표준연 김윤배 박사팀, 40 T(테슬라) 펄스고자기장 설비 개발
40 T 고자기장 설비 앞에서 김윤배 박사와 카푸스틴 박사
40 T 고자기장 코일 모습
싸이리스터-다이오드 스위치
0.5 MJ 커패시터뱅크 모습
펄스고자기장 설비란 코일에 순간적으로 매우 강한 전류를 흘리어 높은 자기장을 형성시키는 장치로써, 이번에 구축된 설비는 약 0.006초라는 짧은 시간 동안 5만 A(암페어)의 엄청난 전류를 흘릴 수 있도록 제작되어졌다. 예를 들어, 고자기장 설비에서 발생하는 한번의 에너지는 일반 가정에서 사용하는 100 W 전구 10만 개를 순간적으로 한번에 켤 수 있을 만큼의 힘을 가진다.
40 T 이상의 고자기장 설비를 보유하고 있는 나라는 미국, 일본, 유럽 12개국 등 총 17개 국 이며, 아시아에서는 일본, 중국에 이어 우리나라가 세 번 째 이다. 우리나라에는 그동안 20 T 이상의 고자기장 설비가 없었기 때문에 고자기장하에서의 실험이 필요할 경우는 외국의 실험실을 방문하여야 하는 불편함이 있었다.
김윤배 박사팀이 이번에 생성한 40 T 는 현재 구축된 고자기장 설비의 가용 에너지인 0.5 MJ의 15 % 만을 사용한 것으로 전체 에너지를 사용할 경우 고체물리연구에 가장 효율적으로 사용되고 있는 영역인 60 T 생성도 가능하므로 고자기장하의 물성을 연구하는 타 연구팀과의 공동연구도 가능할 것으로 예상하고 있다. 또한 이 장비가 10 kV-0.25 MJ을 기본모듈로 개발되었기 때문에 기본모듈을 증설하면 앞으로 더 높은 에너지의 커패시터뱅크(Capacitor Bank) 구축도 가능하며, 현재 상태에서 큰 변화 없이 커패시터만을 증설하는 것으로 지금의 4배 규모로 확장이 가능하여 보다 정밀한 측정 효과가 기대된다.
이 사업의 책임자인 전기·자기그룹의 김윤배 박사는 “이번 40 T 펄스 고자기장설비의 구축으로 국내의 과학자들에게 고자기장 환경을 제공함으로써 기초과학 발전에 기여하는 계기가 되었으면 좋겠다.”고 말했다.
이번에 설치한 장비는 희토류 자석의 측정표준을 확립하는데도 큰 도움을 줄 전망이다. 희토류 자석은 핸드폰, 컴퓨터, 디지털카메라 등의 모터 핵심부품으로 널리 사용되고 있으나, 국제적으로 측정표준에 논란이 많아 펄스고자기장을 이용하는 방법이 새로운 측정표준으로 제안된 상태이다. 이번 고자기장 설비의 개발로 희토류 자석의 측정 기술을 연구하는데도 큰 도움을 줄 전망이다.
■ 전문용어
○ 커패시터뱅크 : 커패시터(축전기)를 병렬로 연결하여 큰 용량의 전기에너지를 저장하는 장치
○ 10 kV-0.25 MJ 모듈 : 충전전압 10 kV로 0.25 MJ의 전기에너지를 담을 수 있는 기본 장치
▲ kV : 1000 V로 전압의 단위
▲ MJ(메가줄) : 100만을 뜻하는 M(Mega)와 열량 단위를 뜻하는 J(Joule;줄)이 합해진 단위
▲ T(테슬라;1만 가우스): 자기장의 단위
○ 희토류자석 : 희토류 원소와 철, 코발트 등을 기본 구성원소로 하는 여러 가지 영구자석으로, 보통의 영구자석보다 5~10배 큰 자기에너지를 갖고 있음. 자동차, 컴퓨터, 휴대폰 등 각종 전기 및 전자기기의 모터 및 스피커, 이어폰 등 음향기기에 널리 이용되고 있음.
한국표준과학연구원 개요
국가측정표준 정점이며 가장 앞서가는 측정을 연구하는 대덕연구단지내의 출연연구기관입니다.
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