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지구 자기장 91만배 만드는 초전도 자석 나왔다

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지구 자기장 91만배 만드는 초전도 자석 나왔다

2019.06.13 18:02
한승용 서울대 전기정보공학부 교수.
한승용 서울대 전기정보공학부 교수.

국내 연구진이 고온 초전도 자석 기술로 지구 자기장의 91만배에 이르는 직류 자기장을 만드는 데 성공했다. 이는 지금까지 기록된 직류 자기장 가운데 세계 최고 기록이다. '

 

한승용 서울대 전기정보공학부 교수 연구팀은 미국 국립 고자기장연구소와 공동 연구를 통해 무절연 고온 초전도 인서트(insert) 자석을 이용해 45.5테슬라(1테슬라는 지구 자기장의 2만배)를 달성하는 데 성공했다고 13일 밝혔다. 암 진단용 자기공명영상(MRI)을 비롯해 의료 분야 분석 장비, 에너지 저장 장치, 초전도 자석을 이용한 교통수단 등 초전도 자석이 이용되는 다양한 분야에 파급 효과가 있을 것으로 기대된다. 

 

고온 초전도 자석 응용 연구에서 가장 어려운 점은 초전도 자석을 안전하게 운용하는 것이다. 이를 해결하기 위해 한 교수는 기존 초전도 자석에서 필수였던 전기 절연을 의도적으로 제거하는 ‘무절연 고온 초전도 자석’ 기술을 제안했다.

 

한 교수는 무절연 고온 초전도 자석 기술을 통해 초전도 자석을 운전할 때 사고가 발생하면 전류가 주변 건강한 초전도 영역으로 자동 우회하도록 만들어 초전도 자석을 보호할 수 있다는 사실을 입증했다. 상용화된 초전도 자석 운전 안전성을 향상시켜 초전도 자석 제작 방식 패러다임을 획기적으로 바꾼 것으로 평가된다. 

 

이번 연구에서 한 교수 연구팀은 무절연 고온 초전도 인서트 코일을 기존 초전도 자석에 비해 50배 이상 높은 에너지 밀도로 설계했다. 그 결과 직경 34mm, 높이 53mm의 초소형 초전도 자석을 제작하는 데 성공했다. 

 

연구팀은 또 45.5테슬라의 초고자기장 환경에서 운전이 가능하고 사고 발생시 자석이 전기적으로 타지 않는 고유 특성을 실험에서 입증했다. 연구팀이 개발한 무절연 고온 초전도 자석이 45.5테슬라에 달하는 자기장 환경에서도 안전하게 운영된 것이다. 

 

한 교수는 “이번 연구는 무절연 고온 초전도 자석 소형화가 가능하고 초고자기장 환경에서도 안전하게 운용될 수 있다는 가능성을 보여줬다는 의미가 있다”고 말했다. 미국과학재단(NSF)과 과학기술정보통신부, 삼성전자 미래기술육성센터 지원으로 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처’ 13일자에 발표됐다. 

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