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201710.10

핵융합 기술 적용해 고출력 RF 반도체 증폭기 개발

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/734

한국의 인공태양 초전도핵융합연구장치 KSTAR에서 활용하는 가열기술을 이용해 산업, 의료, 과학, 분야에 활용할 수 있는 고출력의 RF(Radio Frequency) 반도체 증폭기의 국산화가 추진됩니다.

 

핵융합 장치에는 원자핵과 전자가 서로 분리되어 있는 상태인 플라즈마를 초고온 상태로 가열하여 핵융합 반응이 일어나도록 다양한 원리의 가열장치를 활용합니다. 그 중 대표적인 원리가 바로 전자파를 활용하는 방식입니다.

 

핵융합(연) 김해진 박사(왼)와 위현호 박사(우)

  

핵융합()의 김해진 박사와 위현호 박사는 핵융합 장치에서 활용되는 전자파 가열장치 연구 및 운영 과정에서 습득한 노하우를 바탕으로 고효율 결합 특성을 갖는 다중 고출력 RF 공간 결합기 기술을 개발하는데 성공하였습니다.

 

고출력 RF는 최근 식품, 곡물, 고무공업, 목재, 유리 제조 뿐 만 아니라 나노물질의 합성, 바이오 디젤 합성, 신약 합성 등 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있어 우수한 고출력 RF 발생 기술 확보에 대한 중요성이 대두되어 왔습니다.

 

기존에도 고출력 RF를 발생시키기 위하여 마그네트론 혹은 클라이스트론과 같은 장치를 활용해 왔으나 유지보수가 어렵고 운용 비용이 많이 드는 단점이 있었습니다. 이를 대체하기 위하여 여러개의 전력증폭기의 출력을 결합하여 고출력 RF를 발생시키는 발생 장치가 활용되기 시작하였지만 결합 효율 개선이라는 숙제가 남아있었습니다.

 

이번에 김해진 박사와 위현호 박사가 개발한 고출력 RF 반도체 증폭기술은 이 숙제를 풀 수 있는 핵심 기술로, 여러개의 입력포트에서 입력된 RF 신호가 손실없이 높은 결합 효율을 갖도록 설계하는 기술입니다. 기존에 활용되던 RF 공간 결합기보다 결합 효율을 개선함으로써 에너지의 손실도 대폭 줄이게 되었습니다.

 

뿐 만 아니라 마그네트론 및 클라이스트론 방식보다 에너지의 집중도와 안전도가 매우 높고, 장비 수명 역시 상대적으로 길어 유지보수 및 운용비용 역시 절감할 수 있게 되었습니다.

  

 

핵융합(연)-(주)케이알에프 간 기술이전 체결식. 핵융합(연) 김기만 소장(왼)과 (주)케이알에프 최장헌 대표(우)

 

이에, 핵융합연은 무선 통신장비 제조업체인 케이알에프에 해당기술을 이전하여 고출력 반도체 전력 증폭기(Solid State Power Amplifier, SSPA)' 개발을 추진하기로 결정하였습니다. 기존보다 RF 출력 주파수 안정성이 우수하고, RF 출력 조절도 가능한 SSPA 개발을 통해 통신, 플라즈마, 반도체, 가속기, 핵융합 등 다양한 분야에 활용 가능한 고출력 RF 증폭기 국산화를 이룬다는 계획입니다.

 

현재 많은 분야에서 활용되고 있는 마그네트론, 클라이스트론 장치의 수입대체 효과 뿐 아니라 해당 장치의 수출을 통해 기업의 매출 증대까지 이룰 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

 

핵융합() 김기만 소장은 “KSTAR 기술을 활용한 고출력 RF 결합기 기술은 5G 이동통신 및 위성통신산업 뿐 아니라 항공 등 레이더용 송수신장비 분야에서 다양하게 활용될 것으로 예상하고 있으며, 원천기술을 활용해 분야별로 활용할 수 있는 고효율의 RF 발생장치기술의 개발과 기술상용화를 추진할 계획이다.”라고 밝혔습니다.

 

미래에너지로 주목받는 핵융합에너지 관련 기술이 에너지 분야 뿐만 아니라 우리의 산업계를 더욱 풍성하게 만드는 기술력으로 이어지는 이와 같은 사례가 앞으로도 더욱 많아지길 기대해 봅니다.

 

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