디지털엑스선

[2025 ETRI Technology Report 3] 디지털 엑스선으로 땅속 훤히 비춰 지뢰·유해 탐지한다 – 박소라 지능형부품센서연구실 선임연구원

기존의 X선 기술은 발견 초기부터 지금까지 가열된 필라멘트에서 전자빔을 얻는 아날로그 방식을 고수해 왔습니다. 하지만 열을 이용하는 방식은 온도가 서서히 변화하기 때문에 정밀한 제어가 어렵고 원치 않는 X선이 방출되는 단점이 있습니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 나노 소재를 도입하여 X선 소스를 근본적으로 디지털화하는 데 성공했습니다. 나노 소재를 활용하면 전기 신호만으로 전자빔의 인출을 즉각적으로 조절할 수 있어, 필요한 순간에만 정확하게 X선을 발생시키는 효율적인 시스템 구축이 가능해집니다. 디지털 X선 소스는 전계 방출원을 사용하여 기존 장치보다 크기를 획기적으로 줄일 수 있으며 제작 비용 면에서도 큰 이점을 가집니다. 이러한 소형화 기술을 바탕으로 여러 개의 소스를 배치한 다중 소스 시스템은 넓은 면적을 동시에 고속으로 탐색하는 지면 투과 기술에 적용되었습니다. 특히 인공지능 기술을 접목하여 내부 형태뿐만 아니라 X선 스펙트럼까지 분석함으로써 사물의 물질 정보까지 파악하는 정밀한 분석이 가능해졌습니다. 이는 기존의 X선 장비가 넘지 못했던 기술적 한계를 극복한 최초의 시도로 평가받고 있습니다. 이 기술은 산악 지형이 많은 우리나라의 특성을 고려하여 이동식 탐색 장비나 원격 로봇 기술로도 발전할 수 있습니다. 이미 10년 전 탄소나노튜브를 활용한 의료 장비 부품 상용화에 성공한 바 있으며, 이제는 의료와 산업을 넘어 보안 검색 등 다양한 분야로 활용 범위를 넓히고 있습니다. 특히 6·25 전사자 유해 발굴 현장에서 수작업의 한계를 보완하고 지뢰 등의 위험으로부터 작업자를 보호하는 등 사회적 가치 실현에도 기여할 전망입니다. 연구진은 앞으로도 기술 고도화를 통해 디지털 X선 소스만이 해결할 수 있는 기술적 난제들을 하나씩 풀어나갈 계획입니다.

[연구원 인터뷰] 우리 연구는 모 아니면 도?!

우리 생활에 매우 친숙한 엑스선 기술은 그동안 100년 전 개발된 열전자 방식에 머물러 있었습니다. 디지털 엑스선 소스 기술은 이러한 아날로그 방식에서 벗어나 엑스선 발생 자체를 디지털화하는 근본적인 혁신을 목표로 합니다. 기존 방식이 필라멘트를 고온으로 가열해 전자를 얻는 방식이었다면, 디지털 엑스선 소스는 구동 방식부터 차별화되어 더욱 정밀하고 효율적인 제어가 가능합니다. 이는 의료 및 산업 현장에서 더 빠르고 정확한 진단을 가능하게 하는 핵심적인 변화의 시작입니다. 탄소나노튜브는 디지털 엑스선 소스의 핵심 소재로, 전자를 방출하는 전자원 역할을 수행합니다. 나노 사이즈의 얇고 긴 섬유 형태인 탄소나노튜브에 전계를 가하면, 특유의 구조 덕분에 아주 적은 양의 전기로도 많은 양의 전자를 방출할 수 있는 전계 집중 효과가 발생합니다. 이러한 방식은 열을 가할 필요가 없어 에너지 효율이 높고 반응 속도가 매우 빠릅니다. 다만 전자빔이 목적지까지 정확히 도달하기 위해서는 완벽한 진공 환경을 유지하는 정교한 공정 기술이 필수적입니다. 연구진은 세계 최초로 탄소나노튜브를 활용한 밀봉형 엑스선 튜브를 개발하고, 이를 실제 상용화 제품까지 연결하는 데 성공했습니다. 이 기술은 치과용 휴대용 엑스선 장비에 적용되어 이미 시장에 출시되었으며, 현재는 산업용 비파괴 검사 분야로도 그 활용 범위를 넓혀가고 있습니다. 단순히 연구실 수준의 성과에 머물지 않고 실제 산업 현장에서 사용되는 핵심 부품으로 자리 잡았다는 점은 기술적 우수성을 입증하는 동시에 새로운 시장 창출의 가능성을 보여주는 고무적인 성과입니다. 기술 개발부터 상용화에 이르는 과정은 결코 쉽지 않은 여정이었습니다. 소재 연구부터 부품 제작, 테스트에 이르기까지 모든 과정을 직접 수행해야 했기에 연구진은 실험실을 쉴 새 없이 오가며 수많은 시행착오를 극복해야 했습니다. 특히 기술 이전을 받은 기업들이 제품을 안정적으로 생산할 수 있도록 지속적인 교육과 사후 관리를 제공하는 과정은 연구 개발만큼이나 큰 인내와 노력을 요구했습니다. 하지만 이러한 끈질긴 집념은 결국 무에서 유를 창출하는 값진 결과물로 이어졌습니다. 앞으로의 연구는 의료와 산업을 넘어 보안 검색 및 정밀 계측 장비 분야로 확장될 전망입니다. 100년 넘게 유지되어 온 기존 엑스선 시스템의 한계를 극복하고, 디지털 엑스선 소스만의 특성을 고도화하여 완전히 새로운 장비 시장을 선점하는 것이 최종적인 목표입니다. 연구자에게 있어 이 프로젝트는 단순한 업무를 넘어 인생의 큰 전환점이 되었으며, 앞으로도 호기심과 열정을 잃지 않는 자세로 디지털 엑스선 분야의 독보적인 전문가로서 새로운 미래 기술의 방점을 찍기 위해 정진할 것입니다.

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[2025 ETRI Technology Report 3] 디지털 엑스선으로 땅속 훤히 비춰 지뢰·유해 탐지한다 – 박소라 지능형부품센서연구실 선임연구원

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