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방사능 폐수 속 헤엄치면서 세슘만 잡아먹는 미세로봇 개발

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방사능 폐수 속 헤엄치면서 세슘만 잡아먹는 미세로봇 개발

2019.06.19 13:32
방사성 폐수 속을 헤엄치며 방사성 물질 세슘만 제거하는 미세 수중로봇이 개발됐다. 미세 수중로봇이 기포를 뿜으며 세슘을 제거하고 있는 모습이다. 한국원자력연구원 제공
방사성 폐수 속을 헤엄치며 방사성 물질 세슘만 제거하는 미세 수중로봇이 개발됐다. 미세 수중로봇이 기포를 뿜으며 세슘을 제거하고 있는 모습이다. 한국원자력연구원 제공

국내 연구팀이 방사성 폐수 속을 헤엄치며 방사성 물질 세슘만 제거하는 미세 수중로봇을 개발했다. 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 방사성 폐수에 대한 관심이 높아지는 가운데 기존 폐수 정화속도보다 60배 빠른 기술을 개발해 주목받고 있다.

 

박찬우 한국원자력연구원 해체기술연구부 선임연구원 연구팀은 원격 제어로 방사성 폐수 속을 돌아다니며 세슘을 감지하고 제거하는 미세 수중로봇을 개발했다고 19일 밝혔다.

 

방사성 폐수는 원자력시설을 운영하거나 사고로 유출되는 등 다양한 상황에서 발생할 수 있다. 폐수 속에는 세슘과 코발트 등 다양한 방사성 핵종이 녹아 있다. 그중 방사성 세슘은 물에 잘 녹아 외부로 유출 가능성이 가장 크고 제거가 까다로운 핵종이다. 물질의 양이 반으로 줄어드는 반감기도 30여 년이 넘어 그동안 계속해 감마선을 방출한다.

 

세슘이 체내에 흡수되면 장기와 근육 등에 쉽게 축적돼 불임증과 전신마비, 골수암 등의 병을 유발할 수 있다. 환경에 유출되면 장기간 생태계에 영향을 줄 수 있어 방사성 폐수를 정화하는 과정에서 중요한 핵종으로 꼽힌다. 지금까지 개발된 세슘 제거에 쓰이는 흡착체의 경우 작업자가 폐수에 노출될 수 있어 안전을 위한 많은 준비사항이 필요하다. 사용한 흡착제와 설비를 2차 폐기물로 다시 거둬들여야 하는 한계도 있다.

 

연구팀이 개발한 머리카락 두께의 10분의 1 크기의 미세 수중로봇은 세슘을 흡착하는 페로시안화 구리를 입힌 이산화규소 입자의 한쪽 면에 백금 촉매에 니켈을 코팅해 운동력을 갖췄다. 한국원자력연구원 제공
연구팀이 개발한 머리카락 두께의 10분의 1 크기의 미세 수중로봇은 세슘을 흡착하는 페로시안화 구리를 입힌 이산화규소 입자의 한쪽 면에 백금 촉매에 니켈을 코팅해 운동력을 갖췄다. 한국원자력연구원 제공

연구팀은 스스로 폐수 속을 헤엄치며 세슘을 거둬들이는 미세 수중로봇을 개발했다. 머리카락 두께의 10분의 1인 약 7㎛ 크기인 미세 수중로봇은 육안으로는 가루처럼 보인다. 세슘을 흡착하는 페로시안화 구리를 입힌 이산화규소 입자가 기본 몸체다. 입자 한쪽 면에 백금 촉매와 니켈을 코팅해 운동 능력을 갖췄다. 폐수에 미세로봇과 과산화수소를 넣으면 백금 촉매가 과산화수소와 반응해 산소방울을 만들고, 로봇은 산소방울을 추진력삼아 움직인다. 니켈을 이용해 외부에서 자기장으로 로봇의 이동 방향을 제어하는 것도 가능하다.

 

물속에서 이동할 수 있다 보니 가만히 있는 것보다 방사성 세슘을 빠른 속도로 제거할 수 있다. 연구팀이 개발한 로봇은 움직이지 않는 기존 수동형 흡착제에 비해 세슘 제거 속도가 60배 빨랐다. 폐수 속에 세슘과 비슷한 특성을 가진 나트륨과 같은 이온이 존재할 때도 세슘을 98% 이상 제거했다.

 

특히 방사성 폐수는 작업자의 피폭을 예방하는 것이 중요하다. 로봇은 외부에서 자기장을 조절해 원격으로 제어할 수 있어 작업자가 방사선 노출을 최소화할 수 있다. 세슘을 제거한 이후에도 미세 로봇만 자기장으로 회수해 방사성폐기물로 분리해 처분할 수 있어 효율성을 높였다.

 

박 선임연구원은 “미세 수중로봇은 방사성 폐수 처리에 획기적인 발전을 가져올 뿐 아니라 수계 환경 정화와 산업 폐수 정화에도 활용될 수 있다”며 “보다 더 친환경적인 추진체를 개발하고 원격제어기술을 보완해 2023년 상용화를 목표로 할 계획”이라고 말했다.

 

이번 연구는 환경 분야 국제학술지 ‘유해물질 저널’ 5월호에 실렸다. 지난달 27일 특허 등록을 마쳤다.

 

박찬우 한국원자력연구원 선임연구원이 미세수중로봇을 현미경으로 확인하고 있다. 한국원자력연구원 제공
박찬우 한국원자력연구원 선임연구원이 미세수중로봇을 현미경으로 확인하고 있다. 한국원자력연구원 제공

 

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