중성자 비파괴 검사
X-선이 못잡는 미세균열 찾아내
침투정도 깊고 분해능력도 뛰어나
항공기 등 검사 고부가가치로 각광





비파괴 검사란 말 그대로 검사 대상을 파괴하지 않고 검사하는 것을 의미합니다. 이를 통해 검사 대상에 대한 불필요한 영향이나 손상을 입히지 않고 현존 상태나 특성을 파악하는데 활용되곤 하는데요. 기존의 X-선과 와전류, 초음파 등을 이용한 비파괴 검사기술에서 최근 들어 중성자를 이용한 비파괴 검사가 주목을 끌고 있습니다. 특히 눈에 보이지 않는 항공기 기체 균열과 각종 결함을 분석하는데 중성자 비파괴 검사기술이 활용되면서 고부가가치 기술로 평가받고 있습니다.

◇중성자 비파괴 검사란=중성자가 물질을 투과할 때 물질과의 상호작용에 의해 세기가 감쇠하는 현상을 이용한 비파괴 검사방법을 의미합니다. 비파괴 검사에 일반적으로 사용되고 널리 알려져 있는 X-선을 이용한 비파괴 검사가 전자와 반응을 통해 검사를 하는 것인 반면에 중성자 비파괴 검사는 중성자가 원자핵과 반응하는 원리를 이용한 방법입니다.

중성자 비파괴 검사는 다른 검사과 달리 침투정도가 훨씬 깊고 분해능도 뛰어난 장점이 있으며 금속과 같이 밀도가 높은 물질이나 폭약류, 수소 화합물과 같이 가벼운 원소로 구성된 복합물질의 비파괴 검사에 유용합니다.

◇중성자 비파괴 검사 종류는=주로 3가지 중성자원을 사용해 수행하고 있습니다. 항공기 부품 중 이동이 가능하고 탈착이 비교적 용이한 소형부품은 원자로의 핵분열로 발생되는 중성자를 이용해 비파괴 검사를 수행합니다. 세계적으로 120기의 원자로형 중성자 비파괴 검사장치가 운영 중에 있습니다.

또한 이동 및 분해가 곤란한 대형 부품은 기지에서 직접 중성자 비파괴 검사를 수행할 수밖에 없어 이동과 차량탑재가 가능한 중성자원으로 동위원소 캘리포늄(Cf-252)이나 D(중수소)-T(삼중수소)형 중성자 발생장치를 이용합니다.

◇중성자 비파괴 검사장비는=우선 중성자 토모그라피라는 장비가 있는데요. 이 장비는 중성자를 이용해 물질 내부구조를 3차원적으로 영상화하는 비파괴 검사 기술입니다. 주로 의료용으로 사용되고 있는 컴퓨터 단층촬영(CT)과 같은 원리로 작동하며 항공기 엔진부품 등 X-선으로 볼 수 없는 복잡한 구조물을 정밀하게 검사하는 데 쓰입니다. 또 중성자 잔류응력장치가 있는데요. 이 장비는 중성자의 회절현상을 이용해 구조물의 잔류응력(물체가 외부 힘을 받아서 변형이 생기면 외부 힘을 없앤 후에도 원래 상태로 회복되지 않게 되는 내부의 힘)으로 인한 원자구조 변형정도를 측정하는데 활용됩니다. 항공기 착륙장치 등 하중이 많이 걸리는 구조물 측정에 적절히 사용되곤 합니다.

◇적용 분야는=최근 들어 군 분야에 적용되기 시작하면서 새롭게 주목받고 있습니다. 군 분야에서도 공군이 주 타깃으로 X-ray가 검출하지 못하는 정밀구조 등의 항공기 부품의 부식, 미세 결함, 이물질 검사 및 주 착륙장치 등의 잔류응력을 측정하는데 적용됩니다.

또한 중성자 비파괴 검사 기술 및 장비를 이용해 국내 생산 항공기(훈련기, 공격기, 전투기, 헬리콥터) 등의 비파괴 검사 수행을 통해 품질보증을 하는데 활용되며 대형 구조물에 대한 비분해 검사, 기존 비파괴 검사를 통해 의심되는 결함에 대한 검증, 보안검색 및 의료진단, 우주항공 추진체 검사 등 군 분야에 있어 적용범위가 점점 확대되고 있는 추세입니다.

◇국내 적용사례는=한국원자력연구원은 국내 유일의 연구용 원자로 하나로에 설치된 중성자 비파괴 장비를 군 항공기 정비에 활용하기 위해 꾸준한 연구개발을 수행해 왔습니다.

이를 토대로 지난 2004년 군용 헬리콥터 로터 블레이드의 내부 결함 깊이와 길이를 정확하게 측정해 냈고 지난해에는 엔진 터빈 블레이드에 대해 미국 공군 전용 원자로와 미국 에어로테스 오퍼레이션사, 독일 HMI 연구소 등 선진국 시설과 비교검사를 수행해 우수한 결과를 얻어냈습니다.

또한 지난 3월에는 공군 군수사령부와 공군 보유 항공기의 엔진부품과 기체 검사에 `중성자 비파괴 검사' 기술을 적용키로 합의해 이르면 내년부터 하나로에 설치된 중성자 토모그라피(단층 촬영장치)와 중성자 잔류응력 장치 등을 이용해 비파괴 검사를 수행할 계획입니다.

대전=이준기기자 bongchu@