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201801.25

핵융합 연구가 꽃피운 알짜배기 파생기술 3선 - 국방장비 진단부터 환경까지

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/775

 핵융합 연구 분야에는 물리, 원자핵공학, 기계, 전기, 전자, 재료 등 이공계 전 분야를 망라하는 최첨단 기술과 최고의 실력을 갖춘 전문가들이 모여 핵융합에너지 상용화라는 목표를 달성하기 위해 노력하고 있습니다.

 

 더불어 핵융합 연구 과정에서 발생하는 다양한 연구 성과들은 핵융합 연구 분야 뿐 아니라 우리나라 과학기술 분야 전체의 발전을 촉진하고, 더 나아가 우리나라 산업계의 기술력 향상에도 큰 역할을 담당하고 있는데요.

 

 즉, 핵융합 연구는 장기적으로는 무한·청정에너지인 핵융합에너지 상용화를 통해 에너지 문제의 근본적인 해결책을 제시하고, 중·단기적으로는 연구 과정에서 얻은 핵융합 파생기술을 통해 국민의 삶의 질 향상과 국가 성장에 기여한다고 할 수 있습니다.

 

우리기술로 완성한 초전도핵융합연구장치 KSTAR

 

 우리나라는 세계 최고의 핵융합연구장치로 손꼽히는 인공태양 ‘KSTAR’ 운영을 통해, 매년 전 세계를 놀라게 하는 연구 성과를 발표하며 핵융합 연구 선도국으로 발돋움하고 있는데요. 이처럼 우수한 장치를 건설하고 운영하는 과정에서 얻은 다양한 파생기술들 역시 산업 곳곳에 적용되어 새로운 활약을 준비하고 있습니다.

 

 핵융합 연구라는 거대한 나무기둥을 중심으로 어떤 다양한 파생기술들이 가지를 뻗어 튼튼한 핵융합 나무로 성장하고 있는지 대표적 핵융합 파생기술들을 자세히 살펴보았습니다.

 


비파괴검사의 새로운 패러다임, 고속중성자 이미징 기술

 

 우리나라의 인공태양 KSTAR에서 장치 내부의 플라즈마를 진단하는 ‘고속중성자 이미징 기술’이 국내 최초 ‘고속중성자’를 이용한 비파괴검사 방식의 새로운 활로를 열었습니다.

 

 비파괴검사란 산업에서 사용되는 기계나 구조물 등을 해체하거나 손상을 입히지 않고 내부의 결함 여부 등을 검사할 때 사용되는 방법입니다. 교량, 항공기, 자동차 등 우리의 생활과 직결되는 다양한 산업분야에서 활용되고 있으며, 품질 문제와 더불어 안전과도 직결되기 때문에 비파괴검사의 중요성은 날로 높아지고 있습니다. 
 
 일반적으로 비파괴검사에서 활용하는 방사선이나 초음파와 달리 고속중성자를 이용하면 물질의 내부를 더욱 정확하게 파악하고 성분까지 분별할 수 있다는 장점이 있지만, 우리나라에서는 고속중성자 검출이 까다롭고 중성자 영상획득도 어렵다는 이유로 활용하지 못했습니다.

 

동일한 공구를 X선으로 촬영한 이미지(왼)와 고속중성자 이미징 기술을 활용하여 촬영한 이미지(오) 

 

 핵융합(연) 이영석 박사는 KSTAR 장치 운전 시 핵융합 반응이 활발하게 일어날수록 고속중성자 역시 많이 발생하는 원리에서 아이디어를 얻어, 핵융합 반응의 산물인 고속중성자를 이용한 내부 투시 기술을 개발하는데 성공하였습니다.

 

 현재 해당 기술은 국내 기업에 기술이전을 완료하여 군수물자 및 국방 장비 부품의 결함 여부를 조사하는 장비 개발을 진행하고 있으며, 앞으로 산업에서 더욱 활발하게 활용될 수 있는 방법을 모색중입니다.

 

고속중성자 이미징 기술 자세히 알아보기“속을 모르겠다고?” KSTAR 중성자면 OK!

 


초고온 플라즈마 가열 기술이 우리 실생활 속 산업기술로 

 

한국의 인공태양 KSTAR의 초고온 플라즈마 가열 기술이 산업, 의료, 과학 등 각종 산업분야에서 활용할 수 있는 고출력 RF(Radio Frequency) 반도체 증폭기를 국산화하는데도 활용되었습니다.

 

고출력 RF는 식품, 곡물, 고무공업, 목재, 유리 제조 뿐 아니라 나노물질의 합성, 바이오 디젤 합성, 신약 합성 등 다양한 산업 분야에서 광범위하게 활용되고 있어 우수한 고출력 RF 발생 기술을 확보하는 것이 산업계의 중요한 과제 중 하나입니다.

 

핵융합(연) 김해진 박사(왼)와 위현호 박사(오)

 

 핵융합(연)의 김해진 박사와 위현호 박사가 개발한 고출력 RF 반도체 증폭기술은 여러개의 입력포트에서 입력된 RF 신호가 손실없이 높은 결합 효율을 갖도록 설계하는 기술입니다. 기존에 산업계에서 활용하던 방식에 비해 결합 효율이 높고 에너지 손실도 적으며, 상대적으로 장비 수명이 길어 운용비용도 절감할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 현재 국내 무선통신장비 제조업체에서 해당 기술을 활용한 ‘고출력 반도체 전력 증폭기’를 개발하고 있으며 반도체, 가속기, 핵융합 분야 외에도 통신, 레이더용 송수신장비 분야 등에서 활용도가 더욱 높아질 것으로 기대됩니다.

 

고출력 RF 반도체 증폭기술 자세히 알아보기핵융합기술 적용해 고출력 RF 반도체 증폭기 개발

 


대기 유해가스 제거에도 핵융합 기술이?

 

 핵융합 가열 기술은 대기 유해가스 제거 기술로도 확대되어, 환경 문제 해결에도 앞장서고 있습니다.

 

 초전도핵융합연구장치 KSTAR에는 플라즈마를 초고온의 상태로 가열하기 위해 다양한 가열 방법을 활용하고 있습니다. 그 중 한 가지가 핵융합로 내부에 발생한 플라즈마의 변화에 따라 맞춤형 마이크로파를 전송하는 플라즈마-마이크로파 가열 기술입니다. 

 

 핵융합(연) 김해진 박사는 플라즈마-마이크로파 가열 기술에서 아이디어를 얻어, 발암물질 중 하나인 휘발성유기화합물(VOCs)을 제거하는 시스템 개발에 성공하였습니다.

 

 기존에 국내 중소기업이 보유하고 있던 VOCs 제거 시스템은 VOCs를 흡착하는 흡착제의 물성변화에 대한 이해 부족으로 마이크로파로 흡착제를 가열하여 유해물질을 제거할 때, 장치가 함께 손상되는 문제를 가지고 있었습니다.

 

기술이 적용된 제품을 이용하여 측정 실험 중인 김해진 박사

 

 하지만 핵융합 연구 과정에서 얻은 마이크로파에 대한 높은 이해를 바탕으로 김해진 박사가 개발한 VOCs 제거 시스템은 흡착제의 물성변화를 모델링하고, 이를 바탕으로 최적화된 마이크로파를 전송하는 안테나를 설계·제작하여 장치 손상은 최소화하면서도 흡착제의 가열효과는 극대화 시켰습니다.

 

 핵융합(연)과 협력을 통해 문제점 개선에 성공한 국내 중소기업은 향후 상용화를 계획하고 있으며, 그동안 국내 개발 사례가 전무했던 기술인 만큼 상용화 이후 좋은 결과를 볼 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.


마이크로파를 이용한 VOCs 제거기술 자세히 알아보기핵융합 파생기술로 대기 유해가스 제거한다


 이처럼 핵융합 파생기술은 국내 우수 중소·중견기업에 기술이전되어 중소·중견기업의 경쟁력을 향상시킬 뿐 아니라, 그동안 해외 기술에 의존하던 각종 기술을 국산화하여 장기적인 국가 경쟁력 향상을 이끌어가고 있습니다.

 

 앞으로도 어떤 핵융합 파생기술이 우리 산업계에 새로운 변화를 일으키고, 우리의 삶을 변화시킬지 더욱 관심있게 지켜봐주시길 바랍니다.

 

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