[붙임] 연구결과 개요

1.연구배경

도심에서 화학무기가 사용될 경우, 단순한 폭발 피해를 넘어 잔류한 화학물질이 시간이 지나면서 다시 공기 중으로 퍼지는 2차 확산이 더 큰 피해로 이어질 수 있다. 특히 액상 신경작용제는 극미량의 접촉만으로도 치명적일 만큼 독성이 강하며, 지면에 남은 액체 방울이 점차 증발해 공기 중으로 재확산될 수 있다. 하지만 지금까지의 화학무기 확산 모델은 대부분 공기 중 1차 확산에만 초점을 맞춰 잔류 물질의 장기 위험성을 충분히 반영하지 못했고, 도심 환경의 다양성과 복잡성 역시 고려되지 않는 경우가 많았다. 이러한 한계를 극복하기 위해, 실제 도시 환경에 존재하는 다양한 지표면 위에서의 화학무기 거동을 시공간적으로 예측할 수 있는 정교한 환경 모델 개발이 필요한 상황이었다.

2.연구내용

연구팀은 화학작용제의 환경 내 확산과 잔류를 고해상도로 분석할 수 있는 다매체 환경모델 DREAM-CWA (Dnamic fugacity-based Regional Environmental model for Air-surface exchange and Multimedia fate of Chemical Warfare Agents)를 공동 개발했다.

이 모델은 화학작용제의 시공간 분포를 고해상도로 파악할 수 있는 다매체환경모델로서, 가장 큰 특징은 화학작용제 액적을 독립적인 매체로 구성한 점이다. 액체 상태로 잔류하는 화학작용제의 경우, 도심 상공에서 화학탄이 폭발한 이후 지표면에 떨어진 액적이 주요 오염원이 된다. 국방과학연구소에서 기개발한 NBC_RAMS를 이용하여 1차 오염원의 위치와 양을 산정하게 되면, DREAM-CWA는 이 액적의 크기 변화, 증발 과정, 표면 재기화 등 2차 노출을 유발하는 핵심 메커니즘을 정량적으로 분석할 수 있다. 특히, 도시 환경의 특성을 반영해 토양, 아스팔트, 콘크리트, 도심 하천을 개별 매체로 구분하여 현실적인 오염 분포를 재현한다. 또한, 전산유체역학모델(CFD)과 연계해 지상 2 m 높이에서의 실제 인체 노출까지 예측할 수 있는 미기상을 적용하는 통합 접근 방식을 적용하였다. 이러한 화학작용제에 특화된 다매체환경모델 개발은 국내는 물론 국제적으로도 유례가 없다.

3.기대효과

DREAM-CWA 모델은 화학전·테러 대응 전략 수립, 도심지 내 확산 경향 분석 및 위해도 평가, 오염 지역의 신속한 대응 및 안전성 확보, 장기 환경 위해도 평가 및 정책 지원에 활용될 수 있다. UNIST와 국방과학연구소는 이번 연구를 통해 화학전 대응 분야에서 세계적 수준의 기술 경쟁력을 확보했으며, 국가 안보와 공공 안전을 위한 과학기술 기반 정책 수립에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다.

[붙임] 용어설명

1.NBC_RAMS (Nuclear Biological Chemical Reporting And Modeling S/W System)

화생방 보고관리 및 모델링 S/W

2.DREAM-CWA (Dnamic fugacity-based Regional Environmental model for Air-surface exchange and Multimedia fate of Chemical Warfare Agents)

화학작용제의 환경 내 확산과 잔류를 고해상도로 분석할 수 있는 다매체 환경모델

3.2차 재기화(Re-volatilization)

지면에 남은 화학물질이 시간이 지나며 다시 증기화되어 공기 중으로 퍼지는 현상이다. 초기 확산이 끝난 뒤에도 오염이 이어질 수 있는 주된 원인 중 하나다.

4.다매체 환경모델(Multimedia Environmental Model)

공기, 지표면, 수계, 토양 등 여러 매체를 통합적으로 고려해 오염물질의 이동과 잔류를 계산하는 환경 시뮬레이션 모델이다.

5.전산유체역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)

공기나 액체의 흐름을 컴퓨터 시뮬레이션으로 계산하는 기술로, 화학물질이 도시 환경 속에서 어떻게 확산되는지를 예측할 수 있다.

[붙임] 그림설명

그림1. 액체 화학무기 확산을 예측하는 DREAM-CWA 모델

DREAM-CWA는 화학작용제가 도심에 퍼졌을 때, 땅에 떨어진 액체 방울이 언제, 얼마나 다시 공기 중으로 증발하는지를 계산하는 모델이다. 아스팔트, 시멘트, 흙처럼 다양한 지면 재질을 구분해 오염의 지속 시간을 더 정확하게 예측할 수 있다. 지면 재질은 지리정보시스템(GIS) 데이터를 활용한다. 오른쪽 그림은 실제 도심에 모델을 적용해 본 결과로, 시간에 따라 독성 물질이 어떻게 퍼지는지를 보여준다.

그림2. 액체 화학무기 확산 예측을 위한 시뮬레이션 과정

화학작용제가 도심에 살포됐을 때 어떤 일이 벌어지는지 예측하는 전체 시뮬레이션 과정이다. 먼저 기존에 국방과학연구소에서 개발한 NBC_RAMS 시뮬레이션으로 화학작용제가 떨어진 위치와 양을 1차로 설정하고, DREAM-CWA 모델이 그 물질이 지표에서 다시 증발하는 양을 계산한다. 이 데이터를 바탕으로, 바람을 타고 화학작용제가 어디로 이동하는지까지 컴퓨터로 시뮬레이션한다. 아래 그림은 화학작용제가 살포된 뒤 30분 후, 다시 공기 중으로 퍼진 화학작용제의 확산 모습을 보여준다.