페로브스카이트·양자점·메타물질 등 첨단 소재 총망라
상용화 방향까지 제시…글로벌 연구 ‘참고서’ 역할 기대

원자력 안전에 대한 관심이 높아지는 가운데 흩어져 있던 차세대 방사선 검출 소재 연구를 하나로 집대성한 총설 논문이 나왔습니다.

첨단 소재별 특성과 적용 가능성은 물론, 상용화 로드맵까지 제시해 향후 기술 개발의 '나침반' 역할을 할 것으로 기대됩니다.

과학기술연합대학원대학교(UST)-한국원자력연구원(KAERI) 스쿨 원자력과학기술 전공 노창현 교수와 카말 아스가르 박사과정생 연구팀은 차세대 방사선 검출 소재의 최신 연구 동향과 작동 원리를 종합 분석한 총설 논문을 발표했습니다.

연구팀은 논문에서 핵분열 과정에서 발생하는 알파·베타·감마·중성자 방사선과 물질 간 상호작용을 바탕으로 각 소재가 방사선을 감지하는 원리를 체계적으로 정리했습니다.

대표적으로 차세대 반도체 소재로 주목받는 '할라이드 페로브스카이트’는 감마선에 대한 높은 감도와 우수한 발광 효율을 바탕으로 정밀 검출에 유리한 소재로 분석됐습니다. 수 나노미터 크기의 초미세 반도체 입자인 '양자점'은 빠른 반응 속도와 조절 가능한 광특성 덕분에 소형·유연 방사선 센서에 적합한 것으로 평가됐습니다.

또 '금속-유기 골격체(MOFs)'는 내부 다공성 구조를 활용해 특정 방사선만 선택적으로 흡수하는 '발광 스펀지' 역할을 수행할 수 있는 것으로 나타났습니다. 원자 단위의 얇은 두께를 가진 '2차원 소재’는 초고속 전하 이동 특성을 기반으로 초박막 방사선 검출기 구현에 적합한 것으로 확인됐습니다.

특히 자연계에 없는 나노 크기의 인공 패턴으로 만든 ‘메타물질’은 방사선의 진행 방향을 제어해 센서로 집중시키는 기술로, 기존 한계를 뛰어넘는 초고효율 검출기 개발 가능성을 제시했습니다.

이 밖에도 유리, 세라믹, 하이드로겔 등 다양한 소재가 적용되며 방사선 검출 기술은 극한 환경부터 웨어러블 기기까지 활용 범위를 넓힐 수 있는 것으로 분석됐습니다.

연구진은 이러한 소재들이 유연 전자소자 등과 결합할 경우 휴대성과 환경 적응성을 갖춘 차세대 방사선 센서로 발전할 수 있다고 전망했습니다.

원자력 안전 모니터링을 비롯해 의료, 우주, 국방 등 다양한 산업 분야에서 혁신적 응용이 가능하다는 설명입니다.

노창현 교수는 "이번 연구는 첨단 소재 기반 방사선 검출 기술의 현재와 미래를 집대성한 결과물"이라며 "향후 원자력 안전성과 효율성을 높이기 위한 핵심 방향을 제시하는 이정표가 될 것"으로 기대했습니다.

이번 연구는 재료과학 분야 국제 학술지, 프로그레스 인 머티리얼스 사이언스(Progress in Materials Science) 4월호에 실렸습니다.