기본입자 "뮤온" 이용해 강 아래 터널 안전성 검사한다

하이커뮤니티매니져 0 14 09.18

중국 상하이자오퉁대 연구팀은 상하이 외곽순환도로 터널 위로 쌓이는 퇴적물을 효율적으로 측정하기 위해 터널 내부에 뮤온 검출기를 설치했다. Khaw et al.(2025)/Journal of Applied Physics 제공

과학자들이 실제 생활과 연관이 없을 것 같은 우주의 기본입자 '뮤온(muon)'을 활용해 강이나 바다 아래로 지나가는 터널의 안전성을 검사했다.

중국 상하이자오퉁대 연구팀은 뮤온을 활용한 영상 기술인 '뮤오그래피(muography)'로 터널 안전성을 모니터링하는 데 성공하고 연구결과를 16일(현지시간) 국제학술지 '응용물리학 저널'에 공개했다.

물 아래를 지나는 터널은 터널 위로 쌓이는 퇴적물 모니터링과 유지 보수가 난제다. 일반적으로 위험도가 높은 파괴시험 등이 시행되고 있어 안전한 비파괴검사가 필요한 상황이다.

연구팀은 터널 내부에서 뮤온 흐름을 검출해 퇴적물 축적 양상을 파악하는 뮤오그래피 시스템을 개발했다. 뮤온은 전자처럼 전하를 띤 우주의 기본입자로 전자와 전하량은 같지만 질량은 약 207배 무거워 불안정하다.

중국 황푸강을 건너는 상하이 외곽순환도로 터널 모식도. 물 아래로 지나는 터널은 터널 위로 쌓이는 퇴적물 모니터링과 유지보수가 해결 과제로 꼽힌다. Khaw et al.(2025)/Journal of Applied Physics 제공

터널 위에 쌓인 퇴적물은 어떤 공간에서 단위 면적 당 뮤온의 흐름을 나타내는 값인 '뮤온 플럭스(flux)'를 줄인다. 연구팀은 "뮤온은 원자와 전자기적으로 상호작용하며 에너지를 소모한다"며 "밀도가 높은 물질일수록 더 많은 에너지를 소모시킨다"고 설명했다. 퇴적물의 진흙 형태가 물보다 밀도가 높아 뮤온을 잘 차단한다는 뜻이다.

개발된 시스템은 기본적으로 퇴적물 축적량이 높은 지점을 식별하고 붕괴 위험이 있는 지하 공동도 발견할 수 있다. 터널의 구조와 건축 소재에 대한 기본 정보, 환경 데이터, 기준 뮤온 플럭스 측정값만 있으면 어디든 적용 가능하다는 설명이다.

이번 연구에서는 기술 검증 차원에서 상하이 외곽순환도로 터널 내 50m 간격으로 10분씩 데이터가 수집됐다. 연구팀은 "실제 적용 시에는 터널 전역 고정 지점에 검출기를 영구 설치해 24시간 모니터링할 것"이라며 "상하이의 다른 터널로 연구를 확대할 계획"이라고 밝혔다.

뮤오그래피는 기존 고고학 연구나 광산 탐사에 종종 사용됐지만 터널 같은 구조물의 변화를 시간에 따라 추적하는 것은 새로운 응용 사례로 평가된다.

연구팀은 "더 많은 연구자들이 협력해 기초과학의 발전을 사회적 과제 해결에 적용하길 바란다"고 말했다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=74076

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