원자력연, 친환경 'K-스마트 센서' 개발…국가산업설비 안전 모니터링

한국원자력연구원이 국가 기반 산업의 핵심적인 설비를 24시간 관찰할 수 있는 압전형 센서 소재·부품 원천기술을 개발하고 국내외 인증을 획득했다고 8일 밝혔다.

원자력 발전은 물론 중화학 플랜트나 철도 등 중요 산업 시설은 온도나 충격 등으로 결함이 생기지 않도록 만전을 기울여야 하는데, 이를 실시간으로 파악하기 위해서는 외부 충격을 전기적 신호로 바꾸어 정보를 실시간 제공하는 압전형 센서가 필요하다.

국내의 경우 압전형 센서의 소재·부품 기술이 취약해 미국·유럽 등 기술 선진국 제조사로부터 전량 수입하고 있는 현실이다.

현재 수입되는 센서는 인체에 유해한 '납 티탄산 지르코늄'(PZT)이라는 압전세라믹 소재로 만들었는데, 시간이 흐를수록 전자제품·기기 속 납을 엄격히 규제하는 등 세계적으로 납 사용을 금지하고 있어 친환경 소재 개발·제품화 경쟁이 치열한 상황이다.

이에 원자력연구원의 이민구 박사 연구팀은 2017년부터 친환경 압전 소재부터 디자인, 부품 제작 기술까지 센서 원천기술 개발에 주력해 왔다.

친환경 압전형 센서 시제품을 선보이는 한국원자력연구원 이민구 박사 [한국원자력연구원 제공]

이번에 개발한 것은 최근 PZT를 대체할 친환경 소재로 주목받는 '칼륨 소듐 니오베이트'(KNN)에 미세 도핑 방식으로 비스무트(Bi)계 화합물을 첨가한 고성능 압전 소재이다.

이어 이 소재를 적용한 센서의 공학적 디자인을 개발하여 최고 성능을 발휘할 수 있도록 설계했고, 센서 내 복잡한 구성 부품의 제작·조립·가공 기술을 최적화하는 데 성공했다.

연구팀은 원전 등 다양한 산업 설비의 이상 진동, 이물질 충격 등을 감시할 수 있는 지름 2㎝·높이 6㎝가량의 가속도계 센서 2종과 배관 등 누설이나 결함을 탐지할 수 있는 지름 2∼3㎝·높이 2∼4㎝가량의 음향방출형 센서 2종을 개발했다.

올해 초 한국인정기구(KOLAS) 공인시험을 통해 기존 PZT 기반 상용 제품을 대체할 만큼의 성능을 확인했다. 이는 즉시 상용화가 가능한 수준이라고 연구팀은 설명했다.

제품 안전성·신뢰성을 인증하는 국내 KC 인증과 유럽 CE 인증, 친환경성 인증인 유럽 RoHS 인증도 획득했다.

최영철 기기안전진단연구부장은 "향후 개발된 센서 제품을 각종 산업 설비에 적용하기 위해 다양한 사업화 방안을 모색하는 중"이라고 전했다.

이어 "고온·방사선 등 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 친환경 특수 센서도 개발할 것"이라고 말했다.

한국원자력연구원 로고 [자료=한국원자력연구원]