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지난호





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PHYSICS PLAZA

새물리 하이라이트

등록일 : 2021-11-24 ㅣ 조회수 : 188

나노물질을 활용한 고효율 플라스틱 섬광체 개발연구

민수정, 노창현, 홍상범 외 4명, New Physics: Sae Mulli 71, 775 (2021).

캡션

전 세계적으로 방사성폐기물의 발생량을 최소화하고 재활용하기 위한 많은 연구가 수행되고 있다. 방사성폐기물의 효율적인 관리를 위해 해체 현장에서 신속하게 오염도를 측정하여 폐기물 분류 및 제염 성능을 평가할 수 있는 측정기술 개발이 요구된다. 특히 해체폐기물의 대부분을 차지하는 오염 및 방사화된 콘크리트의 주요 검출 감마선 방출 핵종은 60Co, 63Ni, 152Eu 등이 있으며, 국내에서 최초로 해체된 연구로 2호기에서의 빔포트 주변에 위치했던 콘크리트에서는 전체 방사능의 66%가 60Co, 28%가 152Eu를 차지하고 있던 것으로 분석된 바 있다. 콘크리트의 방사능을 측정하는 방법으로는 시료채취 분석방법과 현장에서 직접 측정하는 방법이 있다. 시료 채취를 통한 방법은 정확도가 높지만 시료 채취 및 전처리 과정에서 비용과 시간이 많이 소요된다. 현장 측정 방법은 샘플링 방법에 비해 시간과 비용은 절감할 수 있으나 주변 방사성물질 등의 영향으로 정확도가 낮고, 휴대용 HPGe (High Purity Germanium) 검출기는 관리의 어려움, 정확한 분석을 위한 전문지식 필요 등의 단점이 있다. 따라서, 현장측정방법에서 많이 사용되는 HPGe 검출기를 대체하여 해체 현장에서 활용도가 높은 플라스틱 검출기 개발을 목적으로 하고 있으며, 최근 나노물질을 활용한 검출센서 연구가 활발하게 수행되고 있다. 플라스틱 섬광체의 검출효율을 높이기 위해 본 연구에서는 Styrene과 같은 방향족 고리를 가지는 유기 발광화합물과 1차 발광물질, 파장쉬프터 물질 및 Cd 계열의 고 원자번호 나노물질을 활용하였다. Cd 계열의 나노물질은 Si나 Ge보다 원자번호가 크기 때문에 일반 반도체 검출기보다 흡수계수가 크며, 이는 입사된 방사선과 물질과의 상호작용에 의해 흡수되는 비율이 커짐을 의미한다. 지름 50 cm, 두께 50 cm의 나노물질 기반 플라스틱 섬광체를 제작하여 상용플라스틱 섬광체(EJ-200)와 비교분석한 결과, 나노물질 기반 플라스틱섬광체는 475 nm에서, 상용플라스틱섬광체는 456 nm에서 방출피크를 보였으며, 나노물질에 의해 더 긴 파장으로 시프트된 것이 관찰되었다. 하지만 모두 블루 계열의 파장대에서 방출피크를 보였다. 또한, 플라스틱섬광체를 광증배관, 프리앰프, 앰프, 다중파고분석기와 연결(그림)하여 펄스파고분석을 수행한 결과 상대 효율은 32% 향상, 검출효율은 1.5배 향상되었음을 확인할 수 있었다.


4-원소 Windkessel 모델을 사용한 혈관 안에서의 흐름율 연구

강남룡, New Physics: Sae Mulli 71, 801 (2021).

캡션

식습관의 서구화, 스트레스, 흡연, 운동부족, 노화 등에 의해 생기는 심혈관에서의 질환이 증가하면서 이에 대한 관심도 높아지고 있다. Windkessel 모델은 전자기시스템과 인체 동맥시스템 사이의 유사성을 이용하여 심혈관계의 특성을 연구하기 위한 것으로 혈액의 유체역학적 특성이 혈관질환에 미치는 영향을 분석하는데 적용된다. 본래의 Windkessel 모델은 대동맥의 유연성(compliance)과 말초혈관의 저항으로만 이루어진 2-원소 모델이었다. 말초저항(peripheral resistance)은 전기회로에서의 전기저항에 해당하고 대동맥의 유연성은 전기회로에서 축전기의 전기용량에 해당한다. 한편, 전기회로의 유도기(inductor)가 전류량을 일정하게 유지하려는 성질(관성)을 갖고 있듯이 인체(동맥)도 항상성(homeostasis)에 의해 혈류를 일정하게 유지하려는 성질인 관성을 갖는다. 본 연구에서는 2-원소 Windkessel 모델에 동맥혈류의 관성과 동맥저항을 추가한 4-원소 Windkessel 모델을 사용하여 심혈관계의 특성을 연구하고 혈액의 유체역학적 특성이 혈관질환에 미치는 영향을 분석하였다.

그림은 시간에 따른 동맥혈류(\(\small Q\)1)의 측정값과 이론값을 비교한 것이다. 검정색 실선은 정상인의 오른쪽 장골(iliac)과 대퇴골(femoral) 사이에서 측정한 값, 청색 실선은 이전에 동맥저항을 무시한 3-원소 모델을 사용하여 예측한 값, 적색 실선은 4-원소 모델을 사용하여 본 논문에서 예측한 값이다. 측정값은 첫 번째 정점(P1), 두 번째 정점(P2) 그리고 중복절흔(dicrotic notch) DN으로 진동하는 양상이 이론결과들과 비교적 일치함을 알 수 있다. 정상인에 대한 측정값과 비교한 것이므로 3-원소 모델과 4-원소 모델의 결과에 차이가 없지만 노화 등에 의해 혈관 지름이 줄어들거나 점성이 증가하면 저항이 증가하고 탄력소(elastin)나 교원질(llagen) 성분의 변화에 의해 혈관탄력이 변하게 되면 대동맥의 유연성이나 관성은 변하게 되므로 두 모델을 비교할 수 있을 것이다. 노화가 진행이 될수록 혈압의 첫 번째 정점이 나타나는 시기가 늦어지고 진동폭이 감소하는 현상도 설명할 수 있을 것이다.

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