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방사선 돌연변이 육종(radiation mutation breeding) 기술은 식물 종자나 묘목에 방사선을 조사해서 유전자나 염색체 돌연변이를 유발한 뒤 후대에서 우수한 형질을 갖는 돌연변이체를 선발, 유전적인 고정 과정을 거쳐 새로운 유전자원을 개발하는 기술입니다.

자연 상태에서도 낮은 빈도로 돌연변이가 발생하는데 방사선 자극을 통해 돌연변이 발생 빈도를 높여주는 육종 기술로, 인위적으로 외래 유전자를 집어넣는 유전자변형기술(GMO)과 달리 안전성이 입증돼 벼, 콩 등 식량작물 개량과 화훼류 및 과수류 신품종 개발에 활발하게 이용되고 있습니다.

한국원자력연구원 첨단방사선연구소가 방사선 돌연변이 육종 기술로 개발해 국가품종목록으로 등록한 신품종 벼 및 콩 종자를 전국 농가 및 기관에 무상 분양합니다.

품목은  벼 10종(원평, 원광, 원미, 원청, 원추, 원품, 원해, 원명, 흑선찰벼, 녹원찰벼) 1629㎏, 콩 1종(조생서리) 37㎏ 등 신품종 종자 11종 약 1.7t으로 전년 대비 60% 증가했습니다.

수혜 대상은 농가 170곳과 시군 농업기술센터 등 15개 기관입니다.

첨단방사선연구소는 육종시험장에서 자체 증식한 종자를 대상으로 지난해 12월부터 올 2월말까지 분양 신청을 접수 받았으며, 종자량의 제한 때문에 1개 농가 또는 기관 당 벼는 품종별 5㎏, 콩은 1㎏ 씩 분양합니다.

올해 분양 신청은 지역별로 보면 정읍, 김제 등 전북이 114건으로 절반 가량 차지했고, 다음으로 충남, 전남, 부산, 경기도 순이었습니다.

품종별로는 녹색 찹쌀인 녹원찰벼에 대한 신청이 가장 많았고, 흑갈색 찹쌀인 흑선찰벼와 내염성이 강한 원해벼가 그 뒤를 따르고 있습니다.

한국원자력연구원 첨단방사선연구소 방사선육종연구팀은 방사선 돌연변이 육종 기술을 이용해서 신품종 종자를 개발, 국가품종목록에 등재한 뒤 2006년부터 농가에 무상 보급하고 있습니다.

방사선육종연구팀은 벼, 콩 등 식량작물 이외에도 화훼류 및 신품종 자원식물을 비롯한 새로운 유전자원 보급도 진행 중입니다.

방사선 돌연변이 육종 기술로 개발한 분재용 무궁화 '꼬마'에 대한 품종실시권을 기업에 이전해 해당 업체에서 상업화를 추진하고 있으며, 신품종 국화(ARTI-queen, ARTI-purple 등)의 경우 올해 농가 실증 재배를 추진할 예정입니다.

최근 친환경 산업소재로 각광 받고 있는 케나프의 경우, 국내에서 채종 가능한 신품종 '장대' 개발이 완료돼 품종보호권 획득을 위한 품종심사가 진행 중으로, 품종 등록이 완료되면 종자 보급과 함께 대단위 재배단지 조성을 추진할 계획입니다.

<연도별 방사선육종 신품종 종자분양 현황(2006~2012)>

년 도

2006년

2007년

2008년

2009년

2010년

2011년

2012년

(kg)

원 평

40

60

65

55

5

20

20

265

원 광

25

20

10

15

5

45

120

원 미

25

10

5

25

15

65

145

원 청

105

95

65

100

135

25

85

610

원 추

30

55

190

40

50

20

385

원 품

25

40

30

25

25

45

190

흑선찰

165

185

100

225

125

245

357

1,402

녹원찰

450

610

540

360

355

512

770

3,597

원 해

240

165

187

592

원 명

35

35

865

1,075

975

850

935

1,012

1,629

7,341

(kg)

조생서리

53

1

32

37

123

비고 (건)

농가: 85

기관: 15

농가: 100

기관:7

농가:91

기관: 3

농가: 109

기관: 14

농가: 105

기관: 15

농가: 125

기관: 15

농가: 170

기관: 69

농가: 789


<2012년도 지역별 종자분양 현황>

도별

전북

충남

전남

부산

경기

경남

경북

강원

대구

대전

제주

합계

건수

84

33

24

14

5

3

2

2

1

168

종자량(kg)

794

420

260

70

40

15

15

10

5

1,629

조생서리

건수

30

2

1

1

1

1

1

37

종자량(kg)

30

2

1

1

1

1

1

37

합계

건수

114

35

25

14

6

3

2

2

1

1

1

204

종자량(kg)

824

422

261

70

41

15

15

11

5

1

1

1,666


방사선 돌연변이 육종 벼 생장 모습

 

방사선 돌연변이 육종 벼 신품종

posted by 글쓴이 과학이야기

현재 배관 검사는 10m 이내의 범위에서 수동으로 내시경을 배관 내부에 진입시켜 육안 검사를 하거나, 결함이 예상되는 부분 외부에서 X-선, 초음파를 이용하고 있습니다.

이는 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 검사 거리가 짧아 배관의 극히 일부로 검사 범위가 한정되는 단점이 있습니다.

발전소나 상하수도 같은 좁은 배관 속을 스스로 이동하며 1㎜ 이하의 미세 결함까지 탐지해 낼 수 있는 로봇이 개발됐습니다.

□ 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부 김승호 박사팀이 화력발전소 내부의 지름 10㎝ 배관 속을 100m까지 자유롭게 이동하면서 레이저를 이용해 배관 내부에 존재하는 1㎜ 이하의 이물질, 파임, 돌출 등 미세 결함을 탐지해 낼 수 있는 비파괴 검사 로봇을 개발했습니다.

지름 10㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇


배관 내부를 3차원으로 재현한 모습

투명 배관에 넣고 작동하는 모습




김승호 박사팀이 개발한 로봇은 4방향에서 발사되는 레이저 주사를 이용, 배관 내부의 모습을 3차원으로 복원한 다음 고화질로 전송함으로써 1㎜ 이하(탐지 가능 최소 크기 0.47㎜) 크기의 미세 결함까지 정확하게 탐지할 수 있습니다.

이동시 0.1㎜ 간격으로 레이저를 발사해서 이동 거리를 측정함으로써 로봇의 위치 좌표와 결함의 발생 위치를 정확히 알아낼 수 있습니다.

특히 크기 대비 출력이 높은 모터를 선택함으로써 소형이면서도 충분한 구동력을 확보하고, 로봇이 배관에 접촉해서 나선형으로 이동하는 나사 구동 방식을 채택, 30㎏의 물체까지 견인할 수 있는 강한 추진력을 얻음으로써 배관 내부를 최대 100m까지 이동할 수 있습니다.

이번에 개발된 로봇은 이물질, 파임, 용접 부위 불량 등 미세 결함으로 인한 배관 파손 및 폭발 가능성을 사전에 탐지할 수 있어, 일차적으로는 화력 발전소 비 가동 기간에 투입돼 배관 안전성 검사에 활용될 예정입니다.

아울러 김 박사팀은 배관 내부의 세 축을 지지점으로 삼아 전진하며 지름 50㎝ 중구경 배관을 검사할 수 있는 로봇도 개발했습니다.


지름 50㎝ 배관 내부 결함 비파괴 검사 로봇

<김승호 박사>

 

○ 성    명 : 김승호 (金承鎬, 만 58세)
 ○ 소속기관 : 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부
 
  학    력
  ○ 1972년 ~ 1979년  연세대학교 기계공학과 학사
  ○ 1979년 ~ 1982년  연세대학교 기계공학과 석사
  ○ 1982년 ~ 1988년  연세대학교 기계공학과 박사

  주요경력
  ○ 1982년 ~ 1983년 미국 원자력규제위원회(US NRC) 실무연구원
  ○ 1988년 ~ 2005년 한국원자력연구원 원자력로봇연구실 실장 
  ○ 1995년 ~ 1996년, 2003년 ~ 2004년 제어자동화시스템공학회 이사
  ○ 2007년 ~ 2008년 뉴욕주립대학 교환 과학자
  ○ 2011년 ~ 현재 한국원자력연구원 원자력융합기술개발부장

  주요연구업적
<연구 주제>
    - 원자력 산업용 첨단로봇 기술개발
    - 원자력 산업용 내방사선 로봇 기술개발
    - 화재진압 및 화점탐사 로봇 기술개발
<연구 성과>
    - 연구논문 건수 : 60건
    - 특허출원 : 30건
    - 특허등록 : 50건

posted by 글쓴이 과학이야기


소듐 열유체 종합효과 시험시설(STELLA-1), 일체형 원자로 SMART 연구 개발

□ 한국원자력연구원은 2028년 실증로 건설을 목표로 개발 중인 소듐냉각고속로(SFR) 핵심 계통의 성능 및 안전성을 실증적으로 검증할 수 있는 '소듐 열유체 종합효과 시험시설(STELLA-1)'의 설치 및 종합 시운전을 2012년 초 완료하고, 이 시설을 이용해서 SFR의 핵심 안전 개념인 피동잔열제거계통 등의 성능 검증 시험에 착수할 계획입니다.

이와 함께 수출전략상품으로 개발해온 일체형 원자로 SMART(스마트)의 안전성과 성능을 종합 검증하기 위한 SMART-ITL의 구축도 연내 완료함으로써 기존의 '가압경수로 열수력종합실험장치' ATLAS(아틀라스)와 함께 대형 상용 원전-중소형 원전-제4세대 원전으로 이어지는 다양한 원자력 시스템의 안전성 및 성능 검증 인프라를 확보할 계획입니다.

   ○ STELLA-1은 SFR 실증로의 원자로계통 및 핵심 안전계통인 피동형 잔열제거계통을 상세하게 축소 제작(높이 약 5분의 1, 체적 약 125분의 1), 실제 원자로에서 일어날 수 있는 다양한 사고와 고장을 실제 온도(약 600 ℃)와 압력으로 모의할 수 있는 시험시설입니다.

   ○ STELLA-1 실증시험을 통한 설계기술능력 확보와 함께 2012년에는 2011년 완료한 SFR 실증로 개념설계를 기반으로 SFR 원형로 개념설계를 완료, 2013년부터 시작할 특정설계의 기반을 구축함으로써 '2020년 100 MWe급 SFR 원형로 특정설계 승인 획득-2028년 SFR 원형로 건설 완료' 목표에 한발 더 다가설 계획입니다.

   ○ 사용후핵연료의 평화적 재활용을 위한 파이로프로세싱(건식처리) 기술 개발에서는 미국과 공동연구 등을 통해 2012년 말까지 실제 사용후핵연료를 사용하는 실험실 규모(연간 2톤 처리) 파이로 일관공정의 성능을 실증하는 한편, 파이로프로세싱의 모든 공정을 공학 규모(연간 10톤 처리)의 일관공정으로 모의할 수 있는 PRIDE(PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility)의 구축을 완료하고 시운전을 통해 파이로 공정의 고효율화, 고용량화 연구를 이어갈 계획입니다.

   ○ 원자력 수소 생산을 위한 초고온가스로(VHTR) 기술 개발에서는 2011년 구축 완료한 초고온 헬륨 루프를 이용한 고온성능시험을 수행하는 한편, 피동안전 성능 입증 설계해석 코드 개발 및 검증 등을 통해 초고온가스로 설계 기술을 세계적으로 선도한다는 목표입니다.


◆ 원자력 안전 분야 연구개발

□ 원전 안전 향상을 위해 일본 후쿠시마 사고의 교훈을 적극적으로 반영, 중대사고와 방사능 확산 분석 분야 연구개발을 강화하는 등 국제 선도형 안전 연구를 수행, 2016년까지 프랑스와 함께 세계 양대 원자력 안전 허브로 웅비하기 위한 기반 확보에 나설 계획입니다.

중대사고 초기에 원전을 실시간 점검하고 사고환경을 인지함으로써 즉각적인 비상 대응을 가능하게 하는 기술 개발에 착수하고, 사고시 수소 발생을 억제할 수 있는 신핵연료 피복관 개발과, 사용후핵연료 저장조에서 핵연료 파손을 시험평가하는 연구에도 착수할 계획입니다.

   ○ 세계 최초로 증기폭발을 모의한 OECD/SERENA 프로젝트 등 2011년까지 주도적으로 수행해온 원자력 안전 관련 대형 국제 공동연구를 성공적으로 종료함에 따라, 2012년에는 후속 프로젝트 개발을 통해 원자력 안전 연구의 국제 주도력을 더욱 강화할 계획입니다.
또한 가동 원전 안전성 향상, 혁신적 안전성 향상 개념, 사고 관리, 평가 및 비상대응 기술 등 원전 안전성 향상을 위한 최상의 과학기술 기반을 제공할 계획입니다.

   ○ 상용 원전 미자립 3대 핵심 기술 개발에서는 2010년 원전계측제어시스템(MMIS) 개발을 완료한 데 이어, 2012년에는 실규모 원자로냉각재펌프 시험설비를 준공, 시험 기술을 확보하고 신울진 1,2호기 원전 적용을 위한 시험을 수행할 예정이며, 원전안전해석코드 개발 및 검증을 완료함으로써 3대 핵심 기술 개발을 마무리지을 계획입니다.
 
   ○ 일체형 원자로로는 세계 최초로 인허가 심사 중인 SMART 개발에서도 후쿠시마 사고 이후 높아진 안전성 향상 기대치를 충족시키기 위해 완전피동안전계통 설치 접목과 중대사고 대처 능력 강화 등을 통해 SMART 수출 경쟁력을 향상시킬 계획입니다.


◆ 연구로 수출 계획 

□ 원자력 수출 산업화를 위한 연구용 원자로 수출에서는 요르단 연구용 원자로(JRTR) 건설허가를 연내 획득해서 건설공사를 착공할 계획입니다.
또한 일부 미확보 연구로 기술 완성과 방사성 동위원소 생산을 위해 기장에 건설할 '수출용 신형 연구로' 사업에 착수, 연내 개념설계를 완료하고 부지 상세조사 및 환경영향평가를 시작할 예정입니다.
지난해 시작된 남아공 연구로 건설 국제입찰에서는 기술적, 경제적으로 우수한 설계 개념을 제시함으로써 우선협상대상자로 선정돼 제2의 연구용 원자로 수출을 이뤄낸다는 목표를 세웠습니다.

   ○ '수출용 신형 연구로'는 연구용 원자로 수출 경쟁력 제고를 위해 판형 핵연료, 하부구동 제어장치 등 일부 미확보 최신 기술을 적용한 열출력 20 MW 규모의 연구용 원자로입니다.
공모를 통해 2010년 9월 부산 기장군 일대가 부지로 선정됐으며 총 사업비 2,500억원이 투입돼 2016년 완성을 목표로 하고 있다. 다목적으로 활용되는 기존의 하나로(HANARO)와 달리 방사성 동위원소 생산 전용로로 건설돼 의료용 동위원소 국내 공급 안정화 및 수출에 기여할 것으로 기대되고 있습니다.  

   ○ 남아공은 1965년부터 운영해 노후된 SAFARI-1 연구로의 동위원소 생산 기능을 대체할 15 MW 급 연구로 DIPR을 건설할 예정으로, 한국원자력연구원은 ㈜대우건설, ㈜KEPCO E&C와 함께 KAERI 컨소시엄을 구성해서 남아공원자력공사 산하 동위원소 생산 업체 NTP(Nuclear Technology Product)가 발주한 DIPR 건설 사업 국제 경쟁입찰에 참가하고 있습니다.
KAERI 컨소시엄은 지난 6월 NTP의 입찰 자격 심사를 통과해 입찰 자격을 획득했습니다.
한국과 프랑스, 아르헨티나, 중국, 러시아 5개국이 경쟁하고 있는 DIPR 건설 사업은 개념 설계와 공급 가격에 대한 평가를 거쳐 내년 11월 께 우선협상대상자가 결정될 전망입니다.

  ○ 이밖에도 말레이시아 연구로 RTP의 성능 개선 사업(디지털계측제어계통) 수주를 추진하고, 알제리 방사성 동위원소 I-131 분배라인 공급 입찰에 참여하는 등 2012년 한해 동안 연구로 기술 수출에 박차를 가할 계획입니다.


◆ 하나로 이용 중성자 연구 계획

□ 연구용 원자로 하나로(HANARO)를 이용한 연구개발에서는 극소각중성자산란장치(KIST-USANS), 냉중성자 3축 분광장치(Cold-TAS), 디스크쵸퍼 비행시간분광장치(DC-TOF) 등 7기의 중성자 산란장치의 구축 및 시운전을 마치고 국내외 이용자들에게 추가로 개방, 중성자 이용 연구를 극대화할 계획입니다.
또한 지난해 시제품 개발에 성공한 암 진단용 Tc(테크네슘)-99m 발생기 공급 체계를 확립하고, 전립선암 치료용 I(요오드)-125 치료선원 생산 체계를 구축하는 등 국민 건강 증진을 위한 동위원소 개발 및 생산에도 주력할 계획입니다. 
  
   ○ 하나로 중성자 이용 연구에서는 특히 한국생명공학연구원과 공동 구축한 '중성자영상판카메라 바이오회절장치(Bio-C)'를 이용, 중성자를 이용한 바이오 물질 구조 해석 개발 과제를 수행하는 등 중성자를 이용한 기능성 나노/바이오 물질 구조 연구를 본격화할 계획입니다. 
  
   ○ 하나로를 이용한 방사성 동위원소 연구개발에서는 진단용 의료용 동위원소 수요의 80%를 차지하는 Tc-99m을 병원 현장에서 간편하게 추출해서 사용할 수 있는 발생기 시제품에 대해 식품의약품안전청으로부터 품목 허가를 획득함에 따라 의약품으로 공급하기 위한 공급 체계 구축에 나설 계획입니다.
또한 I-125 전립선암 치료선원 생산 체계를 구축하는 등 고부가가치 치료선원 개발에도 주력할 계획입니다.


정읍연구소 방사선 돌연변이 연구

□ 정읍방사선과학연구소가 수행하고 있는 방사선융합기술(RFT) 연구개발에서는 △고전도성 고분자 전구체, 광전자 소자용 하이브리드 물질 등 기능성 유무기 복합재 제조 기술 개발 △차세대 방사선 센서 소재 대용량 성장 연구 등 방사선 기술 이용 신소재 제조 핵심원천 기술과 방사선 계측기 분야 소재 원천기술 확보에 주력할 계획입니다.
또한 방사성 동위원소를 이용해서 신약과 신물질, 농약의 효능, 기능, 안전성을 종합 분석·평가·검증할 수 있는 'RI-바이오믹스(Biomics) 센터'와, 방사선 돌연변이 육종 연구 강화를 위한 '방사선돌연변이육종센터' 건설을 연내 완료하는 등 관련 인프라 구축을 마무리할 예정입니다.


◆ 양성자가속기 건설

□ 양성자기반공학기술개발사업단이 수행 중인 양성자 가속기 연구센터 건설은 2012년 3월까지 100 MeV 가속기 및 빔라인 설치를 완료하고, 8월까지 연구시설 구조물 공사를 완료해서 시운전에 착수할 계획입니다.
2012년 한해 동안 시범 운영 후 2013년 초부터 국내외 연구자 및 기업체에 양성자 빔을 제공함으로써 △고속스위칭 전력반도체 소자 개발 △양성자 암치료 기술 연구 및 의료용 동위원소 개발 △환경친화적 미생물 유전자원 개발 △나노와이어 논리 소자 개발 등 신소재, 반도체, 의료, 생명공학, 에너지?환경 분야 등에 다양하게 활용할 예정입니다.


◆ 창립 53주년, 연구 페러다임 변화

□ 한국원자력연구원은 창립 53주년을 맞는 2012년 '연구방법론의 패러다임 변화'를 주요한 경영 목표의 하나로 설정하고, 연구개발의 속도와 효율성을 과학기술 선진국과 견줄 수 있는 수준으로 끌어올리기 위한 연구체계 현대화 작업을 추진할 계획입니다.

 ○ 우선 2011년 시작한 '원자력 기술기록화 사업'을 본격화해서 국가 원자력 연구개발 과정에서 창출된 지식정보 자원과 경험을 체계적으로 전수할 수 있는 연구개발 기록물의 종합적 관리 체제를 확립하게 됩니다.

 ○ 2012년을 '품질경영 원년'으로 삼아 연구개발 및 사업 전 부문에 품질보증 절차를 확대 적용함으로써 연구 결과의 신뢰성을 향상시킵니다.

 ○ '모델 시뮬레이션' 방법론을 개발, 소프트웨어적 연구는 물론 거대 규모 시설이 필요한 하드웨어 중심 연구에서 신속하고 효율적인 연구개발 수행이 가능한 선진적인 기법을 적용할 계획입니다. 

posted by 글쓴이 과학이야기

미래 에너지 기술인 핵융합에너지 개발 방식은 크게 토카막 형태의 자기 밀폐 핵융합과 레이저 핵융합이 있습니다.

우리나라는 국가핵융합연구소에서 운용중인 KSTAR를 이용한 자기 밀폐 핵융합을 중심으로 연구가 진행되고 있습니다.

레이저 핵융합은 영화 '체인리액션'의 소재로 등장합니다.

반드시 그런 것은 아니지만 자기 밀폐 핵융합은 순수 에너지 발생을 위해 연구되는 반면 레이저 핵융합은 미국 등에서 군사적 목적으로 진행되는 경우가 많습니다. 

한국원자력연구원이 자기 밀폐 핵융합과 레이저 관성 핵융합 등 핵융합의 두가지 방식에 관해 중국과 공동 연구에 착수했습니다.


연구 과제는 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구'와 '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측 기술협력 연구' 입니다.

□ 자기 밀폐 방식 핵융합 기술 개발을 위한 '정상상태 운전을 위한 중성입자빔 입사 시스템의 빔 수송에 관한 공동 연구' 과제는 한국원자력연구원 핵융합공학기술개발센터 장두희 박사가 중국 허페이과학원 플라즈마물리연구소 허췬동(Hu Chundong) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

자기 밀폐 핵융합은 1억 ℃ 이상의 고온에서 플라즈마로 변한 중수소와 삼중수소를 토카막 자기장을 이용해서 밀폐시켜 핵융합 반응을 지속시키는 핵융합 방식입니다.

이 때 토카막 내부의 온도를 높이는 중성입자빔 입사(NBI; Neutron Beam Injection) 시스템은 수소 양이온 입자들을 높은 전압을 이용해서 빠른 속도로 가속한 뒤 중성화시켜서 핵융합 장치 내부의 플라즈마에 충돌시킴으로써 핵융합이 가능한 섭씨 1억 ℃ 이상까지 온도를 끌어올리기 위한 보조 가열장치 중 하나입니다.

자기 밀폐 핵융합 연구장치로 우리나라는 국가핵융합연구소가 KSTAR를 운영 중이고 중국은 EAST를 운영 중입니다.

한국원자력연구원은 KSTAR용 NBI를 순수 국내 기술로 개발, 지난 2007년 1.6㎿ 빔출력에서 300초 연속 운전에 성공했고, 향후 빔출력을 총 6㎿로 높이는 연구를 할 예정입니다.

중국은 출력 4㎿, 1000초 연속 운전에 도전합니다.

□ '레이저 관성 핵융합을 위한 고밀도 플라즈마 및 정밀 계측기술 협력 연구' 과제는 한국원자력연구원 양자광학연구부 이용주 박사가 중국상해과학원 광학정밀기계연구소 주지안창(Zhu Jianqiang) 박사와 공동 연구를 진행합니다.

중수소와 삼중수소로 이루어진 연료 펠릿에 레이저를 집중시키면 펠릿이 관성에 의해 정지하고 있는 사이에 펠릿 표면에서 주위로 분출하는 플라즈마의 반작용으로 내부 압축이 일어나는데, 압축된 연료에 열핵반응이 생기는 현상을 '레이저 관성 핵융합'이라고 합니다.

한국은 짧은 시간에 강한 에너지를 발생시킬 수 있는 소규모 레이저 장치를 보유하고 있고, 중국은 큰 에너지를 오랜 시간 발생시킬 수 있는 대규모 장치를 보유하고 있습니다.

양국 연구진은 두 장치 기술을 융합해서 고밀도 플라즈마를 제어하는 기술, 플라즈마와 전자의 움직임 등을 측정하는 정밀 계측기술 분야에 대해 서로 협력 연구를 진행할 예정입니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

우주식품이란 현재 우주선이나 우주정거장, 그리고 앞으로 달, 화성 등의 행성에 건설하게 될 우주기지 등 우주공간에서 우주인이 섭취할 수 있도록 만든 식품입니다.

현재 이용되고 있는 우주식품은 미국과 러시아만이 공급하고 있으며, 미국의 NASA와 러시아의 의생물학연구소 두 기관에서 영양·독성학적 안전성 검증을 거쳐 인증을 받은 식품만이 우주인에게 공급될 수 있습니다

한국원자력연구원이 방사선 살균기술과 식품생명공학기술을 접목해 새로 개발한 한국형 우주식품 9종이 러시아 연방 국립과학센터(SSCRF) 산하 의생물학연구소(IBMP)의 최종 인증평가를 통해 우주식품으로 인증 받았습니다.

한국원자력연구원 첨단방사선연구소는 지난 6월 러시아 연방 국립과학센터(SSCRF) 산하 의생물학연구소(IBMP)에 신규 한국형 우주식품 9종의 우주식품 적합성 평가를 의뢰, 100일간의 인증평가 수행 결과 국제우주정거장에서 사용 가능한 우주식품으로 사용 가능하다는 인증서를 최근 발급 받았습니다.

종류는 부안참뽕 바지락죽, 부안참뽕 잼, 상주곶감초콜릿, 당침블루베리, 단호박죽, 카레밥, 닭죽, 닭갈비, 사골우거지국 등 9종 입니다.

이번 9종의 우주식품 신규 인증으로 한국원자력연구원이 개발한 한국형 우주식품은 2008년에 한국 최초의 우주인 이소연씨에게 제공한 김치, 라면, 생식바, 수정과와 2010년에 추가 인증을 받은 비빔밥, 불고기, 미역국, 오디음료 등과 함께 총 17종으로 늘었습니다.

이번에 인증을 받은 한국 우주식품들은 한국원자력연구원이 부안군, 상주시, ㈜코오롱, 도림원 등 지자체 및 국내 식품회사들과 공동연구를 통해 개발한 것입니다.

 
부안참뽕 바지락죽 Manila clam porridge (45 g)

부안군 특산품인 바지락을 이용하여 우주에서 제공되는 70℃ 물에 쉽게 복원되며 취식이 간편한 죽 형태의 동결건조형 장기저장 식품


 
부안참뽕 잼 Mulberry jam (27 g)

부안군 특산품인 오디를 이용하여 제조한 잼형태의 즉석취식형 장기저장 식품
 
상주곶감 초콜릿 Dried persimmon chocolate (23g)

상주시 특산품인 곶감을 초콜릿으로 코팅한 즉석취식형 장기저장 식품
 
당침블루베리 Dried blueberry (27 g)

정읍시 특산품인 블루베리를 이용한 즉석취식형 장기저장 식품
 
 단호박죽 Sweet pumpkin porridge (35 g)

우주에서 제공되는 70℃ 물에 쉽게 복원되며 취식이 간편한 죽 형태의 동결건조형 장기저장 식품
 

 카레밥 Chicken curry rice (61 g)

우주에서 제공되는 70℃ 물에 쉽게 복원되며 카레소스와 밥이 혼합된 동결건조형 장기저장 식품

 

 
 닭죽 Chicken porridge (32 g)

우주에서 제공되는 70℃ 물에 쉽게 복원되며 취식이 간편한 죽 형태의 동결건조형 장기저장 식품
 
 닭갈비 Grilled chicken (100 g)

고추장 소스를 발라 숯불로 익힌 후 방사선 조사하여 멸균한 즉석취식형 장기저장 식품
 
 사골우거지국 Ox leg bone cabbage soup (15 g)

우주에서 제공되는 70℃ 물에 쉽게 복원되며 국 형태의 동결건조형 장기저장 식품

2011년 인증된 한국우주식품 9종

우주식품 인증서 전달식- 김영진 한국원자력연구원 첨단방사선연구소장(좌)과 우샤코프 러시아 의생물학연구소장(우)

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□ 한국원자력연구원이 독자 개발한 세슘, 코발트, 우라늄 등 토양에 포함된 방사성 물질을 1개월 안에 최대 98%까지 제거할 수 있는 '복합 동전기 제염장치 설계기술'이 한국전력기술주식회사에 기술 이전돼 상용화 됩니다.

원자력연 제염해체연구부 김계남 박사팀이 개발한 '복합 동전기 제염장치 설계기술'은 방사능에 오염된 토양이나 콘크리트에서 방사성 물질을 효율적으로 제거하면서도, 폐액을 전혀 발생시키지 않아 2차 오염의 우려가 없는 최신 기술 입니다.

오염 토양 제염 공정도


이 기술은 원전 사고 등으로 인해 발생한 대규모 방사능 오염 지역 토양에 포함된 방사성 물질을 제거하는데 활용 가능한 신기술로, 한국전력기술은 이전 받은 기술을 이용해 국내외 방사능 오염 제거 시장에 본격 진출할 계획입니다.

원자력연은 관련 국내외 특허 3건과 설계도면 및 운전절차서 등 관련 문서 4건을 한국전력기술에 이전하고, 정액기술료 14억 4000만 원과 매출액의 1.0~1.5%를 경상기술료로 받게 됩니다.

□ 이 기술 장치는 1개월 내에 세슘은 96%, 코발트와 우라늄은 98%까지 제거해 미국 등이 운용하고 있는 기존 장치가 '6개월 소요에 80%를 제거'하는 수준 보다 월등히 뛰어납니다.

연구팀은 방사성 물질에 오염된 토양 및 콘크리트에 다량의 질산을 넣어 오염을 제거하는 '세척법'과 토양의 양쪽에 전극을 넣고 전압을 가해 전기 이동과 전기 삼투원리에 의해 (+)극을 띠는 방사성 물질을 음극으로 이동시켜 분리해내는 '동전기(electrokinetic) 제염법'을 복합했습니다.

이 장치는 오염된 토양이나 콘크리트를 1.0 몰(mole) 농도의 질산으로 세척하는 전처리 과정을 거친 뒤, 백금을 티타늄으로 코팅한 전극을 넣어 단위 면적당 20 ㎃, 14 V의 직류 전압을 가한 채로 1개월이 경과하면 세슘은 96%, 우라늄과 코발트는 98%가 제거됩니다.

복합 동전기 제염장치 및 폐액처리장치 구조도


이 장치로 처리한 토양이나 콘크리트는 세슘과 코발트의 함유량이 0.1 Bq/g 이하, 우라늄 함유량은 0.4 Bq/g 이하로 낮아져 일반 폐기물로 처리가 가능할 만큼 깨끗해집니다.

또한 오염 물질을 슬러지화해서 걸러낸 뒤 질산 액을 100% 재활용함으로써 폐액이 전혀 발생하지 않도록 했습니다.

처리 능력은 가로, 세로, 높이가 1.5×1.8×1.6 m의 1기로 연간 200 리터 용량 드럼 50개를 처리할 수 있습니다.

520L 복합 동전기 제염장치 구조도


 용  어  설  명

전기이동(electro migration) :
오염된 토양과 콘크리트의 입자 사이 틈에는 (+)전하를 가진 방사성 오염 물질이 포함되어 있는데, 전기를 가했을 때 (-)전극 쪽으로 방사성 오염 물질이 이동하는 현상

전기삼투(electro osmosis) :
방사성 오염 토양 표면은 (-)전하를 띄고, 방사성 오염 콘크리트 표면은 (+)전하를 띄는데, 전기를 가했을 때 표면에 붙은 방사성 오염 물질과 금속 이온이 주변의 질산 용액과 함께 반대 되는 전극으로 이동하는 현상 

동전기 제염 장치

여과기

폐액 처리장치

침전조

 

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2011년 2월 20일 '방사선 백색 비상' 발령됐던 한국원자력연구원 내 연구용 원자로 하나로(HANARO)의 실리콘 반도체 생산 작업이 10월 17일부터 완전 정상화됐습니다.

원자력연의 하나로는 전 세계 NTD 반도체 수요의 약 15%를 담당하고 있다.

◆원자력연은 방사선 백생 비상 발령의 원인이 됐던 하나로의 중성자 핵변환 도핑(NTD) 장치 2개 중 NTD-1을 이용한 반도체 생산 작업을 이날부터 정상 가동했습니다.

NTD-1은 사고 당시 실리콘 소재 부력용 알루미늄 캔이 수면 위로 떠오르면서 기준치 이상의 방사선이 유출, 방사선 백색 비상의 직접 원인이 됐던 구조물입니다.

원자력연은 백색 비상 발령 이후 하나로 NTD 조사공 내부 구조물의 설계를 전면 변경해 재설치하고, 구조물 이탈 등 이상 여부를 사전에 확인할 수 있도록 운전 절차를 수정했습니다.

또 조사공 입구에 차단기를 설치하는 등 재발 방지 장치와 절차를 마련했습니다.
 
NTD는 부도체인 고순도의 실리콘(Si) 단결정을 원자로에 넣고 중성자를 쪼여 실리콘 원자핵 중 극미량을 인(P)으로 핵변환 시킴으로써 n-형 반도체로 변환시키는 기술입니다.

이는 실리콘에 인을 직접 확산시키는 화학 공정보다 인의 분포를 매우 균일하게 할 수 있는 장점이 있어 하이브리드 자동차 및 전기 자동차, 고속전철, 자기부상열차, 전기자동차, 풍력발전소 설비 등에 사용됩니다.

NTD-2는 앞서 지난 6월 가동을 재개했습니다.

◆갑상선 암 수술 후 남은 조직 제거 등 치료용으로  사용되는 방사성 요오드((I-131) 생산은 지난 3월 31일부터 재개됐습니다.

하나로는 국내 의료용 I-131 수요의 약 70%를 공급하고 있으며, 이는 1주일간 300∼400명의 환자를 치료할 수 있는 양입니다.

비파괴 검사에 쓰이는 이리듐(Ir)-192는 3월 15일 하나로 가동 재개 당시 때부터 생산되고 있다.

◆하나로의 또 다른 기능으로는 냉중성자(cold neutron) 생산이 있습니다.

냉중성자는 하나로에서 생성된 에너지가 높은 열중성자를 영하 259℃의 액체 수소를 이용해 극저온화한 것으로, 열중성자보다 에너지가 낮고 파장이 길어 나노와 바이오 영역 연구의 유용한 도구로 활용됩니다.

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한국원자력연구원은 지난 2월 20일 발생한 연구용 원자로 하나로의 방사선 백색 비상의 원인 분석 결과, 문제가 된 알루미늄 통(floater)과 이를 지지하는 안내관(floater arm)의 접촉부분과 마모가 일어나 이탈한 것으로 최종 결론을 내렸습니다. 

한국원자력연구원은 하나로 원자로 수조 위로 떠올라 방사선 백색 비상을 유발한 플로터와, 회전하는 플로터의 내부에서 이를 지지하는 역할을 하는 플로터 암을 각각 방사선 차폐 시설인 조사재시험시설(IMEF)로 옮겨 치수 측정 등 정밀 조사를 약 1주일에 걸쳐 실시했습니다.

이 결과 플로터와 플로터 암이 서로 맞닿는 곳에서 마모가 일어난 것을 확인했습니다.

플로터의 경우 하부에 위치한 플로터 암 이탈 방지용 원형 캡(bushing)의 안쪽에 2㎜ 정도 마모가 진행된 것으로 측정됐고, 플로터 암의 경우도 상부의 암 헤드 이탈 방지 턱의 윗부분이 0.64 ㎜ 마모된 것으로 확인됐습니다.

당초 플로터와 플로터 암은 같이 회전토록 해 마모가 근원적으로 일어나지 않게 설계됐습니다.

그러나 중성자 조사가 끝나고 회전이 중지할 때 플로터 암은 즉시 정지하지만 플로터는 관성에 의해 일정시간 회전을 지속함으로써 이 때 미세한 마모가 발생했고, 작업이 반복됨으로써 마모가 축적된 것으로 파악되고 있습니다.

이 같은 조사 결과에 따라 한국원자력연구원은 실리콘 반도체 생산을 중지하고 관련 설비의 내부 장치를 모두 제거하여 하나로의 운전을 가동할 예정입니다.

또한 실리콘 반도체 생산은 유사 사고가 재발하지 않도록 조사장치의 설계를 변경함과 동시에 플로터 이탈 여부를 사전에 확인하는 장치를 추가로 설치하는 등  안전성을 확인한 후 재개할 예정입니다.

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