고온초전도자석 이용한 직류 자기장 세계 신기록 달성
고온초전도자석 이용한 직류 자기장 세계 신기록 달성
  • 정이레 기자
  • 승인 2021.05.04 17:26
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한승용 서울대학교 전기정보공학부 교수
기사와 직접적 관련 없는 이미지 Ⓒgettyimagesbank
기사와 직접적 관련 없는 이미지 Ⓒgettyimagesbank

무절연 고온초전도자석은 차세대 핵융합을 비롯해 자기공명영상장치(MRI) 등 미래 산업을 이끌 기반 기술이다. 현재 의료·바이오, 신소재, 에너지, 전력, 수송, 군사 등 여러 분야로 빠르게 파급되고 있다. 이 기술은 빌 게이츠가 꼽은 201910대 혁신기술이기도 하다.

 

최근 시작된 대표적인 연구 사례로 미국 MIT 및 커먼웰스퓨전시스템(Commonwealth Fusion System) 가 민간영역으로부터 21,500만 달러(2,432억 원)를 투자받아 공동으로 개발 중인 차세대 초소형 핵융합 장치(SPARC)를 들 수 있다.

최근 빌 게이츠가 꼽은 ‘Top 10 Breakthrough Technologies of 2019(2019 10대 혁신기술)’에 선정되며 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 후발주자인 영국의 토카막 에너지(Tokamak Energy) 역시 유사한 초소형 핵융합 장치를 무절연 고온 초전도자석 기술을 바탕으로 추진 중이며 이 외에도 절연 초전도 기술은 미국 국립 고자기장 연구소, 프랑스 그레노블(Grenoble) 국립고자기장연구소, 중국 과학원 등에서 개발 중인 40T급 초고자기장 연구용 자석, 일본 도시바(Toshiba)9.4T급 의료진단용 초고자기장 MRI, MIT 및 일본 이화학연구소(RIKEN)의 신약개발용 단백질 분석 장비, 유럽 핵물리연구소(CERN) 및 일본 스미토모 중공업 등에서 개발 중인 암 치료용 초소형 가속기, 미국 NASA 1.4 MW 항공기용 전기 추진, 러시아 고등기술연구소(RFARP)500kW급 항공기용 전기 추진, 일본 중부전력의 초전도 자기에너지 저장장치 등이 있다.

 

국내에서도 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 한승용(46) 서울대 전기정보공학부 교수는 초소형·초경량 무절연 고온초전도자석을 개발하고 직류 자기장 세계 신기록을 달성한 공을 인정받아 과학기술정보통신부가 주최하는 이달의 과학기술인상을 수상하였다.

 

비교적 높은 온도에서 전기저항이 0이 돼 많은 전류 손실 없이 전송하는 고온초전도 현상은 1986년 처음 밝혀진 후 항공기·선박 등의 대형 전기 추진 시스템, MRI와 신약 개발 분석 장비, 신재생에너지 저장 장치 등 파급 효과를 불러왔다. 하지만 순간적으로 초전도 특성이 사라지는 퀜치(Quench) 현상으로 고온초전도자석이 타버리는 문제를 해결하기 위해 기존에는 테이프 형태의 초전도선 사이에 절연체를 넣었다.

 

서울대 한승용 교수팀이 미국 국립고자기장연구소(NHMFL)와 공동으로 45.5 T 직류 자기장 세계기록을 달성한 무절연 고온 초전도 자석 Ⓒ서울대학교
서울대 한승용 교수팀이 미국 국립고자기장연구소(NHMFL)와 공동으로 45.5 T 직류 자기장 세계기록을 달성한 무절연 고온 초전도 자석 Ⓒ서울대학교

한 교수는 이런 관행을 깨고 절연체를 없앤 무절연 고온초전도자석을 세계 최초로 제안했다. 그 결과 기존 세계 최고 성능의 초전도자석에 비해 크기와 무게를 100분의 1로 줄인 초소형·초경량 초전도자석을 개발했다. 지난 20여 년간 깨지지 않았던 직류 자기장 최고 기록인 44.6T의 벽을 넘어 45.5T의 신기록도 썼다.

 

한 교수 연구팀이 개발한 무절연 고온초전도자석은 직경 34, 길이 53에 불과하지만, 기존보다 50배 이상의 에너지밀도로 설계돼 초고자기장을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 미국 핵융합 벤처기업 MIT-CFS가 한 교수팀이 개발한 기술 특허에 기술료를 지불하고 차세대 초소형 핵융합 장치 개발에 나서는 것도 이 때문이다.

 

초전도 기술은 매우 광범위한 분야의 산업에 적용이 가능한 원천기술이다.

한 교수는 향후 지속적인 연구를 통해 초전도를 반도체와 같이 우리나라를 대표하는 또 하나의 대표기술 브랜드로 육성하는 것이 목표라고 전했다.

 

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