히 중수소 이온은 포화가 쉬워 정확한 절대 감응도가 보고된 바 없다.
 연구팀은 검출기인 이미징 플레이트(IP)를 반복 스캔하면 신호가 입자 에너지나 초기 신호 세기와 상관없이 특정 비율로 줄어든다는 사실을 발견했다. 포화되지 않은 표본을 기준으로 포화된 신호를 역산해 복원할 수 있다는 뜻이다.
 연구팀은 기존 스캐너로 읽을 수 없는 포화 신호까지 복원하는 '다중 스캔 재구성' 알고리즘을 개발하고 기존 검출기의 구조적 한계를 극복했다.
 한국원자력연구원(KAERI) 양성자가속기(KOMAC)에서 생성된 단일에너지 중수소 이온 빔을 이미징 플레이트에 조사해 테스트한 결과 알고리즘으로 복원한 신호가 이론적 모델 예측값과 거의 일치했다.
 그동안 존재하지 않던 5~200킬로전자볼트(keV, 에너지의 단위) 구간의 중수소 절대 감응도가 처음으로 확보된 것이다. 더 높은 에너지에서 확보된 기존 데이터와도 자연스럽게 이어져 절대 감응도 데이터가 완성됐다.
 개발된 기술은 기존 스캐너, 검출 장비를 그대로 사용한다는 점에서 실용적이라는 평가다. 핵융합뿐 아니라 고선량 방사선 치료 또는 의료 영상 진단 등 방사선량을 정밀하게 측정하는 응용 분야에서도 활용될 수 있다.
 방 교수는 "많은 입자가 한꺼번에 쏟아지는 극한 실험 환경에서도 신호를 정확히 읽어낼 수 있는 새로운 진단 기법을 제시한 것"이라며 "확보한 절대 감응도 데이터는 국제 핵융합·가속기 실험에서 즉시 활용될 수 있으며 다양한 입자 실험 연구에도 폭넓게 기여할 것"이라고 밝혔다.
 &lt;참고 자료&gt; - doi.org/10.1016/j.radphyschem.2025.113492
 [이병구 기자 2bottle9@donga.com]
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