기본 콘텐츠로 건너뛰기

구멍 뚫린 금속으로 방사선을 막는다?



 내부를 비우는 것은 무게를 줄이기 위한 가장 간단한 해결책입니다. 대개 속이 빈 파이프 같은 구조물은 무게와 강도가 같이 줄어들긴 하지만 비교적 강도는 유지될 수 있습니다. 이런 아이디어는 벌집 구조부터 전차의 방호력을 높이는 공간 장갑까지 널리 응용되고 있습니다.

 그런데 사실 금속의 강도를 보존하면서도 무게를 줄이는 방법 가운데는 아예 금속 소재 내부를 스위스 치즈처럼 다공성 구조로 만드는 방법도 존재합니다. 폼 메탈(foam metal)이라고 불리는 이런 방법은 우리에게 친숙하지는 않지만, 사실 알려진지는 한 세기 이상된 방법입니다. 비교적 금속 소재의 강도를 유지하면서도 무게를 줄이는 좋은 방법이지만, 생산 단가가 비싸기 때문에 일부 영역을 제외하곤 현재 널리 사용되는 않고 있습니다.

 그런데 뉴욕 주립대학의 아프사네흐 라비에이 교수(Afsaneh Rabiei, a professor of mechanical and aerospace engineering)가 이끄는 연구팀은 이 다공성 금속 소재가 과연 방사선에 대한 방호력은 어느 정도일까 하는 의문을 품었습니다.

 납을 비롯한 다양한 금속 소재가 X선 같은 방사선을 사용하는 의료 및 검사, 산업 영역에서 방사선 피폭 방지와 보호를 위해서 사용되고 있습니다. 하지만 그 중량이 매우 무거운 문제점이 있습니다.

 연구팀은 X 선 이외에 감마선, 중성자 방사선(neutron radiation)에 대한 방호력에 있어서 이렇게 폼 형태의 금속 소재의 능력을 검증했습니다. 그 결과에 의하면 놀랍게도 내부에 빈공간이 없는 금속 제품에 견줄만한 수준이었다고 합니다. 


(테스트에 사용된 금속 합금. A sample of the composite metal foam developed by Rabiei's research team
(Credit: Afsaneh Rabiei) ) 

 연구팀이 사용한 금속 합금은 스테인레스 스틸에 텅스텐을 포함한 것으로 고에너지 감마선 방호 능력에서 무거운 보통 합금과 비슷한 성능을 보였으며 저에너지 감마선과 중성자 방사선에는 오히려 더 나은 방사선 차폐 효과를 보였다고 합니다. 다만 X 선 차폐에 있어서는 현재 일반적으로 사용되는 납보다 약간 떨어지는 효과를 보였다고 하네요. 물론 납보다 많이 가볍다는 점을 생각하면 고무적입니다. 

 앞으로 이런 방사선 차폐 능력은 여러 분야에서 응용될 수 있습니다. 예를 들어 우주선이나 혹은 방사선이 사용되는 의료 및 산업 영역, 그리고 핵발전소 등에서 이용될 수 있겠죠. 물론 가볍고 단단한 금속이라는 특징을 감안하면 더 많은 응용영역을 찾을 수도 있습니다. 다만 가격은 앞으로 극복해야 할 과제일 것입니다. 


 이 연구는 Radiation Physics and Chemistry 에 발표되었습니다. 


 참고  





댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...