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미세먼지, 방사선량 측정 비결 '고저항' 국내연구팀 구현

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2018년 09월 19일 15:59 프린트하기

채동훈 한국표준과학연구원(KRISS) 책임연구원이 표준으로 사용 가능한 불변의 양자 고저항을 측정하고 있다
채동훈 한국표준과학연구원(KRISS) 책임연구원이 표준으로 사용 가능한 불변의 양자 고저항을 측정하고 있다

전자기기에 들어가는 회로의 기본 요소인 ‘저항’ 중 매우 높은 저항을 실제로 제작하고, 이를 불변의 상태로 안정적으로 유지시키는 데 한국-일본 공동연구팀이 성공했다. 


한국표준과학연구원은 일본측량표준종합센터(NMIJ)와 함께, 1메가옴(MΩ, 100만 옴) 급의 높은 저항을 실제로 구현하는 데 성공했다고 19일 밝혔다. 


저항은 전압, 전류와 함께 전자회로를 구성하는 기본이다. 저항 값이 일정하지 않다면 많은 전자제품이 제대로 작동하지 못하기 때문에, 국제적으로 통용되는 표준 저항을 만드는 게 중요하다. 현재는 1980년대에 독일에서 발견된 ‘양자홀효과’를 기반으로 한 불변의 저항 표준값인 ‘양자홀저항’을 저항을 측정하고 비교하는 표준으로 각국이 활용하고 있다. 한국 역시 표준연이 2008년 독자적으로 개발한 양자홀저항표준시스템을 바탕으로 국가 저항표준을 확립해 운영 중이다.


현재 양자홀저항은 최대 10킬로옴(1만 옴) 수준의 저항까지 만들고 유지할 수 있다. 즉 1만 옴 수준의 저항을 측정하는 표준으로는 이용할 수 있지만, 그보다 월등히 높은 저항에 대해서는 이용이 어렵다. 30cm 자를 이용해 비행기의 크기를 측정하기 어려운 것과 비슷하다.


NMIJ는 이 문제를 해결하기 위해 양자홀저항을 100개 직렬로 연결해 100만 옴(1메가옴)의 저항을 갖는 ‘양자홀 고저항 어레이’를 만들었다. 문제는 이 저항의 값이 정확히 1메가옴인지 확인이 어렵다는 사실이었다. 높은 저항을 측정하려면 기존보다 전류를 100분의 1로 낮춰야 하는데, 여기에도 고도의 정밀 측정기술이 필요하다.


채동훈 표준연 전자기표준센터 책임연구원팀은 저온전류비교기를 이용해 1억 분의 1 수준의 초정밀 저항값을 측정하는 데 성공하고, 이를 이용해 새로 제작한 양자홀 고저항 어레이와 양자홀저항표준을 서로 비교했다. 이 방법으로 새로 만든 양자 고저항 어레이가 정확한 1메가옴의 저항을 갖는다는 사실을 확인했다.


연구팀은 “메가옴 급의 강한 저항을 확보함으로써 안정적으로 작은 전류를 발생시키고 측정할 수 있게 됐다”고 연구 의의를 설명했다. 미세먼지의 농도, 암 치료 방사선량 등의 측정에 전류 측정이 이용되는 만큼 많은 분야에서 응용이 가능하리라 예상된다.


채 책임연구원은 “양자 고저항은 산업은 물론 국민 삶과 직접 연관되는 많은 분야에서 활용될 수 있다”며 “새로운 전류 표준 확립에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.


이번 연구 결과는 측정과학 분야 국제학술지 ‘메트롤로지아’ 10월호에 게재될 예정이다.

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