[과학을읽다]우주방사선 막는 '나노 방패' 개발

KIST·KAIST, 질화붕소나노튜브 차폐막 개발
달·화성 기지 방사선 위협 대응…임무 기간 최대 2배 연장 기대

국내 연구진이 질화붕소나노튜브(BNNT)를 활용해 우주 방사선을 차단하는 고성능 '나노 방패'를 개발했다. 달과 화성 기지 건설, 장기 유인 탐사 등 인류의 우주 활동 안전성을 높일 핵심 기술로 주목받고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 장세규 박사팀과 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 최시영 교수팀은 BNNT를 고밀도로 정렬시켜 강도와 열전도성이 높고 중성자 차폐력이 뛰어난 '질화붕소나노튜브 방사선 차폐 필름'을 개발했다고 5일 밝혔다.

기존 방사선 차폐 필름과 연구진 새로 개발한 차폐 필름의 성능을 비교한 그림. 연구팀 제공.

BNNT는 머리카락 굵기의 10만분의 5 수준인 약 5나노미터(㎚) 직경의 미세한 튜브형 구조로, 가볍고 강하며 중성자 흡수력이 탁월하다. 그러나 기존에는 가공 기술의 한계로 얇고 쉽게 부서지는 시트 형태에 머물렀다.

연구팀은 도데실벤젠술폰산(DBSA)이라는 계면활성제를 이용해 BNNT를 물속에서 안정적으로 분산시킨 뒤, 고농도 액정 상태로 제조해 가닥을 한 방향으로 정렬시키는 데 성공했다. 이렇게 만들어진 BNNT 필름은 기존 소재보다 밀도 3배, 중성자 차폐는 3.7배 향상된 성능을 보여줬다.

미국 항공우주국(NASA)과의 공동 시뮬레이션 결과, 같은 질량 두께 기준으로 알루미늄 대비 약 15% 높은 방사선 차단 효율을 나타냈으며, 특히 2차 중성자 차폐 성능이 우수했다. 이 필름을 적절한 두께로 적용할 경우 달 탐사 우주비행사에게 국제우주정거장(ISS) 수준의 방사선 안전 환경을 제공해 임무 기간을 최대 2배까지 연장할 수 있을 것으로 기대된다.

KIST 장세규 박사는 "BNNT의 정렬도와 밀도를 극대화해 실질적 차폐 효과를 입증한 것은 큰 기술적 진전"이라며 "우주뿐 아니라 항공, 국방, 원전 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 다재다능한 미래형 소재"라고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부, 산업통상자원부, 방위사업청의 지원으로 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 '첨단 기능성 재료(Advanced Functional Materials, IF 19.0)' 최신호에 게재됐다. 논문 제목은 '계면활성제 안정화 액정 기반 고밀도 질화붕소나노튜브 복합체를 이용한 향상된 우주 방사선 차폐(High-Density Boron Nitride Nanotube Composites via Surfactant-Stabilized Lyotropic Liquid Crystals for Enhanced Space Radiation Shielding)'다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr