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최성득 교수, 이호영 박사(우측, 제1저자)/사진=UNIST도심에서 액상 화학무기가 살포될 경우 확산과 잔류 위험을 정밀하게 분석할 수 있는 시뮬레이션 모델이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 최성득 교수팀은 국방과학연구소 연구진과 함께 살포된 액상 화학작용제의 이동과 잔류 특성을 분석하는 예측 모델 'DREAM-CWA'를 개발했다고 23일 밝혔다.
DREAM-CWA는 기존 예측 모델과 달리 화학작용제가 공기 중 기체로만 확산되는 것이 아니라, 물방울 형태(액적)로 지표면에 잔류할 수 있다는 점을 실질적으로 반영한 것이 특징이다.
특히 액적이 가라앉는 표면을 토양, 아스팔트, 콘크리트 등 도심 구성 요소별로 구분해 분석함으로써 시뮬레이션의 정확도를 높였다. 표면 특성에 따라 액적에서 증발해 대기 중으로 방출되는 독성 물질의 양이 달라지기 때문이다.
연구팀은 이 모델을 활용해 상온에서 끈적한 액체 상태로 존재하는 지속성 화학작용제가 살포된 상황을 가정해 시뮬레이션을 수행했다. 그 결과 살포 30분 후, 지표면에 떨어진 액적이 증발하면서 대기 중 독성 물질 농도가 최대 32배까지 증가했으며, 대기로 재배출되는 총량도 초기 대비 1.5배 늘어난 것으로 분석됐다.
DREAM-CWA에서 산출된 결과는 3차원 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션과 결합돼 활용된다. DREAM-CWA가 바닥의 액체 방울에서 방출되는 독성 물질의 양을 계산하면, CFD 모델은 이 가스가 빌딩 숲 사이의 복잡한 바람을 타고 어떻게 이동하는지를 추적한다. 이를 통해 사람이 호흡하는 높이에 가까운 지상 2m 지점의 국소적 독성 가스 농도까지 예측할 수 있다.
최성득 교수는 "화학무기가 살포된 이후 공기, 액적, 토양, 아스팔트, 콘크리트, 도심 하천 등 여러 매체를 거치며 이동·확산되는 과정을 통합적으로 분석하는 다매체 환경모델은 국내는 물론 국제적으로도 유례가 드문 기술"이라고 설명했다.
국방과학연구소 연구진도 "미기상 환경에서 다양한 액상 화학무기의 확산 경로와 인체 노출량, 잔류 시간을 정밀하게 예측할 수 있어 화학전 및 테러 대응 작전에서 중추적인 역할을 할 것"이라고 기대했다.
이번 연구는 국방과학연구소가 주관한 핵심기술 과제인 '화생방 무기체계의 한국적 운용개념 설정을 위한 화학작용제 오염특성 분석'의 지원을 받아 수행됐다. 공동 연구진으로는 부경대학교 지구환경시스템과학부 김재진 교수가 참여해 전산유체역학 모델링을 담당했다.
