테라헤르츠 빔과 적외선에 의한 미량 가스 원격 탐지

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-31

적외선과 테라헤르츠 복사가 결합된 유독 가스 검출 기술이 개발되었다. 이 기술은 화학물질 유출에서부터 신경가스 공격에 이르기까지 여러 원인으로 발생된 공기 중의 미량의 유해 가스를 최대 1킬로미터까지 떨어져서 검출할 수 있다. 듀크대(Duke University)와 미 육군 AMRDEC(Army Aviation and Missile Research, Development and Engineering Center) 연구진이 일반적인 대기압에서 다양한 종류의 가스와 화학물질들을 구별할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 핵 사고로 생긴 방사성 부산물의 검사, 대기 오염물질의 검출 혹은 화학무기의 원격 감지와 같은 일을 가능하게 만들 것이다. 이번 연구에서 연구진은 메틸 불화물(methyl fluoride), 메틸 비염산염(methyl chloride) 및 메틸 브롬화물(methyl bromide) 가스 구름에 2개의 광 빔을 동시에 비췄다. 한 빔은 가스 분자의 회전 전이 에너지에 맞춰진 일정한 T-선 빔이고, 나머지 한 빔은 AMRDEC에 설치된 적외선 빔으로부터 나온 고속 펄스였다. “대형 쇠망치로 분자를 때리는 것과 비슷하다”고 미군 과학자이자 듀크대 교수인 헨리 에버릿(Henry Everitt) 박사는 말했다. T-선으로 가스 분자를 때리면 번갈아 나타나는 회전 상태들 사이에 전환이 일어난다고 연구진은 말했다. 그 결과 바코드에 있는 선들과 비슷한 흡수 스펙트럼 지문이 발생된다. 보통의 대기압은 이러한 화학적 바코드를 흐리게 만들지만, 초단 적외선 펄스가 분자를 평형상태를 깨뜨려 흐릿한 선들을 깜박이게 만든다. “우리가 찾고 있는 분자 종류와 일치하는 파장에 각각의 빔을 맞추기만 하면 된다. 그리고 만약 변화가 관찰되면 다른 분자가 아니라 그 분자가 있다는 것을 알게 된다”고 에버릿은 말했다. 종래의 기술들이 성공적이지 못한 이유는 대기 중의 수증기와 압력이 스펙트럼 지문을 흐리게 만들어 약화시키기 때문이었다. 이 새로운 이중공명 분광법이 현장에 배치되기 위해서는 더 많은 시험이 필요하다고 연구진은 말했다. 다음 과제는 암모니아, 이황화탄소, 질산 및 황산과 같은 유해 산업용 화학물질을 포함하는 추가적인 종류의 가스들을 검출하기 위해서 T-선과 적외선 빔을 조절하는 방법을 알아내는 것이다. 이번 연구는 미 육군, 국방위험감소국(Defense Threat Reduction Agency), DARPA가 자금을 지원했고, 연구논문은 ‘Physical Review Applied (doi: 10.1103/PhysRevApplied.2.054016)’에 발표되었다. * 그림 : 초고속 펄스 레이저와 T-레이에 의해서 1킬로미터 떨어진 곳의 유독 가스를 검출할 수 있다. REAS_Laser_Sniffs.jpg http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=57016