중성자 성분분석기

1. 개요2. 함께 보기3. 참고 문헌

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1. 개요

원소가 중성자와 반응할 때 발생하는 고유의 감마선을 이용해 원료 구성성분을 분석하는 장치로, 해외에는 여러 상용화된 장비들이 존재하며, 국내에서는 원자력연구원에서 시작된 스타트업인 '큐빔 솔루션', 그리고 현대제철과 함께 하는 '3I솔루션'에서 개발되고 있다. 일반적으로 중성자와 표적 원자와의 핵반응 이후 발생하는 즉발 감마선을 활용하기 때문에, PGNAA(Prompt Gamma Neutron Activation Analysis) 방법이라고 불린다. 기본적으로 비파괴 검사의 일종으로 생각할 수 있다.
중성자를 발생시키는 방법에 따라, 중성자를 발생시키는 중성자 발생장치를 사용하는 경우와 캘리포늄과 같이 중성자를 방출하는 방사성 동위 원소를 사용하는 방식으로 나눌 수 있다. 중성자 발생장치를 사용하는 경우에는 일반적으로 중수소 플라즈마를 발생시킨 후 고전압을 인가하여 중수소 빔을 티타늄과 같이 수소가 흡착 및 흡수 되기 좋은 금속 표적에 입사시켜 핵융합 반응을 일으켜 중성자를 발생시키는 방법이 사용된다. 중성자 발생장치를 사용하는 경우 고전압 전원 장치와 진공 시스템들이 필요하기 때문에 상대적으로 시스템의 복잡도가 증가하고 장치의 크기가 커지는 단점이 있으나, 낮은 비용으로 중성자를 생산할 수 있다는 큰 장점을 지닌다. 캘리포늄을 사용하는 경우에는 가속기 등을 사용하여 생산되는 매우 값 비싼 캘리포늄을 구매하여 사용해야 하며, 발생장치와 비교했을 때는 장치 크기를 줄일 수 있다는 장점은 있으나, 반감기를 고려하여 고가의 캘리포늄을 주기적으로 교체해야 하기 때문에 전체적인 비용이 상승할 수 있다는 큰 단점을 지닌다.
기본적으로는 다양한 물질들의 구성 성분들을 연속적으로 그리고 비파괴적인 방법으로 확인할 수 있다는 장점이 있다. 물질의 성분 분석을 위해서는 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 일반적으로 시료를 채취하여 이온화 시킨 후 가속하고 가속된 이온들에 자기장 또는 전기장을 인가하여 질량과 전하의 비에 따른 전류 값을 통해 성분을 분석하는 질량분석 방법이 널리 활용되고 있다. 그러나, 재료의 균질도가 낮아 전수 검사를 요구하는 경우에는 시료를 채취하는 형태의 방법이 한계를 갖는다. PGNAA를 활용하는 경우에는 표적 물질의 원자들과 입사하는 중성자 빔에 의해 의미있는 수준의 반응단면적이 있어야만 즉발 감마선이 발생할 수 있지만, 이러한 반응 단면적이 확인된 경우에는 연속적으로 그리고 비파괴적인 방법으로 구성 성분을 모니터링 할 수 있다는 큰 장점을 갖는다.
'3I솔루션' 자료에 따르면 철광석 및 철스크랩 성분 분석 과정의 경우, 기존 방법으로는 원료 샘플링부터 검사까지 평균 8시간가량이 걸렸으나 중성자 성분분석기를 사용하면 철광석, 철스크랩 등의 원료를 이송하면서 전수검사할 수 있다. 또한 실시간으로 생성되는 데이터를 조업 과정에 적용해 생산 효율성을 높인다. 이들은 중성자 성분 분석 방법을 최적의 원료배합비, 부원료 사용량 사전 예측 데이터 등을 도출해 원가 경쟁력을 확보하는 한편, 고급 철스크랩 성분 분석에도 적용할 예정이라고 전한다.

중성자 성분분석기

1. 개요

2. 함께 보기

3. 참고 문헌

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