▲ 국제 학술지 ‘네이처’ 본지 및 ‘네이처’ 웹사이트 메인 게재

국내 연구진이 고온 초전도 자석 기술로 지난 20여년 간 깨지지 않았던 직류 자기장 세계 최고 기록(44.8 Tesla)을 새롭게 갱신했다. 

서울대 공대(학장 차국헌)는 전기정보공학부 한승용 교수팀이 무(無)절연 고온 초전도 인서트(insert) 자석을 이용해 45.5Tesla(1Tesla = 지구 자기장의 2만 배)를 달성하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 이번 연구는 미국 국립 고자기장연구소(National High Magnetic Field Laboratory)와 공동으로 진행했다.

그동안 고온 초전도 자석 응용 연구에서 사고 시 초전도 자석의 운전 안전성 유지가 최대 난제였다. 한승용 교수는 기존 초전도 자석에서 필수적으로 여겨졌던 전기 절연을 의도적으로 제거하는 무절연 고온 초전도 자석(No-Insulation High Temperature Superconductor Magnet) 기술을 세계 최초로 제안하였으며, 이를 통해 초전도 자석에서 운전사고 발생 시, 사고 전류가 주변의 건강한 초전도 영역으로 자동 우회(automatic bypass)하도록 해 초전도 자석을 보호할 수 있음을 입증하였다. 그 결과 초전도 자석의 운전 안전성을 비약적으로 향상시켰으며, 이는 오늘날 초전도 자석 제작 방식의 패러다임을 획기적으로 바꾼 것으로 평가받고 있다. 

이번 연구에서 연구팀은 높은 운전 안전성을 바탕으로 무절연 고온 초전도 인서트 코일을 기존 초전도 자석에 비해 50배 이상의 높은 에너지 밀도로 설계했다. 그로 인해 직경 34mm, 높이 53mm의 초소형 제작도 가능해졌다.

또 45.5Tesla의 초고자기장 환경에서 운전되면서도 사고 시 초전도 자석이 전기적으로 타지 않는 고유한 특성을 실험적으로 입증했다. 나아가 고온 초전도체에서 발생하는 차폐전류가 초고자기장 환경에서 초전도 재료에 독특한 기계적 변형을 발생시킬 수 있음을 세계 최초로 규명하고 그 해결책을 제시하였다.

한승용 교수는 "이번 연구결과는 새로운 무절연 고온 초전도 자석 기술을 통해 기존 한계를 뛰어넘는 초고자기장을 보다 안전하게 발생시키는 한편, 기존에는 상상하기 어려웠던 수준으로 초소형화가 가능하다는 것을 보여준다."며, "향후 암 진단용 MRI, 신약개발용 분석장비 등의 의료 분야, 풍력 발전, 에너지 저장 장치 등 에너지 분야, 오폐수 처리 등 환경, 전기 추진 수송 분야, 고효율 산업용 기기 등 우리 산업 전반에 걸쳐 큰 파급 효과가 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구결과는 세계적으로도 인정받아 국제 학술지인 네이처 본지(제 1저자 한승용 교수)에 6월 13일자로 발표됐다. 한편 이 연구는 미국 국립과학재단과 삼성전자 미래기술 육성센터 및 한국 연구재단의 지원으로 수행됐다.

박민주 기자  pmjmin@naver.com

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